Исследование реакции комплексообразования -аминокислот с кобальтом (III)

α-Аминокислоты и их комплексные соли биогенных металлов характеризуются высокой биологической активностью и применяются в медицинской и ветеринарной практике. Эффективность их использования в животноводстве подробно освещена в работе [1].

Такие α-аминокислоты, как глицин, метионин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты и их соли нашли самостоятельное применение в качестве лекарственных средств [2, 3].

Комплексонаты α -аминокислот с ионами Со²⁺ обладают широким спектром биологического действия [1].

Кобальт относится к числу важнейших микроэлементов, входит в группу эссенциональных (жизненно необходимых) микроэлементов для животных и человека.

Он участвует в кроветворении, играет роль активатора ферментов в обмене веществ. Физиологический эффект кобальта обусловлен его присутствием в молекуле витамина В₁₂. Поэтому включение солей кобальта в рацион сельскохозяйственных животных и птицы значительно способствует биосинтезу витамина В 12 кишечной микрофлорой, находящейся в тонком отделе кишечника.

Кобальт регулирует и активирует синтез протопорфирина, влияет на углеводный, минеральный, азотистый и нуклеиновый обмен. Ионы кобальта необходимы для гемопоэза независимо от цианокобаламина, что возможно связано с блокированием двухвалентным кобальтом сульфогидрильных групп цистина и глютатиона. Это вызывает гипоксию с последующим образованием гемопоэтических факторов, в частности эритропоэтина. Кобальт – важнейщий возбудитель процессов образования эритроцитов; непостредственно оказывает влияние на кроветворные функции костного мозга, ускоряет синтез гемоглобина, повышет усвоение железа [1]; [Биологическая роль микроэлементов. http:/helavit.ru; Микроэлементы металлов для изготовления премиксов. Нефтегазхимкомплект. РФ. Биоамин].

Триптофанаты, метионинаты, цитраты кобальта обладают высокой биологической активностью, их парентеральное введение повышает устойчивость организма, продуктивность и воспроизводительную функцию свиней, овец, коров [Биологическая доступность микроэлементов; [1]].

Для профилактики и лечения гипомикроэлементозов животных предложена группа препаратов биокоординационных соединений (лизинат цинка, метионинаты кобальта и меди) при паракератозе, гипокобальтозе, гипокупрозе, гипотрофии [Дорожкин В.И. автореф. докт. диссерт. – биолог. н. М.: 1998].

Рекомендовано использование в молочном скотоводстве хелатов кобальта и меди с метионином в качестве кормовой добавки. Препараты малотоксичны и относятся к 4 классу веществ по степени опасности и токсичности [М.И. Селиванова, Е.М. Головкина. НИИ животноводства и кормопроизводства РАСХ. Ставрополь; agroyug.ru > page/item/-id-3688].

Разработана новая кормовая добавка на основе аспарагинатов железа, меди, марганца, цинка и кобальта для обогащения и балансирования рационов сельскохозяйственных животных и птицы по микроэлементам [Саратовская Биотехнолог. корпорация ООО СБК-2007].

Микроэлементы, входящие в состав органического комплекса, являются активаторами многих ферментов.

При систематическом поступлении кобальт равномерно распределяется по всему организму, причем концентрация его в печени в 4 раза выше, чем в остальных органах. Недостаток кобальта в организме вызывает пернизационную анемию.

Для коррекции недостатка кобальта в организме применяют В12 и его метаболиты (коамид). В последние годы разработаны средства для коррекции дефицита кобальта на основе его аспарагината [products-eco.ru>info-Co html].

Биологически активная добавка (БАД) «Тиреобаланс», в состав которой входят аспарагинаты марганца (2,92 мкг) и кобальта (14 мкг), обеспечивает комплексное воздействие на метаболизм щитовидной железы [artakova kiev ua>Bad/84.phg].

Сообщается, что аспарагинат кобальта (II) изготовлен ФГУП ГОС.НИИ «Кристалл» [(Описание БАД «Аспарагинат кобальта (II), ТельАвив Медикал Центр; medical-israel.ru) 15.06.2007. порошок ФГУП ГосНИИ «Кристалл»]. Однако сведения по техрегламенту получения аспарагината кобальта (II) изготовителем не приводятся, что делает невозможным оценить технологичность процесса.

