КЕТОМЕТИОНИНКЕТАЛИ И ИХ ПРОИЗВОДНЫЕ
KETOMETHIONINE KETALS AND DERIVATIVES THEREOF

Настоящее изобретение относится к кетометионинкеталям, соответственно - полукеталям и их производным, а также к их получению и к их применению в качестве добавок к кормам, прежде всего для жвачных.
Уровень техники
Аминокислоты, такие как метионин, лизин или треонин, являются в качестве добавок к кормам важным компонентом питания животных. Такие аминокислоты ускоряют рост животных и повышают эффективность усвоения корма. В этом в большинстве случаев состоит очевидное экономическое преимущество. Рынки кормовых добавок имеют большое промышленное и хозяйственное значение. Помимо этого спрос на кормовые добавки постоянно повышается и на развивающихся рынках, что не в последнюю очередь объясняется возрастающей ролью в мире таких стран, как, например, Китай и Индия.
Из WO 2004/008874 известно помимо прочего, что для многих видов животных, в том числе и для жвачных, метионин представляет собой первую незаменимую аминокислоту. Так, например, эффективность лактации у молочных коров касательно количества и качества молока в значительной степени зависит от поступления метионина в организм животных в достаточных количествах. При этом потребность высокопродуктивных молочных коров в метионине не может покрываться за счет белка, вырабатываемого микробами в рубце, соответственно за счет не разлагающегося в рубце белка, содержащегося в корме (Graulet и др., Journ. Animal and Feed Sciences, с.269, 2004). По этим причинам метионин целесообразно добавлять в корм для повышения тем самым экономической эффективности производства молока и повышения его качества.
Метионин и его гидроксианалог (ГАМ), которым называют также гидроксиметилтиомасляную кислоту (ГММК), обычно используют в качестве добавки к кормам для животных с однокамерным желудком, таких, например, как птица и свиньи. Благодаря этому в организме таких животных повышается доступное количество L-метионина, которое в этом случае может способствовать стимуляции роста животного.
В отличие от этого добавление метионина к кормам для жвачных оказывается неэффективным, поскольку основное его количество разлагается в рубце животных под действием микробов. В результате такого разложения метионина лишь небольшая часть от всего его добавленного к корму количества попадает в тонкий кишечник животного, где обычно происходит всасывание метионина в кровь.
В WO 99/04647 описано применение ГАМ в качестве добавки к кормам для жвачных. В этой публикации утверждается, что ГАМ лишь частично разлагается в рубце и поэтому по меньшей мере 20-40% от всего его добавленного к корму количества может после всасывания в тонком кишечнике участвовать в процессе обмена веществ. В целом же ряде других публикаций говорится об ином механизме поступления ГАМ в организм жвачных. Так, например, в WO 2000/28835 говорится, что ГАМ может успешно проходить через рубец и в конечном итоге попадать в тонкий кишечник и всасываться в нем лишь при условии его ежесуточного потребления животным в больших количествах, составляющих от 60 до 120 г. Однако при столь высоком расходе метионина его применение становится экономически невыгодным.
Для высокоэффективного обеспечения организма жвачных метиониновыми продуктами, такими как D,L-метионин, соответственно рац-ГАМ, их необходимо применять в форме, защищенной от разложения в рубце. Необходимое условие при этом состоит в том, чтобы найти метиониновый продукт, придающий метионину максимально возможную стойкость при его нахождении в рубце и вместе с тем обеспечивающий его высокоэффективное всасывание в тонком кишечнике. В этом отношении существует несколько, рассмотренных ниже возможностей по приданию подобных свойств D,L-метионину или рац-ГАМ.
а) Физическая защита
Высокую стойкость метионину при его нахождении в рубце можно придать нанесением приемлемого защитного слоя на метионин, соответственно его распределением в защитной матрице. Благодаря этому метионин может практически без потерь проходить через рубец. В дальнейшем защитный слой вскрывается или удаляется, например, в сычуге в результате кислотного гидролиза, а высвобождающийся при этом метионин может затем всасываться в тонком кишечнике животного. Защитный слой, соответственно защитная матрица может состоять из комбинации нескольких веществ, таких, например, как липиды, неорганические материалы и углеводы. В качестве примера имеющихся на рынке продуктов подобного типа можно назвать следующие.
I) Продукт Met-Plus™: выпускается фирмой Nisso America и представляет собой защищенный липидом метионин с содержанием D,L-метионина 65%. Защитная матрица образована кальциевыми солями жирных кислот с длинной цепью, таких, например, как лауриновая кислота. Консервантом при этом служит бутилированный гидрокситолуол.

II) Продукт Mepron M85: выпускается фирмой Degussa AG и представляет собой защищенный углеводами метионин с сердцевиной из D,L-метионина, крахмала и стеариновой кислоты. В качестве защитного слоя используется этилцеллюлоза. Содержание D,L-метионина в подобном продукте составляет 85%.
III) Продукт Smartamine™ M: выпускается фирмой Adisseo и представляет собой защищенный полимером метионин. Наряду со стеариновой кислотой пеллеты (гранулы сферической формы) содержат D,L-метионин в количестве по меньшей мере 70%. Защитный слой образован сополимером винилпиридина со стиролом.
Физическая защита, хотя она и препятствует разложению метионина в рубце под действием микробов, повышая тем самым его поступление в организм животного и полноту его усвоения животным, обладает целым рядом существенных недостатков.
