Получение меченых униформ физиологически активных аминов и их производных как приложение к лабораторному практикуму по биохимии Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 577.121:616-006.4 АЛ. ТАКАНАЕВ

доктор биологических наук, профессор, кафедра общей, биологической, фармацевтической химии и фармакогнозии, Орловский государственный университет имени И. С. Тургенева Е.И. ЮШКОВА

доктор биологический наук, профессор, кафедра общей, биологической, фармацевтической химии и фармакогнозии, Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева E-mail: kinl@orel.ru МЛ. ЯРОВАТАЯ

кандидат биологический наук, доцент, кафедра общей, биологической, фармацевтической химии и фармакогнозии, Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева

UDC 577.121:616-006.4 A.A. TAKANAEV

Doctor of Biology, Professor, Department of General, Biological, Farmaceutical Chemistry and Farmacognosy, Orel State University named after IS, Turgenev

EJ. YUSHKOVA

Doctor of Biology, Professor, Department of General, Biological, Farmaceutical Chemistry and Farmacognosy, Orel State University named after I.S. Turgenev

E-maU:kin I @orelru M.A. YAROVATAYA

Candidate of Biology, Associate Professor, Department of General, Biological, Farmaceutical Chemistry and Farmacognosy, Orel State University named after

IS. Turgenev E-mail: may a0330@mail.ru

ПОЛУЧЕНИЕ МЕЧЕНЫХ УНИФОРМ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ АМИНОВ И ИХ ПРОИЗВОДНЫХ КАК ПРИЛОЖЕНИЕ К ЛАБОРАТОРНОМУ ПРАКТИКУМУ ПО БИОХИМИИ

THE PREPARATION OF LABELLED FORMS OF PHYSIOLOGICALLY ACTIVE AMINES AND THEIR DERIVATIVES AS ADDITIONAL MATERIAL FOR THE LABORATORY PRACTICUM IN BIOCHEMISTRY

Биологи разных специальностей должны располагать всей совокупностью самых современных методов и приборов, в том числе радиои зотопным, который может оказаться в равной степени полезным как для будущего биохимика, так и для будущего врача. Студенты же зачастую знают о существовании того или иного метода лишь понаслышке и имеют весьма смутное представление о том, что лежит в его основе. Настоящая работа позволит хотя бы частично восполнить этот пробел.

Ключевые слова: алифатические амины, гетероциклические амины, изотопные униформы по 14С, радиометрия, биотрансформация.

Biologists specializing in various areas must be aware of all present-day methods and equipment including the radioactive tracer method which can be equally helpful for both a future chemist and a future doctor. Students though often have rather a vague idea of what these methods actually imply. The aim of this article is to provide some information on these methods.

Keywords: aliphatic amines, heterocyclic amines, carbon 14 (14C) isotopes, radiometry, biotransformation.

Биохимия была и остается экспериментальной наукой, то есть успех любого исследования в области биохимии определяется главным образом правильным выбором экспериментального подхода к той или иной проблеме и грамотным использованием выбранных методических приемов. Преподавание биохимии показывает, что именно освоение методических приемов является наиболее трудной задачей для студентов, так как преподаватель биохимии из-за узких рамок лекционного курса, едва успевает знакомить студентов с тем, что происходит в этой области знания, вынужденно оставляя в стороне вопрос о том, как были выполнены соответствующие эксперименты.

В настоящей работе предлагаются принципы относительно простых методов синтеза изотопных униформ на базе алифатических и гетероциклических аминов природного происхождения.

Меченые препараты с успехом применяются для исследования биотрансформации биологически активных веществ в экспериментах на животных. Особенно информативные результаты получаются при использовании изотопных методов для решения таких вопросов, как кинетика всасывания, распределение, метаболизм и экскреция исследуемого соединения. Надо отметить, что введение радиоактивной метки в субстраты, используемые для изучения биохимической трансформации, требует определенных условий. Наиболее эффективными являются препараты, меченные углеродом-14, обладающим большим периодом полураспада и умеренно высокой энергией излучения. 14С-меченные соединения получают обычным химическим синтезом из коммерческих меченых полупродуктов цианистого калия, йодистого метила, уксусного ангидрида[4, 5].

