Научная статья на тему 'Изучение комплексообразующей способности глицилглицина с 3d-биогенными металлами'

Изучение комплексообразующей способности глицилглицина с 3d-биогенными металлами Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
626
188
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ДИПЕПТИДЫ / ГЛИЦИЛГЛИЦИН / КОМПЛЕКСНЫЕ СОЛИ МАРГАНЦА / ЖЕЛЕЗА / КОБАЛЬТА / ЦИНКА / МЕДИ / DIPEPTIDES / GLYCYLGLYCINE / MANGANESE / IRON / COBALT / ZINC / COPPER COMPLEX SALTS

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Кадырова Р. Г., Кабиров Г. Ф., Муллахметов Р. Р.

В оптимальных условиях синтезированы комплексонаты глицилглицина 3 d -биогенных металлов с высокими выходами, что позволяет исследовать их биологическую активность.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Кадырова Р. Г., Кабиров Г. Ф., Муллахметов Р. Р.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

GLYCYLGLYCINE COMPLEXABLE ABILITY STUDY WITH 3d-BIOGENIC METALS

Under optimal conditions, glycylglycine complexonates of 3dbiogenic metals with high nutrient outputs were synthesized, what allows to explore their biological activity.

Текст научной работы на тему «Изучение комплексообразующей способности глицилглицина с 3d-биогенными металлами»

УДК 547.461.4

ИЗУЧЕНИЕ КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ

ГЛИЦИЛГЛИЦИНА С 3^-БИОГЕННЫМИ МЕТАЛЛАМИ

*Кадырова Р.Г. - профессор; Кабиров Г.Ф. - д.в.н., профессор, зав. кафедрой;

Муллахметов Р.Р. - к.б.н.

*Казанский государственный энергетический университет Казанская государственная академия ветеринарной медицины имени Н.Э. Баумана

e-mail: khimiya_kgeu@mail.ru

Ключевые слова: дипептиды, глицилглицин, комплексные соли марганца, железа, кобальта, цинка, меди.

Keywords: dipeptides, glycylglycine, manganese, iron, cobalt, zinc, copper complex salts.

Известно, что комплексные соли a-аминокислот биогенных металлов характеризуются высокой биологической доступностью и нашли применение в медицинской и ветеринарной практике [1, 2].

В последние годы активно развивается медицинская микроэлементология, фармакология физиологически активных пептидов. Пептидные препараты, по сравнению с непептидными, обладают следующими преимуществами: высокая активность в силу близости к эндогенным лигандам; отсутствие токсичности благодаря метаболизму до эндогенных аминокислот; отсутствие грубых побочных эффектов, благодаря регуляторному характеру действия и другие. В НИИ фармакологии им. В.В. Закусова РАМН проводятся фундаментальные исследования по созданию дипептидных лекарственных препаратов [3].

С целью разработки эффективных лекарственных средств нами проведены экспериментальные исследования комплексообразующей способности глицилглицина с 3^-биогенными металлами.

Глицилглицин, простейший дипептид глицина, содержит три функциональные группы: амино-, карбоксильную и пептидную, которые способны принимать участие в комплексообразовании.

Аналогия в строении глицилглицина и аминокислоты глицина определяет биологические свойства дипептида.

Известно, что глицин является нейромедиатором тормозного типа действия. В медицине глицин применяют в комплексной терапии мозгового кровообращения [1]. Глицинаты 3^-биогенных металлов (марганца, железа, цинка, меди) [4, 5] и комплексонаты кобальта (II) [2] обладают высокой биологической активностью. В связи с этим нами проведены исследования по синтезу аналогичных комплексных соединений марганца, железа, кобальта, цинка, меди с глицилглицином.