Получение метионина, соответственно нанесение на него покрытия в большинстве случаев является технически сложным и связанным с высокими затратами процессом. Помимо этого нанесенное на поверхность готовых гранул покрытие может легко повреждаться от механической нагрузки и истирания при переработке кормов, что может привести к снижению эффективности защиты или даже полной ее утрате. Поэтому защищенные метиониновые гранулы невозможно повторно гранулировать для их переработки в более крупные комбикормовые гранулы, поскольку при такой переработке также произошло бы разрушение защитного слоя под действием механических нагрузок. Этот фактор существенно ограничивает применение подобных продуктов, поскольку приготовление комбикормовых гранул является широко распространенным методом переработки кормов.
б) Химическая защита
Наряду с возможностями чисто физической защиты метионина его стойкость при нахождении в рубце можно также повысить путем модифицирования химической структуры, например, путем этерификации карбоксильной группы. В настоящее время на рынке имеются или в литературе описаны следующие продукты.
I) Эфиры метионина, такие, например, как D,L-трет-бутилметионин. По результатам проведенных исследований было установлено, что подобные эфиры проявляют лишь умеренную стойкость при нахождении в рубце (Loerch и Oke, "Rumen Protected Amino Acids in Ruminant Nutrition" в "Absorption and Utilization of Amino Acids», т.3, изд-во CRC Press Boca Raton, Florida, 1989, cc.187-200). В публикации же WO 00/28835 биологическая доступность D,L-трет-бутилметионина оценивается в 80%.
II) Продукт Metasmart™: выпускается фирмой Adisseo и представляет собой рацемический изопропиловый эфир гидроксианалога метионина (HMBi). Это соединение поставляется также на рынок под торговым наименованием "Sequent" американской фирмой Novus. Согласно WO 00/28835 биологическая доступность HMBi для жвачных составляет не менее 50%. Решающую роль при этом играет неожиданно быстрое всасывание гидрофобного HMBi через стенку рубца. Затем этот сложный эфир может гидролизоваться в крови до ГАМ и после окисления и дальнейшего переаминирования может превращаться в L-метионин. В ЕР 1358805 указывается сравнимая биологическая доступность HMBi. В этих исследованиях HMBi использовали в нанесенном на пористый носитель виде. В еще одной публикации, изданной Европейской Комиссией, говорится, что примерно 50% HMBi всасывается через стенку рубца (European Comission: Report of the Scientific Committee on Animal Nutrition on the Use of HMBi, 25 апреля 2003 г.). В статье Graulet и др., опубликованной в 2004 г. в Journal of Animal and Feed Science (269), говорится, что благодаря липофильным свойствам изопропильной группы HMBi улучшается его диффузия через стенку рубца.
HMBi можно получать двумя разными, опубликованными в литературе способами. Так, в частности, HMBi можно получать непосредственно в одну стадию из соответствующего циангидрина (WO 00/59877). Этерификация с образованием изопропилового эфира происходит при этом in situ без необходимости предшествующего выделения ГАМ. При получении же HMBi другим способом чистый ГАМ этерифицируют взаимодействием с изопропанолом (WO 01/58864 и WO 01/56980). В обоих случаях для синтеза используют синильную кислоту, которая не только обладает высокой стоимостью, но и потенциально является высокоопасным веществом.
III) Кетометионин и его карбоксильные производные. Применение соединений этого класса, прежде всего самого кетометионина, в качестве добавок к кормам впервые было описано лишь недавно в WO 2006/072711. В этой публикации описан также технический способ получения кетометионина и его карбоксильных производных. Кетометионин является непосредственным предшественником метионина и в организме может легко превращаться в одну стадию в L-метионин путем переаминирования. В отличие от этого ГАМ и HMBi обладают тем недостатком, что их превращение в организме в L-метионин возможно в две, соответственно в три стадии. Так, в частности, HMBi должен сначала гидролизоваться до свободного ГАМ, который затем под действием оксидазы окисляется до кетометионина. Лишь после этого кетометионин может путем гидроаминирования непосредственно превращаться в L-метионин [Baker, "Utilization of Precursors for L-Amino Acids" в "Amino Acids in Farm Animal Nutrition", под ред. D'Mello, J.P.F., изд-во CAB Intl., Wallingford, Oxon, UK, 1994, сс.37-64].
Свободный кетометионин в виде α-кетокарбоновой кислоты и его соли, такие, например, как натриевая или кальциевая соль, уже давно являются известными из литературы соединениями, которые получали биохимическим и химическим путем. Так, например, по методу Meister путем катализируемого L-аминооксидазами окисления метионина получали натриевую соль α-кетометионина с выходом 77% (Meister, Journ. Biol. Chem. 197, 1952, с.309). Ранее Waelsch и др. установили, что содержащиеся в печени аминооксидазы способны превращать метионин в α-кетометионин (Waelsch и др., Journ. Am. Chem. Soc. 61, 1938, с.2252). У Mosbach и др. также описано получение кетометионина путем катализируемого L-аминооксидазами окисления метионина. При этом использовали иммобилизованные клетки Providencia sp. РСМ 1298 (Mosbach и др., Enzyme Microb. Technol. 4, 1982, с.409).
В качестве примера еще одной возможности синтеза кетометионина можно назвать впервые опубликованную Sakurai и др. в 1957 г. методику химического синтеза α-кетометионина. Ключевой стадией при этом являлся гидролиз метил-α-метоксалил-γ-метилмеркаптопропионата до кетометионина действием разбавленной соляной кислотой (Sakurai и др., Journ. of Biochemistry 44, 9, 1957, с.557). Почти в то же время Yamada и др. опубликовали такую же методику синтеза, в соответствии с которой в первых экспериментах по получению α-кетометионина через промежуточно образующийся α-оксимовый эфир α-кетометионин удавалось получать лишь с низким выходом (Chibata и др., Bull. Agr. Chem. Soc. Japan 21, 6, 1957, с.336).