Из анализа литературных данных следует, что комплексонаты кобальта (II) с α-аминокислотами являются эффективными препаратами и представляют значительный интерес в области фармакологии. Сведения по методам их синтеза и выделения в чистом виде практически отсутствуют. С целью использования комплексонатов кобальта (II) α-аминокислот в ветеринарии и медицине нами проведены исследования по разработке доступных методов их получения.

Материалы и методики. Для синтеза солей кобальта (II) α-аминокислот – глицина, метионина, аспарагиновий и глутаминовой кислот были использованы следующие реактивы: глицин (аминоуксусная кислота), содержание основного вещества 98,5–100 %, производства ЗАО «Лен Реактив»; DL-метионин, квалификации «ч», массовая доля основного вещества 99,2 %, производства «Вектон»; L-аспарагиновая кислота PRS-CODEX; L-глутаминовая кислота PRS-CODEX; хлорид кобальта CoCl₂ · 6H₂O, гидроксид натрия марки «x.ч.».

• 1.    Синтез глицината кобальта (II). К раствору 5 г (0,066 моль) глицина в 30 мл воды прибавляют 2,64 г (0,066 моль) гидроксида натрия в течение 10 минут. Температура реакционной смеси повышается до 40 ° С. К гомогенному раствору присыпают порциями 7,8 г (0,033 моль) хлорида кобальта, CoCl 2 · 6H 2 O и выдерживают при комнатной температуре в течение двух часов. Реакционный раствор упаривают, остаток промывают спиртом и сушат. Получают 7,1 г (86,42 %) глицината кобальта (II) дигидрата [C 2 H 4 O 2 N] 2 Co ∙ 2H 2 O.

• 2.    Синтез глицилглицината кобальта (II) [5]. 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 и выдерживают 10 минут. К гомогенному раствору (рН 8) присыпают 0,9 г (0,0038 моль) хлорида кобальта (II), CoCl₂ · 6H₂O, выдерживают в течение трех часов при комнатной температуре, фильтруют и упаривают. Остаток промывают спиртом, кристаллизуют и сушат при комнатной температуре. Получают 1,29 г (97,72%) глицилглицината кобальта (II) дигидрата, [C 4 H 7 O 3 N 2 ] 2 Co ∙2H 2 O.

• 3.    Синтез метионината кобальта (II). К суспензии 3 г (0,02 моля) метионина в 20 мл воды прибавляют 0,8 г (0,02 моля) гидроксида натрия, перемешивают 10-15 минут до полного растворения метионина. Наблюдается разогрев реакционной массы до 32 ° С. К гомогенному раствору присыпают порциями 3,3 г (0,013 моль) СоСl 2 ∙ 6H 2 O при комнатной температуре. Через 10 минут выпадает осадок розоватого цвета. Реакционную смесь выдерживают в течение 1,5-2^х часов при комнатной температуре, фильтруют, промывают водой, спиртом и сушат. Получают 3,3 г (83,3 %) метионината кобальта (II)

• 4.    Синтез аспарагината кобальта (II). К суспензии 3,3 г (0,025 моль) аспарагиновой кислоты в 20 мл воды прибавляют 2 г (0,05 моль) гидроксида натрия. Наблюдается разогрев реакционной массы до 38 ° С. Перемешивают 10 минут до полного растворения аспарагиновой кислоты, нагревают до 55 ° С, прибавляют 5,94 г (0,025 моль) хлорида кобальта (II), СоСl 2 ∙ 6H 2 O, выдерживают 20 минут при 50-55 ° С и в течение двух часов при комнатной температуре. Реакционный раствор упаривают, кристаллический остаток промывают спиртом и сушат при комнатной температуре. Получают 6,0 г (92,60%) аспарагината кобальта (II) тетрагидрата, [C 4 H 5 O 4 N] Cо∙4H 2 O.

