Двухстадийный способ получения гидрокситирозола из тирозола - RU2722142C1

Описание

Изобретение относится к области органической химии, в частности к способу получения гидрокситирозола (2-(3,4-дигидроксифенил)этанола) - высокоэффективного природного антйоксиданта [1. Baldioli М., Servili М., Perretti G., Montedoro G. F. Antioxidant activity of tocopherols and phenolic compounds of virgin olive oil // Journal of the American Oil Chemists' Society. 1996. №73(11), p. 1589-1593], обладающего широким спектром ценных биологических свойств [2. Sadler М. J. Foods, Nutrients and Food Ingredients with Authorised EU Health Claims, Volume 1. Elsevier, 2014, p. 410; 3. Пат. 2012127436 А Рос. Федерация].

Основным источником природного гидрокситирозола является Олива европейская (Olea europaea), в которой он содержится в плодах и листьях в химически связанном виде в составе сложных эфиров и гликозидов [4. De Leonardis A., Aretini А., Alfano G., Macciola V., Ranalli G., Isolation of a hydroxytyrosol-rich extract from olive leaves (Olea Europaea L.) and evaluation of its antioxidant properties and bioactivity // European Food Research and Technology. 2008. №226(4), p.653-659].

Известен способ получения гидрокситирозола из природного гликозида - олеуропеина. Свежеэкстрагированный олеуропеин, содержащий до 57% неидентифицируемой примеси, подвергали щелочному гидролизу под действием 6 М водного NaOH, что после выделения и очистки методом колоночной хроматографии приводило к гидрокситирозолу с выходом 11% [5. Gambacorta A., Tofani D., Bernini R., Migliorini A. High-Yielding Preparation of a Stable Precursor of Hydroxytyrosol by Total Synthesis and from the Natural Glycoside Oleuropein // Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2007. №55(9), p.3386-3391]. Недостатком данного способа является низкий выход гидрокситирозола, обусловленный невысокой чистотой исходного олеуропеина, связанной с невозможностью его очистки хроматографическими методами. Указанные недостатки приводят к высокой себестоимости получения гидрокситирозола из природного сырья и обуславливают актуальность поиска путей его синтеза.

Существуют способы получения гидрокситирозола, основанные на восстановлении 3,4-дигидроксифенилуксусной кислоты и ее эфиров. Так, восстановлением 3,4-дигидроксифенилуксусной кислоты под действием пятикратного избытка LiAlH4 в среде ТГФ при температуре кипения в течение 22 часов с выходом 59% получают гидрокситирозол [6. Roche М., Dufour С., Mora N., Dangles О., Antioxidant activity of olive phenols: mechanistic investigation and characterization of oxidation products by mass spectrometry // Organic & Biomolecular Chemistry. 2005. №3, p.423-430]. Недостатками данного способа являются использование дорогостоящих реагентов (3,4-дигидроксифенилуксусной кислоты и LiAlH4), трудоемкая очистка продукта методом колоночной хроматографии и значительная продолжительность реакции.

В другом способе 3,4-дигидроксифенилуксусную кислоту подвергают восстановлению под действием двукратного избытка тетрабутиламмония бороната в среде ТГФ в присутствии четырехкратного избытка метилиодида при температуре кипения в течение 3 часов, что приводит к гидрокситирозолу с выходом 99% [7. Tuck K. L., Tan Н. W., Hayball P. J., Synthesis of Tritium-Labeled Hydroxytyrosol, a Phenolic Compound Found in Olive Oil // Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2000. №48(9), p.4087-4090]. Недостатком данного способа является использование дорогостоящей 3,4-дигидроксифенилуксусной кислоты и малодоступного тетрабутиламмония бороната, который необходимо предварительно синтезировать из NaBH₄ и гидросульфата тетрабутиламмония.

Известен способ получения гидрокситирозола, основанный на восстановлении метилового эфира 3,4-дигидроксифенилуксусной кислоты двукратным избытком LiAlH₄ в среде ТГФ. Реакцию проводят при комнатной температуре в течение 10 часов, выход гидрокситирозола составляет 92% [8. Zhang Z., Xiao В., Chen Q., Lian X. Y., Synthesis and Biological Evaluation of Caffeic Acid 3,4-Dihydroxyphenethyl Ester // Journal of Natural Products. 2010. №73(2), p.252-254]. Недостатками данного способа являются необходимость синтеза метилового эфира 3,4-дигидроксифенилуксусной кислоты, не являющегося коммерчески доступным сырьем, использование избытка дорогостоящего восстанавливающего реагента, а также трудоемкая очистка методом колоночной хроматографии.