Биологическую доступность натриевой соли α-кетометионина впервые определили в 1977 г. в экспериментах с кормлением грызунов и птицы, и она явно превысила биологическую доступность ГАМ (Baker и Harter, Proceedings for the Society for Experimental Biology and Medicine 156, 1977, с.2001). Однако у жвачных α-кетометионин, соответственно его соли разлагаются в рубце и поэтому не обладают никакими преимуществами перед HMBi или метионином. Еще один недостаток α-кетометионина в виде свободной α-кетокарбоновой кислоты состоит в том, что он в течение наикратчайшего периода времени димеризуется и затем необратимо циклизуется и поэтому не обладает необходимой стойкостью в качестве биодоступного мономера, что в конечном итоге делает его непригодным для непосредственного использования в качестве кормовой добавки.
Задача изобретения
Исходя из описанных выше недостатков, присущих уровню техники, в основу настоящего изобретения была положена задача предложить стойкий при его нахождении в рубце, химически защищенный метиониновый продукт для жвачных, прежде всего для молочных коров, который мог бы служить животным эффективным источником метионина и который не обладал бы вовсе или обладал бы лишь в меньшем объеме недостатками известных продуктов. Связанное с наличием такого метионинового продукта преимущество состоит в возможности повысить производство и качество молока, что в свою очередь позволило бы существенно повысить экономическую эффективность производства молока.
Еще одна задача изобретения заключалась в разработке кормового средства, соответственно кормовой добавки, которое/которая помимо исключительно высокой биологической ценности и биологической доступности было/была бы простым/простой в обращении с ним/ней и обладало/обладала бы высокой сохраняемостью, а также стойкостью в обычных условиях производства комбикормов, прежде всего при гранулировании. Подобный продукт должен, кроме того, обладать максимально возможной универсальностью его применения в качестве добавки к кормам для животных.
Описание изобретения
Эти, а также другие, конкретно не указанные задачи, которые, однако, со всей очевидностью вытекают из контекста настоящего описания, решаются с помощью предлагаемых в изобретении кетометионинкеталей и их производных формулы I, прежде всего благодаря их применению в качестве кормового средства, предпочтительно для жвачных. Тем самым удается избежать и недостатков "физически защищенных" метиониновых продуктов, таких, например, как продукт Smartamine™, и недостатков "химически защищенных" метиониновых продуктов, таких, например, как HMBi.
Объектом настоящего изобретения является химическое соединение общей формулы I
,
в которой
А представляет собой
,
где
2
R представляет собой ОН, ОМ, OR', NH, NHR' или NR'R'', при этом
1
2
1
18
3
18
1
18
2
5
2
2
6
2
4
3
6
2
3
5
3
12
R, R, R' и R'' имеют идентичные либо разные значения и независимо друг от друга обозначают разветвленный либо линейный С-Салкил, соответственно С-Сциклоалкил, аллил, бензил, фенил, С-Салкилоксиметил, предпочтительно CHOCH, С-Сгидроксиалкил, предпочтительно НОСН, С-Сдигидроксиалкил, предпочтительно (НО)СН, или С-Ссахарный остаток, в котором одна ОН-группа сахара заменена на O-атом кеталя, на O-атом карбоновой кислоты или на N-атом карбоксамида, а
+
+
2+
2+
2+
2+
2+
2+
М представляет собой ион щелочного либо щелочноземельного металла, предпочтительно Na, К, Mg или Са, либо ион одно-, соответственно двухвалентного переходного металла, предпочтительно Zn, Mn, Cu или Cr, или
А представляет собой
,
где
2
R представляет собой ОН, ОМ, OR', NH, NHR' или NR'R'', при этом
1
18
3
18
1
18
2
5
2
2
6
2
4
3
6
2
3
5
3
12
+
+
2+
2+
2+
2+
2+
2+
R' и R'' имеют идентичные либо разные значения и независимо друг от друга обозначают разветвленный либо линейный С-Салкил, соответственно С-Сциклоалкил, аллил, бензил, фенил, С-Салкилоксиметил, предпочтительно CHOCH, С-Сгидроксиалкил, предпочтительно НОСН, С-Сдигидроксиалкил, предпочтительно (НО)СН, или С-Ссахарный остаток, в котором одна ОН-группа сахара заменена на O-атом карбоновой кислоты или на N-атом карбоксамида, а М представляет собой ион щелочного либо щелочноземельного металла, предпочтительно Na, К, Mg или Са, либо ион одно-, соответственно двухвалентного переходного металла, предпочтительно Zn, Mn, Cu или Cr, и
3
2
4
2
4
3
12
R представляет собой С-Салкиленовый мостик, предпочтительно CH, или С-Ссахарный остаток, в котором две ОН-группы сахара заменены на оба O-атома кеталя, или
А представляет собой
,
где
4
3
6
2
3
2
2
R представляет собой С-Салкилен, необязательно замещенный гидроксигруппой, предпочтительно -СН-С(СН)-СН- или
2
2
2
2
3
12
-СН-С(CHOH)-СН-, или С-Ссахарный остаток, в котором одна ОН-группа сахара заменена на O-атом кеталя, а одна ОН-группа - на O-атом карбоновой кислоты, или
А представляет собой
,
где
5
3
6
2
2
3
12
R представляет собой С-Салкилен, необязательно замещенный гидроксигруппой, предпочтительно -СН-СН(-)-СН-, или С-Ссахарный остаток, в котором три ОН-группы сахара заменены на оба O-атома кеталя и на O-атом карбоновой кислоты, или
А представляет собой
,
где
5
3
6
2
2
3
12
R представляет собой С-Салкилен, необязательно замещенный гидроксигруппой, предпочтительно -СН-СН(-)-СН-, или С-Ссахарный остаток, в котором две ОН-группы сахара заменены на оба O-атома кеталя, а Х обозначает Н или М, где М имеет указанные выше значения.
