Лактоны ненасыщенных полиоксикислот.
Кислота аскорбиновая. Acidum ascorbinicum.
По химическому строению кислота аскорбиновая представляет γ-лактон-2,3-дегидро-L-гулоновой кислоты. Ввиду наличия в молекуле двойной связи возможно существование геометрических цис- и транс-изомеров кислоты аскорбиновой. Однако пока известен только один из них — цис-изомер. Два асимметрических атома углерода в положениях 4 и 5 обусловливают существование четырех оптических изомеров и двух рацематов. Все они получены синтетически, однако только L-изомер является физиологически активным.
Витамин С (аскорбиновая кислота) сначала получил известность как противоцинготный препарат. Но затем оказалось, что он эффективно поддерживает сопротивляемость организма инфекциям и простудам. Этот витамин повышает эластичность стенок сосудов, снимает отложение на них холестерина и останавливает развитие атеросклероза. Недавно установлено, что водорастворимый витамин С действует как антиоксидант, дезактивируя свободные радикалы сигаретного дыма (последние увеличивают адгезионную способность лейкоцитов крови и способствуют, таким образом, отложению бляшек на стенках кровеносных сосудов, увеличивая риск сердечно-сосудистых и легочных заболеваний).
Кислоту аскорбиновую можно выделить из растительного сырья, в частности из плодов шиповника. Вначале получают водные экстракты, сгущают их до сиропов в вакууме, осаждают сопутствующие вещества (спиртом и эфиром), а остаток очищают хроматографическим методом и перекристаллизовывают.
Крупномасштабное производство аскорбиновой кислоты основано на превращении D-глюкозы, которую на первой стадии восстанавливают электрохимически или каталитически (над никелем Ренеля) до D-сорбита (1). Этот шестиатомный спирт окисляют микробиологически на Acetobacter suboxydans в L-сорбозу (2а). Затем после диизопропилиденовой защиты двух пар цис-расположенных гидроксильных групп в α-L-сорбо-фуранозе (26) проводят окисление соединения (3) перман-ганатом калия и после снятия защиты получают смесь тауто-меров (4). 2-Оксогулоновую кислоту (46) превращают путем кислотно-катализируемой циклодегидратации и енолизации через 3-оксолактон (5а) в L-аскорбиновую кислоту (56):
Фармакопейный препарат — Кислота аскорбиновая (табл.1), идентифицируется по показателям температура плавления, удельное вращение и в последнее время по ИК спектру. Он легко растворим в воде, растворим в спирте практически нерастворим в эфире и хлороформе.
Таблица 1. Свойства кислоты аскорбиновой
|
Препарат |
Химическая структура |
Описание |
|
Acidum ascorbinicum-кислота аскорбиновая |
|
Белый кристаллический порошок без запаха, кислого вкуса. Т.пл,190-193ºC (с разл.). Удельное вращение от +22 до +24 град.(2% водный р-р) |
Химические свойства аскорбиновой кислоты связаны с наличием лактонного кольца и ендиольной группировки. Наличие двух гидроксильных групп у атомов углерода, соединенных двойной связью обусловливает, как это свойственно енольным формам, кислый характер. Сопряжение карбонильной группы с двойной связью также влияет на усиление кислого характера ендиольных групп. Кислород карбонильной группы образует водородную связь с атомом водорода гидроксильной группы при С2, поэтому кислые свойства выражены в большей степени, чем у ОН группы:
Важнейшим химическим свойством кислоты аскорбиновой является ее способность к окислительно-восстановительным превращениям, что обусловлено подвижными атомами водорода ендиольной группировки. Благодаря этому она является переносчиком водорода в ферментных системах организма. Под действием окислителей кислота аскорбиновая легко окисляется в кислоту дегидроаскорбиновую:
аскорбиновая кислота дегидроаскорбиновая кислота
Кислотные и восстановительные свойства аскорбиновой кислоты лежат в основе ее качественного и количественного анализа.
