Витамин С (аскорбиновая кислота)
Аскорбиновая кислота представляет собой g-лактон 2,3-дегидро-L-гулоновой кислоты:
В организме аскорбиновая кислота находится также в окисленной форме - дегидроаскорбиновой кислоты:
Аскорбиновая кислота может быть отнесена к производным углеводов:
Аскорбиновую кислоту можно получать из растительного сырья: плодов шиповника, болгарского перца, зеленого грецкого ореха и других. Однако более эффективны синтетические пути производства аскорбиновой кислоты. Так ее получают в количествах, удовлетворяющих общественные потребности.
Аскорбиновую кислоту синтезируют различными методами, которые обеспечивают пространственную структуру из подходящих моносахаридов.
Аскорбиновая кислота имеет два асимметрических атома углерода в положениях 4 и 5, и они образуют четыре оптических изомера и два рацемата. Природная биологически активная аскорбиновая кислота относится к производным гулозы L-ряда. Биологическая активность гексоз L-конфигурации является редкостью, так как природные моносахариды животного организма обычно имеют D-конфигурацию.
D-Аскорбиновая кислота свойствами витамина не обладает, но является почти единственным антагонистом витамина С - она подавляет биологическую активность витамина С. D-Аскорбиновая и D- и L-изоаскорбиновые кислоты в природе не встречаются и получены только синтетически.
Есть много различных путей синтеза витамина С, однако основным исходным сырьем для них является D-глюкоза, в чистом виде получаемая гидролизом кукурузного крахмала. Наиболее простым и экономичным синтезом аскорбиновой кислоты, по которому ведется производство во многих странах, является синтез, который проходит по такой схеме: D-глюкоза ® D-сорбит (выход 98%) ® L-сорбоза (85%) ® диацетон-L-сорбоза (80%) ® диацетон-2-кето-L-гулоновая кислота (95%) ® аскорбиновая кислота (87%). Общий выход аскорбиновой кислоты - 51% от теории, исходя из D-глюкозы.
Процесс окисления D-сорбита в L-cорбозу осуществляют биохимическим методом в результате жизнедеятельности аэробных бактерий.
Технологическая схема производства D-сорбита непрерывным
Методом гидрогенизации
Элеватором 1 глюкозу загружают через бункер 2 в реактор 3, в котором готовят ее 30%-ный водный раствор. Добавляют 0.5% от массы глюкозы активированного угля и после перемешивания при 75оС в течение 5-10 минут фильтруют через нутч-фильтр 4 в сборник 5, откуда насосом 6 перекачивают в смеситель 7. Туда же из мерника 8 непрерывно подают известковую воду и катализатор - никель Ренея. Полученную смесь насосом высокого давления подают в тройник смешения 10. Сюда же компрессором 11 нагнетают водород под давлением 8-10 МПа и полученную суспензию направляют в подогреватель 12, где температуру повышают до 135-140оС. Суспензия непрерывно поступает последовательно в три реактора 13, проходит холодильник 14, где охлаждается до 30-40оС, сепаратор 15, каплеуловитель 16.
Гидрированный раствор направляют в сборник 17 и далее на очистку ионитами. Водород из каплеуловителя возвращают в реакцию.
Получение катализатора
В реакторе приготавливают 25%-ный раствор NaOH и фильтруют на нутч-фильтре. В реакторе-выщелачивателе смешивают щелочь с измельченным сплавом никеля и алюминия. После выщелачивателя реакционную массу сливают в нутч-фильтр. Раствор алюмината натрия отфильтровывают, а катализатор собирают и хранят под водой.
Витамин D (кальциферолы)
Термин «витамин D» объединяет группу близких по химическому строению соединений, регулирующих обмен кальция и фосфора в организме. Он играет огромную роль в формировании костного скелета. В нем нуждаются все млекопитающие, птицы и рыбы. Особенно он необходим в молодом возрасте. Недостаток витамина D приводит к развитию рахита и других заболеваний. Замечено, что рахитом болеют люди, которые мало бывают на солнце.
Витамин D образуется при облучении растительных масел, а точнее, содержащихся в них стеринов. Эргостерин получают из пекарских и кормовых дрожжей, из отходов производства пенициллина.
Витамин D в небольших количествах содержится в яичном желтке, икре, сливочном масле и молоке. Значительно больше его вместе с витамином А в тресковой печени и жире.