3
2
4
Предпочтительно при этом соединение формулы I,2, в которой R представляет собой гидроксигруппу, а R представляет собой СН, т.е. соединение формулы
Это соединение можно получать простым путем кетализацией кетометионина стехиометрическими количествами этиленгликоля в присутствии кислотных катализаторов или сверхстериометрическими количествами этиленгликоля и последующим омылением промежуточно образующегося сложного эфира кетометионинэтиленкетальэтиленгликоля щелочным металлом с последующей нейтрализацией (см. пример 2).
1
18
2
4
1
18
3
Предпочтительно далее соединение формулы I,2, в которой R представляет собой OR', где R' представляет собой С-Салкилоксигруппу и R представляет собой СН. Это соединение можно получать путем этерификации кетометионина соответствующим C-Cспиртом в присутствии кислотных катализаторов и предпочтительно путем последующей кетализации этиленгликолем.
1
4
Особенно предпочтительно при этом соединение формулы I,2, в которой R' представляет собой С-Салкилоксигруппу.
3
2
4
Предпочтительно далее соединение формулы I,2, в которой R представляет собой OR', где R' представляет собой гидроксиэтоксигруппу, и R представляет собой СН, т.е. соединение формулы
4
5
10
5
10
2
Предпочтительно, кроме того, соединение формулы I,3, в которой R представляет собой остаток СН или остаток СНО.
Особенно предпочтительно при этом соединение следующей формулы:
которое можно получать из кетометионина и неопентилиденгликоля в присутствии кислотных катализаторов.
В равной степени предпочтительно аналогичное соединение формулы
которое можно получать из кетометионина и пентаэритрита в присутствии кислотных катализаторов.
5
3
5
Предпочтительно далее соединение формулы I,4, в которой R представляет собой остаток СН.
Особенно предпочтительно при этом соединение следующей формулы (1,2-кеталь):
или изомерной формулы (1,3-кеталь)
Оба эти соединения - 1,2-кеталь и 1,3-кеталь - можно получать из кетометионина и глицерина в присутствии кислотных катализаторов, предпочтительно в обезвоживающих условиях.
Согласно изобретению все соединения общей формулы I в высшей степени пригодны для применения в кормах для животных, преимущественно пользовательного скота.
Предлагаемые в изобретении соединения предпочтительно при этом применять в кормах для жвачных, прежде всего молочных коров.
В этих целях предлагаемые в изобретении соединения можно использовать для приготовления кормовых средств.
В этом случае в свою очередь предпочтительно использовать предлагаемые в изобретении соединения для приготовления кормовых средств, предназначенных для жвачных.
Объектом настоящего изобретения являются также кормовые композиции, содержащие по меньшей мере одно из описанных выше, предлагаемых в изобретении соединений и предназначенные предпочтительно для кормления жвачных.
В соответствии с этим можно приготавливать смеси предлагаемых в изобретении соединений с обычными кормовыми средствами. С этой целью предлагаемые в изобретении соединения примешивают в необходимых количествах к кормам традиционных видов, таким как минеральные корма, органические корма (например, соевый шрот), или кормам на раздой.
Метиониновые эквиваленты в виде предлагаемых в изобретении соединений добавляют в корма в количествах, которые обычно составляют от 0,1 до 5% и которые могут разниться в зависимости от вида корма. К кормам на раздой предлагаемые в изобретении метиониновые эквиваленты предпочтительно примешивать в количестве менее 0,5%, к минеральным кормам - в количестве до 5% включительно, а к органическим кормам - в количестве от 0,5 до 3%, предпочтительно до 1% включительно. Под метиониновым эквивалентом в данном контексте подразумевается массовая доля предлагаемого в изобретении соединения, соответствующая такому же количеству метионина на молярной основе.
2
3
12
Еще одним объектом настоящего изобретения является способ получения карбоновых кислот или сложных эфиров общей формулы I,1-I,5, при этом в случае формул I,1 и I,2 остаток R не обозначает ОМ, NH, NHR' или NR'R'', отличающийся тем, что кетометионин взаимодействием с соответствующим одноатомным, двухатомным или трехатомным спиртом либо С-Ссахаром в присутствии кислотных катализаторов превращают в сложный эфир формулы I,1 или I,2, где R представляет собой OR', или в сложный эфир формулы I,3 или I,4 либо в кислоту формулы I,1 или I,2, где R представляет собой ОН, или в кислоту формулы I,5, где Х обозначает Н.
1
18
3
18
2
6
2
4
3
6
3
12
Для получения вышеуказанных предпочтительных соединений предпочтителен при этом способ, при осуществлении которого в качестве спирта используют разветвленный или линейный С-Салкиловый спирт, соответственно С-Сциклоалкиловый спирт, аллиловый спирт, бензиловый спирт, фениловый спирт, С-Сгидроксиалкиловый спирт, предпочтительно HOCHOH, С-Сдигидроксиалкиловый спирт, предпочтительно глицерин, или С-Ссахар, предпочтительно глицериновый альдегид, дигидроксиацетон, глюкозу, фруктозу или сахарозу.
