Изложение учебного материала:
ПРОИЗВОДНЫЕ ИЗОАЛЛОКСАЗИНА.
Гетероциклическая система изоаллоксазин включает два гетероцикла: пиразин и пиримидин, но содержит еще бензольный цикл, т.е.является частично гидрированным производным бензоптередина. Пиримидиновое ядро изоаллоксазина имеет характер лактамного цикла:
Источники рибофлавина.
К витаминам комплекса В относятся флавиновые витамины (flavum – желтый). Они содержатся в дрожжах, молочной сыоротке, мясе, рыбе, печени, почках, яичном белке, зародышах и оболочках зерновых культур (ячмене, пшенице), горохе, овощах (шпинате,томатах).
Выделенные из молока (лактофлавин), яичного белка (овофлавин), лимонов (цитрофлавин), вещества оказались идентичными по химической структуре.
Они содержат в молекуле гетероциклическую систему – изоаллоксазии, остаток рибозы и представляют собой рибофлавин.
Особенности строения рибофлавина.
Рибофлавин имеет характерную желто-оранжевую окраску, обусловленную несколькими сопряженными связями в молекуле. Проявление витаминной активности во флавиновой системе связанно с наличием в молекуле чрезвычайно лабильной азадиеновой группировки с двумя сопряженными двойными связями (в изоаллоксазиновом ядре). Эта группировка обусловливает окислительно-восстановительные свойства рибофлавина. На витаминную активность оказывает влияние также наличие в молекуле рибитильного радикала.
Благодаря наличию этих свойств флавины выполняют в организме многообразные биологические функции, участвуя в реакциях метаболизма углеводов, липидов и белков.
При восстановлении рибофлавин, теряя желтую окраску, переходит в бесцветный лейкорибофлавин. Последущее окисление обусловливает обратный процесс:
Характерная особенность рибофлавина – его светочувствительность.
Под влиянием света происходят изменения в химической стректуре рибофлавина.
Они зависят как от интенсивности облучения, так и от рН среды.
При действии света в нейтральной или слабокислой среде происходит частичное или полное отщепление остатка рибозы с образованием люмихрома, имеющего желтое окрашивание, но не флуоресцируещего.
В щелочной среде при облучении раствора рибофлавина образуется в основном люмифлавин (и частично люмихром).
Люмихром и люмифлавин витаминной активности не проявляют.
Люмифравин в растворах имеет окрашивание и флюоресценцию, аналогичные рибофлавину, но отличается от него тем, что растворяется в хлороформе. Это свойство используют для обнаружения примеси люмифлавина в рибофлавине и в рибофлавина-мононуклеотиде:
Получение.
Рибофлавин можно получить из животного или растительного сырья. Однако процесс этот трудоемок и дает очень низкий выход. Чтобы выделить 1,0 г рибофлавина, нужно переработать 5,4 т молочной сыворотки. В связи с чем рибофлавин синтезируют промышленным способом.
В промышленности рибофлавин синтезируют путем конденсации 3,4-диметиланилина с D-рибозой.
В настоящее время рибофлавин получаюи с помощью микробиологического синтеза. Использование современных достижений в области физиологии микроорганизмов и генной инженерии позволило увеличить выход при биосинтезе рибофлавина в 4-5 тысяч раз.
Свойства производных изоаллоксазина.
препарат |
описание |
растворимость |
Riboflavin Рибофлавин 6,7-диметил-9-(D-1-рибитил)-изоаллоксазин |
Желто-оранжевый кристаллической порошок со слабым специфическим запахом. На свету неустойчив. Удельное вращение от -115 до 135° (0,5%-ном расиворе гидроксида калия) |
Медленно растворим в воде (1 г в 15000-25000 мл), практически нерастворим в этаноле и хлороформе, растворим в растворах кислот и щелочей. |
Riboflavin mononuclejtide Рибофлавина мононуклеотид Натриевая соль 6,7-диметил-9-(1-D-рибитил)-изоаллоксазин-5’-фосфата дигидрат |
Желто-оранжевый кристаллический порошок, без запаха. На свету устойчив. Гигроскопичен. Удельное вращение от +37 до +43° (1,5%-ный раствор в 5 М растворе хлороводородной кислоты) |
Растворим в воде, практически нерастворим в этаноле и хлороформе. |
Химические свойства.
Рибофлавин растворим в растворах кислот и щелочей, т.к.является амфотерным соединением. Кислотные свойства рибофлавина обусловлены наличием подвижного атома водорода имидной группы, очень слабыми кислотными свойствами обладают и спиртовые гидроксильные группы рибитильного остатка; основные – наличием нескольких гетероциклических атомов азота.
