Етанол: властивості і застосування. Негативні наслідки метаболізму етанолу Етиловий спирт в медицині
Компоненти коньячного спирту діляться на речовини, що переходять при перегонці з виноматеріалів, і на речовини, утворені при витримці в дубових бочках. Остання система класифікації цих компонентів розглядає речовини, що перейшли при перегонці виноматеріалів разом з летючими речовинами, а речовини, утворені при витримці - з нелетучими.
Летючі речовини.
Головним компонентом коньячного спирту є етиловий спирт і вода. Решта речовини слід розглядати як домішки до цих двох основних компонентів. Високоякісний коньячний спирт в своєму складі повинен мати певний мінімум летючих домішок (в іншому випадку такий коньячний спирт вважається ректифікованим). Слід зазначити, що надмірно велика кількість летючих домішок погіршує якість коньячного спирту.
У коньячних спиртах, крім етилового спирту, знайдено кілька інших аліфатичних спиртів: метанол, пропіловий, бутиловий, ізобутиловий аміловий, ізоаміловий і інші спирти.
Метиловий спирт (СН4ОН) характеризується наступними показниками: молекулярна маса 32,04; щільність ρ \u003d 0,7913; температура плавлення 97,7 ° С, температура кипіння 64,7 ° С.
Метиловий спирт (метанол) - це безбарвна рідина, в чистому вигляді її запах нагадує етанол, змішується з водою в будь-яких співвідношеннях, добре розчиняється в багатьох органічних розчинниках. Метанол - це отруйна рідина, вдихання його парів також шкідливо, як і прийом всередину. У харчових продуктах і напоях допускається не більше 0,1% об.
У грузинських і молдавських коньячних спиртах метанолу міститься від слідів до 0,08%. У коньячних спиртах з червоних виноматеріалів кількість метилового спирту помітно вище (в два рази і більше), ніж в білих. Коньячні спирти, отримані по кахетинської технології (витримка на гребенях), містить метанолу 296 ... 336 мг / дм3, що два рази вище, ніж з виноматеріалів, отриманих за європейською технологією (136 ... 288 мг / дм3).
Коефіцієнт ректифікації метанолу менше одиниці, тому при перегонці коньячних виноматеріалів він переходить в хвостову фракцію. В процесі окислення перманганатом калію метиловий спирт переходить в мурашиний альдегід, що дає з фуксінсерністой кислотою (краще хромотроповой кислота) стійкий фіолетовий колір. Така реакція може бути використана при якісному визначенні метанолу в спиртових напоях.
Етиловий спирт (етанол, С2Н5ОН) має молекулярну масу 46,07, щільність ρ \u003d 0,789, температуру кипіння 78,35 ° С і температуру плавлення 114,5 ° С. Це головний продукт спиртового бродіння цукрів з характерним слабким запахом, безбарвна рідина. З водою змішується в будь-яких співвідношеннях. При утриманні 95,57% мас. спирт кипить і переганяється при постійній температурі 78,15 ° С.
З хімічних властивостей етилового спирту необхідно відзначити наступні реакції: він легко заміщає водень в гідроксильної групі на метал, легко утворює алкоголят натрію і алкоголят алюмінію, з кислотами утворює складні ефіри, а з альдегідами - напівацеталі і ацетали. Окислення етанолу в ацетальдегід відбувається під дією розчинного в спирті кисню. Етиловий спирт легко окислюється двуххромовокіслим калієм, перманганатом та іншими окислювачами, використовуваними при кількісному визначенні спирту. Розчинність кисню в спирті в кілька разів вище, ніж у воді (в зв'язку з утворенням емульсії). Етиловий спирт в пароподібному стані з повітрям утворює горючі вибухові суміші. Так при концентрації парів спирту в повітрі, що дорівнює 3,28%, суміш вибухає. Крім того, пари спирту при постійному вдиханні шкідливі для організму людини. Запах етилового спирту при концентрації 0,25 мг / дм3 легко відчувається в повітрі.
Вищі спирти.
У виноробстві і коньячному виробництві вищі спирти розглядають як суму аліфатичних спиртів з вмістом вуглецевих атомів більше трьох. Це пропіловий, бутиловий, аміловий, гексиловий, гептиловий, октіловий, ноніловий і інші спирти, і їх ізомери. У винах і коньяки їх, в основному, визначають сумарно. Застосовуючи сучасні прилади і хроматографію, їх почали розділяти на окремі компоненти.
пропіловий спирт (С3Н6ОН) має молекулярну масу 60,09, щільність ρ \u003d 0,8036, температуру плавлення 126,1 ° С, температуру кипіння 97,2 ° С. Він легко змішується з водою, етиловим спиртом, бензолом і ефіром.
Бутиловий спирт (С4Н9ОН) має молекулярну масу 74,0, щільність ρ \u003d 0,80978, температуру кипіння 117,4 оС. У холодній воді розчиняється до 9% при 15 ° С.
ізобутиловий спирт (С4Н11ОН) має молекулярну масу 74,0, щільність ρ \u003d 0,802, температуру кипіння 108,1 оС. У воді ізобутіловий спирт розчиняється в кількості близько 10% при температурі 15 ° С, добре розчиняється в спирті, ефірі і бензолі.
Аміловий спирт (С5Н11ОН) має молекулярну масу 88,15, щільність ρ \u003d 0,814, температуру кипіння 137,8 оС.
ізоаміловий спирт (С5Н11ОН) - оптично активний, має молекулярну масу 88,15, щільність ρ \u003d 0,814, температуру кипіння 132,1 оС. Являє собою маслянисту рідину з дуже характерним неприємним запахом. Пари ізоамілового спирту дратують слизову оболонку і викликають кашель. Він погано розчиняється у воді, але добре розчиняється в ефірі, спирті і бензолі.
ізоаміловий спирт (С5Н11ОН) - оптично активний, має молекулярну масу 88,15, щільність ρ \u003d 0,819, температуру кипіння 129,4 оС. Являє собою також маслянисту рідину, що має більш різкий запах, ніж неактивний ізоаміловий спирт.
Обидва ізоамілового спирту становлять найбільш значну частину сивушних масел, при цьому активного спирту міститься трохи менше.
Всі вищі спирти є основними незамінними компонентами летючих домішок коньячних спиртів. Їх вміст коливається в межах 1000 ... 3000 мг / дм3.
Освіта вищих спиртів при бродінні виноградного сусла залежить від багатьох факторів: раси дріжджів, умов бродіння (аеробні або анаеробні) і ін. Помітно впливає на освіту вищих спиртів в бродячому суслі величина рН. При рН 2,6 зафіксовано мінімальну кількість вищих спиртів. При рН 4,5 вміст вищих спиртів збільшується в два рази, а при подальшому збільшенні рН зміст вищих спиртів слабо знижувався.
Помітно впливає на освіту вищих спиртів і температура середовища (при температурі бродіння від 15 до 35 оС). Максимум освіти вищих спиртів встановлений при температурі 20 ° С, а при температурі бродіння 35 оС кількість вищих спиртів зменшується в чотири рази.
Вплив факторів інтенсифікації росту дріжджів (біотин, тіамін, пантотенова кислота та ін.) Залежить від природи джерел азоту.
В даний час доведено, що сивушні спирти утворюються не тільки з амінокислот, але також з цукрів при їх зброджування. Отже, вищі спирти можуть бути як вторинними, так і побічними продуктами спиртового бродіння. В цілому, освіта вищих спиртів залежить від сумарної активності обміну дріжджів.
Таким чином, в коньячному спирті вищі спирти мають двояке походження. Перша їх частина є складовим компонентом ефірних масел винограду, що перейшли спочатку в виноматеріали, а потім в коньячний спирт при їх перегонці. Інша частина обумовлена \u200b\u200bжиттєдіяльністю дріжджів, що утворюють вищі спирти як з цукру, так і з амінокислот в результаті дезамінування або переаминирования з подальшим дезаминированием.
Вищі спирти є токсичними речовинами. Ця токсичність підвищується зі збільшенням молекулярної маси. Якщо токсичність етилового спирту прийняти за одиницю, то токсичність ізобутанолу буде дорівнювати чотирьом, а ізоамілового спирту - 9,25.
З саліциловим альдегідом вищі спирти дають характерний червоний колір, що використовується при їх кількісному визначенні.
Органічні кислоти.
У витриманих коньячних спиртах основними кислотами є нелеткі кислоти, утворені при екстракції компонентів дуба (амінокислоти, дубильні речовини, ароматичні і поліуронових кислоти).
Основними кислотами свежеперегнанного коньячного спирту є кислоти жирного ряду: мурашина, оцтова, пропіонова, масляна, валеріанова, капронова, енантового, каприлова, пеларгонова, лауриновая, миристиновая і інші органічні кислоти.
Нижче в таблиці наведена коротка характеристика органічних кислот жирного ряду в коньячних спиртах.
