The technology of obtaining high-purity taurine (2-aminoethanesulfonic acid) was investigated for the purpose of applying the technology on an industrial scale.Исследована технология получения высокочистого таурина (2-аминоэтансульфоновой кислоты) с целью применения ее в промышленных масштабах

E. Bulychev Yu.

N. Rubanyak Yu.

Н. Рубаняк Ю.

Э. Булычев Ю.

Russian

N. Yu. Rubanyak

E. Yu. Bulychev

Н. Ю. Рубаняк

Э. Ю. Булычев

Fine Chemical Technologies (E-Journal) / Тонкие химические технологии

«Вестник МИТХТ», 2010, т. 5, № 3   79ХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СОЕДИНЕНИЙ И БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ УДК 547.436 ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОМЫШЛЕННОГО СИНТЕЗА 2-АМИНОЭТАНСУЛЬФОНОВОЙ КИСЛОТЫ (ТАУРИНА) Н.Ю. Рубаняк, студент, Э.Ю. Булычев, доцент кафедра Химии и технологии биологически активных соединений  им. Н.А. Преображенского МИТХТ им. М.В. Ломоносова e-mail: nata1y_@inbox.ru    сследована технология получения высокочистого таурина (2-аминоэтансульфоновой кислоты) с целью применения ее в промышленных масштабах. The technology of obtaining high-purity taurine (2-aminoethanesulfonic acid) was investigated for the purpose of applying the technology on an industrial scale. Ключевые слова: 2-аминоэтансульфоновая кислота, таурин, промышленный синтез, моноэтаноламин, сульфит натрия, электродиализ. Key words: 2-aminoethanesulfonic acid, taurine, industrial synthesis, monoethanolamine, sodium sulfite, electrodialysis. Таурин – 2-аминоэтансульфоновая кислота (H2N-CH2-CH2-SO3H) – был открыт в 1827 году Леопольдом Гмелиным [1] как основной элемент бычьей желчи, откуда и получил свое название – «taurus» в переводе с латыни озна-чает «бык». Он содержится во всех жизненно важных органах человека (мозг, сердце, печень, почки, поджелудочная железа, сетчатка глаза и др.), входит в состав материнского молока и плазмы крови. Его часто относят к серусодер-жащим аминокислотам, хотя в отличие от них он не содержит карбоксильную группу и не входит в состав белков. С типичными амино-кислотами его роднит то, что в водных физио-логических растворах он присутствует в виде цвиттер-иона: H3N+CH2CH2SO3- и может входить в состав короткоцепочечных пептидов. За многооб-разную биологическую активность многие иссле-дователи относят таурин к витаминоподобным веществам. В организме человека он производится из двух серусодержащих аминокислот, заменимой и неза-менимой – цистеина и метионина. Схема превра-щения L-цистеина в таурин представлена ниже:    I – L-цистеин; II – цистеинсульфиновая кислота; III – гипотаурин; IV – таурин;  1 – цистеиноксидаза; 2 – цистеинсульфинатдекарбоксилаза; 3 – гипотауриндегидрогеназа + витамин В6.  Кроме того, его можно дополнительно получать с пищей (до 0.4 г в день в зависимости от состава рациона). Больше всего таурина содержится в морепродуктах (ракообразных, моллюсках, кальмарах), также он присутствует в мясных продуктах, в яйцах и в рыбе. Растительная пища (овощи, фрукты, злаки) таурин не содержит. Довольно длительный период времени (с момента открытия и до 70-х годов прошлого столетия) отношение ученых к таурину было нейтральным и только в последние десятилетия в связи с ростом заболеваний, вызванных ухудшением экологической обстановки в местах проживания населения, интерес к этому соединению сильно вырос. В ходе многочисленных исследований были установлены следующие виды биологического действия таурина [2]: • Таурин нормализует внутриклеточный обмен кальция; • Стабилизирует клеточные мембраны; • Играет роль иммуномодулятора; • Необходим как фактор роста; • Требуется для осуществления функций зрения; • Тормозит повышение концентрации холестерина в крови; • Важен для функционирования желчной системы; • Стимулирует выделение инсулина поджелудочной железой; • Обладает антисклеротическим, антиток-сическим и антиоксидантным действиями; • Может использоваться в качестве радиопротектора. Ввиду такого широкого спектра действия, таурин применяется в медицине (препараты Тауфон, Дибикор и др.), в пищевой про-мышленности (БАДы, компоненты детских мо-лочных смесей и энергетических напитков и т.п.), в ветеринарии (средства профилактики глазных заболеваний у кошек и важный компонент сухих питательных кормов). В связи с этим возникает проблема промышленного производства таурина, поскольку в нашей стра-И «Вестник МИТХТ», 2010, т.5, № 3   80не он, если и производится, то в небольших объемах; основная потребность в нем покрыва-ется крупными поставками субстанций таурина из-за рубежа (Китай, страны Западной Европы). Существуют два способа получения таурина: из пищевого сырья (морепродукты, моллюски, кальмары, гидробионты, петушиные гребни и др.) и химический синтез. Для получения небольших партий, в основном, используется первый метод, основанный на экстракции таурина водными органическими растворителями (этанол, мета-нол, ацетон и др.) из содержащего его природного сырья животного происхождения. Этот довольно простой способ позволяет получать технический таурин, непригодный для медицинских целей, так как в готовом продукте содержатся примеси органической и неорга-нической природы, от которых довольно трудно избавиться. Очистка таурина от этих примесей сильно усложняет технологический процесс: возрастает число стадий, увеличивается количество отходов, растут затраты сырья и вспомогательных материалов, а также трудо- и энергозатраты. Довольно интересная и перспективная технология получения таурина из кератинсодержащего сырья была разработана в РХТУ им. Д.