CC BY
174
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: [email protected]
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).
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: [email protected]
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
