Аминокислоты и их производные

Аминокислоты представляют собой производные карбоновых кислот, содержащие в молекуле одну или несколько аминогрупп. α-Аминокислоты являются структурными элементами белков и широко распространены в природе. Из белковых гидролизатов получено более 20 α-аминокислот. Они являются амфолитами (амфотерными соединениями) и образуют внутренние соли в виде биполярного иона (цвиттер-ион):

Наиболее часто применяют в качестве лекарственных веществ аминокислоты и их синтетические аналоги: кислоту гамма-аминомасляную (аминалон), кислоту аминокапроновую, кислоту глутаминовую. цистеин, ацетилцистеин, пеницилламин, метионин.

В условиях промышленного производства кислоту γ-аминомасляную получают расщеплением α-пирролидона гидроксидом калия в присутствии воды при 100-110°C в течение 2-3 ч. Затем уксусной кислотой из спиртового раствора (рН от 6,5 до 6,9) калиевой соли γ-аминомасляной кислоты при 60°С выделяют неочищенную кислоту:

Технический продукт перекристаллизовывают из абсолютного этанола при температуре от 0 до +5^оС и сушат при 70-80^оС. Источником синтеза аминокапроновой кислоты служит циклогексанон, из которого получают оксим, а затем осуществляют бекмановскую перегруппировку:

Кислоту глутаминовую и метионин получают гидролизом белковых веществ. В миозине, казеине, α-лактоглобулине содержится до 20% глутаминовой кислоты и до 3% метионина. Еще больше (до 45%) глутаминовой кислоты в пшеничном глиадине, который обычно служит источником ее получения. Выделяют аминокислоты из гидролизатов белков хроматографическим методом. Эти аминокислоты можно также синтезировать.

В настоящее время в промышленности кислоту глутаминовую получают микробиологическим синтезом из α-кетоглутаровой кислоты (по схеме, аналогичной биосинтезу):

Цистеин получают, восстанавливая водородом цистин, который можно выделить из рогов (6-7%) или волос (13-14%):

Получение ацетилцистеина основано на способности аминокислот ацетилироваться по аминогруппе:

Пеницилламин получают путем синтеза из 3,3-диметил-2-ациламино-акриловых кислот. Он представляет собой часть молекулы пенициллинов и является конечным продуктом их распада. Пеницилламин обладает в растворах оптической ак­тивностью. Наиболее активна D-форма (L-форма более токсична).

По физическим свойствам аминокислоты представляют собой белые кристаллические вещества. Большинство из них имеет слабый специфический запах (за исключением кислоты аминокапроновой). Для идентификации используют такие физические константы, как температура плавления и удельное вращение. Кислота γ-аминомасляная. кис­лота аминокапроновая, пеницилламин, ацетилцистеин легко растворимы, а цистеин растворим в воде. Метионин умерен­но растворим в воде, кислота глутаминовая растворима в горячей воде. В этаноле легко растворим ацетилцистеин, осталь­ные аминокислоты в этаноле и других органических растворителях практически нерастворимы или мало растворимы. Ввиду наличия амфотерных свойств большинство аминокислот легко растворимы в растворах гидроксидов щелочных ме­таллов и кислот.

Метионин и кислоту глутаминовую идентифицируют с помощью ИК-спектров по совпадению полос поглощения в области 4000-400 см^-1 с прилагаемыми к ФС рисунками спектров.

УФ-спектр поглощения цистеина имеет максимум погло­щения при 236 нм, а ацетилцистеина - при 233 нм (растворитель 0,1 М раствор гидроксида натрия). Удельные показате­ли поглощения соответственно равны 690 и 353.