Определение подлинности.
1. Физические методы
Окраска (характерная яркая зеленовато-желтая)
Зеленая флуоресценция водного раствора в УФ-излучении (исчезает при добавлении растворов HCL, щелочи, гидросульфита натрия (сильный восстановитель)
2. Физико- химические методы
ИК- и УФ-спектрофотометрия
3. Химические методы
Основаны на окислительно- восстановительных свойствах сопряженных двойных связей, окислении и этерификации рибитильной части молекулы, комплексообразовании, гидролизе, наличии в молдекуле третичного атома азота, иона натрия и связанной фосфорной кислоты.
Реакция с кH2SO4 – вишнево-красное окрашивание.
Раствор нингидрина при кипячении в щелочной среде образует в присутствии рибофлавина зеленую окраску.
Положительноя реакция с реактивом Драгендорфа и другими общеалкалоидными (осадительными) реактивами.
С солями металлов (серебра,кобальта, меди, ртути и др.) рибофлавин образует нерастворимые окрашенные комплексные соединения:
С раствором нитрата натрия – оранжево-красного, переходящего в красный
С солями ртути (II) – оранжевого цвета.
Отличие в анализе рибофлавина-мононуклеотида от рибофлавина:
Рибофлавина-мононуклеотид дает положительную реакцию на ион натрия и на фосфаты, которые образуются после кипячения в течение 5 минут раствора в концентрированной азотной кислоте.
Определение доброкачественности.
В рибофлавине и рибофлавина-мононуклеотиде устанавливают допустимое содержание примеси люмифлавина и люмихрома.
Количественное определение.
1. УФ-спектрофотометрия
2. Флуориментрия
3. Алкалиметрия
4. Цериметрия
5. Методом Кьельдаля
6. Перийодатометрия
7. По рибитильной части молекулы: метод этерефикации к H2SO4 с последующим определением избытка кислоты потенциометрическим титрованием раствором щелечи.
Хранение.
Рибофлавин необходимо хранить в хорошо укупоренных банках оранжевого стекла, учитывая его свойство легко окисляться и разлагаться под действием света с образованием биологически неактивных люмихрома и люмифлавина.
Рибофлавина-мононуклеотид более устойчив, поэтому его хранят в сухом, защищенном от света месте.
Применение.
Рибофравин восполняет недостаток витамина В2 в организме. Особенно он важен для нормальной функции зрения. Назначают внутрь в таблетках и драже по 0,005-0,01 г при гипо- и авитаминозе, различных глазных заболеваниях, длительно не заживающих ранах и язвах, лучевой болезни, болезни Боткина и т.д.
Рибофлавина мононуклеотид при тех же заболеваниях вводят внутримышечно по 1 мл 2%-ного раствора, а в офтальмологии применяют 1%-ные растворы.
КОНДЕНСИРОВАННЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ КОРРИНА И НУКЛЕОТИДА БЕНЗИМИДАЗОЛА (КОБАЛАМИНЫ).
Цианокобаламин синтезируется в природе микроорганизмами, главным образом бактериями, актиномицетами, синезелеными водорослями.
В организме человека и животных синтез цианокобаламина осуществляется микрофлорой кишечника. Затем он накапливается в печени, почках, стенке кишечника жвачных животных.
Биосинтезом в кишечнике потребность человека в этом витамине полностью не обеспечивается.
Необходимо поступление цианокобаламина с пищей животного происхождения, так как в растительной пище он отсутствует.
Молекула цианокобаламина состоит из кобальтового комплекса нуклеоитида бензимидазола и макроциклической корриновой системы:
Нуклеотид включает в себя связвнные между собой структурные элементы:
Нуклеотид соединен с корриновой системой пептидной связью. Атом азота 5,6-диметилбензимидазола в положении 3 связан координационной связью с атомом кобальта (III). Кобальт образует хелатное (внутрикомплексное) соединение с цианогруппой и с атомами азота гидрированных пиррольных циклов корриновой системы. Т.о., создается замкнутая (с одной стороны валентной, а с другой-ковалентной связью) циклическая система, в центре которой находится координационный атом кобальта (координационное число 6)
Продолжительный заряд иона кобальта нейтрализуется отрицательно заряженным анионом фосфорной кислоты (содержащейся в D-рибофуранозе). Поэтому цианокобаламин представляет собой не только хелатное соединение, но и внутреннюю соль или диэфир фосфорной кислоты, у которого одна связь – с рибозой, а другая – с пропионильным остатком кобамида.
