Глава 27. Аминокислоты алифатического ряда

Аминокислоты представляют собой производные карбоновых кислот, содержащие в молекуле одну или несколько аминогрупп. -Аминокислоты являются структурными элементами белков и широко распространены в природе. Из белковых гидролизатов получено более 20 -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 гамма-аминомасляную получают расщеплением -пирролидона гидроксидом калия в присутствии воды при 100–110C в течение 2–3 ч. Затем уксусной кислотой из спиртового раствора (pH от 6,5 до 6,9) калиевой соли -аминомасляной кислоты при 60C выделяют неочищенную кислоту:

Технический продукт перекристаллизовывают из абсолютного этанола при температуре от 0 до +5C и сушат при 70–80C.

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, -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 -кетоглутаровой кислоты (по схеме, аналогичной биосинтезу):

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

цистин цистеин

Получение ацетилцистеина основано на способности аминокислот ацетилироваться по аминогруппе:

цистеин

уксусный ангидрид

ацетилцистеин

Пеницилламин получают путём синтеза из 3,3-диметил-2-ациламиноакриловых 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).

27.1. Свойства алифатических аминокислот

Лекарственное вещество	Химическая структура	Описание
Aminobutyric acid gamma — кислота гамма-аминомасляная (Аминалон)	-аминомасляная кислота	Белый кристаллический порошок со слабым специфическим запахом. Т. разл. 200–205C. Гигроскопичен
Aminocaproic acid — кислота аминокапроновая	кислота аминокапроновая	Бесцветные кристаллы или белый кристаллический порошок без запаха. Т. пл. 200–204C
Glutamic acidum — кислота глутаминовая	-аминоглутаровая кислота	Белый кристаллический порошок, с едва ощутимым запахом. Т. пл. не ниже 190C. Удельное вращение от +30,5 до +33,5(5%-ный раствор в разведенной хлороводородной кислоте)
Cysteine — цистеин	1-амино-2-меркаптопропионовая кислота	Белый кристаллический порошок со слабым специфическим запахом. Удельное вращение от –9 до –13 (5%-ный водный раствор), от +7 до +9(5%-ный раствор в 1 М растворе хлороводородной кислоты)
Acetylcysteine — ацетилцистеин	N-ацетил-L-цистеин	Белый или белый со слегка желтоватым оттенком кристаллический порошок со слабым специфическим запахом. Т. пл. 106–110 C. Удельное вращение от +21 до +26(в растворе гидроксида натрия)
Penicillamine — пеницилламин (Купренил)	D-3,3-диметилцистеин	Белый или почти белый кристаллический порошок с характерным запахом. Гигроскопичен. Т. пл. 190-194 C. Удельное вращение от –58 до –68(0,5%-ный раствор в 1 М растворе гидроксида натрия)
Methionine — метионин	d, l--амино--метилтиомасляная кислота	Белый кристаллический порошок со сладковатым вкусом и слабым запахом меркаптосоединений

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 (табл. 27.1). Кислота гамма-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 в 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 гамма-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 её смеси с 5%-ным раствором хлорамина в присутствии 1%-ного раствора фенола; появляется синее окрашивание, которого не образуют кислота гамма-аминомасляная, кислота глутаминовая, метионин, цистеин. Подлинность кислоты аминокапроновой подтверждают также осаждением в виде N-бензолсульфон--аминокапроновой кислоты, температура плавления которой должна быть 120–123C.

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, тотчас 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 среде с 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 гамма-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 гамма-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 (pH перехода 6,0–7,6). Титрант нейтрализует карбоксильную группу в -положении:

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 вводно-спиртовой среде (10:20) с теми же индикатором и титрантом.

Серосодержащие аминокислоты определяют иодометрическим методом. Цистеин и ацетилцистеин титруют в кислой среде 0,1 М раствором иода. Определение основано на окислении сульфгидрильных групп по общей схеме:

2R–SH + I₂  R–S–S–R + 2HI

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

метионин

гомоцистин

При иодхлорометрическом титровании метионин окисляется до соответствующего сульфоксида:

ICl + HI  I₂ + HCl

I₂ + 2Na₂S₂O₃  2NaI + Na₂S₄O₆

Для количественного определения аминокислот используется реакция с ионами меди (II), сопровождающаяся образованием хелатных комплексов (см. выше). 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 1 г в сутки. Кислота гамма-аминомасляная оказывает нейротропное действие. Показаниями для ее применения являются ослабление памяти, атеросклероз мозговых сосудов, нарушение мозгового кровообращения и т.д. Принимают внутрь по 0,25–0,5 г.

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.