книги из ГПНТБ / Бакасова З.Б. Физико-химические основы получения, свойств, строения новых производных L-глутаминовой кислоты и L-глутамината натрия

При нагревании до 70°С и выше в присутствии солей ме­ таллов, например Co ( N 0 3 ) 2 - 6 H 2 0, происходит ускорение лактамизации глутаминовой кислоты с образованием пирролпдонкарбоновон кислоты в слабокислой и слабощелочной средах. Оптимум реакции лежит в слабощелочной среде. При отсут­ ствии солей металлов образование пирролидонкарбоиовой кислоты наблюдается лишь в силыюкпслой и сплыющелочной средах [41]:

іт. А. Федорова и Т. А. Балакаева предполагают, что в сла­ бокислой и слабощелочной средах, где глутамииовая кислота находится преимущественно в форме «А» и частично в форме «Б», ион металла соединяется с субстратом, образуя хелатные соединения, что приводит к уменьшению заряда групп, участ­ вующих в образовании ппрролидонкарбоновоп кислоты, и лактамизация облегчается. Падение каталитической активно­ сти ионов металла в сплыющелочной среде, где существует форма «Б», объясняется уменьшением способности катиона металла связываться с субстратом.

рагиновая, антраниловая, фенилантраниловая, антранилуксусная) наиболее прочные комплексные соединения дают дикарбоновые аминокислоты, в частности глутамииовая кис­ лота.

Глутамииовая кислота (моноаминодикарбоновая) теорети­ чески имеет три возможных координационных пункта: два с карбоксильной группой и один с аминной. Комплексообразование глутаминовой кислоты с рядом минеральных солей в водных раствооах исследовалось многими учеными [95, 98, 134, 142, 147, 156, 183, 184, 270]. Спектрофотометрическим, потенциометрическим методами и кондуктометрическим титрова­ нием изучалось комплексообразование двухвалентной меди с глутаминовой кислотой [60, 96]. Методом непрерывных изме­ нений было установлено образование комплексов типа CuR

при р Н ^ 4 и типа CuR2 при рН<; 6 (где R — радикал глута­ миновой кислоты). И. Лифшиц, Ф. Шонтеден [145], изучая по­ ляриметрическим и фотохимическим методами ряд соедине­ ний D-глутампновой и аспарагиновой кислоты с Си, Ni, Со, Cd, Zn и Мп, вывели следующую формулу:

соединений меди с ионами аминокислот пользовались поляро­

должна соединяться двумя координационными пунктами. Константы устойчивости комплексов глутаминовой кислоты с

[195] исследовали образование комплексных соединений ионов Cu+ 2 , С о 2 + , Fe+3 с глутаминовой кислотой.

Кондуктометрическим методом установлено, что как в кислой, так и щелочной средах двухвалентная медь образует с глутаминовой кислотой комплексные соединения в соотно­ шении Си : R = 1 : 1 и 1 :2. Образование диглутаминового сое­ динения меди в кислой среде было также подтверждено потенциометрическим и полярографическим методами. Исследо­ ватели также высказывали предположение о возможности об­ разования комплексов с кобальтом при молекулярном отно­ шении: Со: R== 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:6. В этих комплексах глутамнновая кислота связывается с кобальтом только одним координационным пунктом. Что касается железа, то было доказано образование соединений в растворах с соотноше­ нием Fe : R = l : 1, 1:2, 1:3. Указывалось на вероятность об­ разования комплексов с трехвалентным родием при отноше­ нии Rh : R = l : 3 [255].

дены определения константы устойчивости комплексного сое­ динения двухвалентного кобальта с глутаминовой кислотой.

Результаты рН-потенциометрических титрований глутами­ новой кислоты приведены на рис. 3.

Замечено, что устойчивость комплексов увеличивается с ростом электроотрицательности второго потенциала иониза­ ции и порядкового номера металла [21].

Установлены образования комплексов глутаминовой кисло­ ты с родием, полонием и платиной [168]. Непрочное комплекс­

221]. Полярографические и осциллографические изучения по­ казали, что комплексы Со+ 2 , Ni + 2 ,Fe+ 2 , М п + а [185, 186] с глу­ таминовой кислотой образовывались в соотношении 2 : 1 [95, 142, 156].