Таблиця Основні кислоти свежеперегнанного коньячного спирту жирного ряда
|
Назва кислоти |
Хімічна формула |
Молекулярна маса |
Пліт-ність, г / см3, ρ |
Темпер-туру плавл-ня, оС |
Темпер-туру кипіння, оС |
коротка характеристика |
|
|
мурашина |
Безбарвна рідина з їдким запахом, змішується з водою, спиртом, ефіром |
||||||
|
оцтова |
Безбарвна рідина з характерним запахом, розчиняється в воді, спирті, ефірі, бензолі |
||||||
|
пропіонова |
Безбарвна рідина з гострим запахом, розчинна у воді, спирті, ефірі |
||||||
|
масляна |
Безбарвна рідина, розчинна в спирті, ефірі, запах неприємний |
||||||
|
валеріанова |
Рідина з характерним запахом, розчиняється в спирті, ефірі, гірше у воді |
||||||
|
капронова |
Масляниста рідина з характерним запахом, розчиняється в спирті і ефірі |
||||||
|
енантового |
Масляниста рідина з характерним запахом |
||||||
|
каприлова |
Масляниста рідина, розчиняється в спирті і ефірі, бензолі хлороформі, гарячій воді |
||||||
|
пеларгонова |
Розчиняється в спирті, ефірі, бензолі |
||||||
|
капріновая |
|||||||
|
лауринова |
Безбарвні голки, розчинні в ефірі, бензолі, спирті. Переганяється з парою води |
||||||
|
міристинова |
У коньячних спиртах летючих кислот міститься від 80 до 1000 мг / дм3, а іноді і більше.
Крім органічних кислот, в коньячних спиртах та коньяки зустрічаються і мінеральні кислоти. Головним чином, це сірчиста і сірчана, що утворюється при її окисленні. Ці кислоти присутні в коньячних спиртах, виготовлених з сульфітоване виноматеріалів. Кількість загальної сірчистої кислоти (в перерахунку на SO2) в свежеперегнанного спирті може досягати 240 мг / дм3.
Величина рН в коньячних спиртах та коньяки помітно коливається залежно від технології, типу і їх віку. При фракціонованій перегонці рН знижується. Наприклад, якщо головна фракція мала рН 6,2, то середня фракція (до фортеці 42,5%) має рН 4,0, а хвостова - 3,2. Все це залежить як від змісту кислот, так і від міцності спирту, яка пригнічувала дисоціацію карбокісільніх груп. Тому в більш міцних водно-спиртових розчинах величина рН однієї і тієї ж кислотності вище, ніж в слабких розчинах.
Найбільш різко змінюється рН в коньячних спиртах та коньяки в перші два роки витримки. Починаючи з 10 років витримки рН практично не змінюється в межах 4,1 ... 4,0.
Складні ефіри.
Основну частину ефірів в коньячних спиртах та коньяки представляють етилові ефіри жирних кислот, зміст яких, в більшості випадків, коливається від 300 до 1600 мг / дм3. До них, в основному, відносяться муравьіноетіловий і уксусноетіловий ефіри.
Муравьіноетіловий ефір (С3Н6О) має молекулярну масу 74, щільність 0,91678 г / см3, температуру кипіння 54,3 ° С. У воді легко розчиняється при температурі 25 ° С.
уксусноетіловий ефір (Етилацетат) (С4Н8О2) має молекулярну масу 88,10, щільність 0,9006 г / см3, температуру плавлення - 83,6 оС, температуру кипіння - 77,1 ° С. Це безбарвна рідина з ефірно-фруктовим запахом. У будь-яких співвідношеннях змішується з багатьма органічними розчинниками (спиртом, ефіром, бензолом і ін.).
Крім цих ефірів в коньячних спиртах та коньяки знайдені такі етилові ефіри жирних кислот: етілпропіанат (С7Н12О), етілбутірат (С7Н12О2), етілвалеріанат (С7Н14О2), етілкапронат (С8Н16О2), етіленантат (С9Н18О2), етілкапрінат (С12Н24О2), етіллаурат (С14Н28О2) і ін.
Крім етилових ефірів жирних кислот в коньячних спиртах знайдені ефіри пропилового, бутилового, амилового, гексиловий спиртів і їх ізомерів.
Як в коньячних спиртах, так і в коньяки головним компонентом складних ефірів є етилацетат і енантовий ефір, що утворюються, в основному, дріжджами в процесі бродіння. Залежно від раси дріжджів або умов бродіння кількість енантового ефіру може змінюватися. В цілому, зміст ефірів в коньячних спиртах та коньяки залежить від концентрації кислот і спиртів.
Дуже важливою властивістю складних ефірів є їх здатність обмилюють під дією лугів, що використовується для їх кількісного визначення.
Слід зазначити, що при цьому уксусноетіловий ефір обмилюється значно легше, ніж ефіри більш вісококіпящіх кислот, що використовується для визначення енантового ефірів в коньячних спиртах. З гідроксиламіном складні ефіри утворюють гідроксамат, що дають в присутності тривалентного заліза характерний темно-синій колір.
Альдегіди і ацетали.
Кількість легколетких альдегідів (аліфатичних) в коньячних спиртах знаходиться в межах 50 ... 500 мг / дм3 абсолютного спирту. В цілому, в коньячних спиртах знайдені в значних кількостях такі легколетучие альдегіди, як оцтовий, пропіоновий, ізомасляной і ізовалеріанової.
оцтовий альдегід (Ацетальдегід, етаналь) (С2Н4О) має молекулярну масу 44,05; щільність ρ \u003d 0,783 кг / дм3, температуру плавлення - 122,6 оС, температуру кипіння - 20,8 ° С. Це безбарвна легкоподвижная рідина з різким характерним запахом, легко змішується з водою, спиртом і ефіром. Реагує з бісульфітом натрію і сірчистим ангідридом.
пропіоновий альдегід (С3Н6О) має молекулярну масу 58,08; щільність ρ \u003d 0,807 кг / дм3, температуру плавлення - 81 оС, температуру кипіння - 49,1 ° С. Це рідина з задушливим запахом, змішується зі спиртом і ефіром, слабо розчинна у воді.
ізомасляной альдегід (С4Н8О) має молекулярну масу 72,0; щільність ρ \u003d 0,794 кг / дм3, температуру кипіння - 64 ° С.
ізовалеріанової альдегід (С5Н10О) має молекулярну масу 86,13; щільність ρ \u003d 1,39 кг / дм3, температуру плавлення - мінус 51 ° С, температуру кипіння - 92,5 ° С.
Всі альдегіди в водних розчинах приєднують воду, тому вони не поглинають світло в ультрафіолетовій області спектра. Дуже важливою властивістю альдегідів є їхня реакція з бісульфітом і сірчистої кислотою. Дуже чутливі альдегіди до дії окислювачів, причому вони здатні і до самоокісленія з утворенням карбонових кислот.
Характерною реакцією для альдегідів і кислот є взаємодія їх в кислому середовищі з 2,4-дінітрофенілгідразіном з утворенням 2,4- дінітрофенілгідразона, що дає в лужному середовищі сильну червоне забарвлення. Цю реакцію можна використовувати для кількісного визначення альдегідів.
У коньячних спиртах загальний вміст аліфатичних альдегідів коливається в межах від 30 до 300 мг / дм3. Основну частину з них становить оцтовий. Крім того, в коньячних спиртах зустрічаються кротоновий, пропіоновий, ізомасляной і ВАЛЕР'ЯНОВА альдегіди.
При витримці коньячних спиртів збільшується тільки зміст оцтового альдегіду, зміст інших аліфатичних альдегідів знижується.
Альдегіди з коньячним спиртами утворюють ацетали з виділенням двох молекул води. Стійкість ацеталей в лужному середовищі значно вище, ніж в кислому, де вони швидко омиляются до початкових альдегідів і спиртів.
В цілому, освіта ацеталей і напівацеталю в коньячних спиртах призводить до пом'якшення різких тонів в букеті коньяку.
Відповідно до закону дії мас, в коньячних спиртах та коньяки основним фактором, що впливає на концентрацію ацеталей, є вміст спирту.
Найважливішими летючими сполуками, що впливають на якісні показники коньяку, є бутиленгліколь, ацетоін і діацетил, кількість яких в коньячних спиртах складає: бутиленгліколь - 6,1 мг / дм3; ацетоина - 4,6 мг / дм3 і диацетила - 1,6 мг / дм3. У коньячних спиртах містяться ще й летючі аміни, які є хвостовими домішками при перегонці виноматеріалів.
нелеткі речовини (Екстрактивні речовини) коньячних спиртів є компоненти, витягнуті з дубової бочки, і продукти їх хімічних перетворень. Кількість нелетких речовин в коньячних спиртах залежить від температури спиртів в процесі зберігання, часу витримки в бочках, ємності бочок, складу різних спиртів і ряду інших чинників.
Французькі коньяки містять екстрактивних речовин від 4,5 до 12 г / дм3, вірменські - від 9,86 до 9,62 г / дм3, італійські - до 21,5 г / дм3, грузинські (витримані від 2 до 22 років) - від 1,5 до 6,0 г / дм3.
Екстрактивні речовини при витримці коньяків піддаються різним хімічним перетворенням, що створює ряд летких продуктів, таких як альдегіди, кислоти і ін.
