Способ получения гамма-глицина из растворов
Владельцы патента RU 2462452:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) (RU)
Изобретение относится к области химико-фармацевтической и пищевой промышленности, конкретно к способу получения гамма-глицина, имеющего широкое применение в медицине и пищевой промышленности в качестве биологически активной добавки. Способ заключается в перекристаллизации глицина в водном растворе при добавлении в раствор 1-10 моль% малеиновой кислоты. Процесс можно проводить многократно путем добавления свежих порций глицина в раствор после отделения осадка гамма-глицина. Способ позволяет упростить получение гамма-глицина из водных растворов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 пр.
Область техники
Изобретение относится к фармацевтической и пищевой 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 M.C., Nuttall J.A., Nuttall F.Q. // Am. J. Clin. Nutr. 2002. 76. P.1302-1307) В США препараты глицина одобрены для лечения негативной симптоматики у больных шизофренией (Javitt B.C., Zylberman I., Zukin S.R. et al. // Am. J. Psychiatry. 1994. 151. №8. P.1234-1236). 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). 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 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).
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). 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).
Растворимость обеих форм глицина практически одинакова (Xia Yang, Xiujuan Wang, and Chi Bun Ching // J. Chem. Eng. Data 2008, 53, P.1133-1137), 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) 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. Добавление в раствор глицина щавелевой и малеиновой кислот также дает соли или их сольваты (для щавелевой кислоты), состав которых зависит как от стехиометрического соотношения компонентов в исходном растворе, так и от условий кристаллизации (Tumanov N.A., Boldyreva E.V., Shikina N.E. (2010) Acta Crystallographica Section C: Crystal Structure Communications, 66 (6), pp.o279-o283). 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). 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 выдерживания 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.
Публикация международной заявки WO 0102075 - 2001-01-11 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°С. 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 мм3.
Данный способ имеет недостаток в виде необходимости использования лазера, а также в длительности процесса.
Патентная заявка Японии JP 9067322 - 1997-03-11, 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 и производят разделение твердой и жидкой составляющих.
Патентная заявка Японии JP 9003015 - 1997-01-07 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 щелочно-земельными металлами, удаление которых из твердого осадка затруднено.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения состоит в создании более простого способа получения гамма-глицина из водных растворов.
Пример 1. Общая реализация метода (скрининг)
В 3-4 мл дистиллированной воды при 30-50°C растворяли навеску смеси порошков. α-глицина и органической(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 дикарбоновой кислоты использовали малеиновую кислоту.
Кристаллизацию производили медленным испарением при комнатной температуре.
pH растворов измеряли до и после выпадения кристаллов (портативный pH-метр Mettler Toledo Seven Go).
Кристаллические продукты исследовали методами рентгенофазового анализа (дифрактометр Bruker D8 Discover с излучением СuKα, 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-1 с разрешением 2 см-1 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 DIFFRACplus) с использованием структурных данных из Кембриджского банка данных (CSD), а также полученных авторами в ходе монокристальных рентгеновских экспериментов.
Глицин имеет свойство образовывать с некоторыми дикарбоновыми кислотами смешанные кристаллы, растворимость которых, как правило, ниже, нежели у чистого глицина. Однако при небольшой исходной концентрации дикарбоновой кислоты может происходить повышение растворимости глицина. Изменение концентрации глицина в растворах при добавлении малеиновой кислоты приведено на Рис.1. До определенной концентрации дикарбоновой кислоты в растворе над твердым осадком глицина не происходит образования смешанного кристалла и уменьшения, вследствие перехода в твердую фазу, концентрации дикарбоновой кислоты в растворе. Это иллюстрируется зависимостью концентрации малеиновой кислоты, реально наблюдаемой в растворе (С2), от введенного количества малеиновой кислоты (С1), приведенной на Рис.2.
| Малеиновая кислота | |||
| Процент кислоты (мольный) | pH свежеприготовленного раствора | pH раствора после выпадения кристаллов | Результат кристаллизации |
| 1 | 4,58 | Y | |
| 5 | 3,83 | 3,58 | Y |
| 10 | 3,46 | 3,23 | Y |
| 20 | 3,01 | 3 | Y + кислый малеат глициния |
Пример 2
350 мг малеиновой кислоты растворили в 25 мл воды. В полученном растворе растворили 8.5 г глицина при нагревании до 50°С. После чего производили охлаждение до 25-30°С. После охлаждения выпадало ~2.5 г глицина, которые можно было отделить при фильтровании или декантрировании раствора. Как минимум, в течение 3-х циклов нагревания - охлаждения растворов глицина в малеиновой кислоте происходит образование гамма-формы глицина (Рис.3).
При повторном добавлении массы глицина в раствор и последующем осаждении при прочих равных условиях количество глицина выпавшего из раствора несколько увеличивается, равно как и концентрация малеиновой кислоты, что связано с частичным испарением раствора и его потерями при отделении осадка.
Анализ осадка, проведенный методом ВЭЖХ, показал, что он может содержать до 1-3% малеиновой кислоты. При простом однократном промывании осадков массой 1.5 г этиловым спиртом в количестве 2 мл содержание малеиновой кислоты уменьшается более чем в 10 раз.
1. Способ получения гамма-глицина из растворов, заключающийся в перекристаллизации глицина в водном растворе при добавлении в раствор 1-10 мол.% малеиновой кислоты.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс проводят многократно путем добавления свежих порций глицина в раствор после отделения осадка гамма-глицина.
