СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГАММА-ГЛИЦИНА ИЗ РАСТВОРОВ
METHOD FOR PRODUCTION OF GAMMA GLYCINE FROM SOLUTIONS

Область техники
Изобретение относится к фармацевтической и пищевой отраслям промышленности, в частности к производству композиций биологически активных веществ, которые могут быть использованы как биологически активные добавки. Более конкретно, получение более активной кристаллической гамма-модификации глицина при кристаллизации в присутствии дикарбоновых кислот.
Уровень техники
Аминокислота глицин в настоящее время находит широкое применение в медицине. Препараты глицина способны уменьшать психоэмоциональное напряжение и агрессивность, повышать социальную адаптацию, нормализовать сон и повышать умственную работоспособность, уменьшать выраженность общемозговых расстройств при ишемическом инсульте и снижать токсическое действие алкоголя (Gannon М.С., Nuttall J.A., Nuttall F.Q. // Am. J. Clin. Nutr. 2002. 76. P.1302-1307) [1]. В США препараты глицина одобрены для лечения негативной симптоматики у больных шизофренией (Javitt D.C., Zylberman I., Zukin S.R. et al. //Am. J. Psychiatry. 1994. 151. №8. P.1234-1236) [2]. Обычно рекомендуют сублингвальный прием таблетки глицина, при этом отмечено, что употребление раствора глицина менее эффективно, чем сухого препарата (Гусев Е.И., Комисарова И.А., Алферова В.В. и др. // Terra Medica. 2001. №4. С.37-38) [3]. Отсюда можно предположить, что биологическая активность глицина связана не только с его химической формулой, но и с характеристиками твердого вещества
При нормальных условиях могут быть получены α-, β- и γ-формы, значительно различающиеся между собой не только физическими, но и биологической активностью (Markel A.L., Achkasov A.F., Alekhina Т.А., Prokudina O.I., Ryazanova M.A., Ukolova T.N., Efimov V.M., Boldyrev, V.V. Pharmacology Biochemistry and Behavior, 2011, 98 (2), pp.234-240) [4].
Кристаллическая структура α-формы глицина представляет собой димеры, образующие двойные центросимметричные слои, связанные между собой посредством Ван-дер-Ваальсовых взаимодействий (Jonsson P.G., Kvick A. // Acta Cryst, 1972, 28, P.1827-1833) [5]. Структура гамма-модификации глицина имеет особенности, отличающие ее от структур двух других модификаций глицина (α глицина и β глицина) (пространственная группа симметрии Р31 или Р32, структура полярна и нецентросимметрична, построена из тройных спиралей, связанных водородными связями молекул глицина (Y.Iitaka // Acta Cryst, 1958, 11, P.225-226) [6]. Растворимость обеих форм глицина практически одинакова (Xia Yang, Xiujuan Wang, and Chi Bun Ching // J. Chem. Eng. Data 2008, 53, P.1133-1137) [7], поэтому объяснение различия в биологической активности форм глицина, по-видимому, стоит искать в области механизма растворения. В этой связи интересно отметить, что, по данным атомно-силовой микроскопии и малоуглового рентгеновского рассеяния (Chattopadhyay S., Erdemir D., Evans J.M.B. et al. // Cryst. Growth Design. 2005. V.5. №2. P.523-527) [8], при растворении полиморфных модификаций глицина в воде в раствор переходят не отдельные изолированные молекулы, но фрагменты исходных кристаллических структур - центросимметричные димеры, при растворении α-формы, и полярные цепочки - при растворении γ-формы.
На кристаллизацию полиморфных модификаций глицина из раствора сильно влияет pH. Для варьирования pH в литературе до сих пор использовали добавки уксусной кислоты или аммиака. В присутствии неорганических кислот и оснований образуются соли глицина и их кристаллогидраты. В растворах, по-видимому, может происходить перегруппировка ассоциатов молекул глицина.
