Изучение реакции комплексообразования g-аминомасляной кислоты с ионами двухвалентных 3d- металлов Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

4-HYDROXYPROLINE COMPLEX SALTS SYNTHESIS OF ALKALINE AND ALKALINEEARTH METALS

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

The method of generating salts is characterized by production effectiveness that enables us to prepare them in required quantities for studying their toxicological and pharmacological properties.

УДК 547.461.4

ИЗУЧЕНИЕ РЕАКЦИИ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ у-АМИНОМАСЛЯНОЙ КИСЛОТЫ С ИОНАМИ ДВУХВАЛЕНТНЫХ 3d- МЕТАЛЛОВ

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

Муллахметов Р.Р. - к.в.н., доцент Казанский государственный энергетический университет, Казанская государственная академия ветеринарной медицины имени Н.Э. Баумана

тел.: 8(843) 273-97-75

Ключевые слова: у-аминомасляная кислота (ГАМК), комплексонаты марганца, меди, цинка.

Key words: y-Aminobutyric acid (GABA), manganese, cuprum and zinc complexonates.

у-Аминомасляная кислота

(rAMK,GABA) - важнейший тормозной нейромедиатор центральной нервной системы (ЦНС) человека и млекопитающих. ГАМК - биогенное вещество, содержится в ЦНС и принимает участие в нейромедиаторных и метаболических процессах в мозге [ru. Wikipedia. org > Гамма-аминомасляная кислота].

Введение ГАМК вызывает тормозной процесс в коре головного мозга человека (центральное торможение), а у животных приводит к утрате условных рефлексов [1]. Известно, что соединения металлов с аминокислотами представляют особый интерес для использования в животноводстве. Ионы металлов в сочетании с аминокислотами становятся менее токсичными и могут катализировать различные биохимические процессы. Установлено, что использование хелатных соединений повышает усвоение цинка, меди, железа и марганца [Селионова М.Н., Головкина Е.М. / Использование хелатов микроэлементов с аминокислотами в молочном скотоводстве].

Изучена гипогликемическая

активность цинковых солей оротовой и у-

аминомасляной кислот, оротовой и s-аминокапроновой кислот, ^-ацетил-s-аминокапроновой кислоты в опытах на крысах с аллоксановым диабетом. Показано, что цинковые соли аминокислот обладают гипогликемическим

(сахароснижающим) действием.

Исследуемые цинковые соли аминокислот были синтезированы в лаборатории органического синтеза ВНЦ БАВ [journal microelements, ru > Микроэлементы в медицине. 2011 / В.П. Котегов, А.В. Сульдин, М.В. Липина, Н.А. Иванова, К.К. Поршнев].

Разработаны ноотропные средства, представляющие собой (RS)-N-пантоил-у-аминомасляную кислоту и ее соли (в том числе цинковую соль), которые могут быть использованы в медицинской практике (неврологии и психиатрии) [2]. Цинковую соль авторы [2] получают действием на кальциевую соль (RS) -N-пантоил-у-аминомасляной кислоты в водно-спиртовой среде водным раствором сульфата цинка с последующей выдержкой в течение 36 часов при комнатной температуре.

Хелатная форма цинка усваивается эффективнее, чем оксид и сульфат цинка, и имеет следующие преимущества: высокая

биодоступность и усвояемость;

эффективное действие при болезнях; поддержание необходимого уровня микроэлемента в организме [www. goros 21. ru / Преимущества хелатной формы цинка перед другими его неорганическими соединениями].

Цинк - очень важный микроэлемент, обладающий антиоксидантными

свойствами, нормализует обмен веществ, регулирует деятельность репродуктивной системы. Он играет важную роль в процессах кроветворения, в поддержании нормальной работы иммунной системы и деятельности желез внутренней секреции, активизирует деятельность головного мозга [Zinc Glycinate].

