Изучение реакции взаимодействия глицилглицина с гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов

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 фармакологии имени В.В. Закусова РАМН проводятся фундаментальные исследования по разработке дипептидных лекарственных средств. Созданы высокоактивные дипептидные препараты: ноотроп ноопепт, антипсихотик дилепт, нейропротектор ГК-2 [1].

В последние годы интенсивно развивается учение о нейропептидах. некоторые из них, например, опиодные пептиды по рецепторному типу взаимодействуют с различными участками головного мозга и формируют эффект анальгезии, т. е. уменьшение болевых ощущений [2].

В этом плане большой интерес представляет разработка биологически активных препаратов на основе глицилглицина, простейшего дипептида. Глицилглицин наряду с амино-и карбоксильной группами содержит пептидную группу, способную принимать участие в комплексообразовании.

Сходство в строении глицилглицина и аминокислоты глицина обусловливает биологические свойства дипептида, благодаря чему он используется как составная часть некоторых лекарств.

Например, созданы лекарственные препараты свертывания крови «КОАГИЛ-VII», «Новосэвен» (препарат фактора VIIа), содержащие глицилглицин, кальция хлорид дигидрат, натрия хлорид и другие компоненты. Препараты используются при лечении кровотечений и их профилактики, при хирургических вмешательствах [Инструкция по применению. Клинико-фармакологическая группа. 2012; health mail. ru >  dryg / novoseven /.].

Известно, что перспективными лекарственными препаратами являются соли глицина щелочных и щелочноземельных металлов (лития, натрия, магния, кальция) [3, 4]. Установлено, что соединения лития относятся к психотропным веществам, которые объединены в группу норматических средств (нормотимиков). Они обладают способностью купировать острое маниакальное возбуждение у психических больных и предупреждать аффективные приступы [5].

Глицинат магния – активный хелат аминокислоты, который повышает абсорбцию и толерантность кишечника к магнию.

Глицинат магния применяется для лечения аутизма у детей.

Магний - самый важный минерал для сердца. Ионы магния активизируют ряд энзимных систем, оказывают протективное действие на клеточные мембраны, на реологические свойства крови, что способствует предупреждению атеросклероза [6].

Исследована возможность применения глицината кальция в качестве препарата для направления транспортировки кальция в костную ткань, а также для восполнения дефицита кальция в условиях антиортостатической гипокинезии [7].

Учитывая высокую биологическую активность указанных солей глицина и сходство в строении глицина и глицилглицина, обусловливающее биологические свойства дипептида, нами проведены исследования по синтезу аналогичных солей глицилглицина.

В доступной литературе отсутствуют данные о получении солей щелочных и щелочноземельных металлов глицилглицина.

Материалы и методы. Для изучения реакции взаимодействия глицилглицина с гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов были использованы следующие реактивы: глицилглицин (дипептид), содержание основного вещества 99,8%, производства «ACROS Organics» (Бельгия), гидроксид лития одноводный, квалификации «хч», гидроксиды натрия, магния и кальция марки «хч».

Данные анализов препаратов приведены в таблице 1.

• 1.    Синтез глицилглицината лития. К раствору 1 г (0,0076 моль) глицилглицина в 10 мл воды (рН 6) прибавляют 0,32 г (0,0076 моль) гидроксида лития, LiOH ∙ H 2 O. Наблюдается разогрев реакционной массы до 30 ° С. Гомогенный раствор (рН 8) нагревают до 40 ° С 15-20 минут, выдерживают в течение одного часа при комнатной температуре и упаривают. Вязкую массу охлаждают, промывают спиртом, кристаллизуют и сушат при комнатной температуре. Получают 0,98 г (74,4%) глицилглицината лития дигидрата, LiC 4 H 7 O 3 N 2 ∙ 2H 2 O.

• 2.    Синтез глицилглицината натрия. 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 (рН 8) нагревают до 50 ° С 15-20 минут, выдерживают в течение двух часов при комнатной температуре и упаривают. Вязкую массу охлаждают, промывают спиртом, кристаллизуют и сушат при комнатной температуре. Получают 1,2 г (83,33%) глицилглицината натрия дигидрата, NaC 4 H 7 O 3 N 2 ∙ 2H 2 O.