Известен способ получения гамма-модификации глицина (заявка на изобретение US 2005256300 от 2005.11.17 (WO 2006124152 2006-11-23)) [9]. Способ использования постоянного электрического поля в индукционной кристаллизации и контроле формирования кристаллов. Применение мощного постоянного электрического поля для пересыщенных растворов глицина с целью образования зародышей гамма-полиморфа глицина, благодаря создаваемой ориентации сильно полярных молекул глицина в ранее существовавших кластерах, тем самым, помогая им организоваться в кристаллическую структуру. Процесс проводили в специальной высоковольтной камере. Диапазон напряжений 400-800 тыс. В/м. Пересыщение до 1,85-2 исходных водных растворов глицина получали при нагревании до 62-64°C и выдерживании при данной температуре в течение ночи. После чего растворы глицина медленно охлаждали до комнатной температуры. При напряженности 600 тыс. В/м происходила кристаллизация гамма-глицина в течение 30-90 мин. Начало зарождения кристаллов можно было наблюдать визуально по образованию игольчатых кристаллов.
Данный способ имеет недостаток в виде необходимости использования высоковольтной камеры, а также в необходимости поддержания высокопересыщенного состояния растворов в течение длительного времени.
В последней версии Кембриджского банка структурных данных (февраль 2011) содержится 108 записей, соответствующих неорганическим солям глицина и их гидратам.
Публикация международной заявки WO 0102075 - 2001-01-11 [10] касается метода использования лазерного излучения для получения полиморфных модификаций, в частности, гамма-глицина из пересыщенных водных растворов глицина (3.7-3.9 моль/л) при температуре 50°C. Воздействуют мощным пучком лазера с длиной волны 1.06 мкм в импульсном режиме с частотой 10 импульсов в секунду. Через несколько часов возникают несколько кристаллов, которые через 1-2 дня достигают размеров 10 мм.
Данный способ имеет недостаток в виде необходимости использования лазера, а также в длительности процесса.
Патентная заявка Японии JP 9067322 - 1997-03-11 [11]. Получение гамма-глицина достигается быстрым охлаждением насыщенного раствора глицина (0.1-2.0 г глицина на 100 г воды). Насыщенный при 60-95°C водный раствор глицина подают в резервуар для кристаллизации, где поддерживается постоянная температура 20-45°C, достаточная для быстрого охлаждения раствора. После извлекают смесь кристаллического гамма-глицина и раствора, производят разделение твердой и жидкой составляющих.
Патентная заявка Японии JP 9003015 - 1997-01-07 [12] на способ получения гамма-глицина путем перекристаллизации альфа-глицина. Перекристаллизацию проводят при нагревании в щелочных водных растворах (pH 10-14) в присутствии гидроксидов, карбонатов или окислов щелочных и щелочно-земельных металлов.
Недостатком данного способа является вероятность образования в указанном интервале кислотности среды (pH 10-14) относительно устойчивых солей глицина со щелочными и щелочноземельными металлами, удаление которых из твердого осадка затруднено.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения состоит в создании более простого способа получении гамма-глицина из растворов.
Общая реализация метода (скрининг)
В 3-4 мл дистиллированной воды при 30-50°C растворяли навеску смеси порошков α-глицина и дикарбоновой кислоты общей массой 0,6 г. Были исследованы растворы с мольной долей кислоты 1, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 и 90%.
В качестве дикарбоновых кислот использовали яблочную и янтарную кислоты. Кристаллизацию производили медленным испарением при комнатной температуре. pH растворов измеряли до и после выпадения кристаллов (портативный pH-метр Mettler Toledo Seven Go).
Для повышения эффективности процесса растворяли при нагревании до 50°C такое количество глицина, чтобы при 30°C раствор становился пересыщенным.
Полученный осадок отделяли при фильтровании или декантрировании раствора. После удаления осадка при отсутствии значительного испарения раствора можно провести повторное нагревание маточного раствора, добавив свежую порцию глицина.
