Разработка способа получения комплексонатов кальция и марганца (II) с 4-гидроксипролином

4-Гидроксипролин

(гетероциклическая <-аминокислота) является основным компонентом коллагена, который находится во внеклеточном матриксе соединительной ткани и поддерживает целостность тканей, механическую прочность связок и эластичность кожи. Молекула коллагена представляет собой фрагмент трехмерной спирали, виток которой (триада) содержит три аминокислотных остатка – глицина, пролина, гидроксипролина. Гидроксипролин, представленный в коллагене большим числом остатков, стабилизирует тройную спираль коллагена по отношению к действию протеаз. Гидроксипролин - это не только «строительный блок» коллагена, но и важное биологически активное соединение, необходимое для образования коллагена и эластина [1,2]; [www liveintemet. ru / 2719006 / post L-гидроксипролин].

Гидроксипролин используется в синтезе лекарственных препаратов. Разработан способ получения N -ацетил-4-гидрокси- L -пролина (оксацепрола), который обладает противовоспалительной и противоревматической активностью, оказывает стимулирующее действие на репаративные процессы в соединительной ткани [3].

Известно, что «-аминокислоты образуют с ионами многих двухвалентных металлов комплексы. Один ион металла образует с лигандами связи двух типов – ионную по карбоксильной группе, а донорно-акцепторную по аминогруппе, давая хелатные комплексы. Хелатная форма комплексов макро-и микроэлементов с а-аминокислотами может легко усваиваться организмом.

Например, аминокислотный хелат кальция непосредственно усваивается слизистой оболочкой кишечника. При этом решается вопрос полного усвоения кальция, предотвращается образование в организме камней, осуществляется восполнение аминокислот. Употребление аминокислотного хелата кальция позволяет создать в организме «хранилище костного кальция», которое в соответствии с потребностями организма непрерывно выделяет ионы кальция.

Кальций – минеральное вещество, которое участвует во всем жизненном процессе человеческого организма, начиная от формирования скелета. Без кальция существование клеток было бы невозможно [Аминокислотный хелат кальция. Luck LlFE / препарат Cordiceps-China. ru а LL / kalciy. php >>. Основа жизни человеческого организма – кальций].

Разработаны лекарственные препараты «САВАО», «Биокальций Тяньши», содержащие аминокислотный хелат кальция. Препарат «Биокальций Тяньши» рекомендован для профилактики остеопороза, болей в суставах, детского рахита и др. [В. Авдеенко. Особенности кальция Тяньши… wnV-VO…].

Биотехнологической компанией ООО «Байтай» разработана технология аминокислотного хелата кальция – кальцийсодержащего продукта нового поколения. Основной инновацией в производстве препарата является то, что L-аспарагиновая кислота и кальций подвергаются наноизмельчению. Полученный таким образом кальций как бы «защищен» молекулами аминокислоты, благодаря чему он не разрушается под воздействием желудочного сока и кислотной среды. Коэффициент его усвоения в 3 раза выше, чем у других кальциевых препаратов. Продукт хорошо растворяется в воде и безопасен в применении [Нанокальций – nano Ca@ maib. –ru. ООО «Байтай». Китай / Джан Ли Де, Чен Чинг Суэна, Гао Дунг Шэна и др.].

Аминокислотный хелат марганца – это биодоступная форма марганца -микроэлемента, необходимого для развития скелета, укрепления суставов, костей и мышечных тканей. Марганец необходим для функционирования ферментов, участвующих в формировании костной и соединительной тканей. Он является необходимой составной частью глюкозамина, предотвращая развитие различных форм артрита. Этот минерал особенно необходим детям для правильного роста и развития. Марганец необходим для людей с анемией на фоне недостаточности железа.