1
18
2
6
2
4
2
4
3
При этом на образование требуемого продукта можно влиять прежде всего путем соответствующего выбора молярных эквивалентов необходимого для кетализации спирта, соответственно сахара. При использовании одного молярного эквивалента С-Салкилового спирта преимущественно образуется соответствующий, не относящийся к предлагаемым в изобретении соединениям сложный эфир, при использовании двух молярных эквивалентов преимущественно образуется карбоксилированный кеталь формулы I,1, где R представляет собой ОН, а при использовании трех молярных эквивалентов преимущественно образуются соответствующие этерифицированные кетали формулы I,1, где R представляет собой OR'. Соответственно при использовании половины молярного эквивалента С-Сгидроксиалкилового спирта, такого, например, как HOCHOH-, соответственно двух гидроксиэквивалентов образуется соответствующий карбоксилированный кеталь формулы I,2, где R представляет собой ОН, а R обозначает СН.
Предлагаемые в изобретении карбоновые кислоты или сложные эфиры в предпочтительном варианте можно получать в присутствии соответствующего растворителя. В качестве примера пригодных для применения в этих целях растворителей можно назвать ароматические углеводороды, такие как бензол или толуол, а также хлорированные углеводороды, такие как метиленхлорид или хлороформ, и спирты.
Для повышения выхода требуемых продуктов конденсации до максимально возможного их предпочтительно получать способом, при осуществлении которого образующуюся в ходе реакции воду удаляют из химически равновесной системы. Воду можно при этом удалять путем перегонки, предпочтительно с использованием растворителя и/или разделяющего агента, такого, например, как толуол. Предпочтительно при этом использовать растворитель, который одновременно является разделяющим агентом и при определенных условиях - также реагентом. Дополнительно в качестве растворителей и/или разделяющих агентов при этом можно также использовать применяемые для этерификации, соответственно кетализации спирты.
1
4
При использовании в качестве разделяющего агента растворитель должен иметь приемлемую температуру кипения. Обычно она не должна превышать 120°С. К числу пригодных для применения в этих целях спиртам относятся, например, С-Салкиловые спирты, т.е. метанол, этанол, 1- либо 2-пропанол и 1- либо 2-бутанол, изобутанол и трет-бутанол.
Другая возможность удаления воды заключается в использовании обезвоживающих средств, например, сложных ортоэфиров, таких, например, как триметиловый или триэтиловый эфир ортоуксусной кислоты. Образующиеся при этом в качестве попутных продуктов метиловые, соответственно этиловые эфиры уксусной кислоты можно затем простым путем перегонкой удалять из реакционной смеси и направлять на последующее использование.
При этом в предпочтительном варианте карбоновые кислоты или их соли общей формулы I,1, I,2, или I,5, где остаток R представляет собой ОН или ОМ, а остаток Х обозначает Н или М, можно получать, переводя карбоксилат формулы I,1, или I,2, где R представляет собой OR', или формулы I,4, путем омыления гидроксидом щелочного либо щелочноземельного металла или гидроксидом одно-, соответственно двухвалентного переходного металла в соответствующую соль карбоновой кислоты формулы I,1 или I,2, где R представляет собой ОМ, соответственно формулы I,5, где Х обозначает М, и при необходимости выделяя затем из этой соли путем ее обработки минеральной кислотой свободную карбоновую кислоту, где R представляет собой ОН, соответственно Х обозначает Н. К числу минеральных кислот, пригодных для применения в указанных целях, при этом относятся прежде всего серная кислота, соляная кислота и фосфорная кислота.
Объектом настоящего изобретения является также способ получения солей карбоновых кислот общей формулы I,1, I,2, или I,5, где остаток R представляет собой ОМ, соответственно Х обозначает М, отличающийся тем, что кислоту формулы I,1, или I,2, где R представляет собой ОН, соответственно кислоту формулы I,5, где Х обозначает Н, нейтрализуют гидроксидом или карбонатом щелочного или щелочноземельного металла либо одно-, соответственно двухвалентного переходного металла до соответствующей карбоновой кислоты.
2
2
2
2
2
3
2
3
3
3
3
3
Для получения вышеуказанных солей карбоновых кислот путем омыления или нейтрализации в качестве гидроксидов предпочтительно при этом использовать NaOH, КОН, Mg(OH), Са(ОН), Zn(ОН) или Mn(OH), а в качестве карбонатов - NaCO, КСО, MgCO, СаСО, ZnCO или MnCO.
2
3
2
Объектом изобретения является также способ получения карбоксамидов общей формулы I,1, I,2, где R представляет собой NH, NHR' или NR'R'', отличающийся тем, что сложный эфир формулы I,1 или I,2, где R представляет собой OR', взаимодействием с N-содержащим основанием формулы NH, NHR' или NHR'R'' переводят в соответствующий амид.
Объектом изобретения является также способ получения сложных эфиров общей формулы I,1 или I,2, где R представляет собой OR', отличающийся тем, что сложный эфир формулы I,1 или I,2 путем переэтерификации алкоголятом щелочного металла M'OR' (где М' обозначает щелочной металл) переводят в соответствующий сложный эфир формулы I,1 или I,2, при условии, что R' в используемом сложном эфире формулы I,1 или I,2, должен быть отличен от R' в используемом алкоголяте M'OR'. Единожды полученные таким способом сложные эфиры кетометионинкеталя можно затем простым путем переводить в другие требуемые сложные эфиры кетометионинкеталя.