-1
-1
plus
Кристаллические продукты исследовали методами рентгенофазового анализа (дифрактометр Bruker D8 Discover с излучением СuКα, графитовым монохроматором и двухкоординатным газоионизационным детектором) и ИК-спектроскопии (ИК-Фурье спектрометр DigiLab Excalibur 3100 (Varian)). Спектры НПВО были записаны в диапазоне 4000-550 см с разрешением 2 см с использованием приставки MIRacle ATR фирмы Pike. ИК-спектры обрабатывались в программе Digital Resolutions Pro 4.0. Индицирование рентгенограмм проводили при помощи программ PowderCell 2.3 и Eva Version 6.0 (пакет программ DIFFRAC) с использованием структурных данных из Кембриджского банка данных (CSD), а также полученных нами в ходе монокристальных рентгеновских экспериментов.
В результате перекристаллизации глицина в присутствии яблочной и янтарной дикарбоновых кислот происходило образование γ-формы.
Проведенный ВЭЖХ-анализ (Милихром А-02 (Эконова, Россия)) показал, что в осадке может присутствовать примесь дикарбоновой кислоты, в присутствии которой проводилась перекристаллизация. Загрязнение устраняется путем промывки осадка этиловым спиртом.
Результаты перекристаллизации α-формы глицина в присутствии яблочной кислоты приведены в таблице 1. Абсолютная погрешность в определении pH составила 0,1.
Таблица 1
Процент кислоты (мольный)
pH свежеприготовленного раствора
pH раствора после выпадения кристаллов
Результат кристаллизации
1
4.6
4.3
γ+α
5
4.0
3.9
γ+α
10
3.7
3.6
γ
20
3.4
3.4
γ
30
3.2
2.7
γ
40
3.0
2.6
γ
50
2.9
не кристаллизуется
60
2.7
не кристаллизуется
70
2.5
не кристаллизуется
80
2.4
не удается измерить
яблочная кислота
90
2.1
не удается измерить
яблочная кислота
Аналогичные результаты, получены с янтарной кислотой. Пример расчета навесок для получения гамма-глицина кристаллизацией из растворов в присутствии яблочной и янтарной дикарбоновых кислот приведен в таблице 2
Таблица 2
Кристаллизация глицина с яблочной кислотой
Мольный %, кислоты
Масса глицина (г)
Масса кислоты (г)
1
0.609
0.011
5
0.553
0.052
10
0.501
0.099
20
0.415
0.185
30
0.340
0.260
40
0.274
0.326
50
0.215
0.385
Кристаллизация глицина с янтарной кислотой
мольный %, кислоты
Масса глицина (г)
Масса кислоты (г)
1
0.566
0.009
5
0.556
0.046
10
0.509
0.089
20
0.430
0.169
30
0.359
0.242
40
0.293
0.307
50
0.233
0.367
Как показали приведенные результаты экспериментов, кристаллы гамма-глицина образуются при добавлении в водный раствор глицина 10-40 мол.% - яблочной или янтарной дикарбоновых кислот.
Источники информации
1. Gannon М.С., Nuttall J.A., Nuttall F.Q. // Am. J. Clin. Nutr. 2002. 76. P.1302-1307.
2. Javitt D.C., Zylberman I., Zukin S.R. et al. // Am. J. Psychiatry. 1994. 151. №8. P.1234-1236].
3. Гусев Е.И., Комисарова И.А., Алферова B.B. и др. // Terra Medica. 2001. №4. С.37-38.
4. Markel A.L., Achkasov A.F., Alekhina T.A., Prokudina O.I., Ryazanova M.A., Ukolova T.N., Efimov V.M., Boldyrev, V.V. Pharmacology Biochemistry and Behavior, 2011, 98 (2), pp.234-240.
5. Jonsson P.G., KvickA. //Acta Cryst, 1972, 28, P.1827-1833.
6. Y.Iitaka // Acta Cryst, 1958,11, P.225-226).
7. Xia Yang, Xiujuan Wang, and Chi Bun Ching // J. Chem. Eng. Data 2008, 53, P.1133-1137.
8. Chattopadhyay S., Erdemir D., Evans J.M.B. et al. // Cryst. Growth Design. 2005. V.5. №2. P.523-527.
9. US 2005256300 от 2005.11.17 (WO 2006124152 2006-11-23.
10. WO 0102075 - 2001-01-11.
11. JP 9067322 - 1997-03-11.
12. JP 9003015 - 1997-01-07.