Синтез внутрикомплексных соединений L-глутаминовой кислоты с двухвалентными биогенными металлами

Аминокислоты являются основным строительным материалом для специфических тканевых белков, ферментов, гормонов. Они обладают широким спектром физиологического действия и являются перспективными лечебными препаратами. Аминокислотам принадлежит большая роль в современной фармакологии.

В последнее время особо важное значение уделяется нейромедиаторной функции глутаминовой кислоты. Эндогенная глутаминовая кислота в значительных количествах содержится в белках белого и серого вещества мозга. В плазме крови она составляет 1/3 всех свободных аминокислот.

Глутаминовая кислота играет основную роль в азотистом обмене, является стимулятором окислительно-восстановительных процессов в головном мозге. Ее используют как ноотропный и дезинтоксикационный препарат, который активно стимулирует метаболизм в клетках центральной нервной системы (ЦНС). В медицинской практике глутаминовая кислота находит применение при лечении заболеваний ЦНС (эпилепсии, психозов), а в педиатрии - при задержке психического развития различной этиологии [1,2].

Перспективными лекарственными препаратами являются комплексные соединения глутаминовой кислоты с биогенными металлами (Мп, Fe, Си, Zn).

Марганец оказывает непосредственное влияние на рост, кроветворение, функции эндокринных органов, принимает активное участие в окислительно-восстановительных процессах.

Железо входит в состав гемоглобина крови и железосодержащих ферментов. Они участвуют в транспорте кислорода, образовании креатинфосфата и АТФ.

Медь необходима для нормального развития скелета и формировании нервной ткани, участвует в кроветворении, служит активатором ряда реакций, входит в состав ферментов.

Цинк играет огромную роль в процессе оплодотворения и воспроизводства животных, оказывает положительное влияние на активность гормонов [ООО Нефтегазхимкомплект. РФ «БИОАмин»].

Показано [3,4], что хелатные соединения а -аминокислот с биогенными металлами являются эффективными лечебными и профилактическими средствами алиментарной анемии ягнят и гипокупроза свиней.

Отмечено [Патология обмена - «Ветеринарный портал»], что глицинат и глутаминат меди, медь-иод-белковый комплекс оказывает положительное влияние на содержание и доступность меди в процессе ее всасывания и метаболизма, на содержание гемоглобина и эритроцитов.

Комплексные соли аминокислот (хелатные формы) являются активными компонентами противоанемических средств [Производные аминокислот, 2009-2012. Институт физико-органической химии. НАН Беларуси].

Изучено комплексообразование L-глутаминовой кислоты с ионами Fe(III), Со (II), Сu (II). Найдено, что в зависимости от условий проведения эксперимента L-глутаминовая кислота может взаимодействовать как моно,-ди- и тридентатный лиганд. При этом образуются хелатные соединения разного состава [5].

В литературе известен метод получения внутрикомплексных соединений марганца (II) с различными аминокислотами. Сущность метода заключается в действии сульфата марганца (II) на бариевые соли аминокислот или нитрата марганца на литиевые соли [6]. Для изучения термической устойчивости полученных внутрикомплексных соединений марганца (II) авторами [6] проведены термографические исследования.

Внутрикомплексные соединения аминокислот с биогенными металлами имеют более высокую концентрацию микроэлемента, чем их хелатные формы. Это достигается за счет того, что атом металла связывается с одной молекулой аминокислоты в соотношении (1 : 1), в отличии от хелатов, где атом металла связывается с несколькими молекулами аминокислот.

С целью расширения области применения внутрикомплексных соединений дикарбоновых кислот (метаболитов цикла Кребса, а -аминокислот) с биогенными металлами, нами разработан общий технологичный способ их получения, заключающийся в действии на кислоты сульфатами соответствующих металлов [7,8].

Задача исследования заключалась в применении данного способа в синтезе внутрикомплексных соединений L –глутаминовой кислоты с двухвалентными биогенными металлами.

Материалы и методы. Для синтеза внутрикомплексных соединений глутаминовой кислоты с двухвалентными биогенными металлами (Мn, Fe, Cu, Zn) были использованы следующие реактивы: глутаминовая-L кислота PRS-CODEX, сульфаты металлов и гидроксид натрия марки «х.ч.».