Получено средство для суставов «Flexagen Olimp» [fitmag. ru > Flexagen Olimp], включающее натуральный коллаген II типа и гидролизат коллагена с дополнением в виде витаминов С, В 6 и пяти минералов: кальция, фосфора, магния, марганца и меди. В составе «Flexagen» марганец и медь присутствуют в виде аминокислотных хелатов: марганца диглицината – 15%, меди диглицината – 15 % (компании «Albion»), которые хорошо усваиваются организмом.

Марганец и медь – натуральные антиоксиданты, защищающие клетки и ткани организма от воздействия свободных радикалов.

Разработан аминокислотный хелатированный комплекс «J-BCAЛ Мах», содержащий хелаты магния, марганца, цинка, кальция с глицином (и магния с глутамином). Комплекс легко растворяется в воде, имеет контролируемый рН и обеспечивает полное органическое минеральное питание.

Из анализа литературных данных следует, что аминокислотные хелаты кальция и марганца в настоящее время являются единственным видом продукции, соответствующей требованиям биологически активных препаратов для восполнения кальция и марганца в организме.

Комплексонаты кальция и марганца 4-гидроксипролина, «строительного блока» коллагена, являются перспективными биологически активными веществами. Однако в доступной литературе отсутствуют сведения о методах их синтеза. Для изучения токсикологических и фармакологических свойств комплексонатов кальция и марганца 4- гидроксипролина нами проведены экспериментальные исследования по разработке способов их получения.

Материалы и методы . Для синтеза комплексонатов кальция и марганца 4-гидроксипролина были использованы следующие реактивы: trans-4-Hydroxy-L-proline, содержание основного вещества 99,0 %. New Jersey, USA: 1-800-ACROS-01; гидроксид кальция, хлорид кальция, сульфат марганца, «MnSO 4 > 5H 2 O, гидроксид натрия марки «хч».

• 1.    Синтез комплексоната кальция 4-гидроксипролина. а) К раствору 2 г (0, 0152 моль) гидроксипролина в 15 мл воды (рН 5) прибавляют по частям 0,56 г (0,0076 моль) гидроксида кальция при температуре 80-85 -С. Реакционную смесь нагревают при 90 ^О С в течение 35-40 минут (рН 8). Горячий раствор фильтруют от незначительного

• 2.    Синтез комплексоната марганца (II) 4-гидроксипролина. а) Раствор 1,84 г (0,0076 моль) сульфата марганца (II), MnSO 4 О 5H 2 O в 15 мл воды нагревают до 45-50 -С в течение 20 минут. К гомогенному раствору гидролизата (рН 3-4) присыпают по частям 2 г (0,0152 моля) гидроксипролина, выдерживают 30-35 минут при 45-50 ОС (рН реакционного раствора 6-6,5) и 1,5-2 часа при комнатной температуре, а затем упаривают. Кристаллический продукт промывают несколько раз спиртом (качественный контроль на сульфаты с BaCl 2 ) и сушат. Получают 2,6 г (96,3 %) комплексоната дигидрата марганца (II) 4-гидроксипролина, ^^O s N^Mn о 2H 2 O. Содержание азота (%): найдено – 7,78; вычислено – 8,00; дигидрат марганца 4-гидроксипролина кристаллический продукт белого цвета с розоватым оттенком, хорошо растворим в воде, не растворяется в спирте, ацетоне. Начало разложения 176 -С. б) К раствору 1 г (0, 0076 моль) гидроксипролина в 10 мл воды прибавляют 0,3 г (0,0076 моль) гидроксида натрия, перемешивают 10 минут (рН 9), нагревают до 50-55 ОС. К гомогенному раствору присыпают по частям 0,9 г (0,0038 моль) сульфата марганца (II), MnSO 4 о 5H 2 O при перемешивании и нагревают при 50 -С в течение 30-35 минут. При этом наблюдается выпадание темно-бурого осадка, который фильтруют и гомогенный бледно-розовый раствор упаривают из чашки Петри при комнатных условиях. При стоянии в течение одного часа из раствора выпадает темно-бурый осадок, MnO (OH) 2 , а при упаривании раствора образуется полимерная стекловидная масса.