К природным витаминам относятся: эргокальциферол (D2), холекальциферол (D3) и дигидроэргокальциферол (D4). Для них установлено строение:
Витамин D2
Витамин D3
Витамин D4
Ряд природных и синтетических витаминов D являются аналогами природного витамина D3. Они характеризуются различными алкильными заместителями при С24 у витаминов D2, D4, D5, D6 и D7 и двойной связью в алифатической части молекулы у витаминов D2 и D6.
Полный химический синтез кальциферолов не имеет практического интереса из-за сложности синтеза стеринового скелета. В качестве исходного сырья для получения кальциферолов пользуются природными стеринами, например, провитамином D2 - эргостерином, синтезируемым пекарскими дрожжами или плесенями. Дрожжи содержат 48-50% белков. Провитамины прочно с ними связаны. По методу ферментативного гидролиза хлебопекарские дрожжи подвергают автолизу при 45оС. Фермент, содержащийся в дрожжах, разрушает белковые вещества, освобождая стерины. Смесь обрабатывают спиртом для извлечения провитаминов группы В. Стерины экстрагируют растворителями.
Превращение эргостерина в эргокальциферол осуществляют фотосинтезом. После облучения спиртового раствора эргостерина, отгонки растворителя и выделения непрореагировавшего эргостерина получают вязкую жидкость, так называемую фотосмолу. Фотосмолу ацилируют 3,5-динитробензоилхлоридом в растворе пиридина
После отгонки пиридина и промывки от динитробензойной кислоты полученный сложный эфир кипятят в ацетоне с активированным углем, фильтруют и кристаллизуют при минус 10оС, кристаллы отделяют на центрифуге. После очистки бензоата перекристаллизацией его омыляют спиртовой щелочью (в метаноле) и получают свободный витамин D2:
После отделения на фильтре соли динитробензойной кислоты (П) раствор охлаждают до минус 2—3оС, выпавшие кристаллы витамина центрифугируют, промывают спиртом и водой, сушат. Синтез ведут в инертной атмосфере, применяют эмалированное оборудование. Выход витамина D2 – 80% от теории.
Витамин D3 получают фотосинтезом из 7-дегидрохолестерина. Последний образуется при бромировании и дегидробромировании холестерина. Промышленный холестерин получают из мозга крупного рогатого скота или из шерстяного овечьего жира – ланолина.
Витамин К
К производным ароматического ряда относятся витамины К и Е.
Свертывание крови является сложным и жизненно важным процессом. При повреждении клеточных тканей под влиянием фермента тромбокиназы из протромбина плазмы крови в присутствии ионов кальция образуется специфический фермент тромбин (не содержащийся в крови). Под влиянием этого фермента растворимый в крови белок фибриноген превращается в нерастворимый фибрин. Из нитей и сгустков фибрина создается основа тромба, закупоривающего сосуд.
Пониженная свертываемость крови является опасной, так как незначительная травма может привести к большой потере крови. Существует такое генетическое заболевание – гемофилия.
С другой стороны, образование тромба без внешних повреждений - тромбофлебит - является тяжелым и трудно поддающимся лечению заболеванием.
Свертываемость крови регулируется в организме витамином К (витамин коагуляции). Витамины группы К являются производными 2-метил-1,4-нафтохинона и обладают кровеостанавливающим действием. Витамин К1 содержится в зеленых частях растений, а витамин К2 – в бактериях и рыбах.
Витамин К3
Витамин К1 (филлохинон, фитохинон) в 1939 году был выделен из люцерны:
Для медицинского применения в качестве препарата фитоменадиона его получают синтетическим путем. В отличие от природного транс-соединения синтетический препарат является рацематом (смесь цис- и транс-изомеров).
Витамин К2 (фарнохинон) выделен из гнилой рыбной муки:
Плохая растворимость витаминов группы К затрудняет их применение в лечебной практике. В 1942 году академику Палладину А. В. удалось синтезировать водорастворимый аналог витамина К, который в медицине нашел широкое применение под названием викасол. Его следует рассматривать как провитамин. Водорастворимость витамина К3 обеспечивают введением в его молекулу сульфогруппы с помощью бисульфита натрия:
Викасол представляет собой белый кристаллический порошок горького вкуса, легко растворимый в воде. Его применяют для увеличения свертываемости крови. Избыток витамина К ведет к тромбофлебиту. Промышленный синтез 2-метил-нафтохинона (витамин К3) из 2-метилнафталина идет в одну стадию:
Исходное сырье 2-метилнафталин получают из каменноугольной смолы или синтетическим путем.