Более доступным сырьем для синтеза гидрокситирозола, чем 3,4-дигидроксифенилуксусная кислота и ее производные, является тирозол (4-(2-гидроксиэтил)фенол), для которого запатентованы эффективные методы синтеза [9. Пат. 2385858С2 Рос. Федерация; 10. Пат. 2558329С1 Рос. Федерация; 11. Пат. 2151137С1 Рос. Федерация].

Известен ряд способов получения гидрокситирозола, основанных на окислении тирозола. Так, окислением тирозола под действием двукратного избытка закрепленной на полимере 2-иодоксибензойной кислоты в среде диметилкарбоната при комнатной температуре за 1 час получают гидрокситирозол с количественным выходом [12. Bernini R., Mincione Е., Crisante F., Barontini M., Fabrizi G. A novel use of the recyclable polymer-supported IBX: an efficient chemoselective and regioselective oxidation of phenolic compounds. The case of hydroxytyrosol derivatives // Tetrahedron Letters. 2009. №50, p.1307-1310]. Недостатком данного способа является использование избытка малодоступной закрепленной на полимере 2-иодоксибензойной кислоты.

Другой способ основан на ферментативном окислении тирозола кислородом воздуха. Реакцию проводят под действием тирозиназы грибов в фосфатном буфере в присутствии аскорбиновой кислоты, что за 4.2 часа приводит к гидрокситирозолу [13. Espin J. С., Soler-Rivas С., Cantos Е., Tomas-Barberan F. A., Wichers Н. J. Synthesis of the Antioxidant Hydroxytyrosol Using Tyrosinase as Biocatalys // Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2001. №49(3), p.1187-1193]. Использование дорогостоящего природного фермента, высокоразбавленных растворов и трудоемкая очистка методом колоночной хроматографии препятствуют получению гидрокситирозола этим способом в мультиграммовых количествах.

Вышеперечисленные недостатки существующих способов (невысокие выходы, использование дорогостоящих реагентов, трудоемкость выделения и очистки и др.) обуславливают их невысокую практическую значимость, высокие экономические и трудовые затраты, и, как следствие, высокую себестоимость получаемого гидрокситирозола.

Изобретение решает задачу разработки эффективного синтеза гидрокситирозола с использованием доступных реагентов и растворителей. Предлагаемый способ позволяет получать гидрокситирозол из тирозола, Br₂, NaOH, CuSO₄, уксусной кислоты и воды с приемлемым выходом в 2 стадии.

Технический результат достигается предлагаемым последовательным превращением тирозола (1) в 3-бромо-4-гидроксифенэтилацетат (2) и далее в гидрокситирозол (3), в соответствии со схемой:

Предложенный способ получения гидрокситирозола (3) реализовали следующим образом. На первой стадии к раствору тирозола (1) в уксусной кислоте по каплям прибавили раствор брома в уксусной кислоте, выдержали при комнатной температуре, 3-бромо-4-гидроксифенэтилацетат (2) выделили экстракцией диэтиловым эфиром и очистили вакуумной перегонкой. На второй стадии в атмосфере аргона 3-бромо-4-гидроксифенэтилацетат (2) и CuSO₄ прибавили к раствору NaOH в воде, затем кипятили с обратным холодильником, гидрокситорозол (3) выделили экстракцией смесью этилацетат - диэтиловый эфир (1:1) и очистили вакуумной перегонкой. В результате получили гидрокситирозол (3) с выходом 61% в расчете на исходный тирозол (1).

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами:

Пример 1.

Получение 3-бромо-4-гидроксифенэтилацетата (2). К раствору тирозола (1) (13.82 г, 100.0 ммоль) в 80 мл ледяной уксусной кислоты при комнатной температуре по каплям прибавили раствор брома (16.78 г, 105.0 ммоль) в 20 мл ледяной уксусной кислоты (весь объем за 40 минут). Далее смесь выдержали при комнатной температуре 1.5 часа, перенесли в делительную воронку, прибавили 250 мл раствора NaCl, обработали диэтиловым эфиром (3×100 мл), экстракт промыли раствором NaCl до рН ≈ 7, высушили над Na₂SO₄, растворитель упарили, остаток перегнали в вакууме (1 Торр), получили 25.45 г продукта (выход 98%) в виде бесцветного масла (с содержанием основного вещества 99% по ГХ/МС). Т. кип. 123-130°С (1 Торр). Найдено (%): С, 46.26; Н, 4.16; C₁₀H₁₁BrO₃; Вычислено (%): С, 46.36; Н, 4.28. Спектр УФ (EtOH), λ_max/нм (lg ε): 282 (3.56). ИК-спектр (CHCl₃), ν/см^-1: 3524 (ОН), 1735 (С=O). Спектр ЯМР¹Н (CDCl₃), (δ, м.д., J/Гц): 2.01 с (3Н, СН₃), 2.72 т (2Н, ArCH₂, J=7.2), 4.16 т (2Н, СН₂ОАс, J=7.2), 5.57 с уш (1Н, ОН), 6.87 д (1Н, Н (5), J=8.4), 6.99 дд (1H, Н (6), J=8.4, J=1.8), 7.25 д (1Н, Н (2), J=1.8). Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), m/z (I_отн (%)): 258 [М]⁺ (0.3), 198 (100), 185 (32).