Макроциклическая планарная корриновая система включает четыре частично или полностью гидрированных пиррольных цикла. Они соединены между собой α,α-положениями циклов А-В, В-С и С-D тремя мезоугрелодными атомами и одной непосредственной α,α-связью между циклами А и D. Корриновая система имеет шесть сопряженных двойных связей и девять ассиметрических атомов углерода.
Свойства цианокобаламина.
препарат |
описание |
растворимость |
Cyanocobalamin Цианокобаламин (Витамин В12) |
Кристаллы или кристаллический порошок темно-красного цвета, без запаха. Гигроскопичен. Разлагается при температуре 220°С. |
Медленно растворим в воде, умеренно растворим в этаноле, нерастворим в эфире и хлороформе |
Получение.
Получение цианокобаламина из печени животных неэкономично вследствие ничтожного выхода (из 1 т около 0,02 г)
В настоящее время в промышленности получают цианокоболамин путем микробиологического синтеза как побочный продукт при производстве стрептомицина из культуральной жидкости актиномицета Streptomyces griseus.
Определение подлинности.
1. УФ-спектрофотометрия
2. По атому кобальта после нейтрализации.
Цианокобаламин сплавляют с гидросульфитом калия. Затем открывают ион кобальта после минерализации раствором NaOH, прибавления ацетата натрия и уксусной кислоты
3. Капельный метод: если в пробирку у водному раствору цианокобаламина прибавить щавелевую кислоту и осторожно нагреть, то на фильтровальной бумаге, смоченной смесью раствора ацетата меди и бензидина, которой накрыта пробирка, появляется синее пятно.
Определение доброкачественности.
1. Спектрофотометрия
2. ТСХ
3. ГЖХ
Количественное определение.
1. Спектрофотометрия
2. Микробиологический метод определения с помощью культуры E.coli.
3. Атомно-абсорбционный метод.
Хранение.
Цианокобаламин хранят, учитывая гигроскопичность, в хорошо укупоренной таре, соблюдая асептические условия, ибо микрофлора поглощает витамин В12. Он разрушается от действия окислителей и восстановителей. Необходимо также предохранять от действия света. Водные растворы цианокобаламина устойчивы при рН 4,0-6,0.
Применение.
Применяют при лечении В12-дефицитной анемии. Используют при лучевой болезни, заболеваниях печени, нервной системы, кожных и других заболеваниях. Цикоболамин стимулирует синтез белка, обладая при этом анаболической активностью.
Ситуационные задания (письменно дать ответы в рабочей тетради):
1. Объясните, как влияют световые лучи на стабильность рибофлавина. Какие изменения могут происходить в структуре рибофлавина под действием света (с учетом рН среды)? Как данные изменения следует учитывать при оценке чистоты и хранении субстанции рибофлавина?
2. Обоснуйте возможность использования реакции с натрия гидросульфитом для идентификации рибофлавина. Ответ проиллюстрируйте химизмом.
3. Объясните, как используется при анализе рибофлавина его оптическая активность. Охарактеризуйте соответствующий показатель качества и метод его определения.
4. На фармацевтическом предприятии проводится анализ следующей лекарственной формы:
Таблетки рибофлавина 0,005 г
Рассчитайте содержание рибофлавина в одной таблетке, если для определения по МКК 0,8200 г порошка растертых таблеток растворили в воде в мерной колбе вместимостью 500 мл, 10 мл полученного раствора перенесли в мерную колбу вместимостью 50 мл и довели объем раствора водой очищенной до метки. Величина оптической плотности полученного раствора составила 0,510 при толщине слоя 10 мм. Удельный показатель поглощения рибофлавина равен 850, а средняя масса таблеток – 0,3050 г.
5. Рассчитайте удельное вращение рибофлавина и сделайте заключение о качестве, если угол вращения 0,5% раствора в 0,05 М растворе натрия гидроксида составил -1,2°, а длина использованной трубки поляриметра – 19,96 см. Согласно МКК, удельное вращение рибофлавина должно составлять от -115° до -135°
6. Рассчитайте процентное содержание цианокобаламина, если 25,0 мг субстанции поместили в мерную колбу, растворили в воде очищенной и получили 1000,0 мл испытуемого раствора. Оптическая плотность испытуемого раствора, измеренная при длине волны 361 нм в кювете с толщиной слоя 10 мм, оказалась равна 0,520. Удельный показатель поглощения цианокобаламина при 361 нм равен 207.