• 3.    Синтез динатрия глицилглицината. К раствору 1 г (0,0076 моль) глицилглицина в 10 мл воды прибавляют 0,6 г (0,0152 моль) гидроксида натрия. Наблюдается разогрев реакционной массы до 38 ° С. Гомогенный раствор (рН 10) нагревают до 55 ° С 20 минут, выдерживают в течение двух часов при комнатной температуре и упаривают. Вязкую массу охлаждают, промывают спиртом, кристаллизуют и сушат при комнатной температуре. Получают 1,3 г (81,25%) динатрия глицилглицината дигидрата, Na 2 C 4 H 6 O 3 N 2 ∙ 2H 2 O.

• 4.    Синтез глицилглицината магния. К раствору 1 г (0,0076 моль) глицилглицина в 10 мл воды прибавляют 0,175 г (0,0038 моль) гидроксида магния. Наблюдается разогрев реакционной массы до 29 ° С и полное растворение гидроксида магния.. Гомогенный раствор (рН 8) нагревают до 60 ° С 25минут, выдерживают в течение двух часов при комнатной температуре и упаривают. Остаток промывают спиртом, кристаллизуют и сушат при комнатной температуре. Получают 1,1 г (90,16%) глицилглицината магния дигидрата, [C 4 H 7 O 3 N 2 ] 2 Mg ∙ 2H 2 O.

• 5.    Синтез глицилглицината кальция. К раствору 1 г (0,0076 моль) глицилглицина в 10 мл воды прибавляют 0,28 г (0,0038 моль) гидроксида кальция. Реакционную смесь нагревают при 95-97 ° С в течение 30-35 минут и горячий раствор фильтруют. Гомогенный раствор (рН 8) фильтрата упаривают. Остаток промывают спиртом, кристаллизуют и сушат при комнатной температуре. Получают 1,03 г (80,0%) глицилглицината кальция дигидрата, [C₄H₇O₃N₂]₂Са ∙ 2H₂O.

Глицилглицинат лития дигидрат - белый кристаллический продукт, хорошо растворяется в воде (рН 8), не растворяется в спирте, ацетоне. При температуре 117 ° С наблюдается начало разложения.

Глицилглицинат натрия дигидрат - белый кристаллический продукт, хорошо растворяется в воде (рН 8), не растворяется в спирте, ацетоне. Плавится при температуре 89-90 ° С.

1. Данные анализов комплексных солей глицилглицина

№	Брутто формула	Название соединения (дигидратов)	Выхо д %	Содержание N%		Цвет	Т.пл. ° С	Раствор имость в Н 2 О	Качественные реакции
				Найдено	Вычис лено
1	LiC 4 H 7 O 3 N 2 ∙2H 2 O	Глицилглицинат лития	74,40	15,95	16,09	белый	117 (н. разл.)	х.р.	FeCl 3 , CuSO 4 + Ац.Na(NH 2 –гр) NaOH – CuSO 4 (– CO –NH –гр.)
2	NaC 4 H 7 O 3 N 2 ∙ 2H 2 O	Глицилглицинат натрия	83,33	14,60	14,73	белый	89-90	х.р.	FeCl 3 , CuSO 4 + Ац.Na(NH 2 -гр) CuSO 4 (– CO –NH –гр.)
3	Na 2 C 4 H 6 O 3 N 2 ∙ 2H 2 O	Динатрий глицилглицината	81,25	13,08	13,20	белый	183 (н. разл.)	х.р.	FeCl 3 , CuSO 4 + Ац.Na(NH 2 –гр) Cu 2+ (Na + )
4	[C 4 H 7 O 3 N 2 ] 2 Mg ∙ 2H 2 O	Глицилглицинат магния	90,16	8,53	8,69	бирюзо вый	184 (н. разл.)	х.р.	FeCl 3 , CuSO 4 + Ац.Na(NH 2 –гр) NaOH – CuSO 4 (– CO –NH –гр.) NaOH(Mg 2+ )
5	[C 4 H 7 O 3 N 2 ] 2 Са ∙ 2H 2 O	Глицилглицинат кальция	80,0	8,14	8,28	белый	136 (н. разл.)	х.р.	FeCl 3 , CuSO 4 + Ац.Na(NH 2 –гр) NaOH – CuSO 4 (– CO –NH –гр.) Оксалат аммония (Са )

Динатрий глицилглицинат дигидрат - белый кристаллический продукт, хорошо растворяется в воде (рН 9), не растворяется в спирте, ацетоне. При температуре183-90 ° С наблюдается начало разложения.