Получение гидрокситирозола (3). К раствору NaOH (85.8 г, 2.14 моль) в 850 мл воды в атмосфере аргона прибавили 3-бромо-4-гидроксифенэтилацетат (2) (20.73 г, 80.0 ммоль) и CuSO₄⋅5H₂O (0.60 г, 2.40 ммоль). Раствор кипятили с обратным холодильником 3.5 часа. Далее смесь охладили, подкислили HCl, перенесли в делительную воронку, обработали смесью этилацетат - диэтиловый эфир (1:1) (3×200 мл), экстракт промыли раствором NaCl до рН ≈ 7, высушили над Na₂SO₄, растворитель упарили, остаток перегнали в вакууме (1 Торр), получили 7.83 г продукта (выход 61% в расчете на исходный тирозол (1)) в виде бесцветного масла (с содержанием основного вещества 99% по ГХ/МС). Т. кип. 174-184°С (1 Торр). Найдено (%): С, 62.25; Н, 6.38; C₈H₁₀O₃; Вычислено (%): С, 62.33; Н, 6.54. Спектр ЯМР¹Н (DMSO-d₆), (δ, м.д., J/Гц): 2.52 м (2Н, ArCH₂), 3.49 м (2Н, СН₂ОН), 4.57 с (1H, СН₂ОН), 6.42 дд (1Н, Н (6), J=8.4, J=1.8), 6.57 д (1Н, Н (2), J=1.8), 6.60 д (1Н, Н (5), J=8.4), 8.61 с (1H, ArOH), 8.71 с (1Н, ArOH). Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), m/z (I_отн (%)): 154 [М]⁺ (34), 123 (100), 77 (20).

Спектры ЯМР регистрировали на спектрометре «Bruker Avance 600» (¹Н, 600 МГц). ИК-спектр зарегистрирован для раствора в CHCl₃ в кюветах из KBr (

=0.5 мм) на приборе «Agilent Cary 600 Series FTIR». УФ-спектр записан на спектрометре «Shimadzu UV-1800» для раствора в EtOH с концентрацией 4.03⋅10^-5 моль⋅л^-1. ГХ/МС анализ осуществляли на хроматографе «Agilent 7890В» (HP-5MS UI, 30 м × 0.25 мм, газ-носитель - гелий) с масс-детектором «Agilent 5977А» (ЭУ, 70 эВ). В описании масс-спектров приведены пики ионов с интенсивностью ≥20%, включающих наиболее распространенные изотопы. Все реакции проводили в инертной атмосфере. Растворители перед использованием очищали и высушивали по стандартным методикам [14. Armarego W. L. F. Purification of Laboratory Chemicals. Elsevier, 2018, p.1176].

Таким образом решена задача разработки эффективного способа синтеза гидрокситирозола, с использованием доступных реагентов и растворителей (тирозола, Br₂, NaOH, CuSO₄, уксусной кислоты и воды), с выходом 61% в расчете на исходный тирозол (1).

Реферат

Изобретение относится к двухстадийному способу получения гидрокситирозола, основанному на последовательном превращении тирозола в 3-бромо-4-гидроксифенэтилацетат и далее в гидрокситирозол. На первой стадии к раствору тирозола в уксусной кислоте по каплям прибавляют раствор брома в уксусной кислоте, выдерживают при комнатной температуре, 3-бромо-4-гидроксифенэтилацетат выделяют экстракцией и очищают вакуумной перегонкой. На второй стадии 3-бромо-4-гидроксифенэтилацетат и CuSO4 в атмосфере аргона прибавляют к раствору NaOH в воде, кипятят с обратным холодильником. Гидрокситирозол (2-(3,4-дигидроксифенил)этанола) выделяют экстракцией и очищают вакуумной перегонкой. Технический результат - получение гидрокситирозола с выходом 61% в расчете на исходный тирозол. 1 пр.

Формула