Синтез сукцината и аспартата аммония и их биогенные свойства

УДК 547. 461.4
СИНТЕЗ СУКЦИНАТА И АСПАРТАТА АММОНИЯ И ИХ
БИОГЕННЫЕ СВОЙСТВА
*Кадырова Р.Г. – д.х.н.; Кабиров Г.Ф. – д.в.н., профессор, зав. кафедрой;
Муллахметов Р.Р. – к.в.н., доцент
*ФГБОУ ВПО «Казанский ГЭУ», тел.: 89178943305
ФГБОУ ВПО КГАВМ
Ключевые слова: янтарная кислота, аспарагиновая кислота, соли
аммония.
Key words: succinic acid, aspartic acid,ammonium salts.
Известно, что комплексные соединения, содержащие биогенные
металлы и лиганды аминокислот, кислот метаболитов цикла Кребса
являются перспективными лечебными препаратами [1,2].
Сукцинаты и аспартаты щелочных и щелочноземельных металлов
(лития, натрия, калия, магния, кальция) применяют в качестве
лекарственных средств.
Например, соли лития, натрия используют в психоневрологии [3],
при лечении болезни Альцгеймера [4], которая возникает вследствии
чрезмерной конверсии незаменимых жирных кислот (НЖК) в
простагландины (ПГ). Соли лития ингибируют эти метаболические
процессы. Сукцинат лития рекомендован в качестве средства для
стимуляции лейкопоэза [5], сукцинат кальция для стимуляции иммунной
системы организма [6], аспартаты калия и магния в кардиологии [7].
Перспективными биологически активными соединениями являются
аммониевые соли аминокислот, кислот метаболитов.
Сукцинат аммония восстанавливает способность организма к
саморегуляции при психоэмоциональных и физико-химических нагрузках.
На основе сукцината аммония получено лекарство «Митомин»-РЛС
(Яндекс словарь), «Энерлит».
Предложено использовать сукцинат аммония для коррекции
нарушений кровоснабжения и метаболизма мозга для лечения
ишемического повреждения мозга [8].
Известен ряд препаратов, улучшающих мозговые кровообращение,
папаверин, кавинтон, зуфилин и др. Кавинтон – наиболее популярный
избирательный церебральный вазодилататор активирует гликолиз в
мозговой ткани [9].
Известно, что ишемия органа приводит к резкому дефициту не
только кровоснабжения, но и трофики ткани. Происходит накопление
окисленных продуктов обмена веществ, главным образом молочной
кислоты, которая инактивирует фермент [8]. Экспериментальные
54
исследования, проведенные авторами [8] на крысах-самцах линии Вистар
показали, что сукцинат аммония оказывает выраженное влияние на
энергетический обмен головного мозга крыс при церебральной ишемии,
препятствуя
развитию
ингибирования
сукцинат-зависимой
энергопродукции митохондрий. Сукцинат аммония на модели острой
ишемии мозга обладает более выраженной защитным действием по
сравнению с кавинтоном. Противоишемический эффект сукцината
аммония
обусловлен:
увеличением
кровоснабжения
мозга
антигипоксическим
и
антиацидотическим
действием.
Препарат
нормализует сукцинат-зависимую энергопродуцию митохондрий мозга.
Сукцинат аммония предложен в качестве биологически активного
средства, обладающего актопротекторной активностью, повышающего
работоспособность животных и человека [10].
Улучшение кровотока и метаболических процессов мозга вызывает
γ-аминомасляная кислота (ГАМК), которая является нейромедиатором.
Используется ГАМК в медицинской практике под названием «аминалон»
(за рубежом –«гаммалон») и по характеру действия приближается к
ноотропным препаратам [11].
Перспективным биологически активным соединением является
аспартат аммония. Практически весь азот в составе живых организмов
находится в степени окисления (–3), соответствующей аммиаку или иону
аммония. Ионы аммония могут вводиться в состав органических молекул
непосредственно по реакциям, катализируемым соответствующими
ферментами (синтетазами).
