Adrenalin(Adrenalin) ist ein Catechol-Neurotransmitter und ein Hormon, das häufig bei der Herstellung von Medikamenten wie Herzwiederbelebung, Bronchiektasie, Anaphylaxie und Urokinase verwendet wird. In der klinischen Anwendung umfassen herkömmliche Herstellungsmethoden hauptsächlich biologische Methoden, chemische Methoden und biosynthetische Methoden. In diesem Artikel werden diese Vorbereitungsmethoden analysiert.
1. Biologische Methode:
Bei der Biosynthese von Adrenalin wird üblicherweise Tyrosin als Vorstufe verwendet, das durch mehrere enzymkatalysierte Reaktionen hergestellt wird. Die Synthese und Katalyse dieser Enzyme wird durch verschiedene Faktoren wie Hormone, Neurotransmitter und Medikamente reguliert.
1) Umwandlung von Tyrosinhydroxylase in DOPA:
Die ersten Verbindungen, die synthetisiert wurden, waren phenolische Carbonsäuren.
Phenolcarbonsäure wird durch Tyrosinhydroxylase in 3,4-Dihydroxyphenylalanin (DOPA) umgewandelt. Diese Reaktion wird durch das Hormon Dopamin und seine Derivate, Neurotransmitter oder Neuropharmaka reguliert.
2) DOPA wird oxidiert, um Dopamin zu erzeugen:
DOPA-Decarboxylase oxidiert DOPA auch zu Dopamin durch ein Enzym, das durch die Synthese von Dopamin vermittelt wird.
3) N-Methyltransferase regt Dopamin zur Bildung von Noradrenalin an:
Noradrenalin wird durch die Wirkung der Dopamin-N-Methyltransferase in Adrenalin umgewandelt.
Zu den in biologischen Methoden häufig verwendeten Techniken gehören Protein-Engineering und Gen-Engineering.
2. Chemische Methode:
Bei der chemischen Synthese bilden Tyrosin und Formaldehyd durch eine 1-{2}Additionsreaktion Methyl-DOPA (Maxwell-Reagenz). Methyl-DOPA zerfällt bei 60 Grad durch Decarboxylierung und bildet Adrenalin.
Die chemische Synthese von Adrenalin umfasst hauptsächlich die folgenden Reaktionen:
1) Michael-Addition von Tyrosin und Formaldehyd
Tyrosin und Formaldehyd durchlaufen unter geeigneten Reaktionsbedingungen eine 1,4-Michael-Additionsreaktion, um ein Methyl-DOPA-Zwischenprodukt zu erzeugen.
2) Decarboxylierung
Das Methyl-DOPA-Zwischenprodukt zersetzt sich bei hoher Temperatur durch die Decarboxylierungsreaktion und bildet Adrenalin.
Zu den Vorteilen der chemischen Synthese von Adrenalin gehören die fehlende Bindung an die Biokatalyse, eine hohe Syntheseeffizienz und die Möglichkeit, durch Strukturveränderungen eine Vielzahl von Adrenalinderivaten herzustellen. Allerdings hat die chemische Methode auch Nachteile wie komplizierte Verfahren und hohe Kosten.
3. Biosynthese:
Die biosynthetische Synthese von Adrenalin erfolgt hauptsächlich mithilfe der mikrobiellen Synthesetechnologie. Durch das Screening und Modifizieren mikrobieller Stämme können sie Adrenalin produzieren.
Zu den gängigen Produktionswirtsmikrobenstämmen für die Genrekombination gehören Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, Trichoderma usw., und die Synthese von Adrenalin durch rekombinante Expression von Escherichia coli ist ein beliebterer Weg. Der Kern der Methode besteht darin, den Stoffwechselweg von Tyrosin aus der Zelle zu entfernen und dann seinen Stoffwechselweg im Behälter zu kultivieren, sodass eine große Menge Adrenalin produziert werden kann. Der größte Teil dieses Ansatzes ist automatisiert und leicht skalierbar.
4. Fazit:
Biologische Methoden, chemische Methoden und biosynthetische Methoden sind allesamt herkömmliche Methoden zur Herstellung von Adrenalin. Die biologische Methode kann aus physiologischer und pharmakologischer Sicht tatsächlich natürliches Adrenalin erzeugen und natürliche Arzneimittelwirkungen erzielen, wird jedoch durch Gene und Enzyme reguliert, was die Herstellung erschwert. Chemische und biosynthetische Methoden weisen eine hohe Effizienz und hohe Ausbeute auf. , Hohe Charakterisierungs- und Modifikationseigenschaften, aber der chemische Prozess ist umständlich und kostspielig, und die Biosynthesemethode ist schwierig, ihre Effizienz aufrechtzuerhalten, kann aber das mikrobielle Wachstum und den Stoffwechsel für die Massenproduktion effektiv koordinieren.