При витримці коньячних спиртів в дубовій бочці відбувається мацерація спиртом лігніну дуба і продуктів його розпаду (ароматичних альдегідів і кислот), які в подальшому піддаються різним реакціям розпаду і полімеризації. Продукти подальшого перетворення лігніну в коньячному спирті дуже різноманітні. Залежно від розчинності в воді і ефірі, а також летючості, лігнінового комплекс коньячних спиртів ділиться на ряд фракцій:
· Нелеткі, водо - і ефірорастворімие;
· Нелеткі водорозчинні, ефіронерастворімие;
· Летючі, водо - і ефірорастворімие;
· Ефірорастворімие, водонерозчинні;
· Водонерозчинні і ін.
Водонерозчинних лігнін являє собою ту частину продуктів мацерації з дубової клепки, яка при розведенні спирту водою випадає в осад (водонерасторімая фракція). Елементарний склад такого лігніну наступний: водень - 5,67%; вуглець - 59,09%; метоксільние групи - 11,38% (дані Єгорова І. А. і Скурихина І. М.)
Водорозчинна фракція лігнінового комплексу коньячного спирту становить 85% від загальної кількості. До складу цієї фракції входять різні глюкозиди, гемікеталі і ефіри (ароматичні компоненти лігніну). Водорозчинні речовини лігнінового комплексу коньячного спирту легко окислюються перманганатом при визначенні дубильних речовин.
Близько 30% лігнінового комплексу коньячного спирту представлено речовинами, розчинними в ефірі. До складу цих речовин входить ряд ароматичних альдегідів (Ванілін, бузковий альдегід, оксібензальдегід, коніфріловий альдегід, сінаповую альдегід) і ароматичні кислоти (ванілінова кислота, бузкова кислота, оксибензойних кислота). Коротенько розглянемо їх характеристику.
Ванілін (С8Н8О3) має молекулярну масу 152, щільність ρ \u003d 1,056, температуру плавлення 81,2 ° С, погано розчиняється у воді, легко - в спирті, хлороформі, ефірі, сірковуглецю та розчинах лугу. Має темно-синю флуоресценцію.
бузковий альдегід (С9Н10О4) має молекулярну масу 182, температуру плавлення 113 ° С, розчиняється в ефірі, етанолі, хлороформі, оцтової кислоти, гарячому бензолі, важко - у воді і лігроїні, не розчиняється у петролейном ефірі. Солі бузкового альдегіду, калію і натрію мають жовтий колір, розчинні у воді і спирті.
Оксібензальдегід (С7Н6О2) має молекулярну масу 122, температуру плавлення 116 ° С, легко кристалізується з води, розчиняється в гарячій воді, етанолі, ефірі, в холодній воді не розчиняється.
Коніфріловий альдегід (С10Н10О3) має молекулярну масу 178, температуру плавлення 82,5 ° С, кристалізується з бензолу, розчиняється в метанолі, етанолі, ефірі, хлороформі, розчиняється в лігроїні. Дає зелену флуоресценцію.
сінаповую альдегід (С11Н12О4) має молекулярну масу 208, температуру плавлення 108 ° С, легко розчиняється в спирті і оцтової кислоти, практично не розчиняється у воді, бензолі і ефірі. У мінеральних концентрованих кислотах розчиняється з утворенням синьо-червоного забарвлення. Дає зелену флуоресценцію.
В цілому, ароматичні альдегіди мають вирішальне значення в освіті букета витриманих коньяків. Вони дають ряд характерних кольорових реакцій (найбільш відома реакція з флороглюцин в соляній кислоті).
ароматичні кислоти з'являються в результаті окислення ароматичних альдегідів в коньячних спиртах. Це ванілінова кислота з молекулярною масою 168 і температурою плавлення 207 ... 210 оС, добре розчинна в етанолі і ефірі; бузкова кислота з молекулярною масою 198 і температурою плавлення 204,5 ° С, легко розчинна в ефірі, етанолі і хлороформі; оксибензойних кислота з молекулярною масою 138, щільністю ρ \u003d 1,443 кг / дм3, температурою плавлення 215 ° С.
Всі ароматичні кислоти дають сильну реакцію з реактивами Волін-Дениса. У трирічному коньячному спирті кількість ванілінова і бузкової кислот становить по 0,16 мг / дм3, в п'ятнадцятирічному коньячному спирті - різко збільшується і досягає 0,5 мг / дм³ кожен.
дубильні речовини (Таніди). Цих речовин в коньячному спирті навіть при тривалій витримці в дубових бочках порівняно небагато (до 0,25 г / дм3). Але в коньячних спиртах містяться у великій кількості речовини, близькі за хімічним складом до дубильних речовин. Всі вони об'єднані між собою наявністю пирогалловой гідроксильних груп і мають загальну назву: дубильні речовини коньячного спирту.
Скурихин І. М. в своїх дослідах довів, що дубильні речовини в коньячних спиртах можуть перебувати не тільки у вільному положенні, але і в пов'язаному з лігніном, а таніди коньячних спиртів не уявляють собою однорідного комплексу.
Залежно від здатності адсорбуватися шкіряним порошком і від розчинності у водних розчинах, дубильні речовини поділяються на три фракції:
1. водонерозчинного, легко виділяються з розчину після відгону спирту. Їх кількість становить 20 ... 36% від суми дубильних речовин, розчинених в коньячному спирті.
2. Водорозчинні, які залишаються в розчині після відгону спирту і адсорбуються шкіряним порошком. Їх кількість становить 36 ... 60% від загальної суми танідов коньячного спирту.
3. Водорозчинні, що не сорбується шкіряним порошком. Їх кількість становить 20 ... 30% від суми танідов.
У коньячних спиртах в результаті гідролізу дубильних речовин в помітних кількостях з'являється елагова і галова кислоти. Властивості цих кислот характеризуються такими даними:
елагова кислота (С14Н6О8) має молекулярну масу 302, температуру плавлення 360 ° С. Кислота важкорозчинні у воді і спирті, нерозчинні в ефірі, з FeCl3 дає зелене забарвлення. Кислота утворюється при гідролізі дубильних речовин дуба.
галова кислота (С7Н6О5) має молекулярну масу 170, кристалізується з води з однією молекулою води, нерастворима в хлороформі, бензолі. Галова кислота має антиоксидантну дію по відношенню до терпіння і жирним маслам, є постійним супутнім компонентом деревини дуба.
Вуглеводи і продукти їх перетворень. Вуглеводи і продукти їх перетворень в коньячних спиртах представлені найпростішими моноцукрами - фруктозою, глюкозою, ксилозой, арабінозою, рамнозою, маноза і невеликою кількістю декстринів. Крім того, при купажі коньяку додають колір (продукт карамелізації сахарози) і сахарозу.
Фруктоза (С6Н12О6) - кетоспірт, має молекулярну масу 180, температуру плавлення 102 ... 104 оС, щільність ρ \u003d 1,669 кг / дм3. Одна з форм фруктози фруктопіраноза може існувати в двох модифікаціях: α і β-формах. У кристалах завжди знаходиться β-D-фруктоза. У водних розчинах D-фруктоза представлена \u200b\u200bу вигляді фруктопіранози і фруктофуранози.
Глюкоза (С6Н12О6) - має молекулярну масу 180, температуру плавлення 146 ° С, щільність ρ \u003d 1,544 кг / дм3. Це багатоатомний Альдегідоспирти.
Альдегідна форма глюкози має чотири асиметричні атоми вуглецю, а в циклічній формі з'являється п'ятий асиметричний атом. Тому D-глюкоза може існувати в двох модифікаціях: α і β-формах. α-D-глюкоза важко розчиняється у воді, а β- D-глюкоза більш розчинна у воді.
Як і всі інші моносахара, глюкоза є сильним відновником. Нагрівання глюкози в розчинах мінеральних кислот призводить до втрати трьох молекул води і утворенню оксиметилфурфурола - маслянистої рідини з запахом переспілих яблук, має сильні відновлюючи властивості. Надалі ця речовина розпадається на левулінова і мурашину кислоти.
Ксилоза (С5Н10О5) - має молекулярну масу 150,13, температуру плавлення 154 ° С, щільність ρ \u003d 1,535 кг / дм3. Це кристалічна речовина, в два рази менше солодка, ніж сахароза. Ксилоза відновлює Феллінговую рідина в тій же мірі, як і глюкоза, а при кип'ятінні з розведеними мінеральними кислотами дає фурфурол.
Арабиноза (С5Н10О5) характеризується як відновник Феллінговой рідини з утворенням оксиду міді. Молекулярна маса 150,13, температура плавлення 160 ° С, щільність ρ \u003d 1,585 кг / дм3. Арабиноза представляє собою кристалічну речовину, менш солодка на смак, ніж глюкоза. Під дією розбавлених мінеральних кислот втрачає три молекули води і утворює фурфурол.
Рамноза (С6Н12О5) кристалізується з однією молекулою води, має молекулярну масу 182,17; гідрат рамнози плавиться при температурі близькій 93 ... 97 ° С, а безводна Рамноза - при 122 ... 126оС. Рамноза погано розчиняється в ефірі, добре - в воді і спирті. На повітрі безводна Рамноза поглинає воду і переходить в моногідрат. Рамноза має солодкий смак, але сахароза солодше її втричі, а глюкоза - вдвічі.