1. Данные анализов комплексных солей глицилглицина

№ Брутто Название Выход Содержание №% Цвет Т.пл. Раство Качественные

формула соединения (дигидратов) % Найдено Вычис лено °С римость в Н2О реакции

1 [С4Н703№2]2Мп -2Н20 Глицилглицинат марганца 95,0 7,82 7,93 белый с розовым оттенком 186 (н. разл.) х.р. БеСЬ, СиБ04 + Ац.№а(№Н2-гр) №а0Н (Мп2+)

2 [С4Н703№2]2Бе • 2Н20 Глицилглицинат железа (II) 98,0 7,65 7,80 Темно-коричневый 206 (н. разл.) х.р. К3[Бе(С№)6] - (Бе2+) №а0Н (Бе2+)

3 [С4Н70зК2]2Сс • 2Н20 Глицилглицинат кобальта (II) 97,72 7,09 7,20 Темно-вишневый 190 (н. разл.) х.р. СиБ04 + Ац.№а(№Н2-гр) №а0Н + СиБ04 (- С0 -№Н-гр.)

4 [С4Н70зК2]22п • 2Н20 Глицилглицинат цинка 94,50 7,56 7,70 белый 198 (н. разл.) н.р. БеСЬ, СиБ04 + Ац.№а(№Н2-гр) №а0Н (2п2+) К3[Бе(С№)6] - (2п2+) №а0Н + СиБ04 (- С0 - №Н-гр.)

5 [С4Н70зК2]2Си • 2Н20 Глицилглицинат меди (II) (хелатный комплекс) 96,60 7,60 7,70 голубой 196 (н. разл.) х.р. №а0Н + СиБ04(- С0 -№Н -гр.) К4[Бе(С№)6] - (Си2+)

6 [С4Н70зК2Си]2 • 2Н20 Ди- (глицилглицинат) дикупрат 93,75 6,48 6,60 Темно-фиолетовый 205 (н. разл.) тр.р. К4[Бе(С№)6] - (Си2+)

В доступной литературе отсутствуют данные о получении комплексонатов глицилглицина 3^-биогенных металлов. Имеются сведения о расчете стандартных термодинамических характеристик комплексообразования глицилглицина с ионами меди (II), ионами цинка (II), кобальта (II) [6].

Материалы и методы. Для изучения реакции взаимодействия глицилглицина с 3^-биогенными металлами были использованы следующие реактивы: глицилглицин (дипептид), содержание основного вещества 99,8 %, производства «АСКОБ О^ашсБ» (Бельгия); сульфаты:

МпБО4 • 5Н2О; Бе8О4 • 7Н2О; СиБО4 -5Н2О; 7пБО4 -7Н2О и СоС12 • 6Н2О, гидроксид натрия марки «х.ч.».

Данные анализов препаратов приведены в таблице 1.

1. Синтез глицилглицината марганца (II). Раствор 1,83 г (0,0076

моль) сульфата марганца (II), МпБО4 • 5Н2О в 18 мл воды (рН 3) нагревают до 45-50 °С в течение 20 минут. К гомогенному раствору (рН 2) присыпают порциями 2 г (0,0152 моль) глицилглицина, нагревают 30-35 минут до 45-50 °С (рН реакционного раствора 6,5), выдерживают в течение двух часов при комнатной температуре и упаривают. Вязкую массу охлаждают, промывают спиртом, кристаллизуют и сушат при комнатной температуре. Получают 2,5 г (95,0%) глицилглицината марганца (II)

дигидрата, [С4Н7ОзК2]2Мп -2ЩО.

Глицилглицинат марганца (II) дигидрат - кристаллический продукт с розоватым оттенком, хорошо растворяется в воде, не растворяется в спирте, ацетоне. При температуре 186 °С наблюдается начало разложения.

2. Синтез глицилглицината железа (II). Раствор 2,1 г (0,0076 моль)

сульфата железа (II), Бе8О4 • 7ЩО в 20 мл воды (рН 3) нагревают до 50 °С в течение 20 минут. К гомогенному раствору (рН 2) присыпают по частям 2 г (0,0152 моль) глицилглицина, нагревают реакционную смесь желтого цвета 30 минут до 45 °С (рН 6,5), выдерживают в течение двух часов при комнатной температуре, фильтруют и упаривают. Вязкую массу промывают спиртом, кристаллизуют и сушат. Получают 2,35 г (98,0%)

глицилглицината железа (II) дигидрата, ^НуОз^^е -2ЩО.

