По данным исследователей университета, на сегодняшний день в мире не существует каталитических методов получения оксо-производных бетулина, хотя гетерогенно-каталитический подход обладает рядом важных преимуществ перед традиционными методами. Этот проект ученых Томского политеха получил поддержку Российского научного фонда, грант рассчитан на два года.
Бетулин представляет собой тритерпеновый спирт. Это вещество заполняет полости клеток пробковой ткани на стволах березы и придает коре белую окраску. К оксо-производным бетулина относятся бетулон, бетулиновый и бетулоновый альдегиды и самые востребованные — бетулиновая и бетулоновая кислоты. Они обладают ценными биологически активными свойствами: иммуностимулирующими, антиоксидантными, гепатопротекторными, противоспалительными, антивирусными. На основе бетулиновой кислоты даже разработан анти-ВИЧ препарат нового механизма действия — бевиримат. Сейчас он проходит клинические испытания на пороге третьей фазы в США. Однако на сегодняшний момент отсутствуют экономически и экологически выгодные методы получения этих производных.
«Сейчас оксо-производные бетулина получают в основном с помощью реактива Джонса в сильнокислой среде. Он представляет собой смесь очень токсичного ангидрида хрома и сильных кислот. Получение оксо-производных бетулина посредством окисления реактивом Джонса является достаточно сложным и малорентабельным процессом, характеризующимся низким выходом целевых продуктов (50-65 %), низкой температурой (-5 °С — +10 °С) и длительностью синтеза (до 24 часов), низкой селективностью окисления, приводящего к смеси продуктов, а также сложностью утилизации токсичного оксида хрома III и очень токсичного остаточного ангидрида хрома. Поэтому существует настоятельная необходимость в разработке более экологичной и эффективной методики», — говорит руководитель проекта, старший научный сотрудник Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Екатерина Колобова.
В своих экспериментах исследователи используют катализаторы на основе наночастиц серебра и золота. Они состоят из подложки из различных оксидов, например, оксида титана, модифицированного в основном оксидами переходных металлов, таких как церий, железо, лантан и другие, с нанесенными на их поверхность наночастицами золота или серебра. Сами реакции окисления бетулина проходят в жидкофазной среде.
«В этой работе несколько новых моментов. Во-первых, сейчас не существует эффективных методов получения оксо-производных бетулина с использованием гетерогенных катализаторов. А предварительные исследования показали их перспективность за счет таких преимуществ — малый расход катализатора на единицу количества продукта, снижение или полное устранение токсичных сточных вод и расхода дополнительных реагентов на промывку реакционной массы, возможность повторного использования катализатора и растворителя после очистки. Плюс мы используем экологически чистые окислители, например, кислород или синтетический воздух», — поясняет руководитель проекта.
Во-вторых, как отмечает ученый, практически нет работ, посвященных жидкофазному окислению спиртов, а также других органических веществ, в которых в качестве катализатора используют системы на основе серебра.
«Это очень перспективное и экономически более целесообразное направление исследований за счет снижения энергозатрат и затрат на утилизацию отходов. Оценка каталитических свойств образцов в реакции жидкофазного окисления бетулина будет проводиться в реакторе периодического действия, в условиях, близких к требованиям “зеленой химии”: нетоксичный растворитель, отсутствие щелочных добавок и инициаторов, давление 1 атмосфера, температуры до 150 ºС и другие», — отмечает Екатерина Колобова.