количества гидроксида кальция, не вступившего в реакцию. Гомогенный раствор фильтрата упаривают, кристаллический белый продукт промывают спиртом и сушат. Получают 2,3 г (88,2 %) комплексоната кальция 4-гидроксипролина, [C 5 H 8 O 3 N] 2 Ca. Содержание азота (%): найдено 9,18; вычислено– 9,27. Кальций 4-гидроксипролин белый кристаллический продукт, хорошо растворим в воде, не растворяется в спирте и ацетоне. При температуре 158 ОС - начало плавления, при 170 ОС- обугливание.

б) К раствору 2 г (0,0152 моль) гидроксипролина в 15 мл воды прибавляют 0,6 г (0,0152 моль) гидроксида натрия (рН 9), перемешивают 10 минут и нагревают до 50 о с. К гомогенному раствору прибавляют раствор 0,8 г (0,0076 моль) хлорида кальция в 5 мл воды, нагревают до 85 ОС, выдерживают 35-40 минут (рН 8) и выпавший небольшой осадок гидроксида кальция фильтруют. Гомогенный раствор фильтрата упаривают, кристаллический белый продукт промывают спиртом и сушат. Получают 2,2 г (86,5 %) комплексоната кальция 4-гидроксипролина, [C 5 H 8 O 3 N] 2 Ca. Содержание азота (%): найдено 9,00; вычислено– 9,27.

Продукт хорошо растворим в воде, не растворяется в спирте, ацетоне. Начало плавления при 157 о с, обугливание при 168 _О

Результаты исследований. Ранее нами [4] был разработан способ получения кальциевых солей о-аминокислот, основанный на реакции нейтрализации с гидроксидом кальция. Показано, что выход целевых продуктов зависит от следующих факторов: растворимости в воде субстрата и реагента, изоэлектрической точки (р1) а-аминокислот, температуры, времени реакции.

Используя оптимальные данные предыдущих экспериментальных исследований, синтез комплексоната кальция 4-гидроксипролина осуществлялся по двум вариантам: взаимодействием субстрата с гидроксидом кальция и I.

действием на Na-соль гидроксипролина хлоридом кальция по схеме (I и II):

HO

НС СН2

I

^Н 2 ^С

NH

СН СООН

HO

НС СН2

HO

НС СН2

^Н 2 ^С

NH

CH COO

Ca

^Н 2 ^С

СН СООNa

(1а, б)

NH

Сущность способа получения комплексоната кальция 4-гидроксипролина по варианту (1а) – схема I заключается в том, что на гомогенный водный раствор 4-гидроксипролина (растворимость 36 г / 100 мл) действуют гидроксидом кальция при температуре 90 аС в течение 35-40 минут. Реакция протекает в гетерогенной фазе. 4-Гидроксипролин относится к нейтральным °-аминокислотам (изоэлектрическая точка pl 5,83). Гидроксид кальция трудно растворимое основание (ПР = 5,5 а 10-6) и вступает в реакцию неполностью. Горячий реакционный раствор фильтруют от осадка гидроксида кальция. Гомогенный раствор упаривают с последующей обработкой сырца спиртом и выделением целевого продукта (выход 88,2 %). С целью проведения реакции в гомогенной фазе комплексонат кальция 4-гидроксипролина получают по второму варианту (1б) схема II действием на Na-соль субстрата водным раствором хлорида кальция. Однако в условиях щелочной среды (рН 9) из реакционного раствора наблюдается выпадание небольшого количества гидроксида кальция. Обработку реакционного раствора и выделение целевого продукта проводят по аналогии с методикой варианта (1а) (выход 86,5 %).