Глицилглицинат железа (II) дигидрат - кристаллический продукт темно-коричневого цвета. Препарат хорошо растворяется в воде (водный раствор светложелтый), не растворяется в спирте, ацетоне. При температуре 206 °С наблюдается начало разложения.

3. Синтез глицилглицината кобальта (II). К раствору 1 г (0,0076 моль) глицилглицина в 10 мл воды прибавляют 0,3 г (0,0076 моль) гидроксида натрия. Наблюдается разогрев реакционной массы до 35 °С. Гомогенный раствор нагревают до 50-55 °С и присыпают 0,9 г (0,0038

моль) хлорида кобальта (II), СоС12 6Н2О. Реакционную смесь

выдерживают 15 минут при 55 °С и в течение трех часов при комнатной температуре, а затем фильтруют и упаривают. Остаток промывают спиртом, кристаллизуют и сушат при комнатной температуре. Получают

1,29 г (97,72%) глицилглицината кобальта (II) дигидрата, [С4Н703№2]2Со

•2Н20.

Глицилглицинат кобальта (II) дигидрат - ристаллический продукт темно-вишневого цвета, хорошо растворяется в воде, не растворяется в спирте, ацетоне. При температуре 190 °С наблюдается начало разложения.

4. Синтез глицилглицината цинка. К раствору 2 г (0,0152 моль) глицилглицина в 20 мл воды прибавляют 0,6 г (0,0152 моль) гидроксида натрия. Наблюдается разогрев реакционной массы до 36 °С. Гомогенный раствор нагревают до 55-60 °С и присыпают по частям 2,1 г (0,0076 моль) сульфата цинка, 7пБ04 7Щ0. Через 5-7 минут выпадает белый осадок. Реакционную смесь выдерживают 30 минут при 55 °С, в течение одного часа при комнатной температуре и охлаждают. Осадок фильтруют,

промывают водой (качественный контроль на сульфаты с ВаС12), спиртом и сушат при комнатной температуре. Получают 2,6 г (94,50%)

глицилглицината цинка дигидрата, [С4Н703№2]2^п -2^0.

Глицилглицинат цинка дигидрат - кристаллический продукт белого цвета, в воде, спирте, ацетоне не растворяется. При температуре 198 °С наблюдается начало разложения.

5. Синтез медных комплексов глицилглицината.

5.1. Синтез хелатного комплекса глицилглицината меди (II).

а) в слабокислой среде (рН 5-6). К раствору 1 г (0,0076 моль) глицилглицина в 10 мл воды прибавляют 1 г (0,038 моль) сульфата меди

(II), СиБ04 •5Н20, 0,3 г (0,00365 моль) ацетата натрия и выдерживают в течение двух часов при комнатной температуре. Гомогенный раствор (рН 5-6) ярко синего цвета упаривают, кристаллический продукт промывают спиртом и сушат при комнатной температуре. Получают 1,32 г (96,60%) хелатного комплекса глицилглицината меди (II) дигидрата,

^^С^ЬСи^ЩС). Хелатный комплекс глицилглицината меди (II) дигидрат кристаллический продукт ярко голубого цвета, хорошо растворяется в воде, не растворяется в спирте, ацетоне.

При температуре 196°С наблюдается начало разложения.

б) в щелочной среде (рН 8). К раствору 2 г (0,0152 моль) глицилглицина в 15 мл воды прибавляют 0,61 г (0,0152 моль) гидроксида натрия. Наблюдается разогрев реакционной массы до 35 °С, выдерживают 10 минут и нагревают до 50 °С. К гомогенному раствору (рН 8) присыпают

1,9 г (0,0076 моль) сульфата меди (II), Си304 •5Н20 и нагревают 25 минут при 55 °С. Реакционную смесь охлаждают, выдерживают в течение двух

часов при комнатной температуре и упаривают. Кристаллический продукт промывают спиртом и сушат при комнатной температуре. Получают 2,6 г (96,0%) хелатного комплекса глицилглицината меди (II) дигидрата,

[С4Н7ОзК2]2Си -2Н2О.