Сахароза (С12Н22О11) при купажі коньяків є їх невід'ємною частиною. Молекулярна маса 342,3, температура плавлення 184 ... 185оС, щільність ρ \u003d 1,583 кг / дм3. Це дисахарид, що розщеплюється під дією розбавлених мінеральних кислот або ферменту інвертази на суміш рівних кількостей D-глюкози і D-фруктози (інвертний цукор).
Сахароза є кристалічна безбарвна речовина, солодке на смак. Розплавлена \u200b\u200bсахароза при охолодженні застигає в склоподібну масу. Сахароза розпадається до речовини, яка не кристалізується (карамель) при температурі вище точки плавлення.
В ефірі і хлороформі сахароза нерастворима, але добре розчиняється в воді, в абсолютному спирті малорастворима, в водно-спиртових розчинах - краще.
Колер є продукт карамелізації сахарози при температурі 180 ... 200оС, т. Е. Вище температури плавлення сахарози. При карамелізації відбувається дегідратація сахарози з утворенням різних полімерних продуктів: карамелей, органічних кислот та інших сполук. Колір відтінку залежить не від безбарвних ангідридів сахарози, а від гумінових кислот, які при цьому утворюються. Колер містить від 35 до 60% цукру. Він добре розчиняється в коньячному спирті і воді. При розведенні 1 мл в 1 л води його колір повинен відповідати кольору 10 мл 0,1 н йоду в 1 л води. Щільність кольору дорівнює 1,3 ... 1,4 кг / дм3.
Якщо в коньячних спиртах сахароза не знаходиться, то в коньяки (в результаті додавання цукрового сиропу) її зміст - до 25 г / дм3. Колер в основному додають тільки до ординарним коньяків.
Альдегіди фуранового ряду. З цих альдегідів в коньячних спиртах знайдені фурфурол, метилфурфурол і оксиметилфурфурол.
Фурфурол (С5Н4О2) має молекулярну масу 96,08, щільність ρ \u003d 1,1598 кг / дм3, температуру плавлення - 38,7 оС, температуру кипіння - 161,7 ° С. Це безбарвна рідина з характерним запахом, добре розчиняється в спирті і ефірі. При зберіганні фурфурол повільно розкладається з утворенням мурашиної кислоти і гумінових речовин коричневого кольору. Фурфурол в кислому середовищі дає характерний рожевий колір з аніліном. Ця кольорова реакція використовується для кількісного визначення.
Метилфурфурол (С6Н6О2) має молекулярну масу 110,0, щільність ρ \u003d 1,1072 кг / дм3, температуру кипіння - 187 ° С. Легко розчиняється в тридцяти частинах води.
оксиметилфурфурол (С6Н6О3) має молекулярну масу 126, температуру плавлення - 35 ... 35,5 ° С, температуру кипіння - 114 ... 116 оС. Добре розчиняється в етанолі, воді, уксусноетіловий ефірі. Утворюється при гідратації глюкози і фруктози.
Мінеральні і інші речовини. В середньому в коньячних спиртах вміст золи коливається від 0,034 г / дм3 і вище, в молодих коньячних спиртах до 0,118 г / дм3, в старих (більше 20 років витримки) близько 1% від екстракту.
Склад зольних елементів коньячних спиртів і коньяків в багатьох випадках залежить від складу дерева дуба. Можна очікувати присутність К, Са, Na, Mg, Cl, P, Si і ін. При перегонці виноматеріалів, внаслідок контакту з мідною і залізною апаратурою, в коньячний спирт переходить помітна кількість заліза і міді. Коньячні спирти, які зберігаються в алюмінієвих цистернах без покриття, можуть містити до 20 мг / дм3 алюмінію, який негативно відбивається на смаку і ароматі спиртів.
При витримці коньячних спиртів відбувається закономірне збільшення екстрактивних речовин і золи, зольність (% золи в екстракті) при цьому знижується, що обумовлено випаданням в осад ряду елементів, що входять до складу мінеральних речовин. Помітно зменшується при витримці коньячних спиртів кількість таких елементів як Cu, Fe, Mg, що пояснюється їх осадженням у вигляді важкорозчинних солей дубильних і органічних кислот. Зміст К і Na збільшується в результаті екстракції з деревини дуба і концентрування внаслідок випаровування спирту з бочок при витримці.
Згідно з діючими технологічними інструкціями, в коньячних спиртах та коньяки допускається наступна кількість важких металів: свинець - не допускається, залізо - не більше 1 мг / дм3, олово - не більше 5 мг / дм3 і мідь - не більше 8 мг / дм3.
У коньячних спиртах, крім мінеральних речовин, містяться і азотисті речовини, кількість яких становить близько 2% від екстрактивних речовин спиртів. Так, в 24-річному коньячному спирті зміст загального азоту досягає 82 мг / дм3. Серед азотистих речовин в коньячних спиртах переважають такі амінокислоти як глікокол, глютамінова кислота, пролін і ін.
ацетальдегід, оцтовий альдегід, Етаналь, СН 3 · СНО, знаходиться в винному спирті-сирці (утворюється при окисленні етилового алкоголю), а також в перших погонах, які утворюються при ректифікації деревного спирту. Перш ацетальдегід отримували окисленням етилового спирту біхроматом, але тепер перейшли до контактного способу: суміш парів етилового спирту і повітря пропускається через нагріті метали (каталізатори). Ацетальдегід, що виходить при розгоні деревного спирту, містить близько 4-5% різних домішок. Деякий технічне значення має спосіб добування ацетальдегіду розкладанням молочної кислоти нагріванням її. Всі ці способи отримання ацетальдегіду поступово втрачають своє значення в зв'язку з розробкою нових, каталітичних методів отримання ацетальдегіду з ацетилену. У країнах з розвиненою хімічною промисловістю (Німеччина) вони отримали переважне значення і дали можливість використання ацетальдегіду в якості вихідного матеріалу для отримання інших органічних сполук: оцтової кислоти, альдоль і ін. Підставою каталітичного способу є реакція, відкрита Кучеровим: ацетилен в присутності солей окису ртуті приєднує одну частинку води і перетворюється в ацетальдегід - СН: СН + Н 2 О \u003d СН 3 · СНО. Для отримання ацетальдегіду з німецької патенту (хімічна фабрика Грісгейм-Електрон в Франкфурті-на-Майні) в розчин окису ртуті в міцної (45%) сірчаної кислоти, нагрітої не вище 50 °, при сильному помішуванні пропускається ацетилен; утворюються при цьому ацетальдегід і паральдегід періодично зливаються сифоном або отгоняются в вакуумі. Найкращим, однак, є спосіб, заявлений французьким патентом 455370, за яким працює завод Консорціуму електричної промисловості в Нюрнберзі.
Там ацетилен пропускається в гарячий слабкий розчин (не вище 6%) сірчаної кислоти, що містить окис ртуті; утворюється при цьому ацетальдегід протягом ходу процесу безперервно переганяється і згущується в певних приймачах. За способом Грісгейм-Електрон деяка частина ртуті, що утворюється в результаті часткового відновлення окису, втрачається, т. К. Перебуває в емульгованому стані і не може бути регенерувати. Спосіб Консорціуму в цьому відношенні представляє велику перевагу, т. К. Тут ртуть легко відділяється від розчину і потім електрохімічним шляхом перетворюється в окис. Вихід майже кількісний, і отриманий ацетальдегід дуже чистий. Ацетальдегід - летюча, безбарвна рідина, температура кипіння 21 °, питома вага 0,7951. З водою змішується в будь-якому співвідношенні, з водних розчинів виділяється після додавання хлористого кальцію. З хімічних властивостей ацетальдегіду наступні мають технічне значення:
1) Додаток краплі концентрованої сірчаної кислоти викликає полімеризацію з утворенням паральдегіду:
Реакція протікає з великим виділенням тепла. Паральдегід - рідина, що кипить при 124 °, що не виявляє типових альдегідних реакцій. При нагріванні з кислотами настає деполимеризация, і виходить назад ацетальдегід. Крім паральдегіду, існує ще кристалічний полімер ацетальдегіду - так званий метальдегід, що є, ймовірно, стереоізомером паральдегіду.
2) В присутності деяких каталізаторів (соляна кислота, хлористий цинк і особливо слабкі луги) ацетальдегід перетворюється в альдоль. При дії міцних їдких лугів настає освіту альдегідної смоли.
3) При дії алкоголята алюмінію ацетальдегід переходить в уксусноетіловий ефір (реакція Тищенко): 2СН 3 · СНО \u003d СН 3 · СОО · З 2 Н 5. Цим процесом користуються для отримання етилацетату з ацетилену.