В литературе также описаны реакции химического взаимо­ действия L-глутаминовой кислоты с глицином [202], диглицином, триглицином [192], изучавшиеся в виде тройных систем при 25°С. D-глутаминовая кислота исследовалась с перхлоратмагнием [П1], DL-глутаминовая кислота — с хлоридами ли­ тия, магния, нитратом калия и этиловым спиртом в водных ус­ ловиях [109].

Было прослежено, что при взаимодействии глутаминовой кислоты с гипобромидом натрия в щелочной среде возникал моноальдегид глутаровой кислоты, а в нейтральной среде — цианпропионовая кислота. При окислении глутаминовой кис­

ной соляной кислоте — с образованием ос-хлорглутаровой кис­ лоты [239]. При действии на глутаминовую кислоту водного раствора цианата калия и последующем нагревании с 10%-ной соляной кислотой была выделена левовращающая (3-гидан- тоин-5-лропионовая кислота. Как и все аминокислоты, глутаминовая кислота способна давать сложные эфиры, амиды, ангидриды, продукты алкилирования и ацилирования ло азо­ ту, подвергаться дезаминированию и декарбоксилированию. Она вступает в реакцию с альдегидами и многими другими органическими соединениями. При взаимодействии глу-

таминовой кислоты со спиртом в присутствии хлористого водорода (245, 238] образуется т -моноэтиловый эфир L-глу­ таминовой кислоты [48]:

С2Н5ООССН2СН2—сн—соон

N H 2

L-глутамнновая кислота при нагревании спиртовым раство­ ром аммиака при 140—150°С превращается в амид DL-пирро- лидонкарбоновой кислоты. Глутаминовая кислота с фенолом и гипохлоритом натрия имеет красивую синюю окраску раство­ ра [148, 244]. Раствор глутаминовой кислоты, нейтрализован­ ный содой, после прибавления нагретой смеси мочевой и азот­ ной кислот окрашивается в красный цвет [20]. При взаимодей­ ствии с нингидрином глутаминовая кислота становится фио­ летовой. Из солевого раствора глутаминовая кислота может быть осаждена уксуснокислой ртутью, а из осадка вновь вы­ делена сероводородом [169]. В последнее время L-глутамино­ вая кислота применяется для синтеза важного биологического активного вещества — фолиевой кислоты, являющейся анти­ анемическим витамином, способствующим кроветворным про­ цессам в организме. Из нее готовятся ценные препараты, в том числе и некоторые полипептиды. Как и другие аминокис­ лоты, она используется при научных исследованиях в качест­ ве одного из компонентов бактериальных питательных сред.

Производные глутаминовой кислоты, полученные при вза­ имодействии с эфирами ряда акриловых кислот и эфирами цнануксусной кислоты, замещенные в а-положении металла­ ми, приведены в работе [265].

Получен ряд органических производных L-глутаминовой кислоты: 1\'-ацетил-ь-глутамат^-аргинин; N-i<ap6aMiM-L-ray- тамат (органическое основание) и др.

Первое соединение нашло применение в терапии как укреп­ ляющее и тонизирующее средство при лечении цирроза пе­ чени. Второй препарат (органическое основание), обладаю­ щий гепатотройной активностью, применяется для стимуляции деятельности центральной нервной системы [9]. Многие эфиры глутаминовой кислоты служат в качестве вкусовых приправ к пищевым продуктам [282].

Важным теоретическим вопросом в исследовании комп­ лексных соединений глутаминовой кислоты является выясне­ ние их строения [25, 98].

Строение кислых и средних глутаминатов щелочных метал­ лов относительно простое. Наиболее сложная структура на­ блюдается у глутаминатов щелочноземельных и двухвалент-

ных металлов переходного периода (медь , кобальт, никель

идр.).

Д. С. Басудеб [25], исследуя свойства среднего L-глутами- новокислого комплекса меди, изучил его растворимость, дегид­ ратацию, ИК-спектры, угол удельного вращения, электриче­ ское сопротивление в водном растворе. Эти данные он исполь­ зовал при выяснении структуры моноглутамината меди.

Было показано, что моноглутаминат является димером: два иона меди соединены вместе двумя глутаминатными ани­ онами и водным мостиком. Водные мостики не были обычны­ ми, инфракрасные спектры показывали определенную полосу

НгО замещена на ДгО (тяжелую воду). Связь О—Д проявля­ лась при 2400 см~1 и сравнивалась со связью при 2787 см~1 в ДгО. Она отсутствовала в натриевых, бариевых, кобальтовых, никелевых соединениях, биглутамате меди. При взаимодейст­ вии с газообразным ангидридом аммония наблюдалось заме­ щение водной молекулы двумя молекулами NH 3 , которые не могут функционировать через мостиковую связь.