у-Аминомасляная и s-

аминокапроновая кислоты образуют комплексы хелатного характера с солями меди, имеющие темно-синюю окраску [Pandiawet. ru. Химические свойства аминокислот]. Хелптный комплекс меди используется в качестве источника микроэлемента меди. Медь играет важную роль в окислительно-восстановительных реакциях и защите организма от воздействия свободных радикалов. Медь -функциональный компонент ряда важнейших ферментов (в том числе лизинооксидазы). Недостаток меди приводит к диминерализации костной ткани. Медь играет важную роль в процессах биосинтеза гемоглобина. Недостаток меди, как и железа может привести к возникновению анемии [Хелатный комплекс меди. Листок вкладыш].

Железодефицитная анемия -наиболее распространенное заболевание нашего времени. Дефицит железа в организме приводит к снижению уровня гемоглобина в периферической крови. К развитию железодефицитной анемии приводит также недостаточность микроэлементов, среди которых наиболее важна медь, участвующая в процессе кроветворения, в синтезе гемоглобина. Важное значение в повышении биологической доступности минеральных веществ и обеспеченности организма микроэлементами имеют хелатные соединения [3]. Авторы [3] исследовали влияние тирозината меди на количественное распределение железа и

меди в органах и тканях на фоне постгеморрагической анемии у белых крыс. Проведен направленный синтез комплексного соединения тирозина с медью и изучена реакция с сульфатом меди (II) в кислой среде. Показано, что хелат-комплекс меди с тирозином способствует повышению статуса меди в органах и тканях белых крыс и увеличению отложения металла в тканевых депо.

Аминокислотный хелат марганца -это доступная форма марганца, микроэлемента, необходимого для развития скелета, укрепления суставов, костей и мышечных тканей. Марганец необходим для людей с анемией на фоне недостаточности железа [4].

Из анализа литературных данных следует, что лекарственные средства, включающие ГАМК и биогенные металлы (в том числе цинк и медь) являются эффективными препаратами и

используются в медицинской и ветеринарной практике.

Однако в доступной литературе отсутствуют сведения о методах синтеза комплексонатов ГАМК цинка, меди, марганца. Для изучения их биологических свойств нами проведены

экспериментальные исследования по разработке способов получения комплексонатов и выделению в индивидуальном виде.

Материалы и методы. Для изучения реакции комплексообразования были использованы следующие реактивы: у-аминомасляная кислота-ZiG-MA-ALDRiCh CheMiE GmbH USA, содержание основного вещества > 99 %; сульфаты: марганца, MnSO4 • 5H2O; меди, CuSO4 • 5H2O; цинка, ZnSO4 -7H2O марки «хч».

1. Синтез комплексоната марганца (II) у-аминомасляной кислоты. Раствор 1,17 г (0,00485 моль) сульфата марганца (II), MnSO4 • 5H2O в 15 мл воды (рН 4) нагревают до 45-50 °С в течение 20 минут. К гомогенному раствору гидролизата (рН 3) прибавляют 1 г (0,0097 моль) ГАМК, нагревают реакционную смесь до 45 °С 30 минут и выдерживают при комнатной температуре 2 часа. Затем гомогенный раствор упаривают, остаток промывают этанолом и кристаллизуют. Получают 1,31 г (92,0 %) комплексоната дигидрата

[C4H5O2N]2Mn • 2H2O. Содержание азота (%) : найдено - 10,70; вычислено - 10,81.

Дигидрат комплексоната Mn (II) ГАМК кристаллический продукт светло-розового цвета, хорошо растворяется в воде, не растворяется в спирте. При температуре 130-132 °С плавится (протекает дегидратация), при 178 °С -наблюдается начало разложения, 190 ° -обугливание.

2. Синтез комплексоната меди (II) у-аминомасляной кислоты a) К раствору 0,5 г (0,00485 моль) ГАМК в 10 мл воды прибавляют 0,58 г (0,0024 моль) сульфата меди (II), CuSO4 • 5H2O, 0,18 г (0,0022 моль), ацетата натрия и выдерживают при температуре в течение 2-3 часов. Гомогенный раствор (рН 5) ярко синего цвета упаривают, остаток растворяют в воде и высаживают этанолом. Выпавшие игольчатые голубые кристаллы

отфильтровывают, промывают этанолом и сушат при комнатной температуре. Получают 0,52 г (71,23 %) комплексоната дигидрата Cu[C4H8O2N]2 • 2H2O. Содержание азота (%) : найдено - 9,10; вычислено - 9,21.