Для подтверждения структуры полученного комплексоната кальция 4-гидроксипролина проведены качественные реакции: на аминогруппу – с FeCl 3 образуется хелат красного цвета, с CuSO 4 : CH 3 COONa – ярко синего цвета, с нингидрином – ярко желтое окрашивание [5]; на ионы кальция – с оксалатом аммония образуется осадок белого цвета оксалата кальция. Целевой продукт по варианту (1б) содержит незначительные примеси ионов хлора (качественная реакция с AgNO 3 ).

Из полученных экспериментальных данных следует, что методика синтеза комплексоната 4-гидроксипролина по варианту (1 а), схема I является более технологичной.

Комплексонат марганца (II) 4-гидроксипролина получают действием на реакционный водный раствор гидролизата сульфата марганца (II) гидроксипролином в кислой среде (рН 3) [6].

Реакция протекает по схеме:

to

MnSO4 + 2HOH     Mn(OH)2 + H2SO4

pH < 7

( 2Н2О)

(2а)

Из экспериментальных данных следует, что определяющее влияние на протекание данной реакции и выход целевого продукта оказывает рН среды, гомогенность реакционного раствора. Реакция проводится в гомогенной кислой среде и образующийся в процессе гидролиза Mn (OH) 2 не подвергается окислению. В мягких условиях комплексонат марганца (II)4-гидроксипролина получается с высоким выходом (96,3%) (вариант 2а). Реакция комплексообразования в щелочной среде (вариант 2б) протекает аномально, так как Mn(OH) 2 легко окисляется с образованием темно-бурого нерастворимого осадка MnO (OH) 2 и выделить целевой продукт в данных условиях не удается.

Структура комплексоната марганца

ЛИТЕРАТУРА: 1. Кнорре Д.Г., Мызина С.Д. Биологическая химия. – М.: Выс. шк. 2003. – с.30-34; 2. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.И. Биоорганическая химия. М.: Дрофа. 2007. – с. 322, 324; 3. Пат BV 11422. С.1.12.30.2008. Беларусь. Способ получения N-ацетил-4-гидрокси-L-пролина / З.И. Куваева, Д.В. Лопатик, Т.А. Николаева; 4. Кадырова Р.Г., Кабиров Г.Ф., Муллахметов Р.Р.

(II) 4-гидроксипролина подтверждена также качественными реакциями на аминогруппу (с хлоридом железа (III), сульфатом меди (II),нингидрином) и на ионы Mn²⁺ действием гидроксидом натрия (выпадает бледно-розовый осадок Mn (OH) 2 ).

Заключение. Разработаны способы получения комплексонатов кальция и марганца (II) с 4-гидроксипролином. На основе экспериментальных исследований выявлены факторы, влияющие на протекание реакции комплексообразования. Показано, что в оптимальных условиях – рН среды гомогенность реакционной смеси - целевые продукты получают с высокими выходами, необходимыми для изучения их токсикологических и фармакологтческих свойств.

Синтез магниевых и кальциевых солей -аминокислот. // Ученые записки КГАВМ им. Н.Э.

Баумана. – Казань, 2013. – Т.216, с. 157-163; 5. Гранберг И.И. Практические работы и семинарские занятия по органической химии. – М.: Дрофа, 2001. с. 136-138; 6. 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. им. Н.Э. Баумана. – Казань, 2013. – Т.216, с. 150-156.

РАЗРАБОТКА СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ КОМПЛЕКСОНАТОВ КАЛЬЦИЯ И МАРГАНЦА (II) С 4-ГИДРОКСИПРОЛИНОМ

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

Резюме

Разработаны способы получения комплексонатов кальция и марганца (II) с 4-гидроксипролином. На основе экспериментальных исследований выявлены факторы, влияющие на протекание реакции комплексообразования. Показано, что в оптимальных условиях – рН среды, гомогенность реакционной смеси, целевые продукты получают с высокими выходами, необходимыми для изучения их токсикологических и фармакологтческих свойств.

CALCIUM COMPLEXONATE AND MANGANESE (II) WITH 4 –HYDROXYPROLINE METHOD FOR PRODUCING DEVELOPMENT

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