Хелатный комплекс глицилглицинат меди (II) дигидрат -кристаллический продукт голубого цвета с фиолетовым оттенком. Продукт хорошо растворяется в воде, не растворяется в спирте, ацетоне. При температуре 199°С наблюдается начало разложения.

5.2. Синтез двойного комплекса глицилглицината меди (II).

а) К раствору 2 г (0,0152 моль) глицилглицина в 15 мл воды прибавляют 1 г (0,025 моль) гидроксида натрия. Наблюдается разогрев реакционной массы до 38 °С, выдерживают 10 минут и нагревают до 55 °С. К гомогенному раствору (рН 10) присыпают по частям 1,9 г (0,0076 моль)

сульфата меди (II), СиБО4 -5ЩО и нагревают 30 минут при 55-60 °С. Реакционную смесь охлаждают, выдерживают в течение двух часов при комнатной температуре и упаривают. Кристаллический продукт промывают спиртом и сушат при комнатной температуре. Получают 3,0 г (93,75%) двойного комплекса глицилглицината меди (II) дигидрата,

[С4Н6ОзК2Си]2 -2ЩО. Двойной комплекс глицилглицината меди (II) дигидрат - кристаллический продукт темнофиолетового цвета, с трудом растворяется в воде при комнатной температуре, не растворяется в спирте, ацетоне. При температуре 205 °С наблюдается начало разложения.

б) К раствору 1 г (0,0027 моль) хелатного комплекса в 10 мл воды прибавляют 0,3 г (0,0075 моль) гидроксида натрия. Наблюдается разогрев реакционной массы до 32 °С, выдерживают 10 минут и нагревают до 50 °С. К гомогенному раствору (рН 10) присыпают 0,35 г (0,00135 моль) сульфата

меди, СиБО4 -5Н2О и нагревают 20 минут при 50 °С. Реакционную смесь охлаждают, выдерживают в течение одного часа при комнатной температуре и упаривают. Кристаллический продукт промывают спиртом и сушат при комнатной температуре. Получают 1,1 г (94%) двойного комплекса глицилглицината меди (II) дигидрата, кристаллического продукта темнофиолетового цвета.

Результаты исследований. Ранее [4] нами сообщалось о разработке способа получения комплексных солей марганца (II) и железа (II) с глицином. Сущность способа заключается в следующем: первоначально проводят гидролиз сульфатов металлов в водной среде (рН 2-3), а затем прибавляютсубстрат. В процессе гидролиза образуются гидроксид

марганца (II), Мп(ОН)2 и гидроксид железа (II), Бе(ОН)2, соответственно. Гидроксиды Ме (II) хорошо растворимы в кислой среде и не подвергаются быстрому окислению, в щелочной среде - нерастворимы и быстро окисляются до гидроксидов металлов (III).

Глицилглицинаты марганца (II) и железа (II) получают по аналогичной методике действием на водный гидролизат сульфатов Мп (II), железа (II), соответственно, глицилглицином. Реакция протекает в гомогенной фазе в кислой среде. При температуре реакции 45-50 °С, времени 30-35 минут целевые продукты получаются с выходами более 90%.

Схема реакции:

2КИ2 — СН2 — С — N—СН2СООН +

1°С

Ме8О4 + 2НОН-Ме(ОН)2 + Н28О4

рН < 7 О Н

--^ [NH2—СН2 - С—N - СН2СОО - ]2Ме

(- Н2О) II |

ОН

2+ 2+ где Ме: Мп2 (1); Бе2 (2).

(1, 2)

Глицилглицинаты Мп (II), Бе (II) представляют собой высокоплавкие кристаллические вещества хорошо растворимые в воде, нерастворимые в спирте.

Глицилглицинаты кобальта (II) и цинка получают действием на гомогенную реакционную смесь глицилглицина и гидроксида натрия в водной среде хлоридом кобальта (II) и сульфатом цинка, соответственно (присыпание кристаллических реагентов). Установлено, что применение в реакции водных растворов реагентов снижает выход и качество препаратов, так как реагенты (неорганические соли) легко гидролизуются с образованием труднорастворимых гидроксидов и легко окисляемого

Со(ОН)2. В оптимальных условиях, температура реакции 55-60 °С, время 20 минут, слабощелочная среда, целевые продукты получают с выходами более 90%.