Дигидрат комплексоната ^ (II) ГАМК, игольчатые кристаллы голубого цвета, хорошо растворяется в воде, не растворяется в этаноле, ацетоне. При температуре 134 °С - разлагается. б) Раствор 0,58 г (0,0024 моль) сульфата меди (II), CuSO4 • 5H2O в 10 мл воды (рН 4) нагревают до 35-40 °С в течение 20 минут. К гомогенному раствору гидролизата (рН 3) прибавляют 0,5 (0,00485 моль) ГАМК, перемешивают до полного растворения. Полученный гомогенный реакционный раствор ярко синего цвета выдерживают при комнатной температуре в течение 3-х часов и упаривают. Остаток растворяют в воде, высаживают этанолом, фильтруют,

2кн2 - сы2 - сы2 - сы2 - соон

+

промывают этанолом и сушат при комнатной температуре. Получают 0,51 г (70,0 %) комплексоната дигидрата Cu[C4H8O2N]2 • 2H2O. Содержание азота (%): найдено - 9,05; вычислено - 9,21.

Дигидрат ^ (II) ГАМК - голубые кристаллы, температура плавления 133-134 °С.

3. Синтез комплексоната цинка у-аминомасляной кислоты. К раствору 0,5 г (0,002 моль), кальциевой соли ГАМК в 10 мл воды (рН 8) прибавляют раствор 0,57 г (0,002 моль) сульфата цинка, ZnSO4 • 7H2O в 5 мл воды. Реакционную смесь перемешивают и выдерживают при комнатной температуре в течение 4-5 часов. Наблюдается выпадение осадка сульфата кальция, который фильтруют и сушат. Осадок дает качественную реакцию на катионы кальция с оксалатом аммония и на сульфат-анионы с хлоридом бария. Фильтрат после отделения сульфата кальция упаривают, белый

кристаллический остаток промывают этанолом и сушат. Получают 0,21 г (63,63%) комплексоната цинка,

[C4H8O2N]2Zn. Содержание азота (%): найдено - 10,28; вычислено - 10,40.

Комплексонат цинка ГАМК - белый кристаллический продукт, хорошо растворяется в воде, не растворяется в этаноле, ацетоне. Температура разложения 210-212 °С; температура плавления субстрата (кальциевой соли ГАМК) 96-97 °С.

Результаты исследований.

Комплексонат марганца (II) у-аминомасляной кислоты получают действием на реакционный водный раствор гидролизата сульфата марганца (II) у-аминомасляной кислотой в кислой среде (рН3) [4].

Реакция протекает по схеме:

1°

[Мп804 + 2НОН <—- Мп(ОН)2 + Н2$04] рН < 7

-2Н20

[Ш2- сы2 - сы2 - сы2 - соо - ]2 Мп (1)

Реакция проводится в гомогенной кислой среде и образующийся в процессе гидролиза Mn(OH)2 не подвергается окислению. При температуре реакции 45 °С, времени 30 минут и последующей выдержки 2 часа (комнатная температура) комплексонат марганца (II) ГАМК дигидрат получают с выходом 92 % в виде кристаллов розоватого цвета. Продукт хорошо растворяется в воде, не растворяется в спирте, ацетоне. Плавится при температуре-132 °С.

Структура комплексоната марганца (II) ГАМК подтверждена качественными реакциями на NH2-группу:с хлоридом железа (III) образуется хелат красного цвета; с сульфатом меди (II) в слабокислой

среде с добавлением ацетата натрия - хелат ярко синего цвета; с раствором нингидрина наблюдается окрашивание в фиолетовый цвет; на ионы Mn2+: при действии водного раствора гидроксида натрия выпадает бледно-розовый осадок Mn(OH)2, который быстро переходит в осадок темно-бурого цвета MnO(OH)2.

Комплексонат меди (II) ГАМК получают в кислой среде двумя методами: 2а) действием на ГАМК сульфатом меди (II) и ацетатом натрия (рН 5) [5]; 2б) действием на гомогенный раствор гидролизата сульфата меди (II) (рН 3) ГАМК.

