
книги из ГПНТБ / Бакасова З.Б. Физико-химические основы получения, свойств, строения новых производных L-глутаминовой кислоты и L-глутамината натрия
.pdfВ белках микроэлементы могут удерживаться |
разнообраз |
||||
ными функциональными группировками: NH2, CONH, |
СООН, |
||||
•а также имидазолом, пирролом, индолом [128]. |
|
|
|||
При |
разделении белков крови и тканей |
методом |
электро |
||
фореза |
было показано, |
что отдельные белковые |
фракции со |
||
держат |
одновременно |
ряд микроэлементов. |
Так, |
например, |
зола альбумина сыворотки крови содержит марганец, кремний, титан, медь, алюминий, цинк, свинец; a f -глобулин — свинец, марганец, кремнии, титан, медь, алюминий, хром, цинк, молиб ден [76].
Формы связи отдельных металлов в белковой молекуле в этих случаях не установлены. Известно, что металл только тогда может образовывать прочные комплексные соединения, если он не замещается другим металлом, иначе реакции заме щения значительно затрудняются (например, железо не заме щается в гемопротеинах, кобальт — в витамине В| 2 ) .
Выяснено, что замена одного металла другим в ряде слу чаев может привести к ннактивированию потенциальных био логически активных систем. Поэтому так высоко оценивают роль металлов при активировании ферментов, гормонов, ви таминов. Например, активирование амилазы достигается нат рием, калием, литием, магнием, кальцием, барием, йодом, фто ром; активирование нуклеотидазы — магнием, марганцем, кальцием, барием. Большую роль при этом играет концентра ция металлов [128].
Было показано, что при замене одних металлов другими в белковых системах сохраняется их ферментная активность. Это позволило высказать предположение о существовании изодинамических ферментов, т. е. ферментов с одинаковым характером химического действия, но содержащих различные металлы [198].
Изодинамические ферменты играют большую биологиче скую роль в организме и могут смещать процессы в зависимо сти от рН среды, солевого состава и свойств участвующих сое динений. С этой точки зрения большой интерес представляют исследования каталитических эффектов ионов различных ме таллов для реакций одного фермента и субстрата [71].
В. В. Ковальский и др. [83, 125, 126, 127], описывая значе ние микроэлементов в сельском хозяйстве, особенно в живот новодстве, подчеркивают, что такие элементы, как кобальт, йод, содержащиеся в почвах, воде, растениях, впоследствии попадают в организм животных и нормализуют деятельность щитовидной железы, тем самым предотвращая заболевание эндемическим зобом.
Соли микроэлементов при кормлении животных могут при меняться в различных формах: в виде водных растворов, до зированных таблеток, в соляных брикетах (медунцах); они могут вводиться в силос, комбикорм [128].
Органические лиганды в комплексах с металлами находят все более широкое применение в биологии, фармакологии, ме дицине, сельском хозяйстве и металлургии [203].
Испытай препарат коамид, синтезированный М. А. Азизовым (кобальтамидникотиповой кислоты), и комплексные сое динения меди с аминокислотами [97, 128].
Разработка методов синтеза и технологии новых комплекс ных органических соединений, содержащих йод, кобальт, медь, марганец, цинк, которые могли бы быть использованы в жи вотноводстве, является одной из важнейших задач.
Значительный интерес также приобретает исследование природы естественных биологически активных веществ типа витаминов, гормонов, ферментов, содержащих в своем составе микроэлементы, а также изучение условий и процессов синте за и механизма биологически активных соединений, включаю щих марганец, кобальт, никель, медь, цинк, йод и др.
Учитывая это важное значение микроэлементов и амино кислот, нами было решено провести исследование гетероген ных равновесий в системах из хлоридов щелочных, щелочно земельных элементов и металлов переходного четвертого пе риода с глутаминовой кислотой и ее натриевой солью. Полу ченные экспериментальные данные описываются в следую щих главах.