Общая методика «горячего» синтеза заключает-

© А.А. Таканаев. Е.И. Юшкова. М.А. Яроватая ©A.A. Takanaev, E.I. Yushkova, MA. Yarovataya

Ученые записки Орловского государственного университета. №1 (70), 2016 г. Scientific notes of Orel State University. Vol. 1 - no. 70. 2016

ся в проведении предварительно «холодного» синтеза, причем, исходные реагенты берутся в количествах, соответствующих тем, которые берутся при введении радиоактивной метки. Следующим этапом эксперимента является проведение модельных опытов с целью получения 1 или 2 мкюри конечного продукта с низкой удельной активностью. Этот эксперимент дает следующую информацию: радиоактивный выход, продолжительность синтеза, чистота соединения, перспектива дальнейшей очистки и ориентировочная стоимость. Только после получения этих данных проводят окончательный синтез.

Меченые моно- и диалкиламины обычно получают из 14С-цианистого калия через нитрилы, которые восстанавливают алюмогидридом лития или гидрированием в присутствии платиновых катализаторов. При нагревании сухих солянокислых солей алифатических диаминов образуются циклические основания соответственно, из тетраметилендиамина образуется пирролидин, а из пен-таметилендиамина - пиперидин. Триметилендиамин в этих условиях в незначительной степени превращается в триметиленимин[2, 3 ]. Попытка получения гексамети-ленимина и гептаметиленимина аналогичным путем не увенчалась успехом. Общую схему синтеза аминов и их производных можно представить следующим образом: вг<сн,увг

:r14cn

f I

14CN- (CH2)n-"CN lllljlMO;

h2n-14ch2 (ch^-^chj -nhj

метилирование

^ch;)i-,4ch2-nmch3)3

АМИНЫ, МЕЧЕННЫЕ УГЛЕРОДОМ-14

а) 1.5-' 'С\-ди нитрил глутаровой кислоты. 1,3 г (0,02 М) меченого K14CN с общей активностью 1200 МБк и 0,05 г (0,0003 М) растворяли в 10 мл 75% этанола. Затем к раствору добавляли 2,02 г (1,01 М) све-жеперегнанного 1,3-дибромпропана и смесь нагревали и перемешивали в течение 3-х часов. Выпавший осадок КВг отфильтровывали, этанол отгоняли, к остатку прибавляли 25 мл воды и промывали три раза порциями эфира по 25 мл для удаления остатка дибромэтана. Водный раствор подкисляли серной кислотой до рН 2-3 и экстрагировали хлороформом. Экстракт промывали водой, высушивали прокаленным сульфатом натрия, хлороформ отгоняли. Выход 1,5-14С2-динитрила глутаровой кислоты 0,8 г (85%), т.кип. 131-134°/10мм рт.ст. молярная активность 115,15 МБк/мМ, общая радиоактивность - 980МБк, РХЧ > 95%.

б) Дигидрохлорид 1,5-14С,-пентаметилендиамина.

0,75 г (0,008 М) 1,5,-динитрила глутаровой кислоты растворяли в смеси 23 мл метанола и 2 мл концентрированной соляной кислоты и гидрировали в присутствии катализатора Адамса (200мг РЮ2). Окончание гидрирования отмечали по прекращению поглощения водорода и коагуляции катализатора. После отделения катализатора растворитель отгоняли, остаток перекристалли-зовывали из смеси абсолютного этанола и эфира (1:1). Выход: 1,5-14С2-пентаметилендиамина 0,65 г (82%), дигидрохлорида - 1,12 г (82%), т.пл. 225°С, удельная активность 125 МБк/мМ, общая радиоактивность 803 МБк, РХЧ > 95%.