• 1.    Синтез глутамината марганца (II). К суспензии 5 г (0,034 моль) глутаминовой кислоты в 30 мл воды прибавляют порциями 2,8 г (0,070 моль) гидроксида натрия. Пои этом температура реакционной смеси поднимается до 38-40 ° С, выдерживают 10 минут и нагревают до 55-60 ° С. К гомогенному реакционному раствору присыпают небольшими порциями 8,2 г (0,034 моль) сульфата марганца (II), МnSO₄ ∙ 5H₂O при интенсивном перемешивании 30-35 минут. Реакционную смесь охлаждают до 10-15 ° С, выпавший кристаллический продукт отделяют фильтрованием, промывают водой от сульфатов (качественный контроль с ВаСl 2 ), затем спиртом и сушат при комнатной температуре. Получают 6,2 г (77,5%) глутамината марганца (II) дигидрата, МnC₅H₇O₄N ∙ 2H₂O. Содержание азота (%) :

• 2.    Синтез глутамината железа (II). К суспензии 5 г (0,034 моль) глутаминовой кислоты в 30 мл воды прибавляют порциями 2,8 г (0,070 моль) гидроксида натрия, выдерживают 10 минут и нагревают до 50-55 ° С. К гомогенному раствору присыпают небольшими порциями 9,5 г (0,034 моль) сульфата железа (II), FeSO 4 ∙ 7H 2 O при перемешивании 20-25 минут. Реакционный раствор охлаждают до 10-15 ° С, выпавший осадок фильтруют, промывают водой от сульфатов (качественный контроль), затем спиртом и сушат при комнатной температуре. Получают 7,1 г (97,2 %) глутамината железа (II) дигидрата, FeC₅H₇O₄N ∙ 2H₂O. Содержание азота (%) : найдено – 5,82; вычислено – 5,90.

• 3.    Синтез глутамината меди (II). К суспензии 5 г (0,034 моль) глутаминовой кислоты в 30 мл воды прибавляют порциями 2,8 г (0,070 моль) гидроксида натрия, выдерживают 10 минут и нагревают до 50-60 ° С. К гомогенному раствору присыпают порциями 8,5 г (0,034 моль) сульфата меди (II), CuSO 4 ∙ 5H 2 O при перемешивании 25-30 минут. Реакционный раствор охлаждают, выпавший осадок фильтруют, промывают водой от сульфатов (качественный контроль), спиртом и сушат при комнатной температуре. Получают 7,2 г (88,0 %) глутамината меди (II) дигидрата, СuC₅H₇O₄N ∙ 2H₂O. Содержание азота (%) : найдено – 6,62; вычислено – 6,70.

• 4.    Синтез глутамината цинка. К суспензии 5 г (0,034 моль) глутаминовой кислоты в 30 мл воды прибавляют порциями 2,8 г (0,070 моль) гидроксида натрия, выдерживают 10 минут и нагревают до 55-60 ° С. К гомогенному раствору присыпают порциями 9,5 г (0,034 моль) сульфата цинка, ZnSO₄ ∙ 7H₂O, при перемешивании в течении 30 минут. Реакционную смесь охлаждают до 7-10 ° С, выпавший осадок фильтруют, промывают водой от сульфатов (качественный контроль), спиртом и сушат при комнатной температуре. Получают 7,1 г (86,7 %) глутамината цинка дигидрата, ZnC₅H₇O₄N ∙ 2H₂O. Содержание азота (%) : найдено – 6,54; вычислено – 6,66.

найдено – 5,71; вычислено – 5,93.

Глутаминат марганца (II) – высокоплавкий кристаллический продукт бледно-розового цвета, нерастворим в воде, спирте, ацетоне.

Глутаминат железа (II) – высокоплавкий кристаллический продукт желто-зеленого цвета, нерастворим в воде, спирте, ацетоне.

Глутаминат меди (II) – высокоплавкий кристаллический продукт ярко синего цвета, нерастворим в воде, спирте, ацетоне.

Глутаминат цинка – высокоплавкий кристаллический продукт белого цвета, нерастворим в воде, спирте, ацетоне.

Результаты исследований . Глутаминаты двухвалентных биогенных металлов получают действием сульфата соответствующего металла (II)

(присыпание кристаллического реагента) на гомогенную реакционную смесь глутаминовой кислоты (1 моль) и гидроксида натрия (2,2 моля) в водной среде. Реакция протекает по схеме:

NаООС СН СН СН СООNa

+ МeSO

(^_ Na₂SO₄ )

NH

Мe [ OOC CH CH CH COO ]

NH

где Ме2+ – Мn2+ (1); Fe2+ (2); Cu2+ (3); Zn2+ (4).