Реакции протекают по схеме:

[Си804 + 2НОН Си(ОЫ)2 + И2804]

2КН2 - СН2 - СН2 - СН2 - СООН

+

рН < 7 ( - 2Н20) Си804 (Ац.Ш)

рН < 7

[Ш2 - СН2- СН2" СН2- С00 - ]2Си

При соотношении субстрата и реагента (2 : 1) в молях (методы 2а, 2б) в кислой среде реакция протекает в гомогенной фазе. В мягких условиях (выдержка при комнатной температуре 3 часа) комплексонат меди (II) ГАМК получают с выходом 70-71 % в виде игольчатых кристаллов голубого цвета с температурой плавления 133-134 °С. Продукт хорошо растворяется в воде, не растворяется в спирте (очищается высаживанием из водного раствора этанолом).

Структура комплексоната меди (II) ГАМК подтверждена качественными реакциями: на NН2 группу - с FeClз образуется хелат красного цвета; на ионы Си2+ - с К^е(С№)б] образуется осадок Cu2[Fe(CN)6] красно-бурого цвета.

Разработанный ранее нами [6,7] эффективный способ получения

комплексонатов а-аминокислот с биогенными металлами в щелочной среде в реакциях с у-аминомасляной кислотой менее технологичный.

При использовании в качестве реагента реакционную смесь сульфата меди (II) и гидроксида натрия (рН 10) комплекообразование ГАМК с ионами Си2+ протекает медленнее, чем образование гидроксида меди (II). При этом происходит выпадание обильного труднорастворимого осадка Си(ОЦЪ, процесс переходит в гетерогенную фазу и выход целевого продукта снижается.

Для синтеза комплексоната цинка ГАМК в качестве субстрата использована полученная нами кальциевая соль ГАМК и реагента - сульфат цинка. Реакция протекает в водной среде в гомогенной фазе.

Схема реакции:

[Шг - СН2 - СН2 - СН2 - СОО -]2Са + ZnSO4^•

> [NH2 - СН2 - СН2 - СН2 - СОО -]^п

-№804

(3)

При эквимольном соотношении субстрата и реагента в мягких условиях - в водной среде, при комнатной температуре и выдержке 4-5 часов, получают комплексонат цинка ГАМК с выходом ~ 64 % в виде белых кристаллов. Продукт хорошо растворяется в воде , не растворяется в спирте, ацетоне. При температуре 210-212 °С разлагается.

Структура комплексоната цинка ГАМК подтверждена качественными реакциями: на NH2-группу (реакции с БеСЬ, СuSO4); на ионы Zn2+ - с Кз[Ре(С^б]2,образуется желто-коричневый осадок Znз[Fe(CN)6]2 с №ОН - белый гелеобразный осадок Zn(OH)2. Выпавший из реакционной смеси осадок СаSO4 дает качественные реакции: на Са2+ с оксалатом

аммония - осадок СаС2О4 и на ЗО^ с

хлоридом бария - осадок BaSO4.

При использовании в качестве реагента реакционную смесь сульфата цинка и гидроксида натрия (рН 10) и субстрата ГАМК происходит выпадание обильного труднорастворимого

гелеобразного осадка Zn(OH)2, процесс переходит в гетерогенную фазу и выделение целевого продукта осложняется.

Заключение. Исследована реакция комплексообразования у-аминомасляной кислоты с ионами марганца (II), меди (II), цинка. Показано, что способ синтеза комплексонатов марганца, меди ГАМК основан на использовании в качестве реагентов гидролизатов сульфатов соответствующих металлов в кислой среде; способ получения комплексоната цинка ГАМК основан на реакции замещения при действии на кальциевую соль ГАМК сульфатом цинка. В результате экспериментальных исследований

выявлены факторы, влияющие на процесс комплексообразования: технологические

приемы смешивания субстрата и реагента, их соотношение, гомогенность

реакционной смеси, рН реакции, температурные режимы. В оптимальных условиях целевые продукты получают с хорошими выходами, что позволяет проводить изучение их биологических свойств.