Глицилглицинат магния дигидрат - кристаллический продукт с бирюзовым оттенком, хорошо растворяется растворяется в воде (рН 8), не растворяется в спирте, ацетоне. При температуре184 ° С наблюдается начало разложения.

Глицилглицинат кальция дигидрат - кристаллический продукт белого цвета, хорошо растворяется в воде (рН 8), не растворяется в спирте, ацетоне. При температуре136 ° С наблюдается начало разложения.

Результаты исследований. Действием на водный раствор глицилглицина гидроксидом лития получают глицилглицинат лития по схеме:

NН CH C N CH COOH

+ LiOH, рН 8

II I

OH

( ^_ Н 2 О)

NH CH C N CH COOLi 22     2

OH

При эквимольном соотношении субстрата и реагента (1 : 1) реакция протекает в гомогенной фазе при рН 8. В мягких условиях, температура реакции 40 °С, время 20 минут, глицилглицинат лития получают с выходом « 75%. Продукт хорошо растворим в воде и легко очищается от труднорастворимого гидроксида лития. Для подтверждения структура полученного соединения проведены качественные реакции на функциональные группы.

Реакции на NH2-группу. При действии на водный раствор глицилглицината лития хлоридом железа (II) образуется хелат красного цвета, а сульфатом меди (II) в слабокислой среде с добавлением ацетата натрия – хелат ярко синего цвета.

Реакция на пептидную (– СО – NH –) группу. При действии на водный раствор литиевой соли субстрата 10%-ным раствором гидроксида натрия и 1%-ным раствором сульфата меди (II) протекает биуретовая реакция и раствор окрашивается в фиолетовый цвет.

Изучение взаимодействия глицилглицина с гидроксидом натрия показало, что в зависимости от соотношения субстрата и реагента, рН среды реакция замещения протона на катион натрия (Na ) протекает или по карбоксильной группе или одновременно по карбоксильной и пептидной группам. При эквимольном соотношении глицилглицина и гидроксида натрия (1 : 1), рН 8 первоначально идет реакция нейтрализации по карбоксильной группе по схеме:

+ NaOH, рН 8

( ^_ Н 2 О)

NН CH C N CH COOH

II I

OH

NH CH C N CH COONa

OH

В мягких условиях реакции при температуре 50 ° С в течение 20 минут, при рН 8 получают глицилглицинат натрия с выходом 83,33%. Продукт хорошо растворим в воде (рН 8), низкоплавкий – температура плавления 89-90 ° С.

Глицилглицинат натрия дает качественную реакцию на NH2-группу с хлоридом железа (III) (красное окрашивание) и сульфатом меди (II) с добавлением ацетата натрия (ярко синее окрашивание), а также на пептидную группу (фиолетовое окрашивание).

При соотношении глицилглицината и гидроксида натрия (1 : 2) в молях, рН 10 в реакцию вступают карбоксильная и пептидная группы. В сильно щелочной среде пептидная группа превращается из кетоформы в иминольную (енольную) форму, в которой и взаимодействует с ионами натрия.

Схема реакции:

NН CH C N CH COOH

II I

OH

+ 2NaOH ( рН 10 )

( _ 2Н О)

NH CH C N CH COONa

ONa

В оптимальных условиях реакции: температура 55 ° С, время 20 минут, рН 10, получают динатрий глицилглицинат с выходом более 80%.

Продукт хорошо растворяется в воде (рН 9), высокоплавкий, температура начала разложения 183 ° С.