в) Гидрохлорид 2,6-14С2-пиперидина. 1,05 г (0,006 М) 1,5-14С,-пентаметилендиамина дигидрохлорида возгоняли в колбе объемом 50мл. После охлаждения продукты возгонки растворяли в воде, подщелачивали до рН 9-10 и перегоняли с паром, дистиллят подщелачивали до рН 10 и экстрагировали эфиром. Высушенный экстракт насыщали газообразным хлористым водородом. Выпавшие при охлаждении кристаллы отфильтровывали, сушили, перекристаллизовывали из абсолютного этанола. Выход: 2,6-14С2-пиперидина гидрохлорида 0,20 г (28%), т.пл. 244-245°С, молярная активность 126 МБк/мМ. общая радиоактивность 208 МБк, РХЧ > 95%.

2,5-14С,-ПИРРОЛИДИН

Хлоргидрат 2.5-" С,-п иррол иди на получен аналогично.

а) 1.4-' 'С\-динитрил янтарной кислоты. Взято: 1,3 г (0,02 М) меченого К1 'СЬ' с общей активностью 1200 МБк, 0,05 г (0,0003 М)10 мл 75% этанола и 1,9 г (0.001 М) 1,2 - дибромэтана. Выход 1.4-"С\-динитрила янтарной кислоты 0,68 г (15%), т. кип. 158-160°С/20 мм рт.ст., молярная активность 120 МБк/мМ, общая радиоактивность 1095 МБк, РХЧ > 95%.

б) Дигидрохлорид 1,4-14С2-тетраметилендиамина. Взято: 0,6 г (0,0075 М) 1,4-14С2-динитрила янтарной кислоты. 23 мл метанола, 2 мл концентрированной соляной кислоты, 200 мг катализатора Адамса. Водород пропускали до прекращения поглощения. Выход дигидрохлорида 1,4-14С2-тетраметилендиамина - 1,02 г (88%), т.пл.290°С (разл.), молярная активность 153,2 МБк/мМ, общая радиоактивность 965 МБк, РХЧ > 95%.

в) Гидрохлорид 2.5-14С2-пирролидина. Взято: 0,95 г (0,006 М) дигидрохлорида 1.4-"С-тетраметилендиамина. Выход: 2,5-14С2-пирролидина гидрохлорида 0,145 г (23%), т.пл. 206-208°С, молярная активность 164 МБк/м, общая радиоактивность 222 МБк, РХЧ > 95%.

ЙОДИД

БИС-(ТРИМЕТИЛАММОНИЙ)-ДЕКАНА-1,10-14С,

а) 1.10-' 'С\-динитрил себациновой кислоты. Взято: 1,6 г (0,025 М) цианистого калия с общей активностью 1600 МБк, 2,72 г (0,01 М) 1,8 - дибромэтана, 25 мл триэ-тиленгликоля. Выход: 1,10-14С„-динитрила себациновой кислоты 1,18 г (72%), 1,4460; т.кип. 180-182°С/12 мм рт.ст.. РХЧ > 96%.

б) Дигидрохлорид 1,10-14С2-декаметилендиамина.

Взято 1,1 г (0,0006 M) 1,Ю-14С,-динитрила себацино-вой кислоты, 27 мл метанола, 3 мл соляной кислоты. 250 мг катализатора Адамса, 250 см3 водорода. Выход дигидрохлорида 1,10-14С2-декаметилендиамина 1,4 г (85%), т.пл. 255-269°С, удельная радиоактивность 171 МБк/ мМ, молярная активность 957 МБк, РХЧ > 95%.

в) Иодид бис-(тримстиламмоний)-дскана-1.10' 'С\. Взято 1,3 г (0,005 М) дигидрохлорида 1.10-"С\-декаметиландиамина, 1,01 г (0,01 М) триэтиламна. 5 мл диметилформамида, 3 г (0,02 М) йодистого метила. Выход йодида-бис-(триметаламмоний)-декана-1,10-14С2 - 1,76 г (72%), т.пл. 243-246°С, молярная активность 186,5 МБк/мМ, общая радиоактивность 670 МБк, РХЧ > 95%.

