Размещено на http: //www. allbest. ru/

Содержание

• Введение
• 1. Открытие и выделение витаминов группы К
• 2. Физико-химические свойства
• 3. Методы синтеза
• 3.1 Синтез К?
• 3.2 Синтез К?
• 3.3 Синтез К?.
• Заключение
• Список использованных источников

• Введение
• Считают , что витамины группы К играют важную роль в клеточном метаболизме, участвуя в транспорте электронов и окислительном фосфорилировании. Отсутствие витаминов К приводит к явлениям геморрагического синдрома -- нарушению синтеза протромбина в печени. Б. Кудряшов показал, что при участии витаминов К синтезируется новый белковый компонент крови тромботропин. Из протромбина и тромботропина при участии ионов кальция и под влиянием фермента тромбокиназы образуется фермент тромбин. Последний свертывает кровь путем превращения растворимого белка фибриногена в нерастворимый протеин фибрин, образующий тромб.
• Таким образом, механизм процесса свертывания крови можно представить в следующем виде:
• 1) протромбин + тромботропин + + тромбокиназа> тромбин;
• 2) тромбин + фибриноген > фибрин.
• Недостаток витамина К в рационе понижает содержание протромбина в крови, что увеличивает геморрагию. Аналогичное явление имеет место в связи с понижением усвояемости витамина К при недостатке желчи в кишечнике, например при закупорке желчных протоков. Известно, что витамин К обладает кровеостанавливающим действием также при кровоточивости, которая не обусловливается пониженным содержанием протромбина , что связывают с положительным влиянием витамина К па сосудистый эндотелий.
• Установлены следующие показания для применения витамина К с лечебной целью: кровотечения различного характера, геморрагические диатезы, механическая желтуха, болезнь Боткина (эпидемический гепатит), циррозы печени, язвенная болезнь, хронические поражения кишечника.
• Витамин также является стимулятором мышечной деятельности, способствует усилению регенерации тканей, ускоряет заживление ран, обладает болеутоляющим действием и повышает сопротивляемость организма к инфекции.

• 1. Открытие и выделение витаминов группы К

В 1929 году датский учёный Хенрик Дам (дат. Carl Peter Henrik Dam) исследовал последствия недостатка холестерина у цыплят, находившихся на лишённой холестерина диете. Через несколько недель у цыплят развилась геморрагия -- кровоизлияние в подкожную клетчатку, мышцы и другие ткани. Добавление очищенного холестерина не устраняло патологических явлений. Оказалось, что целебным эффектом обладают зёрна злаков и другие растительные продукты. Наряду с холестерином из продуктов были выделены вещества, которые способствовали повышению свертывания крови. За этой группой витаминов закрепилось название витамины К, поскольку первое сообщение об этих соединениях было сделано в немецком журнале, где они назывались Koagulationsvitamin (витамины коагуляции).

В 1939 году в лаборатории швейцарского ученого Каррера впервые был выделен из люцерны витамин К, его назвали филлохинон.

В том же году американские биохимики Бинклей , Дойзи , Алмквист и Физер получили из гниющей рыбной муки вещество с антигеморрагическим действием, но с иными свойствами, чем препарат, выделенный из люцерны. Это вещество получило название витамин К₂, в отличие от витамина из люцерны, названного витамином К₁.

Ансбахер и Фернгольц в 1939 г. открыли К-витаминную активность 2-метил-1,4-нафтохинона , получившего название витамина Кз.

В 1943 году Дам и Дойзи получили Нобелевскую премию за открытие и установление химической структуры витамина K.

Установлено, что витамин K обнаружен в зелёных листовых овощах, таких как шпинат и латук; в зелёном чае; в капустных -- кормовой капусте, белокочанной капусте, цветной капусте, брокколи и брюссельской капусте; в таких растениях, как крапива, дымянка лекарственная, пшеница (отруби) и другие злаки, тыкве, авокадо, в некоторых фруктах, таких как киви и бананы; в мясе; коровьем молоке и молочных продуктах; яйцах; сое и продуктах из неё.