Глава II
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ХЛОРИДОВ КАЛЬЦИЯ, МАГНИЯ, СТРОНЦИЯ, БАРИЯ, КОБАЛЬТА, МАРГАНЦА, НИКЕЛЯ, МЕДИ, ЦИНКА, Ж Е Л Е З А И ГИДРООКИСЕЙ НАТРИЯ, ЛИТИЯ, КАЛЬЦИЯ, МАГНИЯ И ПОДГОТОВКА ЭТИХ КОМПОНЕНТОВ
Д Л Я ИССЛЕДОВАНИЯ
Из вышеприведенных материалов известно, какую важную биологическую роль в жизни животных и человека играют микроэлементы. В последние годы появились многочисленные
исследования, касающиеся |
микроэлементов: |
по |
применению |
||||||||
микроэлементов |
в животноводстве |
и медицине, |
по |
изучению |
|||||||
биохимической |
роли |
микроэлементов |
в обмене веществ жи |
||||||||
вотных и человека и гармоническому |
сочетанию |
их с гормо |
|||||||||
нами, |
ферментами, |
витаминами, |
антибиотиками и |
многими |
|||||||
лечебными средствами. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
В настоящее |
время широко |
изучается |
взаимоотношение |
||||||||
между |
белками |
и микроэлементами, |
рассматривается |
участие |
|||||||
микроэлементов |
в строении |
многих |
энзнматнческих |
систем, |
|||||||
прослеживается |
связь |
между микроэлементами, |
ферментами, |
||||||||
витаминами и гормонами, |
выясняется |
влияние микроэлемен |
|||||||||
тов на процессы |
роста, тканевого дыхания, |
внутриклеточного |
|||||||||
обмена, кроветворения, размножения [64, 124, 229]. |
С |
микро |
|||||||||
элементами связывают и функции |
ряда гормонов, |
витаминов |
|||||||||
и других биорегуляторов. |
Следовательно, |
устанавливаются |
пути наиболее действенного использования микроэлементов в области фармацевтической химии.
Таким образом, изложенные выше данные указывают на необходимость расширения исследований по выделению, уста новлению химического состава, а также разработке путей синтеза новых препаратов на основе аминокислот в сочетании
смикроэлементами.
Вданном исследовании изучалось химическое взаимодей ствие L-глутаминовой кислоты, глутамината натрия в водных растворах с гидратокисями и хлоридами лития, кальция, стронция, бария, кобальта, марганца, никеля, меди, цинка и железа.
Глутаминовая кислота C5H9NO4 представляет собой белый кристаллический порошок с мясным привкусом, выделяется из водного этилового спирта в виде кристаллов ромбической
сингонип [39], плавится при температуре 224—225°С с разло жением, умеренно растворяется в воде, очень слабо растворя ется в этиловом спирте.
L-глутаминат натрия C 5 H 8 N0 4 Na представлен белыми ром бическими пластинками, плотность его = 1,4601, температура плавления 225—227° (с разложением) [132, 205]. Соль хорошо растворяется в воде (136 г на 100 мл воды при 20°С), лишена запаха, сладковато-соленого вкуса, в водных растворах обла дает мясоподобным вкусом, который придается ионом глута миновой кислоты. Диссоциация L-глутамината натрия проис ходит по следующей схеме:
соо-
I
NaOOC—СН—СН2 —СН2 —COO- £ ООС — СН 2 — СН 2 — СН+ Na
I |
I |
N H 2 |
N H 3 |
Как глутаминовая кислота, так и моноглутаминат натрия относятся к L-конфигурации. Удельное вращение в 2н. раство ре соляной кислоты равно 25,06°, в нейтральных растворах — 5,5°, НД — 2280 кал/кг, рН среды — 7,0 (10%-ный раствор). L-глутаминат натрия — однозамещенная натриевая соль глу таминовой кислоты, кристаллизующаяся с одной молекулой воды, имеет следующее строение:
СООЫ—СН2 —СН2 —CHNH2 —COONa-HaO. |
|
L-глутаминат натрия готовился из L-глутаминовой кисло |
|
ты путем ее |
нейтрализации гидроокисью натрия по способу, |
описанному |
ниже [6, 27, 37]. Для получения глутамината нат |
рия брались химически чистые глутаминовая кислота и гидро
окись натрия. |
Синтез |
проводился |
при обычных условиях с |
|||
использованием |
следующей аппаратуры: |
|
||||
а) сосуд с мешалкой |
или реактор с лопастной мешалкой |
|||||
для равномерного размешивания; |
|
|
||||
б) устройство для водяной или |
паровой |
рубашки для на |
||||
гревания или охлаждения |
реактора. |
148 г глутаминовой кисло |
||||
При |
синтезе |
глутамата натрия |
||||
ты растворяли |
в 300 |
мл |
воды и добавляли |
35 г гидроокиси |
||
натрия. |
Учитывая плохую растворимость глутаминовой кис |
лоты, приготовленную воду подогревали до 80—90°С. Остаток глутаминовой кислоты растворялся при добавлении гидрооки си натрия. Составленная смесь глутаминовой кислоты и гид роокиси натрия упаривалась при постоянном размешивании при 70—75°. Контролем реакции служил показатель прелом ления 1,4350 с бриксом 56,5% сухих веществ, но не выше. При
3* |
2832 |
33 |
нарушении этих условий выпадал ие кристаллический, а по рошкообразный глутаминат натрия.