/МЕТИЛ/-14С/-ХОЛИН ЙОДИДА

0,180 г (0,002 М) диметиламиноэтанола растворяли в 3 мл абсолютного бензола и прибавляли по каплям 0,31 г (0,0022 М) йодистого 14С-метила с общей активно-

стью 400 МЕк. Выпавшие кристаллы /метил-14С/-холин йодида отфильтровывали и перекристаллизовывали из смеси абс. этанол-эфир. Выход /метил-14С/-холин йодида 0,32 г (69%), т.пл. 257-258°С, молярная активность 187,6 МБк/мМ, общая радиоактивность 269 МБк, РХЧ > 95%.

Следует отметить, что основное преимущество методов с применением радиоизотопных меток перед другими физическими и химическими методами - их чувствительность. Например, удельная радиоактивность чистого трития около 50 К/мм и этот изотоп можно разбавлять в 1012 раз, не опасаясь, что радиоактивность меток позволяет обнаруживать вещества, присутствующие в клетках в таких малых количествах, когда любой чувствительный метод здесь бессилен. Другое преимущество радиоактивных меток состоит в том, что их можно вводить в живой организм и проводить исследования с их помощью на уровне интактного организма, что очень выделяет этот метод среди других.

Библиографический список

1. Таканаев А.А., Юшкова E.IL, Яровапшя М.А. Исследование биологической активности гетероциклических нитрозамйнов //Ученые записки Орловского государственного университета. 2014, №3 (59). С. 129-130.

2. Таканаев А.А., Юшкова E.IL, Яровапшя М.А. Исследование биотрансформации N-нитрозоаминов и их производных// Ученые записки Орловского государственного университета. 2014. №7 (63). С.305.

3. Таканаев А А., Халилов М.А., Юшкова E.II., Яровапшя М.А. Некоторые аспекты биотрансформации N-нитрозосоединений// Ученые записки Орловского государственного университета. 2015. № 4 (67). С.405-406.

4. Яровапшя М.А, Таканаев АЛ., Юшкова E.II. Метаболизм гетероциклических N-нитрозаминов// Ученые записки Орловского государственного университета. 2015. № 4 (67). С.424-425.

5. Таканаев АЛ., Юшкова Е.И., Яровапшя М.А. Изучение биотрансформации N-нитрозаминов как интерактивное приложение к лекционному курсу по биохимии//Ученые записки Орловского государственного университета. 2015. №6 (69). С. 355-358.

6. http://www.oncolog. su/carcinogen/nitrate/

7. http://www.medfraiTce.rTT/onco/mtrate/nitrozamines/

References

1. Takanaev АЛ., Yushkova E.I., Yarovataya МЛ. Biological activity geterocyclic nitrosamines studies/Scientific notes of Orel State University. 2014. №3 (59). Pp. 129-130.

2. Takanaev A.A., Yushkova E.I., YarovatayaM.A. Biotransformation studies ofnitrosamines-Nand their derivatives// Scientific notes of Orel State University. 2014. №7(63). P.305"

3. Takanaev A A., Khalilov M.A., Yushkova E.I., Yarovataya M.A. Some aspects of N-nitrosocompounds biotransformation //Scientific notes of Orel State University. 2015. № 4 (67). Pp. 405-406.

4. Yarovataya M.A., Takanaev A.A., Yushkova E.I. Metabolism of geterocyclic N-nitrosamines //Scientific notes of Orel State University. 2015. № 4 (67). Pp. 424-425.

5. Takanaev A.A., Yushkova E.I., Yarovataya M.A. The study ofN-nitrosamines biotransformation as an interactive part of the lecture course in biochemistry//Scientific notes of Orel State University. 2015. № 6(69). Pp. 355-358.

6. http://www.oncolog.STT/carcinogeiT/nitrate/

7. http://www.medfraiTce.rTT/onco/mtrate/nitrozamines/