Кетометионинкетали общей формулы I,1, I,2, соответственно I,5, где R представляет собой ОН или ОМ, соответственно Х обозначает Н или М, являются полярными и нелипофильными соединениями. Благодаря наличию кетальной защитной группы такие соединения обладают стойкостью при нахождении в рубце и не поддаются микробному разложению. Однако благодаря наличию липофобной карбоксильной группы они в отличие от HMBi не всасываются через стенку рубца, а вместо этого без разложения попадают в сычуг жвачного, где они вследствие преобладания в этом месте сильно кислых условий гидролизуются. Всасывание высвобождающегося при этом кетометионина происходит затем в тонком кишечнике.
Сложные эфиры кетометионинкеталя общей формулы I,1 или I,2, где R представляет собой OR', соответственно общей формулы I,4 представляют собой липофильные и неполярные соединения. Благодаря наличию обеих химических защитных групп - "кеталя" и "сложного эфира" - такие соединения обладают стойкостью при нахождении в рубце. Их всасывание в отличие от кетометионинкеталей происходит быстро и эффективно через стенки рубца аналогично механизму всасывания HMBi. Последующее ферментативное расщепление с образованием свободного кетометионина происходит затем в крови жвачного.
Тем самым применение кетометионинкеталей или их сложных эфиров впервые обеспечивает возможность активного управления местом всасывания "метионинового эквивалента".
Кетометионинкетали, соответственно их сложные эфиры и их производные обладают целым рядом следующих преимуществ перед известными из уровня техники соединениями.
В отличие от свободного кетометионина кетометионинкетали сложные эфиры кетометионинкеталей, сложные эфиры кетометионинполукеталей и амиды кетометионинкеталей общей формулы I химически стабильны в отношении димеризации и циклизации, что является безусловной предпосылкой для их хранения и транспортировки в качестве кормовых добавок.
Применение соединений общей формулы I позволяет активно управлять местом всасывания соответствующих соединений в организме жвачного. При этом всасывание гидрофильных кетометионинкеталей формулы I,1 или I,2, где R представляет собой ОН или ОМ, или формулы I,5, где Х обозначает Н или М, происходит в тонком кишечнике после гидролиза в сычуге, соответственно всасывание липофильных сложных эфиров кетометионинкеталей общей формулы I,1 или I,2, где R представляет собой OR', соответственно общей формулы I,4, происходит непосредственно через стенку рубца.
При использовании определенных диолов, таких, например, как этиленгликоль, определенных триолов, таких, например, как глицерин, или сахаров, таких, например, как глюкоза, в качестве структурных фрагментов для образования кеталей, соответственно сложных эфиров с кетометионином с получением соответствующих соединений общей формулы I последние дополнительно обладают питательным эффектом благодаря тому, что сахарные, соответственно спиртовые структурные фрагменты вновь высвобождаются в организме животного.
Кетометионинкетали и их сложные эфиры обладают исключительно высокой биологической доступностью, поскольку они способны in vivo гидролизоваться до α-кетометионина. Биологическая доступность кетометионина существенно выше биологической доступности ГАМ, поскольку в отличие от него кетометионин способен всего в одну стадию превращаться в организме в L-метионин. Для аналогичного же превращения ГАМ требуются две, а для превращения HMBi - даже три стадии.
Высокая биологическая доступность кетометионинкеталей и их сложных эфиров является явным экономическим преимуществом, поскольку для достижения сравнимого эффекта кормовые добавки требуется применять в меньших количествах.
Благодаря химической защите исключается повреждение продукта и тем самым нарушение его защиты от разложения в рубце под воздействием физических факторов, соответственно механических нагрузок, таких, например, как трение. Поэтому в отличие от метионина в физически защищенной форме, такого, например, как продукт Smartamine™, кетометионинкетали, сложные эфиры кетометионинкеталей, сложные эфиры кетометионинполукеталей и амиды кетометионинкеталей общей формулы I можно подвергать гранулированию. В этом заключается особое преимущество подобных соединений, поскольку тем самым обеспечивается возможность их широкого применения в производстве комбикормов и в придании им окончательного товарного вида.
Помимо этого указанные соединения общей формулы I в принципе пригодны для применения в качестве кормовых добавок в пользовательном животноводстве, т.е. могут также использоваться в кормах для птицы или свиней.
По сравнению с метионином в физически защищенной форме более простым путем и тем самым, как правило, с меньшими издержками можно получать прежде всего кетометионинкетали и их сложные эфиры.
Симметричные кетометионинкетали общей формулы I являются в отличие от ГАМ, HMBi или D,L-метионина ахиральными соединениями. Из таких ахиральных предшественников природный L-метионин образуется непосредственно в организме животного. В результате отпадает необходимость в превращении неприродного энантиомера.
Ниже возможности по получению предлагаемых в изобретении соединений проиллюстрированы на примерах, которые, однако, не ограничивают объем изобретения.
Примеры
Пример 1: Высвобождение кетометионина из его солей (не соответствует изобретению)
2
2
4
К суспензии из 43,3 г кетометионината кальция (М=334,42 г/моль, чистота 98%, содержание воды в сухой массе 21%) в 120 мл НО и 320 мл диэтилового эфира при 0°С и при интенсивном перемешивании по каплям медленно добавляли 10%-ный водный раствор соляной кислоты до достижения значения рН менее 2. После разделения фаз водную фазу трижды промывали диэтиловым эфиром порциями по 120 мл. Затем объединенные органические фазы сушили над NaSO. После отфильтровывания осушителя диэтиловый эфир отгоняли на роторном испарителе при 30°С и под небольшим вакуумом. Последние остатки растворителя удаляли в высоком вакууме. Таким путем получили 29,1 г свободного кетометионина в виде желтоватого масла (выход: 98%, М=148,18 г/моль).