Adrenalin (Epinephrin), ein Neurotransmitter und Hormon, ist ebenfalls ein wichtiges Medikament. Es erzeugt physiologische Wirkungen durch die Bindung an adrenerge Rezeptoren. Adrenalin umfasst Amphetamin- und Katecholaminderivate und wird häufig zur Behandlung von Erkrankungen wie Asthma, Herzrasen und schweren allergischen Reaktionen eingesetzt. Darüber hinaus wird das Medikament auch bei der Ersten Hilfe und der assistierten Entbindung eingesetzt.
Die chemische Reaktion von Adrenalin beinhaltet die Wechselwirkung mehrerer chemischer Teile, daher wird in diesem Artikel die Rolle dieser Teile bei der chemischen Reaktion vorgestellt.
Chemische Struktur:
Zunächst wird die chemische Struktur von Epinephrin vorgestellt. Das Adrenalinmolekül besteht aus einer Phenylethylaminstruktur und einer Catecholringstruktur, die Abkürzung lautet Epi. Es gibt zwei chirale Kohlenstoffatome, die sich jeweils in der und-Position befinden. Daher existiert Adrenalin in vier Stereoisomeren, nämlich (R,R)-Epi, (S,S)-Epi, (R,S)-Epi, (S,R)-Epi. Unter ihnen ist nur (R,R)-Epi das Isomer mit starker physiologischer Aktivität, das auch das Hauptisomer ist, das in vivo produziert wird.
Reaktion von Adrenalin mit Wasserstoffionen:
Am Benzolring von Adrenalin befinden sich Hydroxyl- und Amingruppen, daher weist es eine gewisse Säure und Alkalität auf. Wenn Adrenalin mit Wasserstoffionen (H^plus) interagiert, können folgende Reaktionen auftreten:
Epi plus H^ plus → EpiH^ plus
Dies ist eine kritische Reaktion, da EpiH^ plus ein Produkt der Ionisierung von Adrenalin ist und dadurch dessen Eigenschaften in physiologischer und pharmakologischer Hinsicht beeinflusst.
Oxidationsreaktionen von Adrenalin:
Die Hydroxyl- und Amphetamingruppen von Adrenalin haben offensichtliche Redoxeigenschaften und können Oxidationsreaktionen eingehen. Wenn Adrenalin mit Sauerstoff in Kontakt kommt, können folgende Reaktionen auftreten:
Epi plus O2→ EpiO2
Darüber hinaus kann es auch zu einer Oxidationsreaktion kommen, wenn Epinephrin mit bestimmten Oxidationsmitteln wie Wasserstoffperoxid in Kontakt kommt.
Säure-Base-Reaktion von Adrenalin:
Die Hydroxyl- und Amingruppen von Adrenalin sind ebenfalls sauer und basisch und können bei unterschiedlichen pH-Werten komplexe Säure-Base-Reaktionen hervorrufen. Wenn der pH-Wert niedriger ist als der pKa-Wert der Verbindung (3,5 und 9.0), wird die Hydroxylgruppe protoniert, was zu einer starken Lewis-Säure EpiH^ plus führt; Wenn umgekehrt der pH-Wert höher als der pKa-Wert ist, wird die Amingruppe deprotoniert, Epi^- ergibt eine starke Lewis-Base. Dieses Zusammenspiel von sauren Eigenschaften und pH-Wert hat einen erheblichen Einfluss auf die Wirksamkeit und Nebenwirkungen von Adrenalin in medizinischen Anwendungen.
Stickstoffvergasungsreaktion von Adrenalin:
Aufgrund der Redoxeigenschaften kann die Amingruppe in Adrenalin auch eine Nitrogenierungsreaktion eingehen, wenn sie bestimmten chemischen Reagenzien ausgesetzt wird. Wenn Adrenalin beispielsweise mit Quecksilbernitrat in Kontakt kommt, kommt es zu einer dunkelblauen chemischen Reaktion:
Epi plus Hg(NR3)2→ HgO2N-Epi plus 2HNO3
Die oben genannten sind einige typische Arten chemischer Adrenalinreaktionen, und jeder Teil davon spielt eine unterschiedliche Rolle in der Reaktion. Die Merkmale und Eigenschaften chemischer Reaktionen haben einen wichtigen Einfluss auf die pharmakologischen Wirkungen und medizinischen Anwendungen von Adrenalin und bieten Chemikern und Pharmakologen auch Orientierungshilfen und Ideen für die Entwicklung besserer Arzneimittel.