• 5.    Синтез глутамината кобальта (II). К суспензии 3,4 г (0,025 моль) глутаминовой кислоты в 20 мл воды прибавляют 2 г (0,05 моль) гидроксида натрия. Наблюдается разогрев реакционной массы до 35 ° С. Перемешивают 10 минут до полного растворения глутаминовой кислоты, нагревают до 50-55 ° С и прибавляют 5,94 г (0,025 моль) СоСl 2 6H 2 O, выдерживают 25 минут при 50-55 ° С и в течение одного часа при комнатной температуре. Наблюдается выпадание осадка светло-вишневого цвета, который фильтруют, промывают водой, спиртом и сушат при комнатной температуре. Получают 4,5 г (82,26%) глутамината кобальта (II) дигидрата, [C 5 H 7 O 4 N] Cо∙2H₂O. Глутаминат кобальта (II) дигидрат – высокоплавкое кристаллическое вещество светловишневого цвета, не растворяется в воде, спирте, ацетоне. Данные анализов препаратов приведены в таблице 1.

Глицинат кобальта (II) – кристаллический продукт темновишневого цвета, хорошо растворяется в воде, не растворяется в спирте, ацетоне.

Глицилглицинат кобальта (II) дигидрат кристаллический продукт темновишневого цвета, хорошо растворяется в воде, не растворяется в спирте, ацетоне. При температуре 190 ° С наблюдается разложение.

дигидрата, [C 5 H 10 O 2 NS]Co ∙2H 2 O.

Метионинат кобальта (II) дигидрат высокоплавкое кристаллическое вещество бледнорозового цвета, не растворяется в воде, спирте, ацетоне.

Аспарагинат кобальта (II) – высокоплавкое кристаллическое вещество фиолетового цвета, хорошо растворяется в воде, не растворяется в спирте, ацетоне.

Таблица 1 - Данные анализов комплексных солей а -аминокислот с кобальтом (II)

№	Брутто формула	Название соединения (дигидратов)	Выход %	Содержание N%		Цвет	Т.пл. ° С	Раствори мость в Н 2 О	Качественные реакции
				Найдено	Вычислено
1	[C 2 H 4 O 2 N 2 ]Co∙2H 2 O	Глицинат кобальта (II) дигидрат	86,42	11,59	11,47	Темновишневый	194 (н. разл.)	х.р.	FeCl 3 , CuSO 4 (NH 2 -гр); NaOH (Со2+)
2	[C 4 H 7 O 3 N 2 ]Со ∙ 2H 2 O	Глицилглицинат кобальта (II) дигидрат	97,72	7,09	7,20	Темновишневый	190 (н. разл.)	х.р.	FeCl 3 , CuSO 4 (NH 2 –гр); NaOH + СuSO 4 (– CO – NH - гр)
3	[C 5 H 10 O 2 NS] 2 Co ∙ 2H 2 O	Метионинат кобальта (II) дигидрат	83,30	7,08	7,16	Бледнорозовый	–	н.р.	FeCl 3 , CuSO 4 (NH 2 –гр); J 2 (– S –) NaOH (CO2+)
4	[C 4 H 5 O 4 N]Co ∙ 4H 2 O	Аспарагинат кобальта (II) тетрагидрат	92,00	–	–	Фиолетовый	выше 200 ° С	х.р.	FeCl 3 , CuSO 4 (NH 2 –гр) NaOH (Со2+)
5	[C 5 H 7 O 4 N] 2 Со ∙ 2H 2 O	Глутаминат кобальта (II) дигидрат	82,26	6,64	6,86	Светловишневый	выше 200 ° С	н.р.	FeCl 3 , CuSO 4 (NH 2 -гр); NaOH (Со2+)

Результаты исследований. Соли кобальта (II) а-аминокислот: глицина, метионина, аспарагиновой и глутаминовой кислот, получают действием хлорида кобальта (II) на гомогенную реакционную смесь кислот и гидроксида натрия в водной среде. Для одноосновных кислот соотношение субстрата и NaOH составляет (1 : 1) в молях), для двухосновных кислот – (1 : 2), рН = 9 –10.

Реакции протекают по схемам (I-III):

+ CoCl

• I.    2NH  CH COONa      2    [H N CH COO ] Co

( _ 2NaCl)

+ CoCl

( _ 2NaCl)

• II.    2СН S CH CH CH COONaNH

  [CH S CH CH CH COO ] Co

(3)          NH2

+ CoCl

• III.    Na OOC (CH )n CH COO Na      2

( _ 2NaCl)

NH

[ OOC (CH )n CH COO ]Co

NH

(4, 5)

где n = 1 (4); n = 2 (5).