И.Менделеева [3]. В основе этой технологии лежит микробиологический процесс переработки рогокопытного сырья – отхода мясокомбинатов, с последующей многоста-дийной очисткой. Богатое серусодержащими аминокислотами исходное сырье в начале подвергается глубокому ферментативному гидролизу с помощью протеаз, выделенных из поджелудочной железы. Образующиеся в результате гидролиза L-цистеин, L-цистин, L-метионин подвергаются биотрансформации в целевой продукт – таурин с помощью группы ферментов, содержащихся в печени убойных животных. Выход таурина (содержание основного вещества 96%) составляет 70%. Однако, эта технология пока еще окончательно не отработана, поэтому выход, чистота целевого продукта и другие технологические параметры будут оптимизированы.  Таким образом, химический синтез пока является, видимо, наиболее реальным методом для промышленного производства таурина. В основе различных модификаций этого способа получения таурина лежат две реакции:  1) Взаимодействие моноэтаноламина с серной кислотой:   H2NCH2OH+H2SO4→ H2NCH2CH2OSO3H+H2O  2) Реакция производного моноэтаноламина с раствором сульфита натрия (в кислой среде):  H2NCH2CH2OSO3H +Na2SO3 P-P→ H2NCH2CH2SO3H +Na2SO4  Главной проблемой химического синтеза таурина является отделение таурина от органических солей (сульфатов и сульфитов), а также от примесей. На наш взгляд, наиболее перспективным является использования для этой цели электродиализа. Отечественными авторами [4] была предложена оригинальная конструкция многокамерного (8 камер) аппарата для электродиализа с чередующимися катионо- и анионообменными мембранами. Этот высокопроизводительный аппарат, рабо-тающий в непрерывном режиме, позволяет очистить таурин от солей и от примесей до очень высокой степени (содержание основного вещества в конечном продукте не ниже 99%, что превосходит показатели лучших зару-бежных образцов). Вышеописанный метод синтеза таурина и способ его очистки с помощью отечественного аппарата для электродиализа были положены в основу проектируемого крупнотоннажного производ-ства таурина на основе моноэтаноламина. Сущность этой технологии может быть проиллюстрирована следующей блок-схемой (рис. 1). Как видно из приведенной схемы, производство таурина базируется на доступном и дешевом отечественном сырье, имеет небольшое число стадий. Количество отходов невелико, и их можно легко обезвредить или направить на рецикл. Целевой продукт – таурин получается высокого качества, превосходя по этому показателю лучшие зарубежные образцы.  По данному процессу были выполнены предварительные технико-экономические рас-четы, которые показали, что поскольку аналогов препарата такого качества нет даже за рубежом, актуальной задачей в современных условиях является организация отечественного производства субстанции таурина, с после-дующим увеличением промышленного выпуска препарата для удовлетворения потребностей нашей страны и для экспорта за рубеж. Авторы благодарят профессора С.А. Кедика за предоставленные материалы и консультации при написании данной статьи. «Вестник МИТХТ», 2010, т. 5, № 3   81  ЛИТЕРАТУРА: 1. Hilton, J. The biosynthesis, function and deficiency signs of taurine in cats / J. Hilton // Can.Vet. J. – 1988. – Vol. 29, № 7. – P. 598–601. 2. Нефедов, Л. И. Таурин: биохимия, фармакология и медицинское применение / Л. И. Нефедов. –  Минск, 1999. – 145 с. 3. Соболева, А. В. Разработка основ технологии получения таурина из кератин-содержащего сырья: автореф. дис…канд. хим. наук : 03.00.23 / Соболева Анна Викторовна. – М., 2004. – 17 с. 4. Пат. 2066312 РФ МКИ C07C309/14, C25B3/10. Способ получения 2-аминоэтансульфоновой кислоты / Е. И. Нестерова, А. А. Конарев, М. Г. Кочеткова, Л. С. Помогаева, Б. М. Фельдман, Е. Ф. Прохода, В. В. Заболоцкий (РФ). – Заявка 4951139/04 от 27.06.1991 ; опубл. 10.09.1996, бюл.15/2002.    

Проблемы и перспективы промышленного синтеза 2-аминоэтансульфоновой кислоты (таурина)

https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/download/979/1025

Проблемы и перспективы промышленного синтеза 2-аминоэтансульфоновой кислоты (таурина)

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Fine Chemical Technologies (E-Journal) / Тонкие химические технологии