В кристаллических формах аскорбиновая кислота довольно стабильный продукт. В растворах даже при действии слабых окислителей, таких как кислород воздуха, особенно под действием света она легко окисляется. Конечным продуктом окисления аскорбиновой кислоты является щавелевая кислота. При действии разбавленных щелочей она ведет себя как однооснованая кислота. Разрыва лактонного цикла в этих условиях не происходит, а образуются нейтральные растворимые монощелочные соли:
Подлинность.
Первая группа реакций – реакции кислотного характера.
1. Водный раствор аскорбиновой кислоты окрашивает синюю лакмусовую бумажку в красный цвет.
2. Реакция с сернокислым железом (II) FeSO4. Реакция проводится в присутствии NaHCO3.
Вторая группа реакций – окислительно-восстановительные.
1. Реакция образования серебряного зеркала.
2. Реакция с красителем 2,6-дихлорфенолиндофенолом. Восстановительными свойствами кислоты аскорбиновой обусловлено превращение окрашенного в синий цвет 2,6-дихлорфенолиндофенола в бесцветное лейкооснование:
3. Взаимодействие с реактивом Феллинга. Образуется оранжево-желтый осадок закиси меди.
4. Взаимодействие с хлорным железом в присутствии гексацианоферрата (III) калия:
5. Взаимодействие с йодом. Сопровождается окислением аскорбиновой кислоты с обесцвечиванием йода:
6. Взаимодействие с перманганатом калия. Считается, что аскорбиновая кислота окисляется до дегидроаскорбиновой, однако на самом деле происходит образование смеси продуктов окисления.
7. Взаимодействие с медным купоросом с добавлением потом роданистого аммония приводит к образованию белого осадка одновалентной соли меди (роданида меди 1).
8. Физико-химичексие свойства. Определение удельного вращения.
Количественное определение. Для количественного определения аскорбиновой кислоты используют несколько методов. Одним из наиболее простейших является классическая алкалиметрия. Известно, что при взаимодействии с разбавленными щелочами образуется монощелочная соль аскорбиновой кислоты. Недостатком данного метода является возможность окисления кислоты и внесение соответственно погрешности в определение.
1. Метод алкалиметрический, прямого титрования. Индикатор фенолфталеин. Фактор эквивалентности =1.
2. Фармакопейный метод – йодатометрический, способ прямого титрования. Индикатор крахмал, среда кислая, титруют в присутствии К1.
3. Метод йодометрический, способ прямого титрования. Индикатор крахмал.
4. Метод йодохлорметрический. Способ прямого титрования. Индикатор крахмал.
5. Метод цериметрический, способ прямого титрования. Среда разбавленная серная кислота. Индикатор ортофенантролин железный комплекс.
6. Физико-химичексие методы. Метод поляриметрический.
7. Метод фотоэлектроколориметрический, основанный на цветных реакциях с 2,6-дихлорфенолиндофенолом, фосфорномолибденовой кислотой и другие методы.
Применение. Применяют при цинге, кровотечениях, различных интоксикациях и других заболеваниях. Формы применения внутрь в виде порошков, таблеток, гранул, драже и других. Внутримышечно в виде растворов 5 и10% и внутривенно в виде растворов и лиофильно высушенных препаратов 0,05 г.
Для лучшей переносимости используют в форме аскорбата натрия.
Хранение. В банках оранжевого стекла, хорошо закупоренных и залитых парафином во избежание окисления. Растворы хранят в защищенном от света месте. Лучше всего хранится лиофильно-высушенный порошок для инъекций.
Стабилизация растворов аскорбиновой кислоты. Аскорбиновая кислота является высоколабильным веществом, склонным к окислению. Для стабилизации применяют антиоксиданты: метабисульфит натрия (Na2S2O5) или сульфит натрия в количестве 2,0 г на 1 л 5% раствора. С целью снижения болевого эффекта от инъекций в раствор добавляют гидрокарбонат натрия.
Аминокислоты и их производные.
Аминокислоты существуют на нашей планете более трех миллиардов лет. Это доказано исследованием ископаемых микроорганизмов. Существуют они и вне Земли, что доказано хроматографическим анализом органических фрагментов метеоритов. В водных экстрактах лунных пород найдены следы глицина и аланина.