Однако в большинстве случаев азотосодержащие группы поступают
в биологические молекулы с помощью промежуточных переносчиков. К
их числу прежде всего относится глутамат. Вторым важным переносчиком
азота является аспартат, который образуется из ионов аммония и фумарата
в реакции
–
−
+
ООС – СН ( N H 3 ) CH2 – COO– ↔ (транс-) –ООС – СН = СН – СО О + –
NH +4
катализируемой аспартат аммиак-лиазой [12].
В литературе имеются сведения о получении сукцината аммония в
промышленных масштабах [10; Чистые реактивы. Ареометр Д / Неф.] и
отсутствуют данные о синтезе аспартата аммония.
С целью широкого изучения биологической активности аспартата
аммония нами проведены исследования по разработке метода его
получения, основанного на реакции нейтрализации. Для проверки
однозначности данного метода осуществлен также синтез сукцината
аммония.
Материалы и методики. Для синтеза сукцината аммония и
аспартата аммония были использованы следующие реактивы: 25%-ный
55
раствор аммиака, янтарная кислота марки х.ч., аспарагиновая L-кислота
PRS-CODEX, карбонат аммония марки х.ч.
1. Синтез сукцината аммония. а) 2,95 г (0,025 мол.) янтарной
кислоты присыпают порциями к 10 мл 25%-ного раствора аммиака,
помещенного в
3-х горлую колбу с обратным холодильником. Наблюдается разогрев
реакционной массы до 35-40 °С и растворение янтарной кислоты.
Гомогенный раствор выдерживают в течение 1 часа при комнатной
температуре и упаривают в вакууме. Вязкую массу охлаждают, промывают
спиртом и кристаллизуют. Кристаллический продукт промывают спиртом,
фильтруют и сушат. Получают 3,2 г (80%) сукцината аммония, С4Н12О4N2.
Содержание азота (%): найдено – 18,20; вычислено – 18,42.
Сукцинат аммония кристаллическое вещество белого цвета с т. пл.
72-73 °С, хорошо растворим в воде, нерастворим в спирте, ацетоне. Дает
качественную реакцию на катион NH +4 . б) В 3-х горлую колбу с обратным
холодильником помещают 10 мл 25%-ного раствора аммиака, раствор 4,95
г (0,05 мол.) карбоната аммония в 10 мл воды. Нагревают до 60 °С и
оставляют стоять 20 минут при комнатной температуре. Затем к
содержимому в колбе прибавляют порциями 2,95 г. (0,025 мол.) янтарной
кислоты. Гомогенную реакционную смесь выдерживают в течение одного
часа при комнатной температуре и упаривают в вакууме. Вязкую массу
охлаждают, промывают спиртом и кристаллизуют. Кристаллический
продукт промывают спиртом, фильтруют и сушат. Получают 2,8 г (70%)
сукцината аммония, С4Н12О4N2. Содержание азота (%): найдено – 18,10;
вычислено – 18,42. Продукт плавится при температуре 71-73 °С.
2. Синтез аспартата аммония. а) 3,3 г (0,025 мол.) аспарагиновой
кислоты присыпают порциями к 12 мл 25%-ного раствора аммиака,
помещенного в 3-х горлую колбу с обратным холодильником.
Наблюдается разогрев реакционной массы до 35 °С и аспарагиновая
кислота растворяется. Гомогенный раствор выдерживают в течение одного
часа при комнатной температуре и упаривают в вакууме. Густую массу
охлаждают, промывают спиртом и кристаллизуют. Продукт промывают
спиртом, фильтруют и сушат. Получают 3,9 г (94,5 %) аспартата аммония,
С4Н13О4N3. Содержание азота (%): найдено – 25,00; вычислено – 25,15.