Для испытания на подлинность аминокислот используют общую цветную реакцию с нингидрином. В результате реак­ции образуется аммонийная соль енольной формы дикетогидринденкетогидринамина, имеющая сине-фиолетовую окраску:

При взаимодействии с солями меди (II) аминокислоты образуют комплексные соединения, имеющие темно-синюю окраску:

Подлинность кислоты γ-аминомасляной устанавливают по образованию ярко-малинового окрашивания при на­гревании с аллоксаном в среде диметилформамида на кипящей водяной бане. Спектрофотометрическое количественное определение выполняют в смешанном растворителе вода-диметилформамид (9:1) с тем же реактивом, измеряя оптичес­кую плотность окрашенного продукта при длине волны 526 нм. Аллоксантин применяют в качестве цветореагента для ис­пытания подлинности и спектрофотометрического анализа кислоты глутаминовой и метионина. Образуется окрашенный комплекс с максимумом поглощения при 480 нм.

Кислоту аминокапроновую открывают нагреванием на водяной бане ее смеси с 5%-ным раствором хлорамина в при­сутствии 1%-ного раствора фенола; появляется синее окрашивание, которого не образуют кислота γ-аминомасляная, кислота глутаминовая, метионин, цистеин. Подлинность кислоты аминокапроновой подтверждают также осаждением в виде N-бензолсульфон-ε-аминокапроновой кислоты, температура плавления которой должна быть 120-123°С.

Для испытания подлинности кислоты глутаминовой рекомендуют 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 с зеленой флуоресценци­ей. Реакция основана на дегидратации кислоты глутаминовой до пирролидонкарбоновой и конденсации последней с ре­зорцином. Метионин этой реакции не дает.

Реакцию образования этилацетата используют для обнаружения ацетильной группы в ацетилцистеине. Его предвари­тельно кипятят с раствором дихромата калия в серной кислоте, а затем добавляют этанол:

При добавлении к раствору пеницилламина раствора гидроксида натрия и 20 мг трикетогидриндена гидрата появляется интенсивное синее или фиолетово-синее окрашивание.

Серосодержащие аминокислоты при установлении подлинности подвергают некоторым дополнительным испытани­ям. Наличие тиогруппы в молекуле цистеина можно установить цветной реакцией в щелочной средес нитропруссидом на­трия (красно-фиолетовое окрашивание). Для обнаружения тиометильной группы в метионине его сплавляют с 30%-ным раствором гидроксида натрия. Происходит разрушение молекулы метионина с образованием производных меркаптана и сульфидов. Последние можно обнаружить цветной реакцией с нитропруссидом натрия (красно-фиолетовое окрашива­ние) или по запаху сероводорода и меркаптана, образующихся после добавления серной кислоты:

Тиогруппу в молекуле цистеина и ацетилцистеина подтверждают цветной реакцией с хлоридом железа (III) по появле­нию синего быстро исчезающего окрашивания или используют в качестве реактива нитрит натрия в присутствии уксус­ной кислоты (красное окрашивание). При действии на растворы цистеина и ацетилцистеина селенистой кислотой выпа­дает красный осадок. Цистеин при действии м -динитробензолом в присутствии гидроксида натрия приобретает желтое окрашивание. Метионин с 10%-ным раствором ацетата натрия и 2,5%-ным раствором ацетата меди образует сиренева­то-синий осадок. Цистеин в этих условиях дает черный осадок, а кислоты γ-аминомасляная, аминокапроновая и глутаминовая не осаждаются. Цистеин и пеницилламин восстанавливают фосфорновольфрамовую кислоту, появляется си­нее окрашивание.

Если водный раствор аминокислоты нейтрализовать 0,1 М раствором гидроксида натрия по фенолфталеину до розово­го окрашивания, а затем добавить нейтрализованный (по этому же индикатору) раствор формальдегида, то полученная смесь обесцветится. Такое испытание рекомендовано ФС для подтверждения подлинности некоторых аминокислот. Оно основано на связывании аминогруппы формальдегидом до образования N-метилиденового производного (азометина) и демаскировании кислотных свойств аминокислоты:

Эту реакцию (метод Серенсена) используют также для количественного определения аминокислот (формольное тит­рование).

Для количественного определения аминокислот и их синтетических аналогов могут быть использованы различные ме­тоды. Одним из них является метод, основанный на определении азота в органических соединениях (метод Кьельдаля).