4) Особливо велике значення мають реакції приєднання: а) ацетальдегід приєднує атом кисню, перетворюючись при цьому в оцтову кислоту: 2СН 3 · СНО + О 2 \u003d 2СН 3 · СООН; окислення прискорюється, якщо до ацетальдегіду заздалегідь додано деяку кількість оцтової кислоти (Грісгейм-Електрон); найбільше значення мають каталітичні способи окислення; каталізаторами служать: окис-закис заліза, пятиокись ванадію, окис урану і особливо сполуки марганцю; б) приєднуючи два атома водню, ацетальдегід перетворюється в етиловий алкоголь: СН 3 · СНО + Н 2 \u003d СН 3 · СН 2 ОН; реакція ведеться в пароподібному стані в присутності каталізатора (нікель); в деяких умовах синтетичний етиловий спирт успішно конкурує зі спиртом, одержуваних бродінням; в) синильна кислота приєднується до ацетальдегіду, утворюючи нітрит молочної кислоти: СН 3 · СНО + HCN \u003d СН 3 · СН (ОН) CN, з якого омиленням виходить молочна кислота.
Ці різноманітні перетворення роблять ацетальдегід одним з важливих продуктів хімічної промисловості. Дешеве його отримання з ацетилену останнім часом дозволило здійснити цілий ряд нових синтетичних виробництв, з яких спосіб виробництва оцтової кислоти є сильним конкурентом старому способу її добування шляхом сухої перегонки дерева. Крім того, ацетальдегід знаходить застосування як відновник у виробництві дзеркал та йде для приготування хінальдіна - речовини, що застосовується для отримання фарб: хіноліновий жовтої і червоної та ін .; крім того, він служить для приготування паральдегіду, що застосовується в медицині як снодійний засіб.
Publication in print media: Актуальні питання судової медицини та права, Казань 2010 Вип. 1 ГКУЗ «Республіканське бюро судово-медичної експертизи МОЗ РТ»
Судово-медична діагностика причини смерті у випадках алкогольної інтоксикації нерідко викликає серйозні труднощі. Це, в першу чергу, відноситься до тих випадків, коли відсутні досить виражені зміни внутрішніх органів, а концентрація етанолу в крові або незначна, або він взагалі не виявляється. У подібних ситуаціях об'єктивним доказом алкогольної інтоксикації може служити виявлення продуктів окислення етанолу, зокрема ацетальдегіду, так як він служить одній з причин похмільного стану, довго зберігаючись в організмі.
Ацетальдегід (АЦ) - оцтовий альдегід, органічна сполука, легко летюча безбарвна рідина з задушливим запахом, змішується у всіх відносинах з водою, спиртом, ефіром. АЦ володіє всіма типовими властивостями альдегідів. У присутності мінеральних кислот він полімеризується в рідкий тримерного паральдегід і тетрамерний метальдегід. Пари важчі за повітря, на повітрі окислюється з утворенням перекисів. При розведенні водою набуває фруктовий запах. Застосовують у величезних масштабах у виробництві оцтової кислоти, оцтового ангідриду, різних фармацевтичних препаратів і т.д. .
В організмі людини постійно присутня ендогенний етанол, що утворюється в біохімічних процесах. Джерело ендогенного етанолу - ендогенний ацетальдегід, який є продуктом вуглеводного обміну, який утворюється, головним чином, в результаті декарбоксилювання пірувату за участю відповідного ферменту піруватдегідрогеназного комплексу. За літературними даними концентрація ендогенного етанолу в крові здорових людей в середньому становить 0,0004 г / л; максимальні значення не перевищують сотих часток г / л, концентрація ендогенного ацетальдегіду в 100-1000 разів менше. АЦ є основним проміжним метаболітом етанолу. Основний шлях - за участю алкогольдегідрогенази за схемою:
З 2 Н 5 ОН + NAD + ↔ СН 3 СНО + NADH + H +.
Утворений АЦ окислюється альдегіддегідрогеназу (АДГ) до ацетату. В протягом 1 години в організмі людини може бути метаболізованих майже 7- 10 г алкоголю, що відповідає зниженню його концентрації в середньому на 0,1-0,16 ‰. Окислювальні процеси можуть активуватися і досягати 0,27 ‰ / ч. Тривалість токсікодінамікі визначається, в першу чергу, кількістю прийнятого алкоголю. При прийомі великих кількостей АЦ може зберігатися в організмі 1 добу і довше. Протягом 1-2 годин після взяття крові у живих осіб ферментативне окислення алкоголю припиняється, так само як і після настання смерті в крові трупів. Основним місцем утворення АЦ з етанолу і подальшого його окислення є печінку. Тому найбільшу кількість ацетальдегіду в дослідах визначали в печінці, потім у крові, найменше - в цереброспинальной рідини.
Ідентифікацію АЦ в біологічних об'єктах проводили на газовому хроматографе «Кристаллюкс-4000М», обладнаному комп'ютерною програмою «NetchromWin», полум'яно-іонізаційним детектором на капілярних колонках. Використовувалися три капілярні колонки:
- колонка №1 30м / 0,53 мм / 1,0μ, ZB - WAX (Polyethylen Glycol);
- колонка №2 30м / 0,32 мм / 0,5μ, ZB - 5 (5% Penyl methyl polysiloxane);
- колонка №3 50 м / 0,32 мм / 0,5μ, HP - FFAP.
Температура колонок 50 ° С, температура детектора 200 ° С, температура випарника 200 ° С. Швидкість потоку газу-носія (азоту) 30 мл / хв, повітря 500 мл / хв, водню 60 мл / хв.
Відзначали хороше поділ суміші (рис. 1): ацетальдегід + діетиловий ефір + ацетон + етилацетат + етанол + ацетонитрил.
Мал. 1. Розподіл речовин.
Виявлення і визначення ацетальдегіду (табл. 1) не заважають ацетон, метанол, етанол і інші аліфатичні спирти, етилацетат, хлорорганічні сполуки, ароматичні вуглеводні, діетиловий ефір.
Таблиця 1. Порівняльні результати ідентифікації ацетальдегід в суміші з іншими речовинами
Колонку №3 HP - FFAP не використали для кількісного аналізу, так як такий аналіз вимагає великих тимчасових і економічних витрат.
Побудова калібрувального графіка ацетальдегіду. Для побудови ка-лібровочного графіка використовувалися водні розчини ацетальдегіду (х.ч. для хроматографії) з концентрацією 1,5; 15; 30; 60; 150 мг / л. В якості внутрішнього стандарту - водний розчин ацетонітрилу з концентрацією 78 мг / л.
Методика дослідження: у флакон з склодроту, що містить 0,5 мл 50% розчину фосфорно-вольфрамової кислоти, поміщали 0,5 мл внутрішнього стандарту - розчин ацетонітрилу з концентрацією 78 мг / л і 0,5 мл розчину ацетальдегіду з відомою концентрацією. Для зменшення парціального тиску парів води до суміші додавали 2 г безводного сульфату натрію. Флакон закривали гумовою пробкою, фіксували металевим затискачем, нагрівали в киплячій водяній бані протягом 5 хвилин і 0,5 мл теплої парогазової фази вводили в випарник хроматографа. Виробляли розрахунок фактора чутливості (табл. 2) для 2-х колонок:
Таблиця 2. Розрахунок фактора чутливості
| А ац, мг / л | Колонка № 1 | Колонка № 2 | ||
| Sх, в мв / хв | Sст, в мв / хв | Sх, в мв / хв | Sст, в мв / хв | |
| 150 | 69 | 10 | 15 | 2 |
| 60 | 39 | 11 | 4.5 | 1.7 |
| 30 | 24 | 14 | 3 | 2 |
| 15 | 10 | 12 | 1.2 | 1.5 |
| 1,5 | 1.2 | 15 | 0.18 | 2 |
Позначення: А ац - концентрація ацетальдегіду; Sх - площа піку ацетальдегіду; Sст - площа піку ацетонітрилу.
Мал. 2. Графік залежності відносини площ від концентрацій ацетальдегіду для 1-ої колонки.
За вищеописаною методикою проводили дослідження з біологічних об'єктів (кров, сеча, речовина головного мозку, печінка, нирка і ін.).
Досліджено 40 випадків при підозрі на отруєння «сурогатами алкоголю». Результати дослідження цих випадків зведені в таблицю 3.
Таблиця 3. Розподіл етанолу
Випадок з практики: доставлений труп чоловіка 40 років з реанімаційного відділення. У стаціонарі хворий перебував 4 години, в анамнезі для лікування використаний «Еспераль». У процесі судово-хімічного дослідження біологічних об'єктів дисульфирам і інші лікарські речовини не виявлено. У крові етиловий алкоголь не виявлений. Виявлено АЦ з концентрацією: 0,5 мг / л у крові, 28 мг / л в шлунку, 2 мг / л в печінці, 1 мг / л в нирці, 29 мг / л в кишечнику.
При одночасному вживанні етилового алкоголю і дисульфіраму (тетурам) утворюється АЦ. Механізм полягає в тому, що дисульфірам інгібує фермент алкогольдегідрогеназу, затримуючи окислення етанолу на рівні АЦ, що призводить до інтоксикації організму людини. Деякі лікарські препарати можуть надавати тетурамоподобную активність, викликаючи непереносимість до алкоголю. Це, перш за все, хлорпропамид і інші протидіабетичні сульфаніламідні препарати, метронідазол і т.п., похідні нітро-5 імідозола, бутадіон, антибіотики.