Аминокислоты — это органические соединения, физико-химическое поведение и разнообразие реакций которых объясняются одновременным присутствием в молекуле основной аминогруппы –NН2 и кислой карбоксильной группы:
Аминокислоты играют важную роль в биологических процессах оргакнизма, т.к. являются источником для построения жизненнонеобходимых веществ – белков, пептидов, ферментов. Аминокислоты играют ведущую роль в азотном обмене. Они широко распространены в природе и являются структурными элементами белковых молекул. Из белковых гидролизатов получено более 20 аминокислот. Как известно, белки состоят из большого количества аминокислот. Некоторые из них условно названы «заменимыми» кислотами, т.к. синтезируются в организме человека в количестве, достаточном для удовлетворения потребности организма.
Другие аминокислоты получили называние «незаменимые». Они н6е синтезируются в организме человека или синтезируются в недостаточном количестве и должны пополняться с пищей.
Классификация аминокислот.
1. В зависимости от расположения амино- и карбоксильной группы различают α-, β-, γ- и другие амитнокислоты.
АМИНОКИСЛОТЫ
— ароматические
— алифатические
— серосодержащие
— содержащие гидроксильную группу
Особенности строения и химических свойств алифатических аминокислот.
Специфичность применения и анализа качества лекарственных препаратов группы аминокислот связана с особенностями их кислотно-основных свойств. α-Аминокислоты являются амфотерными электролитами (амфолитами). Аминокислоты образуют внутренние соли в виде биполярного иона в результате взаимодействия основной аминогруппы с кислой карбоксильной:
При подкислении вследствие нейтрализации карбоксильной группы аминокислота превращается в катион. В щелочной среде нейтрализуется аммонийная группа и аминокислота становится анионом:
Для каждой α-аминокислоты характерна изоэлектрическая точка, т.е. такое значение рН, при котором указанные выше ионы находятся в равновесии.
Аминокислоты имеют асимметрический атом углерода и для них характерна оптическая пространственная изомерия. Фармакологически активны, как правило, только аминокислоты L-ряда. Аминокислоты D-ряда обнаружены только в некоторых природных антибиотиках.
Групповые реакции α-аминокислот.
Групповой реакцией для α-аминокислот , применяемой для определения подлинности лекарств этого ряда является нингидриновая проба:
Реакция проходит в несколько стадий. Вначале аминокислота разрушается ( при нагревании в присутствии гидроксида натрия) с образованием альдегида, аммиака и углекислоты. Выделившийся аммиак сразу же вступает в реакцию с нингидрином и дикетогидринденом:
В результате реакции образуется аммонийная соль енольной формы дикетогидринденкетогидринамина, имеющая сине-фиолетовую окраску.
Реакцию с нингидрином используют в НТД для испытания подлинности всех препаратов аминокислот ( за исключением ацетилцистеина).
2. Для идентификации аминокислот широко используется их способность к образованию внутрикомплексных соединений хелатной структуры с солями тяжелых металлов. Наиболее характерна реакция с солями меди.
образуется окрашивание или осадок, позволяющие идентифицировать лекарственное вещество.
3. Для многих аминокислот характерна реакция сплавления с тиоцианатом калия. При этом образуется плав черного цвета. Пробирку закрывают бумагой смоченной раствором свинцового сахара (ацетата свинца П). Наблюдается появление черного пятна.
В настоящее время суммарное производство α-аминокислот составляет в мире около полумиллиона тонн в год. Оно стало крупнотоннажным благодаря их широкому применению как в медицине, так и в сельском хозяйстве (ростстимулируюшие кормовые добавки) и в пищевой промышленности (вкусовые и консервирующие вещества). О практическом значении индивидуальных аминокислот говорят масштабы их химического и биохимического синтеза: триптофан производят в количестве от 0,2 до 0,3 тыс. т, глицин — 7-10 тыс. т, лизин — около 50 тыс. т, метионин — 150-200 тыс. т и глутаминовую кислоту — более 200 тыс. т в год.