При достижении контрольного показателя упаривание прекращалось. При упаривании рН среды незначительно ме нялась в пределах от 6,9 до 7.
После упаривания сгущенный раствор в течение трех су ток постепенно охлаждался: первые сутки до 50—45°, вто рые сутки — до 35—30°, третьи сутки — до возможно мини мальной температуры. Кристаллизация считалась закончен ной, когда среда в маточнике достигала рН = 7,2—7,5.
Выпавшие кристаллы отфильтровывались, высушивались и упаковывались. Высушивание производилось при температу ре не выше 45—50° при постоянном размешивании.
Полученная соль (моноглутампнат натрия) характеризова лась рядом показателей, которые рассматривались как техни ческие условия: содержание азота достигало 7,45%, его опре
деление |
велось в усовершенствованном |
аппарате |
Къельдаля |
||||||||||
189]; |
содержание |
натрия |
составляло 11,8—12,3% |
и |
|
определя |
|||||||
лось весовым |
методом |
(модифицированный |
нами |
метод для |
|||||||||
натрийсодержащих |
продуктов). |
Угол |
удельного |
|
вращения |
||||||||
у 3%-ного |
раствора глутамата в 2%-ной |
соляной |
|
кислоте был |
|||||||||
равен [а]д2 0 =+24,9—25°; |
удельная масса соли, |
определенная |
|||||||||||
в 96°-ном |
этиловом спирте, — 1,69—1,70 г/см3; |
|
температура |
||||||||||
плавления лежала в интервале 206—216°С; |
растворимость в |
||||||||||||
100 мл воды |
при 25°С составляла 133 г |
глутамата |
натрия; |
||||||||||
влажность |
полученных |
препаратов |
колебалась |
|
от |
0,32 |
|||||||
до 0,49%. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для жидкой фазы (маточника) были найдены следующие |
|||||||||||||
характерные |
показатели: |
азота |
содержалось |
3,9% |
(весовых); |
||||||||
натрия — 4,55%; |
показатель |
преломления |
|
равен |
1,412; |
||||||||
Брике —• 46,2; удельная |
масса |
раствора |
— 1,232 |
при |
25°С; |
||||||||
вязкость раствора — 9,20 сп; рН раствора — 7,2—7,5. |
|
||||||||||||
Для исследования нами взяты также хлористые соли каль |
|||||||||||||
ция, |
магния, |
кобальта, марганца и никеля, трижды |
перекри |
сталлизованные и проверенные на степень химической чисто ты. При химическом анализе солей количества магния, каль ция, кобальта и никеля почти точно соответствовали шестиводным гидратам, хлорид марганца — четырехводному гид рату. По данным анализа, гигроскопическая влага достигала почти 1%.
Хлористый кальций СаСЬ выделяется из водных раство ров в виде шестиводной соли. Кристаллы относятся к триго нальної"! системе с отношением осей а : с = 1 : 0,505. Они одно осные, отрицательные, имеют следующие показатели прелом ления: N = 1,417; Np = 1,393 [24, 72, 136]. Поведение хлористо-
го кальция при растворении в воде изучалось многими иссле дователями [105, 113, 142, 208, 286] в широком температурном интервале от —49,8° (эвтектики) до кипения растворов.
Хлористый магний (MgCl2 ) кристаллизуется из водных ра створов в виде гидратов с 12, 8, 6, 4 и 2 молекулами воды. Ше-
стиводный |
хлористый магний |
существует |
в диапазоне |
темпе |
|||||||
ратур от —3,4 до 116,67°С. |
Его кристаллы относятся к моно |
||||||||||
клинной |
сингонии и характеризуются следующими |
кристалло- |
|||||||||
оптическими |
константами: |
отношение |
оптических |
осей |
|||||||
а : в : с= 1,367 : 1 : 0,854; |
угол |
2v = 86°18'. Кристаллы |
имеют по |
||||||||
ложительный |
знак |
( + ), |
их показатели |
преломления |
равны: |
||||||
N g = 1,528; |
N m = 1,524; Np = 1,495 [72]. Плоскость |
оптических |
|||||||||
осей перпендикулярна (010), а угол V между оптическими ося |
|||||||||||
ми составляет |
79°. |
Кристаллический шестиводный |
хлористый |
||||||||
магний имеет удельную массу, близкую к 1,59 г/см3, |
твердость |
||||||||||
равна 1,5[108,"П8, |
136, 208]. |
|