1
3
3
6
3
2
2
H-ЯМР кетометионината кальция (500 МГц, ДМСО-d): δ=2,04 (s, 3Н, СН), 2,62 (t, J=7,3 Гц, 2Н, CH), 2,82 (t, J=7,3 Гц, 2Н, CH).
1
3
3
6
3
2
2
H-ЯМР кетометионина (500 МГц, ДМСО-d): δ=2,06 (s, 3Н, СН), 2,66 (t, J=7,2 Гц, 2Н, СН), 3,09 (t, J=7,2 Гц, 2Н, СН).
13
6
3
2
2
С-ЯМР кетометионина (125,8 МГц, ДМСО-d): δ=14,7 (СН), 26,7 (СН), 38,5 (CH), 162,2 (СООН), 194,9 (СО).
Пример 2: Получение кетометионинкеталей формулы I,2, на примере превращения кетометионина и этиленгликоля
2
4
пл
Раствор кетометионина (174 ммоля, М=148,18 г/моль) в толуоле (100 мл) в течение 2 ч по каплям добавляли к раствору 1 г (~3 мол.%) параолуолсульфоновой кислоты в качестве катализатора и этиленгликоля (335 ммолей, М=62,07 г/моль) в толуоле (250 мл) и реакцию продолжали при кипячении с обратным холодильником до полного прекращения осаждения воды на насаженном водоотделителе (примерно 2 ч). Затем толуол отгоняли под вакуумом, сырой продукт смешивали с метанолом (200 мл) и после добавления 2-молярного раствора гидроксида натрия (200 мл) примерно в течение 2 ч омыляли в щелочных условиях. Затем реакционный раствор экстрагировали диэтиловым эфиром путем встряхивания и водную фазу подкисляли разбавленной соляной кислотой. Продукт при значении рН 1-2 экстрагировали диэтиловым эфиром, органическую фазу промывали водой, сушили над NaSO и растворитель удаляли на роторном испарителе. Затем маслянистый продукт (формула I,2,) перекристаллизовывали из смеси метиленхлорида и н-гексана с получением в результате белого кристаллического твердого вещества (24,6 г, выход: 74%, М=192,23 г/моль, t: 74°C (метиленхлорид/н-гексан)).
1
3
3
2
2
2
2
Н-ЯМР 2-(2-(метилтио)этил)-1,3-диоксолан-2-карбоновой кислоты (формула I,2,) (500 МГц, CDCl): δ=2,11 (s, 3H, SCH), 2,24-2,28 (m, 2H, СН), 2,58-2,61 (m, 2H, CH), 4,07-4,14 (m, 4H, ОСНСНО).
13
3
3
2
2
2
С-ЯМР 2-(2-(метилтио)этил)-1,3-диоксолан-2-карбоновой кислоты (формула I,2,) (125,8 МГц, CDCl): δ=15,5 (SCH), 27,1 (СН), 34,9 (CH), 66,1 (2 ОСН), 105,9 (С), 174,1 (COO).
7
12
4
Элементный анализ для CHOS (M=192,24 г/моль): рассчитано: С 43,74; Н 6,29; S 16,68; обнаружено: С 43,80; Н 6,25; S 16,61.
Пример 3: Получение кальциевой соли кетометионинкеталя путем нейтрализации
К раствору 1,0 г (5,20 ммоля) этиленкеталя 4-(метилтио)-2-кетомасляной кислоты в 2,0 мл воды и 3,0 мл ацетона при комнатной температуре (КТ) по каплям медленно добавляли водный раствор 0,44 г ацетата кальция (93%-ного) в 2 мл воды. После этого добавляли 3 мл ацетона и в течение ночи перемешивали при КТ. Образовавшееся белое твердое вещество отделяли вакуум-фильтрацией и тщательно промывали 100 мл смеси воды и ацетона в соотношении 1:10. В завершение продукт сушили в сушильном шкафу, соответственно в высоком вакууме (0,96 г, выход: 82%, содержание воды 6,3% при определении по методу Карла Фишера).
1
6
2
3
2
2
2
Н-ЯМР 2-(2-(метилтио)этил)-1,3-диоксолан-2-карбоксилата кальция (формула I,2,) (500 МГц, ДМСО-d): δ=1,98-2,00 (m, 2Н, СН, 2,03 (s, 3H, SCH), 2,44-2,47 (m, 2Н, CH), 3,81-3,84 (m, 2Н, СН), 3,95-4,00 (m, 2Н, СН).
13
6
3
2
2
2
С-ЯМР 2-(2-(метилтио)этил)-1,3-диоксолан-2-карбоксилата кальция (формула I,2,) (125,8 МГц, ДМСО-d/DCl): δ=15,1 (SCH), 27,0 (СН), 35,2 (СН), 65,7, 66,0 (2 ОСН), 105,6 (С), 171,0 (COO).