Схема реакции:

2МН2—СН2—С - N - СН2СООШ

О Н

2п8О4

( - №28О4)^\ рН > 7 СоС12

(-2ШС1)

- [МН2 - СН2—С - N—СОО - ] 2Ме О Н

(3, 4)

2+ 2+ где Ме: Со2 (3); (4).

Из данных эксперимента следует, что комплексообразование глицилглицина с ионами металлов не идет по пептидной группе, а идет по

амино- и карбоксильной группам (с ионами Мп2+, Бе2+ в слабокислой

среде, с ионами Со , 7п в слабощелочной среде).

Для подтверждения структуры полученных комплексных солей глицилглигина (1-4) проведены качественные реакции. Соли (1, 4) дают качественную реакцию на аминогруппу с хлоридом железа (III) - хелат красного цвета, с сульфатом меди с добавлением ацетата натрия - ярко синего цвета. Соль кобальта (3), имеющая темновишневый цвет, с сульфатом меди в водном растворе окрашивается в ярко синий цвет. В сильнощелочной среде на пептидную группу качественную реакцию дают соли кобальта (3) и цинка (4) (фиолетовое окрашивание). В этих условиях

соль марганца (1) и соль железа (2) образуют осадки Мп(ОН)2 и Бе(ОН)2.

С Кз[Бе(СК)6] глицилглицинат железа (II) (2) образует темно-синий

осадок турнбулевой сини Без[Ре(СК)6]2, а глицилглицинат цинка (4) -

темно-желтый осадок 7пз[Бе(СК)6]2.

Комплексообразование по функциональным группам глицилглицина с

2+

ионами Си протекает в зависимости от условий реакции. В слабокислой

2+

(рН 5-6) и слабощелочной (рН 8) средах глицилглицин с ионами Си образует хелатный комплекс (с выходами более 90%) по амино-и карбоксильной группам - [МН2 - СН2 - СО - МН - СН2СОО -]2Си (5).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

При рН 8 глицилглицинат меди (II) получается с небольшой примесью биуретового комплекса (методика 5.1 (б)) и продукт имеет голубой цвет с фиолетовым оттенком. Глицилглицинат меди (II) 5.1 (а) продукт ярко голубого цвета, хорошо растворяется в воде, разлагается при 196-198 °С. Продукты 5.1 (а, б) дают качественную реакцию на пептидную

группу (фиолетовое окрашивание), с К4[Бе(СК)6] выпадает осадок красно-бурого цвета Си2[Ре(СК)6].

2+

В сильнощелочной среде (рН 10) глицилглицин с ионами Си образует двойной комплекс одновременно по трем функциональным группам: амино-, карбоксильной и пептидной, ди-(глицилглицинат) дикупрат (6) (выход более 90%). В сильно щелочной среде пептидная

группа из кетоформы превращается в иминольную (енольную) форму [7], в

2+

которой и взаимодействуют с ионами Си (биуретовая реакция). Схема реакции:

+ 2ШОН (рН 10) ( _2Н2О)

О Н ОNa

КН2- СН2 - С - N - СН2СООН-^ КН2 - СН2 - С = N - СН2СООШ

2 2 II I 2 ( -2Н2О) 2 2 | 2

1 стадия

2КН2- СН2- С = N - СН2СООШ +2 Си2+42 -) > [NH2- СН2- С = ^ СН2- СОО - ]2Си2

| ( -№2БО4) |

ОNa О_

2 стадия (6)

Ди-(глицилглицинат) дикупрат (6) получается и при действии на хелатный комплекс (5) гидроксидом натрия и сульфатом меди (II) при рН реакции 10 с выходом более 90%.

Двойной комплекс - кристаллический продукт темно-фиолетового цвета, в воде растворяется с трудом, в спирте не растворяется. При

температуре 205 °С наблюдается начало разложения. В водном растворе с

2+

ионами Си К4[Ге(С^б] образует осадок красно-бурого цвета Си2Ре(С^б].