Были выделены еще бариево-медные соединения Ва (C11GI2) [25], а также соединения кобальта и никеля. Растворимость и

нормальные структуры — Me--(CuGl2 ), в то время как моно-

цепными алифатическими семидами проведены авторами [69], ими изучены также структуры медных соединений.

С. Ф. Девис и Г. М. Веинд [98] пытались определить струк­ туру комплексных глутаминатов, используя степень диссоциа­ ции солей в воде. Дл я этого они брали кальциевые соли неко­

С а - + А ' = СаА.

Учитывая, что анион аминоацетата, подобно анионам L- гидроксикислот, имеет склонность ассоциировать с ионом кальция в водном растворе со следующей структурой: CH2 NH2 COOCa.

Ф. Ф. Лумб и А. Е. Мартелл [147] изучали способность глу­ таминовой и аспарагиновой кислот к образованию внутрикомплексных соединений. Ими были найдены константы дис-

социации солей глутаминовой и аспарагиновой кислот с двух­ валентными ионами Mg, Са, Sr, Ва и Cd. Исследование прово­ дилось потенцнометрическим методом с использованием стек­ лянного электрода. Были подсчитаны константы устойчи­ вости для хелатов, состоящих из 1 моля лиганда на 1 атом катиона-комплексообразователя, и предположены возможные структуры хелатов.

Измеренные величины комплексообразования сравнива­ лись с данными, представленными для аналогов аминокислот, и описывались корреляционные высчитанные константы устой­ чивости в зависимости от ионных радиусов металл-иона.

Миамото и Шмидт [162] на основании чисел переноса, под­ считанных кондуктометрическим измерением, доказали обра­ зование глутамино-кальциевых и глутамино-бариевых комп­ лексов.

Широкому обсуждению был подвергнут вопрос о перспек­ тиве применения глутаминовой кислоты в сочетании с други­ ми фармакотерапевтическими средствами в клинической прак­ тике [86, 257]. При этом указывалось, что:

1) аммиак, введенный в виде водного раствора NH4 C1 в желудок, связывается в амидный азот глутамина;

2)аммиак, введенный в венозную кровь, превращается в амидный азот глутамина и белок. Реакции идут относительно быстро как по превращению, так и восстановлению нормаль­ ного состояния белков в содержании амндиого азота;

3)после предварительного введения в кровь водного раст­ вора глутаминовой кислоты белки крови не вступают в реак­ цию с аммиаком, а аммиак обезвреживается кислотой;

4)введенная в кровь глутаминовая кислота благоприят­ ствует нормализации углеводного обмена и уменьшает воз­ можность отравления хлористым аммонием.

Н.В. Веселкин, Б. Г. Гордон [66] на основании проведен­ ных опытов показали, что применение глутаминовой кислоты предотвращает или ослабляет интоксикацию центральной нервной системы аммиаком.

Э. Э. Мартинсон и Л. Я- Тяхенпельд [159] изучили методами электрофореза и УФ-спектрометрии влияние аммиака, глута­ миновой кислоты и мочевины на прижизненные изменения макроструктуры белков мозга. Источником аммиака может служить сам белок, отщепляющий амидные группы. Опыты в этом направлении проводились на щенках, кошках и морских свинках, а затем были продолжены на крысах и обезьянах [51].

Многие авторы отмечают [11], что применение 1%-ной глу­ таминовой кислоты эффективно при лечении больных с малы-

ми эпилептическими припадками, при больших же судорож­ ных припадках эта кислота не только не улучшает, но иногдадаже ухудшает состояние больного, вызывая увеличение чис­ ла припадков.

Известно, что дикарбоиовые кислоты (глутамииовая и аспарагиновая) играют существенную роль в тканевом обменеорганизма [11, 12].

В комбинации с другими средствами лечения глутамииовая кислота эффективно действует при заболеваниях центральной нервной системы, сопровождающихся заторможенностью, вя­ лостью, депрессией, слабостью [12].