Аспартат аммония кристаллическое вещество белого цвета, т. п.л. 8283 °С, хорошо растворим в воде, нерастворим в спирте, ацетоне. Дает
качественные реакции на NH2-группу и катион NH +4 . б) В 3-х горлую
колбу с обратным холодильником помещают 10 мл 25%-ного раствора
аммиака, раствор 4,95 г (0,05 мол.) карбоната аммония в 10 мл воды.
Нагревают до 60 °С и оставляют стоять 20 минут при комнатной
температуре. Затем к содержимому в колбе прибавляют порциями 3,3 г
56
(0,025 мол.) аспарагиновой кислоты. Гомогенную реакционную смесь
выдерживают в течение одного часа при комнатной температуре и
упаривают в вакууме. Густую массу охлаждают, промывают спиртом и
кристаллизуют. Продукт промывают спиртом, фильтруют и сушат.
Получают 3,2 г (77,5 %) аспартата аммония, С4Н13О4N3. Содержание азота
(%): найдено – 24,9; вычислено – 25,15. Продукт плавится при температуре
82-83 °С.
Результаты исследований. Сукцинат и аспартат аммония получают
двумя методами.
Метод 1 – действуют на янтарную и аспарагиновую кислоты 25 %ным раствором аммиака, соответственно. Реакции протекают по схемам:
НООС
СН2
СН2
HOOC
CH2
CH COOH
+2NH4OH
СООН
NH2
_
( 2 H2O)
+ 2NH4OH
_
( 2 H2O)
NH4OOC
NH4OOC
CH2
CH2
COONH2
CH2 CH COONH4
NH2
Метод 2 – действуют на янтарную и аспарагиновые кислоты карбонатом
аммония, соответственно. В качестве реагента применяют водный раствор
карбоната аммония и 25%-ный раствор аммиака. В водной среде карбонат
аммония подвергается гидролизу по схеме:
(NH4)2CO3 + H2O ↔ NH4HCO3 + NH4OH
или NH +4 + CO 32 − + H 2 O ↔ HCO 3− + NH4OH
Для подавления гидролиза карбоната аммония к раствору
прибавляют 25%-ный раствор аммиака. Карбонат аммония частично
разлагается с образованием карбамината аммония NH2COONH4:
(NH4)2CO3 ↔ NH2COONH4 + H2O
Однако при нагревании раствора до 50 ÷ 70 °С это равновесие
смещается влево [13].
Способ получения сукцината и аспартата аммония по первому
методу основан на классической реакции нейтрализации – взаимодействии
соответствующих кислот с 25%-ным раствора аммиака. Отработаны
оптимальные условия и технологические приемы смешивания субстрата и
реагента. Реакция проводится в гомогенной фазе в мягких условиях с
57
высокими выходами целевых продуктов: сукцината аммония 80%,
аспартата аммония 94,5%.
Способ получения сукцината и аспартата аммония по второму
методу заключается в действии на соответствующие кислоты водным
раствором карбоната аммония с добавлением 25%-ного раствора аммиака
для подавления реакции гидролиза соли. Выхода целевых продуктов
составляют: сукцината аммония 70%, аспартата аммония 77,5%.
В литературе имеются сообщения о получении сукцината и фумарата
аммония взаимодействием водного раствора карбоната аммония с
соответствующими кислотами.
При сравнении указанных двух методов следует, что наиболее
технологичным является первый метод, т. е. применение в качестве
реагента только 25%-ного раствора аммиака. При этом выхода целевых
продуктов значительно выше, чем во втором методе.
Для подтверждения структуры полученных солей аммония кроме
элементного анализа проведена качественная реакция на катион NH +4 c
реактивом Несслера (смесь К2[НgJ4] и КОН) [13].
Качественную реакцию осуществляют по следующей методике:
К раствору 0,01 г амониевой соли в 0,5 мл воды прибавляют 3-4
капли раствора реактива Несслера. При этом мгновенно выпадает
обильный осадок: красно-бурый с сукцинатом аммония, оранжевый с
аспартатом аммония,
О
Нg
Нg
NH2
J
иодид оксодимеркуратаммония
Аспартат аммония дает качественную реакцию на NH2-группу. С
хлоридом железа (III) в водном растворе образуется хелат красного цвета.