Заключение. Изучена реакция комплексообразования глицилглицина с 3^-биогенными металлами. Показано, что в слабокислой и слабощелочной средах комплексообразование глицилглицина с ионами марганца, железа, кобальта, меди, цинка идет по амино- и карбоксильной группам. В сильнощелочной среде комплексоообразование глицилглицина с ионами меди идет по трем функциональным группам, включая и пептидную группу. В оптимальных условиях синтезированы комплексонаты глицилглицина 3^-биогенных металлов с высокими выходами, что позволяет исследовать их биологическую активность.

ЛИТЕРАТУРА: 1. Машковский М.Д. Лекарственные средства. т. 1 -М.: «Новая волна», 2000. с. 122-126; 2. Кабиров Г.Ф., Логинов Г.П., Хазипов Н.З. Хелатные формы биогенных металлов в животноводстве. -Казань: «ФГОУ ВПО КГВМ», 2004, 204 с.; 3. Гудашева Т.А. Стратегия создания дипептидных лекарств. // Инновация в современной фармакологии. Тез. докл. IV съезд фармакологов России. - Казань. 1821.09.2012; 4. Кадырова Р.Г., Кабиров Г.Ф., Муллахметов Р.Р. Разработка рационального способа получения комплексных солей марганца, железа с глицином и метионином. // Ученые записки КГАВМ им. Н.Э. Баумана. -Казань, 2013.- т. 216, с. 150-157; 5. Кадырова Р.Г., Кабиров Г.Ф., Муллахметов Р.Р. Синтез медных и цинковых солей метионина и глицина. // Ученые записки КГАВМ им. Н.Э. Баумана. - Казань, 2013.- т. 213, с. 109-115; 6. Дробилова О.М. Термодинамические характеристики координационных равновесий Р-аланина, Ь-серина, Э, Ь-а-аланина,

глицилглицина и глициласпарагина с ионами 3^-переходных металлов (II) в водном растворе: Автореф...диссерт...канд. хим. наук. - Иваново: ГХТУ, 2011.; 7. Грандберг И.И. Органическая химия. - М.: Дрофа, 2002. - 672 с.

ИЗУЧЕНИЕ КОМПЛЕКСООБРАЗУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ГЛИЦИЛГЛИЦИНА

С 3 ^-БИОГЕННЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Кадырова Р.Г., Кабиров Г.Ф., Муллахметов Р.Р.

Резюме

В оптимальных условиях синтезированы комплексонаты глицилглицина 3^-биогенных металлов с высокими выходами, что позволяет исследовать их биологическую активность.

GLYCYLGLYCINE COMPLEXABLE ABILITY STUDY WITH 3d-BIOGENIC METALS

Kadyrova R.G., Kabirov G.F., Mullakhmetov R.R.

Summary

Under optimal conditions, glycylglycine complexonates of 3d- biogenic metals with high nutrient outputs were synthesized, what allows to explore their biological activity.

УДК 546. 34: 547.461.4

ИЗУЧЕНИЕ РЕАКЦИИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГЛИЦИЛГЛИЦИНА С ГИДРОКСИДАМИ ЩЕЛОЧНЫХ И ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ

*Кадырова Р.Г. - профессор; Кабиров Г.Ф. - д.в.н., профессор, зав. кафедрой;

Муллахметов Р.Р. - к.б.н.

*Казанский государственный энергетический университет Казанская государственная академия ветеринарной медицины имени Н.Э. Баумана

e-mail: khimiya_kgeu@mail.ru

Ключевые слова: глицилглицин, соли лития, натрия, магния, кальция.

Keywords: glycylglycine, lithium, sodium, magnesium, calcium salts.

Современный этап развития фармакологии характеризуется возрастающим интересом к физиологически активным пептидам, которые осуществляют глобальную регуляцию организма. У пептидов достигается высокая информационная плотность, которая обеспечивает возможность их взаимодействия с множеством рецепторных систем. В НИИ

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.