2. Физико-химические свойства

К витаминам группы К, согласно номенклатуре биологической химии, относятся 2 типа хинонов с боковыми цепями, представленными изопреноидными звеньями (цепями): витамины К₁ и К₂ . В основе циклической структуры обоих витаминов лежит кольцо 1,4-нафтохинона. Заметим, что животные ткани наделены способностью синтеза боковых изопреновых цепей, но не могут синтезировать нафтохиноновый компонент. У большинства бактерий витамин К является компонентом дыхательной цепи вместо убихинона.

Для витамина К₁ сохранено название «филлохинон», а для витаминов группы К₂ введено название «менахинон» с указанием числа изопреновых звеньев . В частности, для витамина К₂ рекомендовано название «мена-хинон-6», где цифра 6 указывает число изопреновых звеньев в боковой цепи.

Витамин K₁(филлохинон) впервые был синтезирован из люцерны. Это производное 2-метил-1,4-нафтохинона, содержащего в 3-м положении фитильный радикал, имеющий 20 атомов углерода:

Витамин К₂ открыт в растениях и в организме животных и содержит в боковой цепи от 6 до 9 изопреновых единиц.

Витамин K₁представляет собой светло-желтую жидкость, неустойчивую при нагревании в щелочной среде и при облучении, а витамин К₂ - желтые кристаллы; он также неустойчив. Оба препарата нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях: бензоле, хлороформе, ацетоне, гексане и др.

Помимо витаминов K₁ и К₂, некоторые производные нафтохинона обладают витаминными свойствами и высокой антигеморрагической активностью. Так, синтетический аналог витамина К, лишенный боковой цепи в положении 3, называют витамином К₃ (менадион, или 2-метил-1,4-нафто-хинон); фактически он является провитамином. Поскольку витамин К₃ слабо растворим в воде, на его основе были синтезированы десятки растворимых в воде производных, одно из которых нашло широкое применение в медицинской практике - это синтезированная А. В. Палладиным натриевая соль бисульфитного производного витамина К₃ - викасол :

3. Методы синтеза

3.1 Синтез витамина К₁

витамин химический кислород конденсация

Описаны разнообразные схемы синтеза витамина К ₁. Сущность их заключается в конденсации 2-метил-1,4-нафтогидрохинона с фитолом или изофитолом, (можно также использовать для конденсации фитилбромид), в присутствии различных катализаторов с последующим окислением продукта конденсации кислородом воздуха. В качестве катализаторов могут быть использованы эфират трехфтористого бора, хлоруксусная кислота, хлорид цинка, щавелевая кислота и другие. Применение минеральных кислот или сильных конденсирующих средств (ZnCl₂) приводят к получению значительного количества побочных продуктов.

Наилучшие результаты дает использование в качестве катализатора - диацетата трехфтористого бора.

Из предложенных методов синтеза эффективным является метод Физера. Он заключается в конденсации при температуре 75^о С фитола с 2-меттил-1,4-нафтогидрохиноном в растворе диоксана в присутствии щавелевой кислоты. Дигидровитамин К очищают и окисляют до витамина К_1. Выход витамина составляет 29% (на фитол)

Синтез осуществляют по схеме:

Метод имеет недостатки: щавелевая кислота как катализатор менее эффективна, чем эфиры BF₃ , дигидровитамин К₁ содержит примеси побочных продуктов, выход витамина К₁ невысок, метод синтеза является малоселективным.

Более селективным является путь синтеза, исходя из 2-метил-1,4-нафтогидрохинона и изофитола в присутствии катализатора диацетата ВF? с частичной защитой одной гидроксигруппы по схеме:

Химическая схема синтеза витамина К₁:

Технология производства К₁

1.Получение диацетата менадиола.

Диацетат менадиола получают из 2-метил-1,4-гидронафтогидрохинона восстановлением его до менадиола и последующим ацилированием его уксусным ангидридом.

Процесс восстановления проводится в автоклаве, куда загружают 2-метил-1,4-нафтохинон, суспензию Ni/Re в спирте, продувают азотом и под давлением 1-2 атм. подают водород. Процесс ведут в течение 3-4^х часов при температуре 20-25⁰С.

По окончании процесса сбрасывают давление водорода и отфильтровы-вают катализатор на нутч-фильтре под азотом, катализатор промывают спиртом, раствор передают в вакуум-перегонный аппарат, где проводят отгонку спирта при остаточном давлении 150- 200 мм. рт. ст. и температуре 50-60⁰С почти досуха.