Динатрий глицилглицинат дает качественную реакцию на NH 2 -группу с хлоридом железа (III) и сульфатом меди (II) в слабокислой среде. В водном растворе (рН 9) с ионами Сu²⁺ образует осадок Cu(OH)₂.

Реакция взаимодействия глицилглицина с гидроксидами магния и кальция протекает с образованием соответствующих солей по карбоксильной группе.

Схема реакции:

NН CH C N CH COOH ^{+ Me(OH)2 , рН 8}

^{2      2               2}               ( ^_2Н 2 О)

OH

[NH CH C N CH COO ] Ме

22      2   2

ОН

(4,5)

где Me = Mg2+(4); Са2+ (5).

Способ получения глицилглицината магния и глицилглицината кальция основан на классической реакции нейтрализации. Показано, что выхода целевых продуктов зависят от растворимости в воде реагентов и температуры реакции.

Реакция глицилглицината с гидроксидом магния протекает в водном растворе при 60 ° С в гомогенной фазе (ID Mg(OH)₂ = 6 • 10 6 ), рН 8, в течение 25 минут с выходом целевого продукта 90%.

Взаимодействие глицилглицината с гидроксидом кальция идет в водной среде при температуре 95-97 ° С в гетерогенной фазе (ID ca(OH)₂ = 2,0 ∙ 10^–14), рН 8, в течение 35 минут с выходом глицилглицината кальция 80%.

Продукты хорошо растворяются в воде (рН 8). Глицилглицинат магния высокоплавкий, температура начала разложения 184 °С; начало разложения глицилглицината кальция при температуре 136  °С.

Глицилглицинаты магния и кальция дают качественную реакцию на NH 2 -группу и пептидную (– СО – NH –) группу, на ионы Mg²⁺ с гидроксидом натрия и ионы Са с оксалатом аммония, соответственно.

Заключение. Изучена реакция взаимодействия глицилглицината с гидроксидами лития, натрия, магния, кальция и получены соответствующие соли. Показано, что способ их синтеза основан на классической реакции нейтрализации, отличается технологичностью и позволяет приготовить целевые продукты в количествах, необходимых для исследования их биологической активности.

ЛИТЕРАТУРА: 1. Гудашева Т.А. Стратегия создания дипептидных лекарств. // Инновации в современной фармакологии. Тез. докл. IV съезда фармакологов России. – Казань. 18-21. 09. 2012; 2. Комов В.П., Шведова В.Н. Биохимия. – М.: Дрофа, 2014. с. 26-28; 3. Кадырова Р.Г., Кабиров Г.Ф., Муллахметов Р.Р. Синтез солей лития а -аминокислот. // Ученые записки КГАВМ им. Н.Э. Баумана. – Казань, 2013. – т. 215, с. 141-147; 4. Кадырова Р.Г., Кабиров Г.Ф., Муллахметов Р.Р. Синтез магниевых и кальциевых солей а -аминокислот. // Ученые записки КГАВМ им. Н.Э. Баумана. – Казань, 2013. – т. 216, с. 157-164; 5. Машковский М.Д.

Лекарственные средства. Т. 1 – М.: «Новая волна», 2000. с. 108-110; 6. Пат. РФ 216889. 20.06.2001. Средство для лечения сердечно-сосудистых заболеваний / И.Ф. Макаревич, Л.Г. Алмакаева, Е.И. Затула и др.; 7. Лунева С.Н., Накоскин А.М., Ваганова Л.А. Метаболизм костной ткани крыс при пероральном введении аминокислотных комплексов кальция. // Научно-инновац. Ж. «Зауральский научный вестник». 2012, вып.2.

ИЗУЧЕНИЕ РЕАКЦИИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГЛИЦИЛГЛИЦИНА С ГИДРОКСИДАМИ ЩЕЛОЧНЫХ И ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ

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

Резюме

Изучена реакция взаимодействия глицилглицината с гидроксидами лития, натрия, магния, кальция и получены соответствующие соли.

GLYCYLGLYCINE INERACTION REACTION INVESTIGATION WITH HYDROXIDES OF ALCALINE AND EARTH METALS

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