ЛИТЕРАТУРА:

1.Комов В.П. Шведова ВН. Биохимия. - М.: Дрофа, 2004, с. 26-28, с. 385/

2. Пат. ЯИ 2181717. 27.04.2002. Ноотропное средство и способ его получения. / Общество с ограниченной ответственностью. «Консорциум - ПИК»/

3. Денисова О.Ф., Слесарева Е.В., Алимова Р.И., Нуртдинова Г.И. Влияние медного хелата на количественное распределение железа и меди в органах и тканях при постгеморрагической анемии у белых крыс. // Современные проблемы науки и образования. - 2015, №1/

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. 150-156/

5. Грандберг И.И. Практические работы и семинарские занятия по органической химии. М.: Дрофа, 2001. - с. 138/

6. Кадырова Р.Г., Кабиров Г.Ф., Муллахметов Р.Р. Синтез магниевых и кальциевых солей метионина и глицина. // Ученые записки КГАВМ им. Н.Э. Баумана. - Казань, 2013. - т. 213, с. 109-115/

7. Пат. РФ. 2174508. Россия МПК6С 07.10.10.2011. Способ получения сукцинатов ^-металлов / Р.Г. Кадырова, К.Х. Папуниди, Б.М. Гильметдинов.

ИЗУЧЕНИЕ РЕАКЦИИ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ у-АМИНОМАСЛЯНОЙ КИСЛОТЫ С ИОНАМИ ДВУХВАЛЕНТНЫХ 3d- МЕТАЛЛОВ

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

В результате экспериментальных исследований выявлены факторы, влияющие на процесс комплексообразования: технологические приемы смешивания субстрата и реагента, их соотношение, гомогенность реакционной смеси, рН реакции, температурные режимы.

STUDY OF Г-AMINOBUTYRIC ACID COMPLEX FORMATION WITH IONS OF BIVALENT

3D METALS REACTION

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

The following factors influencing the process of complex formation were educed during the experimental research: technological modalities of mixing substrate and reagent, their correlation, homogeneity of reaction mixture, reaction рН, temperature modes.

УДК 547.461.4

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАКЦИИ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ 4-ГИДРОКСИПРОЛИНА С ИОНАМИ ДВУХВАЛЕНТНЫХ 3¿-МЕТАЛЛОВ

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

Муллахметов Р.Р. - к.в.н., доцент Казанский государственный энергетический университет, Казанская государственная академия ветеринарной медицины имени Н.Э. Баумана

тел.: 8(843) 273-97-75

Ключевые слова: 4-гидроксипролин, комплексонаты железа, кобальта, меди, цинка. Key words: 4- Hydroxyproline, ferrum, cobalt, cuprum and zinc complexonates.

4-Гидроксипролин (28, 4Я) -4-hydroxypyrroПdme-2-карбоновая кислота -ШРАС) - является широко распространенной протеиногенной

заменимой гетероциклической а-аминокислотой. Имеет два центра хиральности (положение 2 и 4) и может образовывать четыре оптически активных стереоизомера. Изомер Е-гидроксипролин -бесцветные кристаллы с температурой плавления 274 °С, хорошо растворяется в воде; рКа 1,92 (СООН), 9,74 ^Н), р1 5,83.С нингидрином Е-гидроксипролин дает желтое окрашивание и эта реакция используется для количественного его определения фотоколориметрически. Для комплексных солей а-аминокислот чувствительность реакции с нингидрином уменьшается.

В пептидном синтезе гидроксильную

группу 4-гидроксипролина защищают бензильной и трет-бутильной группами. Химические реакции по атому азота аминогруппы в молекуле 4-гидроксипролина пространственно

затруднены. 4-Гидроксипролин - основной компонент белка коллагена и играет ключевую роль в обеспечении стабильности коллагена. Он также обнаружен в некоторых других белках, например в эластине.[Химик. ги-оксипролин. - Химическая энциклопедия; Гидроксипролин. Материал из Википедии, на сайте «О химии»].

4-Гидроксипролин - биологически активное вещество, используется в синтезе лекарственных средств, например оксицепрола (К-ацептил-4-гидрокси-Е-пролина), который представляет интерес как нестероидное противовоспалительное