Количественное определение кислоты γ-аминомасляной и кислоты аминокапроновой выполняют по ФС методом неводного титрования. Титруют раствором хлорной кислоты в среде ледяной уксусной кислоты (индикатор кристалличе­ский фиолетовый).

Кислоту глутаминовую количественно определяют алкалиметрическим методом. Титруют 0,1 М раствором гидроксида натрия с индикатором бромтимоловым синим (рН перехода 6,0-7,6). Титрант нейтрализует карбоксильную группу в γ-по-ложении:

Аминокислоты можно количественно определять методом кислотно-основного титрования в смешанных растворителях. Так, кислоту аминокапроновую титруют 0,1 М раствором гидроксида натрия в водно-ацетоновой среде (5:25) с индикатором тимолфталеином. Метионин определяют в водно-спиртовой среде (10:20) с теми же индикатором и титрантом. Серосодержащие аминокислоты определяют йодометрическим методом. Цистеин и ацетилцистеин титруют в кислой среде 0,1 М раствором йода. Определение основано на окислении сульфгидрильных групп по общей схеме:

2R-SH + I₂ = R-S-S-R + 2 HI

Метионин (по ФС) предварительно растворяют в смеси растворов монокалийфосфата и дикалийфосфата (одно- и двузамещенного фосфата калия) в присутствии йодида калия, а затем окисляют 0,1 М раствором йода по схеме:

При йодхлорометрическом титровании метионин окисляется до соответствующего сульфоксида:

Для количественного определения аминокислот используется реакция с ионами меди (II), сопровождающаяся образованием хелатных комплексов. Выделяющиеся при этом ионы водорода нейтрализуют фосфатным или боратным буфером, избыток ионов меди удаляют в виде осадка малорастворимой соли или гидроксида. Затем устанавливают количество меди в образовавшемся комплексе с аминокислотой.

Образование хелатного комплекса с ионом ртути (II) лежит в основе меркуриметрического определения пеницилламина по МФ. Титруют 0,02 М раствором нитрата ртути в щелочной среде (индикатор дитизон). Цветные реакции аминокислот используют для фотоколориметрического определения.

Аминокислоты хранят в хорошо укупоренной таре, предохраняющей от действия света, в сухом, прохладном, защищенном от света месте, чтобы не допустить разложения. Пеницилламин постепенно разлагается даже в темноте во влажной атмосфере, особенно при повышенной температуре. Цистеин легко окисляется на воздухе, образуя цистин. Кислота аминокапроновая и ацетилцистеин относятся к списку Б.

Кислоту глутаминовую применяют для лечения шизофрении, эпилепсии и других психических и нервных заболеваний. Ее вводят внутрь или внутривенно до 1г в сутки. Кислота γ-аминомасляная (аминалон) оказывает нейротропное действие. Показаниями для ее применения являются ослабление памяти, атеросклероз мозговых сосудов, нарушение мозгового кровообращения и т.д. Принимают внутрь по 0,25-0,5г.

Кислота аминокапроновая проявляет гемостатическое (кровоостанавливающее) действие. В организме окисляется до ГАМК. Назначают в виде гранул до 10-15 г в сутки или 5%-ного раствора для инъекций. Цистеин эффективен при началь­ных формах катаракты в виде 5%-ного водного раствора (для электрофореза). Ацетилцистеин оказывает муколитическое действие (разжижает мокроту и облегчает ее отделение). Применяют в виде 20%-ных растворов для ингаляций. Метионин используют для лечения и профилактики токсических поражений печени. Назначают до 1,5 г в сутки.

Пеницилламин является антидотом, он отличается высокой комплексообразующей активностью в отношении ионов железа, ртути, свинца, меди и кальция. Комплексы выводятся из организма почками. Назначают внутрь в капсулах и таб­летках по 0,15 и 0,25 г при острых и хронических отравлениях.

Свойства алифатических аминокислот

Поиск по сайту: