КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 18-73-00019

НазваниеНовые гетерогенно-каталитические методы получения оксо-производных бетулина

Руководитель Колобова Екатерина Николаевна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" , Томская обл

Конкурс №29 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-403 - Гомогенный катализ и гетерогенный катализ

Ключевые слова бетулин, оксо-производные бетулина, жидкофазное селективное окисление бетулина, серебро- и золотосодержащие катализаторы, наночастицы, природа активного центра, дизайн и генезис активной поверхности

Код ГРНТИ31.15.35; 31.15.28; 31.23.00

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Использование природных соединений в качестве объектов химических трансформаций с целью получения биологически активных соединений стало одним из перспективных и активно развивающихся направлений тонкого органического синтеза и фармацевтической химии. Лекарственные препараты, полученные путём химической модификации природных соединений, обладают рядом преимуществ по сравнению с синтетическими аналогами: широким спектром биологического действия, сравнительно низкой токсичностью, многофункциональным механизмом действия и высокой доступностью источников. Соединениями, сочетающими доступность (распространенность в природе и технологичность методов выделения, позволяющих получить практически любое количество нужноuj вещества) с ценной биологической активностью, богат класс тритепеноидов, к которому, в частности, относится бетулин (луп-20(29)-ен-3,28-диол, C30H50O2, CAS: 473-98-3) – пентациклический тритерпеноид лупанового ряда. Бетулин, а в особенности его оксо-производные (бетулон, бетулиновый и бетулоновый альдегиды, бетулиновая и бетулоновая кислоты, а также их производные) обладают ценными биологически активными свойствами и представляют исключительный интерес для фармацевтической, косметической и пищевой промышленности. Например, бетулиновая кислота и ее производные проявляют высокую противораковую, анти-ВИЧ, противовирусную, противовоспалительную, антисептическую, антимикробную, противомалярийную, антилейшманиозную, антигельминтную, фунгицидную активность. Вследствие селективной цитотоксичности против раковых клеток и удовлетворительного терапевтического индекса, бетулиновая кислота рассматривается как перспективный химиотерапевтический агент против рака. 3-оксопроизводное бетулиновой кислоты − бетулоновая кислота - обладает выраженным противовоспалительным, антимеланомным и противовирусным действием. Известна противовирусная и анти-лейкемическая активность бетулонового альдегида. В синтезе биологически активных соединений особый интерес также представляет 3-оксопроизводное бетулина – бетулон. Популярность производных бетулина, как прекурсоров для создания лекарственных препаратов нового поколения, с каждым годом неуклонно растет, о чем свидетельствуют многочисленные публикации в ведущих мировых журналах. Практически во всех ведущих университетах мира имеются исследовательские группы, занимающиеся химией бетулина и его производных, а также исследованием биологической активности этих соединений. Однако, несмотря на большое количество работ, практически все они посвящены медицинским и биохимическим аспектам, а также химической модификации оксо-производных бетулина. При этом вопросы, связанные с разработкой новых методов получения этих производных (бетулон, бетулиновый и бетулоновый альдегиды, бетулиновая и бетулоновая кислоты) практически не затронуты. И основным методом получения оксо-производных бетулина все еще является его окисление в сильнокислой среде с использованием токсичного реактива Джонса, с той или иной модификацией этого метода (использование различных кислот, растворителей и т.д.). Однако этот метод имеет существенные недостатки. Таким образом, существует настоятельная необходимость в создании новых методов и подходов к получению оксо-производных бетулина, которые позволили бы заменить существующие стехиометрические процессы, приводящие к образованию большого количества токсичных отходов, но при этом обеспечили бы количественный выход целевого продукта и его удешевление. Решение данной проблемы в перспективе позволит создать собственную сырьевую базу в России для обеспечения всевозрастающего спроса на оксо-производные бетулина, как прекурсоров для получения лекарственных препаратов нового поколения. И наиболее перспективным путем решения этой проблемы, на наш взгляд, является разработка новых гетерогенно-каталитических способов получения оксо-производных бетулина, основанных на использовании экологически чистых и дешевых окислителей – молекулярного кислорода или воздуха, а также позволяющих проводить процесс в достаточно мягких условиях, близких к требованиям «зеленой химии» (отсутствие щелочных и инициирующих добавок в реакционную среду, умеренные температуры и давления, малотоксичные реагенты). Вышеизложенное обуславливает актуальность настоящего проекта, который представляет собой комплексное междисциплинарное исследование, посвященное как фундаментальным аспектам дизайна и генезиса активной поверхности каталитических систем на основе наночастиц серебра и золота (природа активного центра, механизм промотирующего действия модифицирующих добавок, влияние различных факторов на формирование активных центров и т.д.), так и их практическому применению в процессе синтеза оксо-производных бетулина. Новизна данного проекта заключается в том, что: 1) Впервые будет разработан новый более эффективный и экологически безопасный гетерогенно-каталитический метод синтеза оксо-производных бетулина (бетулон, бетулиновый и бетулоновый альдегиды, бетулиновая и бетулоновая кислоты) с использованием каталитических систем на основе золота и серебра, а в качестве окислителя – кислорода или воздуха. Будут определены оптимальные условия проведения процесса окисления (природа катализатора, природа растворителя, температура реакции, скорость перемешивания, расход окислителя, соотношение субстрат/катализатор и т. д.), близкие к требованиям «зеленой химии». 2) Впервые будет проведено комплексное сравнительное исследование золотых и серебряных катализаторов, включающее в себя изучение структурных, электронных и каталитических свойств этих систем в процессе жидкофазного окисления бетулина и условий их эффективной работы, близких к требованиям «зеленой химии». Следует также отметить, что на данный момент исследований, посвященных изучению реакционной способности серебросодержащих систем в процессах жидкофазного окисления, как спиртов, так и других органических веществ, практически нет (нам удалось найти только около 20 работ, начиная с 1969 года). Однако проведенные предварительные исследования показывают перспективность использования серебросодержащих катализаторов в процессах такого рода и открывают новую область исследования. Проведенные исследования позволят: получить информацию о природе активных центров серебро- и золотосодержащих катализаторов в процессе жидкофазного окисления бетулина, закономерностях их формирования и стабилизации под влиянием ряда факторов, таких, как природа носителя и модифицирующей добавки, условия синтеза, предварительных обработок, эксплуатации; найти подходы целенаправленного воздействия на состояние и реакционную способность активных центров; разработать способы стабилизации активных состояний серебра и золота на поверхности носителей и, в итоге, разработать рекомендации по направленному синтезу высокоэффективных катализаторов селективного жидкофазного окисления бетулина. Проект будет реализован совместно с Центром Нанонауки и Нанотехнологии Национального Автономного Университета Мексики (CNyN-UNAM), Энсенада, Мексика; Институтом катализа и нефтехимии, Мадрид, Испания; Университетом Кадиса, Кадис, Испания; Академией Або, Турку, Финляндия, а также рядом российских научных организаций: Томским государственным университетом, Томск; Институтом химии нефти СО РАН, Томск; Национальным исследовательским центром «Курчатовский институт», Москва; Московским государственным университетом им. М.В. Ломоносова, Москва.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---