|
|
|
|
|
||||
Хлористый стронций (SrCl2 ) |
в безводном |
состоянии обра |
|||||||||
зуется при взаимодействии |
металлического |
стронция |
с гало |
||||||||
генами, |
а также при растворении SrO или SrC03 |
в галогено- |
водородиых кислотах. Кристаллы его бесцветные, кубические,
параметры ячейки |
а = 6,99 |
А, плотность — 3,052 г/см3, |
темпе |
||
ратура |
плавления |
равна |
870°, теплота |
образования |
Н 0 2 9 8 = |
= 198,0 |
ккал-моль. |
Растворимость в воде |
составляет |
34,6% |
(20°), 50,2% (100°). Растворы имеют горький вкус. При темпе ратурах ниже 61,34° из водных растворов выделяется SrCl2 -6H2 0 — изоморфный СаС12 -6Н2 0, кристаллизующийся в'
гексагональной |
|
сингонии с периодами а = 7,906 А, |
с=4,07 А, |
||||||||||||
его |
плотность — 1,964 г/см3. |
SrCl2 -6H2 0 |
трудно растворяется |
||||||||||||
в этиловом |
спирте. При температуре от 61,34° до 145° выделя |
||||||||||||||
ется SrCI2 -2H2 0. |
Кристаллы |
относятся |
к моноклинной синго |
||||||||||||
нии |
и |
имеют |
следующие |
|
параметры |
ячейки: |
|
а = 11,69 А, |
|||||||
в = 6,38 |
А, с = 6,66 |
А; р = 105°54/ [136]. |
|
|
|
|
|
||||||||
Хлористый |
барий [136] при обычных |
условиях |
|
существует |
|||||||||||
в виде дигидрата |
ВаС12 -2Н2 0; бесцветные кристаллы его име |
||||||||||||||
ют |
моноклиническую |
решетку: |
|
а = 7,176 |
А, |
|
в = 10,86 А, |
||||||||
с = 6,738 А; р = 90°5Г, плотность — 3,10 г/см3. |
При нагревании |
||||||||||||||
до |
100° он полностью теряет |
кристаллизационную |
|
воду. |
|||||||||||
|
Безводный ВаС12 |
имеет ромбические кристаллы: а = 7,823 А, |
|||||||||||||
в = 9,333 А, с = 4,705 А; |
плотность |
— 3,92 г/см3; |
температура |
||||||||||||
плавления |
— 960°, |
температура |
кипения — 1560°. С солями |
||||||||||||
NaCl, К О , СаС12 |
образует |
низкоплавкие |
эвтектики, |
например, |
|||||||||||
эвтектическая |
смесь |
ВаС12 |
и NaCl |
(при 61 мол% ВаС12 ) пла |
|||||||||||
вится при 654°. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
100 |
Растворимость ВаС12 |
(в расчете |
на безводную |
соль в г на |
|||||||||||
г воды) |
составляет |
31,6 г (0°), 35,7 г (20°), 56,8 г (100°). |
Рис. 5. Политерма растворимости хлорида кальция в воде.
Хлористый барий почти не растворяется |
в абсолютном спирте |
|||
и эфире |
[136, 207]. |
Данные |
политермы |
растворимости [208] |
хлоридов |
кальция, |
магния, |
бария и стронция приведены на |
рис. 5, 6, 7, 8.
Хлористые соли кобальта, марганца и никеля были триж ды перекристаллизованы для работы и проверены на сте
зе
Рис. 6. Политерма растворимости хлорида магния в воде.
пень чистоты. При химическом анализе хлористая соль ко бальта соответствовала шестиводному гидрату, хлорид мар ганца — четырехводному, хлорид никеля — шестиводному.
Содержание хлорида кобальта в гидратной форме состав ляло 54,60%, воды — 45,39%. По данным анализа, гигроскопи ческая влага достигала 1%.
Безводный хлорид кобальта (CoCIa) имеет блестящие го-
6есХВаС(2
Рис. 7. Политерма растворимости хлорида бария в воде.
лубые кристаллы с гексагональной кристаллической решеткой;
плотность его равна 3,356 г/см3 ; |
температура |
плавления ле |
|
жит при 724°, температура кипения — 1049° |
теплота |
образо |
|
вания Н°298 равна 77,79 ккал[моль. |
Хлорид кобальта |
хорошо |
растворим в. воде и кристаллизуется из водных растворов в
|
50 ' 100 ' |
150 |
' ~200 |
"o0" |
300 350 |
400 |
|
|
' |
~~~ вес. |
% |
SrClf |
|
|
|
Рис. 8. Политерма растворимости хлорида стронция в воде. |
|||||||
виде различных |
кристаллогидратов: |
шестиводных, |
четырех- |
||||
водных, двуводных и одноводных. |
|
|
|
||||
При |
обычной |
температуре |
хлористый |
кобальт |
существует |
||
в форме |
шестиводного гидрата, который |
представляет собой |