К остатку в аппарат при работающей мешалке приливают уксусный ангидрид, реакционную массу нагревают до кипения (115-118⁰С) при работающем обратном теплообменнике, дают выдержку в течение 2^х часов при температуре 128-130⁰С, затем отгоняют в вакууме (500-600 мм. рт. ст.) избыток уксусного ангидрида и уксусной кислоты. Дают реакционной массе самоохладиться до 40⁰С, выдерживают реакционную массу без перемешива-ния приблизительно 12 часов и сливают ее на охлажденную воду в другой аппарат, перемешивают в течение часа, кристаллы диацетата минадиола отфильтровывают на центрифуге, промывают охлажденной водой до нейтральной реакции. Продукт сушат на воздухе при температуре 20-25⁰С

2.Получение дигидровитамина К₁

В реактор загружают толуол, моноацетат менадиола, изофитол и при перемешивании катализатор - BF₃•2CH₃COOH. Массу нагревают при перемешивании в токе азота при t=50-55°C 4 часа, затем охлаждают до 25°C и передают в сборник. В сборник доставляют сухой лёд и охлажлают массу до (-60)-(-65) °C, выдерживая 10 минут. Осадок непрореагировавшего моноацетата отфильтровывают на нутч-фильтре, промывают охлаждённым толуолом. Сушат в вакуум-сушилке и возвращают в процесс.

Толуольный раствор моноацетата дигидровитамина К₁ загружают в делительную воронку, продувают азотом, добавляют 2%-ный раствор гидроксида калия в воде, перемешивают 20 минут, отстаивают, нижний слой тёмно-красного цвета сливают в сборник. Эфирный слой повторно обрабатывают 2%-ным раствором КОН в воде до слабо-розовой окраски нижнего слоя. Эфирный слой трижды обрабатывают раствором КОН в водном метаноле в делительной воронке, отстаивают и делят слои. Нижний слой, содержащий дигидровитамин К₁ (ДГВК₁) перегружают азотом в делительную воронку на петролейный эфир, перемешивают и делят слои.

Водно-метанольный слой, содержащий ДГВК₁, направляют на окисле-ние. Эфирный слой направляют на регенерацию.

3. Получение витамина К₁.

В реактор, содержащий водно-метанольный слой ДГВК₁ загружают петролейный эфир, пропускают в течение 30 минут воздух при t=10-20°C.

Отстаивают реакционную массу и делят слои. Нижний водно-метанольный слой направляют на получениеш -ионона, а верхний эфирный слой промы-вают водой и сушат сульфатом натрия, Отфильтровывают сульфат натрия на нутч- фильтре, промывают его петролейным эфиром; эфирный слой витамина К₁ пропускают через подготовленный нутч-фильтр через Al₂O₃, фильтрат направляют на отгонку эфира. Петролейный эфир отгоняют в вакууме (остаточное давление 160-230 мм.рт.ст.) при t=40-45°C.

Получают витамин К₁ с выходом 55-60% на изофитол и содержанием основного вещества не менее 90%. Отработанный Al₂O₃ направляют на регенерацию.

Эта схема синтеза витамина К₁ является промышленной и позволяет получить витамин К₁ с хорошим выходом.

3.2 Синтез витамина К₂

В связи с тем, что исследования биологов показали, что биологически активной формой в организме животных является витамин К₂, начались интенсивные исследования по созданию новых и усовершенствованных существующих схем синтеза изопреноидных спиртов, необходимых для получения витамина К₂, а также схем синтеза самого витамина. синтез витамина К_2/15 и К_2/20 был осуществлён Э. Козловым по следующей схеме:

Транс-геранилацетон конденсируют с ацетиленом в прсутствии изобутилата калия в среде толуола. Полученный дегидронеролидол восстанавливают в неролидол, который путём последовательных реакций бромирования, конденсации с натрийацетоуксусным эфиром и омыления переводят в фарнзилацетон (кетон С₁₈). Из него повторением реакций этинилирования и восстановления синтезируют транс-геранилоол.