висновки
- Використаний сучасний високочутливий газовий хромато-граф «Кристаллюкс-4000М» з детектором ДІП і комп'ютерною програмою «NetchromWin», який дозволяє визначати малі концентрації АЦ, близькі до ендогенних.
- Запропоновано нові селективні, високочутливі капілярні колонки з фазами ZB-WAX, ZB-5, що дозволяють виявити до 100 мкг (0,001% о) ацетальдегіду в досліджуваних пробах.
- Підібрано оптимальні умови, що дозволяють проводити газо-хроматографічний скринінг ацетальдегіду і наступних органічних розчинників: аліфатичних спиртів, хлорорганічних розчинників, ароматичних вуглеводнів, етилацетату, ацетону та діетилового ефіру протягом 15 хвилин.
- Рекомендовано проводити кількісне визначення як етанолу, так і ацетальдегіду при діагнозі «алкогольна інтоксикація».
Список літератури
- Альберт А .// Виборча токсичність. - М., 1989. - Т.1 - С. 213.
- Моррісон Р., Бойд Р .// Органічна хімія, пер. з англ.-1974-78гг
- Савич В.І., Валладарес Х. АГусаков., Ю.А., Скачков З.М. // Суд.-мед. експерт. - 1990. - № 4. - С. 24-27.
- Успенський А.Е., Листвина В.П .// Фармакол. і токсиколого. - 1984. - №1. - С. 119-122.
- Шитов Л.Н.Методи дослідження і токсикологія етилового алкоголю (хіміко-токсикологічна лабораторія ЯОКНБ). - 2007.
УДК 577.1: 616.89
ЕНДОГЕННА ЕТАНОЛ і ацетальдегід,
ЇХ біомедичних ЗНАЧЕННЯ (Огляд літератури)
Ю. А. Тарасов, к. Б. н., с.н.с .; В. В. Лелевич, д. М. Н., Професор
УО «Гродненський державний медичний університет»
В огляді представлені літературні дані про метаболізм ендогенного етанолу і ацетальдегіду в організмі, а також їх біологічному значенні.
Ключові слова: ендогенний етанол, ацетальдегід, алкогольдегидрогеназа, альдегіддегідрогеназа, бенкеті-ватдегідрогеназа.
The review presents the literature data on the metabolism of endogenous ethanol and acetaldehyde in the organism, as well as their biological value.
Key words: endogenous ethanol, acetaldehyde, alcohol dehydrogenase, acetaldehyde dehydrogenase, pyruvate dehydrogenase.
Характеризуючи біологічну активність етанолу і його метаболіти - ацетальдегіду, слід підкреслити два аспекти проблеми. По-перше, коли мова йде про ці з'єднаннях, як природних метаболітах, постійно (ендогенно) присутніх в організмі в фізіологічних концентраціях. По-друге, коли виникає ситуація з екзогенних надходженням алкоголю в організм, тобто, формування станів гострої або хронічної алкогольної інтоксикації.
Етанол і його метаболіти - природні компоненти обміну речовин, є незамінними учасниками гомеостатических механізмів. Для оцінки метаболічної значущості ендогенного етанолу, слід зіставити його рівень в крові і тканинах з вмістом відомих субстратів - учасників обміну речовин в організмі людини і тварин (див. Таблицю). Це дає можливість переконатися, що з урахуванням відносно малою молекулярною маси етанолу, він легко поміщається в один ряд з проміжними продуктами вуглеводного і білкового обміну. З представлених в таблиці даних випливає, що на кілька порядків нижче, ніж ендогенний етанол, в цьому ряду знаходиться концентрація нейромедіатора. Але з нею цілком можна порівняти зміст ацетальдегіду, постійно присутнього в організмі в рівноважних (1: 100) з етанолом співвідношеннях. Це дозволяє вважати, що роль пари етанол / ацетальдегід в підтримці гомеостатичних функцій обміну речовин подібна до тієї, яку виконують в орга -нізме відносини глюкоза / глюкозо-6-фосфат і лактат / піруват в контролі реакцій гліколізу і стабілізації рівнів интермедиатов гліколізу.
Кількість пірувату в тканинах на 2-3 порядки нижче, ніж лактату, але сам піруват, як і ацетальдегід, високо реакционноспособен. При мінливих метаболічних ситуаціях рівень пірувату зміщується в значно
З'єднання Кров (моль / л) Печінка (моль / кг)
Глюкоза 5 - 10 3
Глюкозо-6-фосфат 2 ■ 10 4
Фруктозо-6-фосфат 2 ■ 10-4
Фосфодіоксиацетон 10- 5 - 10 4 10-4
Амінокислоти 10-4 - 10-3
Етанол 10 4 10 4
Адреналін 10 9
меншому ступені, ніж рівень лактату, що, безсумнівно, свідчить про велику значимість в обміні речовин першого, а не другого з'єднання. Тому лактат розцінюється як буферний метаболічний тупик, нівелює коливання пірувату. З таких же позицій система етанол / ацетальдегід - аналогічний контрольний пункт для двууглеродних з'єднань і самого ацеталь-дегіда. Така оцінка взаємин етанол / ацеталь-дегід цілком задовільно пояснює лабільність рівня ендогенного етанолу при самих різних впливах. Таким чином, ендогенний етанол виконує роль буфера, що знаходиться в рівноважних динамічних стосунках зі своїм вельми активним попередником - ацетальдегідом. Вже згадана пара -етанол / ацетальдегід (див. Малюнок) виконує подібні функції буферного пулу щодо дуже активного, особливо щодо нейрогормонов, метаболіти -ацетальдегіда. Етанол працює в цій системі як буферний резерв для ацетальдегіду, нівелюючи коливання, які неминуче виникають у зв'язку з синусоїдальним характером перебігу багатоланкових ланцюгових реакцій в обміні речовин.
Вуглеводи, ліпіди, амінокислоти
Лактат □ піруват □ ацетил-КоА
Етанол □ ацетальдегід □ ацетат
інші джерела
Малюнок - Лактат і етанол як метаболічні «тупики» в обміні пірувату і ацетальдегіду
Неоднотипних функцій ендогенного етанолу, які можуть бути самими різними - джерело енергії, попередник ацетальдегіду, який бере участь в синтезі ендогенних морфіноподібних з'єднань, і що є найсильнішим модифікатором амінних і суль-фгідрільних груп в білках. Ацетальдегід як потужний модифікатор білків, змінює не тільки їх реактивність, але і просторові характеристики, т. Е. Параметри, найбільш важливі для ефективного зв'язування нейромедіаторів рецепторними білками. Ді-профільними природа етанолу і ацетальдегіду відіграє значиму роль у підтримці певної гидрофобности білків і потрібної функціональної плинності останніх.
Обидва з'єднання розглядаються як двууглеродного радикали, здатні конкурентно взаємодіяти з безліччю інших двууглеродних молекул на рівні активних центрів ферментів, транспортних білків і специфічних рецепторів. Мембранотропні етанолу функціонально важлива в патогенезі проявів алкогольної хвороби, оскільки різні діоли, причому, не утворюють ацетальдегід, здатні зняти прояви синдрому відміни етанолу. Особливе значення пара етанол / ацетальдегід може мати у взаєминах з містять гідроксильну або карбонильную угруповання нейромедиаторами, гормонами, їх попередниками і метаболітами, оскільки концентрація цих біорегуляторів значно нижче концентрації ендогенного етанолу і ацетальдегіду.
Кількість ендогенно утворюється і метаболіт-зіруемого ацетальдегіду і етанолу, таким чином, слід розглядати як фактор, який контролює значну частину гомеостатических механізмів, які формують в остаточному підсумку стан, до якого будь-який організм прагне завжди - до «метаболічного комфорту».
Багаторазово повторені в різні сезонні періоди року, відбори тварин по їх відношенню до споживання розчинів етанолу, завжди давали можливість виділення із загальної популяції щурів, що віддають перевагу воду (ПВ) або етанол (ПЕ). ПЕ становили приблизно по 5-10% від всехжівотних, які складали тестування. Відмінною особливістю ПЕ особин було те, що зміст ендогенного етанолу в крові, а, особливо, в печінці, у них завжди було в 2-3 рази нижче, ніж у ПВ. У свою чергу, виявлені зворотні кореляційні взаємовідносини між рівнем ендогенного етанолу і добровільним споживанням алкоголю, по суті, повторюють патогенетичну ситуацію: значення ендогенного етанолу і ацетальдегіду є таким, що при їх дефіциті в організмі найпростішим способом самокорекції стає додатковий прийом алкоголю. У свою чергу, екстраполяція даних взаємин на механізми патогенезу алкоголізму дає можливість вважати, що тривалий надмірне споживання алкоголю, примусове в експерименті на тварин і добровільне або соціально-мотивоване у людей, заміщаючи в результаті напрацювання ендогенного етанолу і ацетальдегіду, призводить спочатку до гальмування, а потім і до деградації систем ендогенного синтезу цих сполук. Т. е. До ситуації, коли зовнішнє надходження алкоголю в організм стає вже необхідним. Значною мірою, природно, спрощено, без урахування наркоманического фактора в патогенезі, такими взаємовідносинами можуть бути пояснені феномен фізичної залежності, а також розуміння того, чому при делириозних станах найкращим і найпростішим засобом для їх усунення є введення хворому самого алкоголю.