Пример 4: Получение сложных эфиров кетометионинполукеталей формулы 1,3 на примере превращения кетометионина и 2,2-диметил-1,3-пропандиола
3
2
4
пл
К раствору 11,1, г кетометионина (75 ммолей, М=148,18 г/моль) в 200 мл абсолютного безэтанольного хлороформа добавляли 8,9 г 2,2-диметил-1,3-пропандиола (85 ммолей, М=104,15 г/моль) и 0,8 г (~5 мол.%) паратолуолсульфоновой кислоты в качестве катализатора и реакцию продолжали при кипячении с обратным холодильником до полного прекращения осаждения воды на насаженном водоотделителе (примерно 3,5 ч). После охлаждения раствор промывали полунасыщенным раствором NaHCO, водную фазу еще раз подвергали обратной промывке хлороформом и объединенные органические фазы сушили над NaSO. После фильтрации растворитель удаляли на роторном испарителе и маслянистый сырой продукт кристаллизовали из смеси метиленхлорида и н-гексана. Полученный в результате продукт (формула I,3) представлял собой белое кристаллическое твердое вещество (10,8 г, выход: 62%, М=234,32 г/моль, t: 109°C (метиленхлорид/н-гексан)).
1
2
2
2
2
3
3
3
2
3
Н-ЯМР рац-4,4-диметил-7-гидрокси-7-(2-(метилтио)этил)-6-оксакапролактона (формула I,3) (500 МГц, CDCl): δ=0,92 (s, 3Н, СН), 0,99 (s, 3Н, СН), 2,04-2,19 (m, 2H, СН), 2,08 (s, 3Н, SCH), 2,47-2,52 (m, 1H, SCHH), 2,61-2,66 (m, 1H, SCHH), 2,92 (d, J=8,0 Гц, 1H, OCHH), 3,25 (d, J=8,0 Гц, 1H, OCHH), 3,72 (d, J=10,4 Гц, 1H, COOCHH), 4,30 (d, J=10,4 Гц, 1H, COOCHH), 4,50 (s, 1H, ОН).
13
3
3
3
2
2
2
2
С-ЯМР рац-4,4-диметил-7-гидрокси-7-(2-(метилтио)этил)-6-оксакапролактона (формула I,3) (125,8 МГц, CDCl): δ=15,7 (SCH), 21,9, 21,3 (2 СН), 27,7 (СН), 37,7 (СН), 66,0 (ОСН), 70,9 (ОСН), 96,5 (СОН), 172,5 (СОО).
10
18
4
Элементный анализ для CHOS (M=234,32 г/моль): рассчитано: С 51,26; Н 7,74; S 13,68; обнаружено: С 50,82; Н 7,73; S 13,52.
Пример 5: Получение сложных эфиров кетометионинкеталей формулы 1,4 на примере превращения кетометионина и глицерина
3
2
4
пл
К раствору 12,0 г кетометионина (81 ммоль, М=148,18 г/моль) в 120 мл абсолютного толуола добавляли 7,8 г глицерина (1,2,3-пропантриола, 85 ммолей, М=92,09 г/моль) и 0,8 г (~5 мол.%) паратолуолсульфоновой кислоты в качестве катализатора и реакцию продолжали при кипячении с обратным холодильником до полного прекращения осаждения воды на насаженном водоотделителе (примерно 2,5 ч). После охлаждения раствор промывали полунасыщенным раствором NaHCO, водную фазу еще раз подвергали обратной промывке хлороформом и объединенные органические фазы сушили над NaSO. После фильтрации растворитель удаляли на роторном испарителе и маслянистый сырой продукт (соотношение между 1,3-кеталем и 1,2-кеталем 70:30) хроматографировали (диэтиловый эфир/н-гексан в соотношении 1:1). При этом происходило разделение обоих указанных соединений. Основной продукт (1,3-кеталь) кристаллизовался из смеси метиленхлорида и н-гексана в виде бесцветных игольчатых кристаллов (8,8 г, выход: 53%, М=204,25 г/моль, t: 39,5°С (метиленхлорид/н-гексан)).
1
3
3
2
2
2
Н-ЯМР 4-(2-(метилтио)этил)-2,5,8-триоксабицикло[2,2,2]октан-3-она (1,3-кеталя) (500 МГц, CDCl): δ=2,13 (s, 3Н, SCH), 2,17-2,20 (m, 2H, CH), 2,65-2,68 (m, 2H, CH), 4,12-4,13 (m, 4H, 2 CH), 4,76 (s, 1H, CH).
13
3
3
2
2
2
С-ЯМР 4-(2-(метилтио)этил)-2,5,8-триоксабицикло[2,2,2]октан-3-она (1,3-кеталя) (125,8 МГц, CDCl): δ=15,4 (SCH), 26,9 (СН), 33,2 (СН), 66,5 (2 ОСН), 70,9 (CH), 92,9 (С), 166,2 (COO).
8
12
4
Элементный анализ для CHOS (M=204,25 г/моль): рассчитано: С 47,04; Н 5,92; S 15,70; обнаружено: С 47,21; Н 5,93; S 15,69.
Пример 6: Получение солей кетометионинкеталей формулы I,5 на примере омыления 1,2-кеталя, соответственно 1,3-кеталя из примера 5
К суспензии из 50 мг (0,24 ммоля) 1,3-кеталя из примера 5 в 1,0 мл метанола и 1,5 мл воды при КТ добавляли 15 мг гидроксида калия и раствор перемешивали в течение 30 мин при КТ. После удаления растворителя и сушки под вакуумом получили требуемый продукт в виде белого твердого вещества (0,60 г, выход: 96%).
1
2
2
3
2
2
2
Н-ЯМР 5-гидрокси-2-(2-(метилтио)этил)-1,3-диоксан-2-карбоксилата калия (500 МГц, DO/TSP): δ=1,96-2,02 (m, 2H, СН), 2,10 (t, 3H, СН), 2,51-2,54 (m, 2Н, СН), 3,48-3,52 (m, 2H, CH), 3,81-3,87 (m, 1H, CH), 3,98-4,01 (m, 2H, СН).