Второй компонент 1-ацилокси-2-метилнафтогидрохинон синтезируют по схеме:

Метилнафтохинон восстанавливают в 2-метил-нафтогидрохинон, затем его ацилируют уксусным ангидридом и избирательно омыляют в среде диоксана в присутствии аммиака (выход 92%).

Далее ведут его конденсацию с неролидолом (для К_2/15) или геранил-линалолом (для К_2/20) в присутствии катализаторов хлористого цинка или эфирата трёхфтористого бора с выходом 33-39%.

Полученные 1-ацилокси-эфиры омыляют и окисляют оксидом серебра и получают витамины К_2/15 и К2/20.

3.3 Синтез витамина К₃

Витамин К₃ был синтезирован из 2-метил-нафталина при окислении его оксидом хрома (VI) в уксуснокислом растворе с выходами 25-60%.Для окисления 2-метил-нафталина могут быть использованы и другие окислители: пероксид водорода в CH₃COOH, CrO₃, Na₂Cr₂O₇ +H₂SO₄.

Процесс окисления протекает по схеме:

Этот метод синтеза сложен, выход К₃ составляет лишь 30-35%, но сырьё является доступным.

Более эффективным является синтез К₃ в одну стадию из 2-метил-нафталина с выходом 40-50%.

Однако 2-метил-нафталин дорог - в этом недстаток метода

Технология производства К₃.

В реактор, снабжённый мешалкой и обратным теплообменником, загружают бихромат натрия и воду до полного растворения Na₂Cr₂O₇. Затем из мерника загружают постепенно конц. серную кислоту, перемешивают при охлаждении до 0°С. В отдельном реакторе приготавливают раствор 2-метил-нафталина в ледяной уксусной кислоте при 20°С.

В реактор с окислительной смесью в течение 2^х - 3^х часов постепенно из мерника приливают при работающей мешалке раствор 2-метил-нафталина.

Нагревают реакционную массу до 60°С и выдерживают при перемешивании 12-15 часов. Затем по окончании выдержки передают реакционную массу в смеситель на холодную воду, перемешивают и фильтруют на нутч-фильтре.

Осадок промывают на фильтре от солей хрома до получения неокрашенного фильтрата.

Полученный технический метинон перекристаллизовывают из этилового спирта, очищая его активированным углём.

Кристаллы метинона отфильтровывают на центрифуге, промывают спиртом и сушат в вакуум-сушилке. Из маточного раствора выделяют дополнительное количество метинона

В результате второй кристаллизации. Выход метинона на 2-метил-нафталин - 50%. Метинон - кристаллический порошок лимонно-жёлтого цвета. Не устойчив на свету. Т_пл=105-107°С. Не растворим в воде, растворим в органических растворителях.

Рис.1 Технологическая схема синтеза витамина К?

Заключение

Витамины - жизненно важные вещества, необходимые нашему организму для поддержания многих его функций. Поэтому достаточное и постоянное поступление витаминов в организм с пищей крайне важно.

Биологическое действие витаминов в организме человека заключается в активном участии этих веществ в обменных процессах. В обмене белков, жиров и углеводов витамины принимают участие либо непосредственно, либо входя в состав сложных ферментных систем.

Витамины участвуют в окислительных процессах, в результате которых из углеводов и жиров образуются многочисленные вещества, используемые организмом, как энергетический и пластический материал. Витамины способствуют нормальному росту клеток и развитию всего организма. Важную роль играют витамины в поддержании иммунных реакций организма, обеспечивающих его устойчивость к неблагоприятным факторам окружающей среды. Это имеет существенное значение в профилактике инфекционных заболеваний.

Список использованных источников

1. Шнайдман Л.О. Производство витаминов. 2-е издание, переработанное и дополненное [Текст]/ Шнайдман Л.О. - Москва: Пищевая промышленность, 1973. - 439 с.

2. Химическая технология витаминов: Учебное пособие / Н. В. Коротченкова, А. А. Иозеп. - СПб. : Проспект Науки, 2018. - 224 с.

3. Лебеда А. Ф. и др. Лекарственные растения. Самая полная энциклопедия / Научн. ред. Н. Замятина. -- М.: АСТ-пресс книга, 2009. -- С. 138.

Размещено на Allbest.ru