Зв'язок алкогольної мотивації з рівнем ендогенного етанолу простежується і в інших експериментальних ситуаціях. Так, різні фактори, що впливають на споживання алкоголю тваринами або лікарські засоби, що використовуються для лікування, за впливом на рівень ендогенного етанолу в крові і печінки розділилися на дві діаметрально протилежні групи. Всі дії, які посилюють алкогольну мотивацію, такі як: стрес, голодування, оксітіамін, іпроніазід, тетра-гідроізохіноліни - знижують, а ослабляють алкогольну мотивацію (тіамін, тіаміндифосфат, рибофлавін, діетилдитіокарбамат, глутамін, хлористий літій) - по-
щують рівень ендогенного етанолу. Ці дані доповнюються дослідженнями інших авторів щодо транквілізаторів, кастрації та дослідами, в яких щури, разночувствітельние до наркотичного дії етанолу, відрізнялися також і за рівнем ендогенного етанолу. Визначення рівня ендогенного етанолу використовується в наркологічних клініках Польщі для динамічного контролю застосовуваного терапевтичного лікування хворих на алкогольну хворобу. У клініці терапії алкогольної залежності Петербурзького психоневрологічного інституту ім. В. М. Бехтерева успішно використовується метод лікування алкоголізму, що базується на відновленні гомеостазу ендогенного етанолу в організмі пацієнтів.
Слід зазначити, що перераховані варіанти прояву активності етанолу і ацетальдегіду мають значення не тільки при гострій і хронічній алкогольній інтоксикації, але, що є першорядним, в природних умовах, при ендогеннофоновом функціонуванні з'єднань. При цьому в оцінці біологічної активності етанолу розрізняють два варіанти: метаболічний і токсикологічний. У першому випадку на чолі стоїть ендогенний етанол - як природний метаболіт обміну речовин. У другому - надлишково надходить в організм етанол виступає вже як потужний токсикологічний агент і фактор метаболічної дезінтеграції обміну речовин. Як в одному, так і в іншому випадку працюють практично одні і ті ж системи, метаболіт-зірующіе алкоголь і альдегід, а в процеси метаболізму цих сполук включені всі основні системи організму. Алкоголь, що надходить в організм, на 75-95% окислюється в печінці. Інші органи мають значно нижчу здатність метаболизировать етанол. Крім цього, невеликі його кількості виділяються з організму з сечею і повітрям, що видихається.
Основні алкогольметаболізірующіе системи:
Алкогольдегідрогеназа (АДГ, К.Ф.1.1.1.1) - фермент, широко поширений в тварин тканинах і рослинах. АДГ каталізує оборотне перетворення алкоголів до відповідних альдегіди і кетони з НАД як кофактором:
Алкоголь + НАД □ альдегід + НАДН + Н +
Слід підкреслити, що при фізіологічних рН відновлення альдегідів або кетонів протікає в десятки разів швидше, ніж окислення алкоголів. Тільки при багаторазовому (в 100-1000 разів) збільшення концентрації етанолу, як це відбувається при навантаженнях організму алкоголем, фермент функціонує в зворотному напрямку. Субстратами для АДГ є первинні і вторинні аліфатичні спирти і альдегіди, ретинол, інші поліеновие алкоголі, діоли, ПАНТОТ-Нілов алкоголь, стероїди, □ -оксіжірние кислоти, 5-оксіетілтіазол і інші. Причому, слід зазначити, що етанол і ацетальдегід - це не кращі субстрати для АДГ. Вивчення внутрішньоклітинного розподілу АДГ в печінці показало, що фермент локалізований в цитоплазмі гепатоцитів, але не в купферовских клітинах. Велике функціональне значення АДГ підтверджують зміни активності ферменту в органах і тканинах при різних патологічних станах. Природною функцією АДГ, в величезних кількостях присутня в печінці людини і тварин, є те, що фермент утворює, а не споживає ендогенний етанол і, таким чином, активно регулює його рівень і забезпечує гомеостаз ендогенного ацетальдегіду.
Мікросомальне етанолокісляющая система (МЕОС). Окислення етанолу мікросомами протікає згідно з наступним рівнянням:
С2Н5ОН + НАФН + Н + + О 2 □ СН 3СНО + НАДФ + + 2Н Про Оптимум рН цієї реакції лежить в фізіологічної області, км для етанолу становить 7-10 Мм, що набагато вище, ніж для АДГ. МЕОС відрізняється від АДГ і ката-лази по чутливості до інгібіторів, а також по ряду інших властивостей. Вона нечутлива до дії піразолу та азиду натрію. Активують МЕОС пропілтіоура-цил і тиреоїдні гормони. Вважається, що МЕОС ідентична з неспецифічними оксидазами, що здійснюють детоксикацію ліків в печінці, і що саме через МЕОС проходить АДГ-незалежний шлях окислення етанолу в організмі ссавців. МЕОС, з усією очевидністю, функціонує незалежно від АДГ і ка-талази, причому її внесок в окислення етанолу в нормі становить близько 10%, але значно зростає при алкогольної інтоксикації.
Каталаза (К.Ф.1.11.1.6) в присутності перекису водню здатна окислювати етанол в ацетальдегід відповідно до рівняння:
З Ц ОН + Ц О2 □ СНзСНО + 2Н2О Фермент функціонує в широкому спектрі тваринних тканин, причому має як видові, так і індивідуальні коливання своєї активності. Джерелами перекису водню є реакції, що каталізуються глю-козооксідазой, ксантиноксидази, НАДФН-оксидазу. Максимальна активність каталази проявляється при фізіологічних рН. Швидкість каталазной реакції залежить від концентрації етанолу і швидкості утворення перекису водню. В організмі є значна кількість систем, що генерують перекис водню і локалізованих в пероксисомах, ЕПР, мітохондріях, цитоплазмі і створюють концентрацію перекису водню в межах 10-8 - 10-6м. Як і МЕОС, каталазна шлях окислення етанолу відносять до мінорним, які купують певне значення тільки при високих концентраціях етанолу в організмі або в умовах інгібування АДГ.
Показана можливість окислення етанолу шляхом перекладу його молекули в □ -гідроксіетільний радикал, що може відбуватися при передачі електронів синтазою окису азоту, яка здатна до утворення суперок-Сідней радикала, а також перекису водню. Дослідники висловлюють думку, що синтаза оксиду азоту за рівнем окислення етанолу є не менш суттєвою, ніж цитохром Р-450 за умови наявності Ь-аргініл-на як основний субстрат.
Одним з джерел ендогенного етанолу в тваринному організмі є мікрофлора кишечника. У дослідах на ангіостомірованних тварин, шляхом одночасного забору крові з ворітної вени і периферичного венозного русла, показано, що відтікає від кишечника кров містить більше етанолу, ніж відтікає від печінки.
При оцінці балансових відносин в обміні етанолу, таким чином, слід зважати на дві його джерелами і головною, вирішальною роллю печінкової алко-гольдегідрогенази в регуляції рівня алкогольеміі.
Окислення альдегідів в організмі ссавців відбувається переважно неспецифічної Альде-гіддегідрогеназой (АльДГ, К.Ф.1.2.1.3). Реакція, що каталізується ферментом, необоротна:
СН3СНО + НАД + + Н2О □ СН 3СООН + НАДН + 2Н +
Альдегиддегидрогенази печінки представлені двома ферментами: з низьким (високим км) і високим (низької км) спорідненістю до ацетальдегіду, переважно використовують аліфатичні субстрати і НАД як кофермент або ароматичні альдегіди і НАДФ як кофер-мента. АльДГ існує в багатьох молекулярних формах, які відрізняються за структурою, каталітичним характеристикам і субклітинному локалізації. У ссавців ізоферменти АльДГ класифікуються в п'ять різних класів. Кожен клас має специфічну клітинну локалізацію, яка переважає у різних видів, що передбачає дуже ранню дивергенцію в еволюції АльДГ. Крім дегідрогеназну, АльДГ печінки володіє естеразной активністю. Активність АльДГ виявлена \u200b\u200bв мітохондріях, мікросомах і цитозолі.
Відомі, але менш вивчені, і інші ферменти, які беруть участь в перетвореннях ацетальдегіду, такі як: альдегідредуктази, альдегідоксидазою і Ксанті-ноксідаза. Але, як вже зазначалося вище, відновлення ацетальдегіду в організмі здійснюється головним чином АльДГ і до теперішнього часу єдиним відомим попередником ендогенного етанолу вважається ацетальдегід.