С сульфатом меди в буферном растворе с добавлением ацетата натрия
образуется хелат ярко синего цвета.
Заключение. Синтезированы соли: сукцинат аммония и аспартат
аммония – биологические активные вещества. Показано, что способ их
получения отличается простотой и основан на реакции взаимодействия
концентрированного раствора аммиака с соответствующими кислотами с
высокими выходами целевых продуктов.
Способ позволяет приготовить сукцинат аммония, аспартат аммония
в количествах, необходимых для исследования их биологической
активности.
58
ЛИТЕРАТУРА: 1. Кабиров Г.Ф., Кадырова Р.Г., Гильметдинов Б.М.
Химия и биогенные свойства 3d-элементов (Мn-Zn) и их комплексонатов.
– Казань, Казан. гос.энерг. ун-т, 2006. 112 с. 2. Кабиров Г.Ф., Кадырова
Р.Г., Муллахметов Р.Р. Синтез комплексонатов аспарагиновой кислоты с
двухвалентными биогенными металлами. // Ученые записки КГАВМ им.
Н,Э. Баумана. 2010. Т. 204. с 115-121. 3. Пат. RU 2372081 С 1. 10.11.2009.
Композиция, обладающая иммуностимулирующей и антиоксидантной
активностью. / Е.В. Плотников, В.М. Плотников. 4. Pat. US 4810497. Мar.
7, 1989. Pharmaceutical compositions. / D.F. Horrobin. 5. Пат. RU 2070041 С
1. 10.12.1996. Средство для стимуляции лекопоэза. / К. Максутов.
6. Кадырова Р.Г., Кабиров Г.Ф., Гильметдинов Б.М. Янтарная кислота и ее
свойства. – Казань, Казан. гос. энерг. ун-т, 2005. 100 с. 7. Клюев М.А.,
Ермакова В.Я., Скулкова Р.С. Лекарственные средства. ч.2 – М.:
Медицина, 1987. 575 с. 8. Пат. RU 2108095 С 1. 10.04.1998. Лекарственное
средство для лечения ишемии мозга. / А.С. Саратиков, В.А. Хазанов, М.Н.
Кондрашова, Ю.М. Гильдберг. 9. Машковский М.Д. Лекарственные
средства. ч. 1. – М.: Медицина, 1987. 624 с. 10. Пат. RU 2121836 С 1.
20.11.1998. Средство, обладающее актопротекторной активностью. / Ю.Г.
Каминский, М.Н. Кондрашова, Е.А. Косенко и др. 11. Белобородов В.Л.,
Зурабян С.Э., Лузин А.П., Тюкавкина Н.А. Органическая химия. Книга 1. –
М.: Дрофа, 2004. С 600. 12. Кнорре Д.Г., Мызина С.Д. Биологическая
химия. – М.: Высш. шк., 2003. с 385-386. 13. Цитович И.К. Курс
аналитической химии. – М.: Высш. шк., 1985. 400 с.
СИНТЕЗ СУКЦИНАТА И АСПАРТАТА АММОНИЯ И ИХ БИОГЕННЫЕ
СВОЙСТВА
Кадырова Р.Г., Кабиров Г.Ф., Муллахметов Р.Р.
Резюме
Способ позволяет приготовить сукцинат аммония, аспартат аммония
в количествах, необходимых для исследования их биологической
активности.
AMMONIUM SUCCINATE AND ASPARTATE SYNTHESIS AND THEIR BIOGENIC
PROPERTIES
Kadyrova R.G., Kabirob G.F., Mullakhmetov R.R.
Summary
This method allows to make ammonium succinate, ammonium aspartate
in the quantities needed to investigate their biological activity.
59