При исследовании реакции взаимодействия а -аминокислот с хлоридом кобальта (II) показано, что метод синтеза солей кобальта (II) является общим и отличается лишь температурными параметрами.

Образование комплексонатов кобальта (II) глицина, глицилглицина [5], метионина протекает при комнатной температуре при соотношении субстрата и хлорида кобальта (II) (2 : 1) в молях с выходами (%): 86,42; 97,72; 83,30, соответственно.

В реакции с двухосновными а-аминокислотами, аспарагиновой и глутаминовой, комплексонаты кобальта (II) получают в следующих оптимальных условиях: температура 50-55 °С, время 2025 минут, соотношение субстрата и хлорида кобальта (II) (1 : 1) в молях.

В мягких условиях протекает образование комплексонатов, аспарагината и глутамината, кобальта (II) с выходами (%) 97,50; 82,26, соответственно.

Комплесообразование глутаминовой кислоты с хлоридом кобальта (II) изучали авторы [6] через моноглутаминат натрия. Первоначально на глутаминовую кислоту действовали 40%-ным водным раствором гидроксида натрия при рН = 7. В данных условиях происходит образование моноглутамината натрия. Затем на реакционную смесь действовали хлоридом кобальта (II) и выделяли целевой продукт, брутто-формула Со [C 5 H 7 O 4 NNa] 2 ∙ 2H 2 O, выход 78,4%.

Для подтверждения структуры полученных соединений (1-5) нами проведены качественные реакции [7].

Комплексонаты кобальта (II) (1-5) дают качественную реакцию на аминогруппу: с хлоридом железа (III) образуют хелаты красного цвета, с сульфатом меди (II) и ацетатом натрия – хелаты ярко синего цвета; на ионы Со²⁺ – с гидроксидом натрия выпадает Со(ОН) 2 – розового цвета, который быстро окисляется в Со(ОН)₃– бурого цвета.

В мягких условиях в среде хлороформа метионинат кобальта (III) (3) легко присоединяет молекулу иода по сульфидной группе с образованием вишневого цвета.

Заключение. Исследована реакция комплексообразования α -аминокислот: глицина, метионина, аспарагиновой и глутаминовой кислот, с хлоридом кобальта (II) .

Показано, что метод синтеза комплексонатов является общим. Химически чистые целевые продукты получаются в мягких условиях с высокими выходами. Это позволяет приготовить их в необходимых количествах для изучения биологической активности.

кристаллического аддукта темно-

ЛИТЕРАТУРА: 1. Кабиров Г.Ф., Логинов Г.П., Хазипов Н.З. Хелатные формы биогенных металлов в животноводстве. – Казань: ФГО УП ВПО «КГАВМ», 2004.– 284 с. 2. Кадырова Р.Г., Кабиров Г.Ф., Муллахметов Р.Р. Биологические свойства и синтез комплексных солей α -аминокислот биогенных металлов. – Казань: КГЭУ, 2004. – 108 с. 3. Машковский М.Д. Лекарственные средства. Т. 1 М.: «Новая волна», 2000. – с. 122-126. 4. Георгиевский В.И., Аненков Б.Н., Самохин В.Т. Минеральное питание животных. – М.: Колос. 1979. – 470 с. 5. Кадырова Р.Г., Кабиров Г.Ф., Муллахметов Р.Р. Изучение комплексообразующей способности глицилглицина с 3 d - биогенными металлами. // Ученые записки КГАВМ им. Н.Э.

Баумана – Казань, 2014. – т. 218, с. 102-110. 6. Бакасова З.Б., Кадыров А. Комплексообразование L-глутамината натрия с хлоридами железа, кобальта и меди и их каталитическая активность. – Фрунзе: ИЛИМ, 1989. – 120 с. 7. Грандберг И.М. Практические работы и семинарские занятия по органической химии. – М.: Дрофа, 2001. – 352 с.

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАКЦИИ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ Α-АМИНОКИСЛОТ С КОБАЛЬТОМ (III)

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

Резюме

Исследована реакция комплексообразования α-аминокислот:  глицина, метионина, аспарагиновой и глутаминовой кислот, с хлоридом кобальта.

Α-AMINOACID-COBALT COMPLEXATION REACTIONS INVESTIGATION (III)

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