Для тварин тканин відомі такі ферменти, які беруть участь в напрацюванні ацетальдегіду:
Піруватдегідрогеназа (К.Ф.1.2.4.1), зазвичай каталізує окисне декарбоксилювання пірува-та до ацетил-КоА. При цьому декарбоксилируется компонент цього Поліферментні комплексу здатний звільняти в ході реакції і вільний ацетальдегід. Останній або окислюється АльДГ в мітохондріях до ацетату, або в цитоплазмі відновлюється АДГ до етанолу.
О-фосфорілетаноламінфосфоліаза (К.Ф.4.2.99.7)
Фермент, який розщеплює фосфоетаноламін до аце-тальдегіда, аміаку і неорганічного фосфату.
Треонінальдолаза (К.Ф.4.1.2.5) - каталізує реакцію розщеплення треоніну до гліцину і ацетальдегі-да.
Альдолаза (К.Ф.4.1.2.7) тваринних тканин має специфічністю тільки в зв'язуванні діоксіацетонфос-фата і використовує в якості другого субстрату будь альдегіди. У свою чергу, в зверненої реакції таким шляхом утворюється ацетальдегід.
Останнім часом показано, що зменшення концентрації ацетальдегіду в тварин тканинах, в умовах виборчого пригнічення активності піруватдегідро колагенази, може протистояти інверсивний характер змін активності фосфоетаноламінліази і Треона-нальдолази.
Відомо також, що при розпаді □ -аланіна - продукту деградації піримідинових азотистих основ, спочатку утворюється малоновий альдегід, а потім ацетальде-гід.
Укладаючи аналіз літературних даних, слід зазначити, що в організмі людини і тварин ендогенний етанол постійно присутній в концентраціях, порівнянних з рівнями інших природних інтерме-
дІАТ обміну речовин. Рівень ендогенного етанолу в крові і тканинах модулюється різноманітними сполуками (гормонами, вітамінами, антиметаболитами, амінокислотами та їх похідними, солями літію, ді-сульфірамом, ціанаміду) і змінюється при різних функціональних станах організму (стресі, голодуванні, старінні), механізм дії яких явно неоднотіпен. Саме рівновагу в системі ендогенний етанол / ацетальдегід, що забезпечується АДГ і іншими ферментами, напрацьовувати і споживають ацетальдегід, з усією очевидністю, контролює і обмін двууглеродних і синтез морфіноподібних з'єднань, регулює активність деяких нейротрансмітерів, пептидів і білків. У свою чергу, зміни активності алкоголь-і альдегідметаболізірующіх систем як при їх фізіологічних, так і в змінених алкогольними навантаженнями умовах, по суті своїй, є адаптивними, що забезпечують відповідний функціональний і метаболічний гомеостаз.
Огляд присвячений світлій пам'яті Учителя, академіка Юрія Михайловича Островського, який вніс значний вклад в розуміння механізмів регуляції метаболізму ендогенного етанолу і ацетальдегіду, їх біомедичного значення і біохімії розвитку алкогольної хвороби.
література
1. Андріанова, Л.Є. Знешкодження токсичних речовин в орга низме / Л.Є. Андриа нова, С.Н. Сі Луян а // Бі охімія - 5 вид .; під ред. Е.С. Северина - М .: ГЕОТАР-Медіа, 2009. - С. 619-623.
2. Андронова, Л.І. Особливості самостімуляциі і ендогенний етанол у щурів різної статі / Л.І. Андронова, Р.В Кудрявцев, М.А. Константинопольський, А.В. Станішевська // Бюлл. експер. біол. і мед. - 1984. - Т. 97, № 6. - С. 688-690.
3. Буров, Ю.В. Н ейрохімі я і фа рма колог ія алкоголі зма / Ю.В. Буров, М.М. Ведерникова - М .: Медицина, 1985. - 238с.
4. Заводник, І.Б. Вивчення взаємодії ацетальдегіду з білками і біологічно активними сполуками / І.Б. Заводник, Н.С. Семуха, І.І. Степура, В.Ю. Островський // Біохімія алкоголізму; під ред. Ю.М. Островського. - Мінськ: Наука і техніка, 1980.- С. 68.
5. Лакоза, Г.Н. Уров ен ь ен дог ен ного етан ол і н Аруша ия ті стостерон-зави сім их систем при експериментальному а лкого-лізм самців білих щурів / ГН. Лакоза, Н.В. Тюріна, Р.В. Кудрявцев, Н.К. Барков // I Моск. науково-практ. конференція псіхіат-рів-на ркологов / Питання патоген енеза, клини ки і лікування алкогольних захворювань. - М., 1984.- С. 66-68.
6. Лакоза, Г.Н. Про значення центральної регуляції статевої поведінки при експериментальному алкоголізмі самців білих щурів
/ ГН. Лакоза, А.В. Котов, А.Ф. Мещеряков, Н.К. Барков // Фарма-кол. і токсиколого. - 1985. - Т. 4, № 3. - С. 95-98.
7. Лелевич, В.В. Стан пулу вільних амінокислот крові та печінки при хронічній алкогольній інтоксикації / В.В. Леле-в ич, О.В.Артемов а // Журн ал Грод н ен ського го суду рств ен ного медичного університету. - 2010. - № 2. - С. 16-19.
8. Островський, Ю.М. Метаболічна концепція генезу алкоголізму / Ю.М. Островський // Етанол і обмін речовин; під ред. Ю.М. Островського - Мінськ: Наука і техніка, 1982. - С. 6-41.
9. Островський, Ю.М. Рівень ендогенного етанолу і його зв'язок з добровільним споживанням алкоголю щурами / Ю.М. Островський, М. Н. Садівник, А.А. Баньковский, В.П. Обідіна // Доповіді АН БРСР. - 1983. - Т. 27, № 3. - С. 272-275.
10. Островський, Ю.М. Шляхи метаболізму етанолу і їх роль у розвитку алкоголізму / Ю.М. Островський, М. Н. Садівник // Підсумки науки і техніки. Токсикологія. - М .: ВІНІТІ, 1984. - Вип. 13. - С. 93-150.
11. Островський, Ю.М. Біологічний компонент у генезі алкоголізму / Ю.М. Островський, М. Н. Садівник, В.І. Сатановс-кая; під ред. Ю.М. Островського - Мінськ: Наука і техніка, 1986.
12. Про Стровский, Ю.М. Метаболич еские передумови і п о-слідства споживання алкоголю / Ю.М. Островський, В. І. Сата-ського, С.Ю. Островський, М.І. Селевіч, В.В. Лелевич; під ред. Ю.М. Островського - Мінськ: Наука і техніка, 1988. - 263 с.
13. Пижик, Т.Н. Шляхи синтезу ацетальдегіду в умовах виборчого інгібування піруватдегідрогенази окітіаміном
/ Т.М. Пижик // Журнал Гродненського державного медичного університету. - 2010. - № 3. - С. 87-88.
14. Солодунов, А.А. Дослідження дії спиртів на зв'язування лігандів сироватковим альбуміном / А.А. Солодунов, Т.П. Гайко, А.Н. Арцукеві ч // БіоХім мія алкоголізму; під ред. Ю.М. Островського. - Мінськ: Наука і техніка, 1980. - С. 132.
15. Blomstand, R. Observation on the formation of ethanol in the intestinal tract in man / R. Blomstand // Life Sci. - 1971. - Vol. 10. - P. 575-582.
16. Chin, J .H. Increased cholesterol content of erythrocyte and brain membranes in ethanol-tolerant mice / J.H. Chin, L.M. Parsons, D.B. Goldstein // Biochim. Biophys. Acta. - 1978. - Vol. 513. - P 358-363.
17. Collins, M.A. Tetraisoquinolines in vivo. Rat brain formation of salsolinol, a product of dopamine and acetaldehyde under certain comditions during ethanol intoxication / M.A. Collins, M.G. Bigdell /
/ Life Sci. - 1975. - Vol. 16. - P 585-602.
18. Higgins, J.J. Biochemistry and pharmacology of ethanol / J.J. Higgins // New Jork-London, 1979. - P 531-539.
1 9. Kopczynsk a, T. T he influence of a lcohol dependence on oxida tive stress pa ra meters / T. Kopczynsk a, L. Torlinski, M. Ziolkowski // Postepy Hig. Med. Dosw. - 2001. - Vol. 55, № 1. - P 95-111.
2 0. Lu k a szewicz, A. T he compa rison of concentration of endogenous ethanol blood serum in alcoholics and in non-alcoholics at different stages of abstinence / A. Lukaszewicz, T. Markowski, D. Pawlak // Psychiatr. Pol. - 1997. - Vol. 31, - P 183-187.
21. Nikolaenko, V.N. Maintenance of homeostasis of endogenous ethanol as a method for the therapy of alcoholism / V.N. Nikolaenko // Bull. Exp. Biol. Med. - 2001. - Vol. 131,
№ 3. - P. 231-233.
2 + 2. O strovsk y, Yu .M. Endogenous etha nol - its metha bolic, behavioral and biomedical significance / Yu.M. Ostrovsky // Alcohol.
1986. - Vol. 3. - P. 239-247.
23. Porasuphatana, S. Inducible nitric oxide syntetase cata lyses ethanol oxida tion to alpha-hydroxyethyl ra dica l a nd a cetaldehyde /