На основании анализов установлено, что глутаминаты (1-4) являются внутрикомплексными солями состава:

МeL . 2H O, где L2   лиганд [ OOC CH CH CH COO ]

NH

Глутаминаты (1-4) представляют собой высокоплавкие кристаллические продукты нерастворимые в воде, спирте и легко очищаются от исходных сульфатов. При сушке солей в условиях комнатной температуры образуются дигидраты. Сушка препаратов при температуре 95-100 ° С способствует удалению кристаллизационной воды.

Отработаны оптимальные условия синтеза внутрикомплексных солей глутаминовой кислоты: соотношение субстрата и реагента (1 : 1), температура реакции 55-60 °С, время 25-30 минут; технологические приемы – к щелочному раствору глутаминовой кислоты присыпают кристаллические сульфаты металлов.

Установлено, что применение водных растворов сульфатов металлов снижает выход и качество целевого продукта вследствие их гидролиза и образования труднорастворимых гидроксидов [7].

Синтез глутаминатов осуществляется при рН >  7, так как в щелочной среде в аминокислотах полностью ионизированы карбоксильные группы.

В оптимальных условиях реакции глутаминаты (1-4) получают высокой степени чистоты с выходами целевых продуктов (77,5-97 %).

Для подтверждения структуры полученных солей кроме элементного анализа проведены качественные реакции на аминогруппу. Глутаминаты марганца, железа, цинка с хлоридом железа (III) в водной среде образуют хелаты красного цвета, а с сульфатом меди – ярко синего цвета. Глутаминат железа (II) с гексациано-ферратом (III) калия, К 3 [Fe(CN 6 )] образует темно-синий осадок турнбулевой сини.

Заключение. Синтезированы внутрикомплексные соли L- глутаминовой кислоты с двухвалентными биогенными металлами (Мn, Fe, Cu, Zn) высокой степени чистоты.

Показано, что способ их получения является общим для аминокислот, отличается технологичностью и позволяет приготовить целевые продукты в количествах, необходимых для их изучения и применения в медицине и ветеринарии.

ЛИТЕРАТУРА: 1. Машковский М.Д. Лекарственные средства. Т.1 – М.: «Новая волна», 2000. с. 122-126.; 2. Комов В.П., Шведова В.Н.

Биохимия. –М.: Дрофа, 2004. 640 с.;3. Кабиров Г.Ф. Разработка средств профилактики и лечения гипомикроэлемтозов овец и свиней: Диссерт…докт. вет.наук. – Казань. 2000. 317 с.; 4. Кабиров Г.Ф., Логинов Г.П., Хазипов Н.З. Хелатные формы биогенных металлов в животноводстве. – Казань: ФГОУП ВПО «КГАВМ». 2004.284 с.; 5. Бакасова З.Б.,Кадыров А. Комплексообразование L-глутамината натрия с хлоридами железа, кобальта и меди и их каталитическая активность. – Фрунзе: АН Киргизской респуб.,ин-т орг. химии, ИЛИМ, 1989.120 с.; 6. Березина Л.П., Позигун А.И., Мисюренко В.Л. Синтез внутрикомплексных соединений двухвалентного марганца с некоторыми аминокислотами. // ЖНХ. 1970, т. 15, вып. 9.с. 2402-2404.; 7. Пат. Россия 2174508. 10.10.2001. Способ получения сукцинатов d-металлов / Р.Г.

Кадырова, К.Х. Папуниди, Б.М. Гильметдинов. 8. Кабиров Г.Ф., Кадырова Р.Г., Муллахметов Р.Р. Синтез комплексонатов аспарагиновой кислоты с двухвалентными биогенными металлами. // Ученые записки КГАВМ. Казань. 2010, т. 204. с. 115-121.

СИНТЕЗ ВНУТРИКОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ L-ГЛУТАМИНОВОЙ КИСЛОТЫ С ДВУХВАЛЕНТНЫМИ БИОГЕННЫМИ МЕТАЛЛАМИ

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

Резюме

Способ получения внутрикомплексных солей L-глутаминовой кислоты с двухвалентными биогенными металлами позволяет приготовить целевые продукты в количествах, необходимых для их изучения и применения в медицине и ветеринарии.

INNERCOMPLEX COMPOUNDS OF L-GLUTAMIC ACID WITH BIVALENT BIOGENIC METALS

Kadirova R.G., Kabirov G.F., Mullakhmetov R.R.