Glycinum. Глицин. Аминоуксусная кислота.
Единственная аминокислота, не образующая оптических изомеров. Заменимая аминокислота, центральный нейромедиатор тормозного действия. Улучшает метаболические процессы в головном мозге. Получают амидированием хлоруксусной кислоты под давлением.
Качественные реакции аналогичные для альфа-аминокислот (нингидриновая проба).
Количественное определение – высокоэффективная жидкостная хроматография.
Применение в таблетках по 0.1 г для улучшения мозгового кровообращения.
Acidum glutaminicum.Кислота глутаминовая.
α-аминоглутаровая кислота.
Описание. Белый кристаллический порошок кислого вкуса с едва ощутимым запахом. Мало растворяется в холодной воде, лучше в горячей. Нерастворима в органических растворителях.
Глутаминовая кислота (2-амино-1,5-пентандиовая кислота) находит применение при лечении заболеваний ЦНС (эпилепсии, психозов; у детей — при полиомиелите и задержке психического развития). Ее натриевая соль используется как вкусовая и консервирующая добавка в пищевые продукты. Глу-таминовую кислоту синтезируют на основе акрилонитрила, который гидрокарбонилируют в присутствии катализаторов (триарил-фосфинкарбонилы кобальта или рения) до нитрилальдегида (9). Последний превращают по методу Штреккера в аминодинитрил глутаровой кислоты (10), который затем омыляют в присутствии щелочи при 100 °С в D,L-динатрийглутамат. Расщепление рацемата на индивидуальные энантиомеры осуществляют кристаллизацией его раствора в присутствии L-глутаминовой кислоты (L-форма соли при этом выпадает в осадок):
Подлинность.
1. Цветная реакция с нингидрином.
2. Реакция с раствором СuSО4 – голубое окрашивание.
3. Сплавление с роданистым калием.
4. Для испытания подлинности кислоты глутаминовой ГФ Х рекомендует цветную реакцию с резорцином в присутствии концентрированной серной кислоты. Кислота глутаминовая при нагревании с этими веществами образует плав красного цвета, который при растворении в растворе аммиака приобретает красно-фиолетовое окрашивание. Реакция основана на дегидратации кислоты глутаминовой до пирролидонкарбоновой и конденсации последнего с резорцином, при этом раствор имеет характерную зеленую флуоресценцию.
4. По удельному вращению раствора кислоты глутаминовой (5% раствор в разведенной соляной кислоте). Удельное вращение должно быть от 30 до 32,5 град.
Количественное определение.
1. Метод алкалиметричексий по Серенсену, способ прямого титрования, индикатор фенолфталеин. Способ заключается в образовании Шиффова производного по аминогруппе кислоты с формальдегидом и последующим титрованием щелочью обеих карбоксильных групп.
Аминокислоты в водных растворах ведут себя как биполярные ионы. В связи с этим непосредственное титрование аминокислот раствором NаОН затруднено. Для количественного определения аминокислот применяется так называемое формольное титрование. Образующееся производное имеет сильно кислых характер и дает четкую точку эквивалентности по фенолфталеину.
2. Алкалиметрический метод прямого титрования щелочью в присутствии индикаторов бромтимолового синего или нейтрального красного ( до оранжевого окрашивания). В этом случае оттитровывается только одна карбоксильная группа:
3. Метод Кьельдаля. Метод заключается в полной минерализации образца. При разрушении образуется аммонийный азот, который и оттитровывают.
4. Фотоэлектроколориметроический метод основанный на цветных реакциях с нингидрином или солями тяжелых металлов.
5. Поляриметрический метод.
Хранение. В хорошо укупоренной таре в защищенном от света месте.
Применение. Применяется в медицине для лечения заболеваний ЦНС, главным образом при лечении различных нервных расстройств (эпилепсия, реактивные психозы и т.д.). применяют внутрь в виде таблеток 0,25 и 0,5 г, 1% раствора в 25% растворе глюкозы, внутривенно в виде 1% раствора. Выпускается также в виде порошков.