Обстоятельная характеристика физико-химических свойств глутаминовой кислоты и ее солей, а также их значения в ле­ чебной практике даны в работах [92, 167, 223, 224]. Сотрудни­ ками лаборатории аминокислот Института психиатрии Мини­

сульфит-тирозина и магнезиальной соли глутаминовой кисло­ ты при остром полиомиэлите. А. А. Литвин [167] предложил на

ность применения оптически деятельной глутаминовой кисло­ ты в неврологической и психиатрической практике. Они полу­ чили положительные результаты при лечении больных шизо­ френией при внутривенном вливании 10%-ного глутаминат» кальция. Отмечено благоприятное действие глутаминовой кис­ лоты при лечении врожденного порока сердца.

А. Л. Андреевым [13] были синтезированы глутаминаты кальция и магния, экспериментально изучено их действие на животных после длительного внутривенного введения 10%-ных растворов. В настоящее время этим методом пользуются в лечебной практике.

Магниевая соль применяется при функциональных заболе­ ваниях центральной нервной системы, а кальциевая соль — при кровоизлиянии у новорожденных детей. Эти соли с не­ меньшим эффектом используются при лечении сотрясения мозга, субарахноидального кровоизлияния, трещин костей черепа, причем побочных явлений не возникает.

В лечебной практике нашли применение различные лекар­ ственные формы L-глутаминовой кислоты: свободная L-глу- таминовая кислота, ее хлоргидрат, кальциевые и магниевые соли. Результаты исследовании представлены в виде диаграмм (рис. 4), из которых видно, что различные лекарственные фор­ мы усваиваются организмом неодинаково.

Комбинация глутаминовой кислоты с витаминами Bi—В2, РР—С широко применяется при острой стадии шизофрении. Глутамнновая кислота в сочетании с другими лечебными сред­

1(+)/лутогмино6ан Х/iapacmododofiodnun Диглутамит/гі Диглі/тамі/ґ/сг/п

OTKHfCHfCH-COOH COOH-fCH^-CH-COOHCl C00H-(CHz)fCHNHfCOO^ CO0H(CH?)f№NHiC0O\

C0OHiCH2)?CHNH2-C00/ CQQtf(CH2)fCHNHfC00/

Рис. 4. Средние данные по усвояемости препаратов L-глутаминовой кислоты.

при синтезе гормонов, витаминов и других необходимых ве­ ществ в живом организме. Аминокислоты в организме подвер­ гаются ряду химических превращений: деза минируются, вы­ деляют необходимую энергию, переходят в более простые сое­ динения, а также переаминируются и служат источником воз­ никновения других аминокислот. Некоторые исследователи считают, что большинство аминокислот организмом человека не усваивается, а нередко они оказывают токсическое дейст­ вие [14].

Неменьшее практическое значение имеют глутаминаты элементов четвертого переходного периода: медь, цинк, ко­ бальт, никель и др. Следует отметить, что глутаминаты этих солей требуют более тщательного изучения не только в хими­ ческом, но и терапевтическом отношении.

При детальном химическом исследовании отдельных тка­ ней животных и растений были открыты и выделены сложные вещества, включающие в свой состав микроэлементы, напри­ мер, гемоцианин и турацин, содержащие медь, сикотипин с цинком, пиннаглобин с марганцем, окислительные ферменты с медью и марганцем, «дыхательный пигмент» с ванадием. Для ряда этих соединений доказана биологическая активность [128]. Отсутствие в некоторых тканях микроэлементов часто приводит к нарушению деятельности того или иного органа животного или растения. В середине XIX в. удалось устано­ вить, что первичной причиной эндемического зоба служит не­ достаток йода в почве и питьевой воде [241, 259]. В 1916 г. до­ казано, что эндемические флюорозы вызываются избыточным содержанием фтора в окружающей среде [157].

Созданная академиком В. И. Вернадским биогеохимия по­ зволила глубоко понять роль живого вещества в концентриро­ вании и миграции атомов и значение геохимических процессов в биосфере. Было показано, что микроэлементы, поглощаемые живыми тканями, неизбежно должны вступать во взаимодей­ ствие с белками, жирами, ферментами и другими веществами, иначе говоря, включаться в процессы обмена вещества. Эти соображения в дальнейшем и позволили сделать вывод о не­ сомненном участии многих микроэлементов в жизнедеятель­ ности растительных и животных организмов [65].