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Seltene Erden und Hefegrung. 3. Mitteilung Uber physiologische Wirkungen der seltenen Erden

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4-Thiol-2-hydroxybenzoes8uremethyle~ter-Z-~-D-glucosid
wurde whhrend der Chromabgaphierversuche auf dem Papier zu 3,3'-Dihydroxy-4,4'-dicarhonsauredimethylester-diphenyldisulfid-his-p-D-glucosid oxydiert.
Zusammenfassung
1. -l-Thiol-2-hydroxybenzoe8Sureester-S-~-D-glucosiaekiinneu in guter Ausbeute
clurch Umsetzen der 4-Thiol-2-hydroxybenzoesaweester mit Kaliumhydroxytl und
a-Acetobromglucose in eineni Aceton/Wasser-Gemisch erhalten werden.
2. 4~Thiol-2-hydroxybenzoesauremethylester-O,S-bis-~-D-glucosid
kann durch
Umsetzung des 4-Thiol-2-hydroxybenzoesa~emethylester-S-tet~raacetyl-~-I)-glucosids mit a-Acetobromglucose, Silberoxyd und Chinolin und Verseifung des anfa.llenden Octaacetylproduktes und verteilungschromat,ographische Reinigung erhalten werden.
3. Die Dnrstellung des nur aniorph erhaltenen 4-Thiol-2-hydroxytenzoesauremethylester-2-~-D-glucosidswar ausgehend von 4-Thiol-2-hydroxybeneoesauremethylester uber 3,3'-Dihydroxy-4,4'-dicarbonsaurediniet,hyle~ter, 3,3'-Dihydroxy.1,4'-dicarbonsauredimethylester-bis-(tetraacetyl-~-D-glucosid)
und 4-Thiol-2-hydroxybenzoesauremethylester-2-tetraacet.yl-B-D-glucosid
moglich.
__
--
Anschrift: Prof. Dr. G . Wagner, Dr. H. Kiihmstedt, Pharmae. lnst. der Karl-Marx-Univers. Lcipzig,
BrudPrstr. 34.
-
1856. IV. L O O S
Seltene Erden und Hefegarung
3. Mitteitung iiber physioIogische Wirkungen der seltenen Erded)')
dux der wissenschaftlichcn Abteilung der Firma CEFAK, Chem.-pharm. Fabrik, Dr. Brand & Co.
Ti. G., KemptenlAllgaiu
(Kingegangen am 9. Juli 1969)
ifber den EinfluB der Ionen der seltenen Erdnietalle auf die Hefegarung wurde
sehon vor einein halben Jahrliundert gearbeitet,. So untersuchten Hkbert") die
die des
Wirkungen des Cers und Lant'hans, Bokorny4) sowie Aja~~i-Ma&ti~)
Lanthans, Hara6) die des Cers, Niccolini7) die des Praseodyms, G.zLid,is) die des
Neodyms, Sfeidle und Dingg) die des Ytt,riunis, Steidle und D , i i ~ rdie
~ ~des
~ ) Samariums.
1. ;\littoilung: Arch. Pharmaz. Ber. dtsch. pharmaz. Ucs. ?90/6?,401 (1957).
2 . Mitteilung : Naturwisseiischaften 46, 142 (1959).
3, Hdbert, A., J. Physiol. et Path. gbn. 9, 217 (1907).
4, Bokorny, Th., Chem. Ztg. 38, 153 (1914).
5 , Ajuzzi,-Huncini, M., Acrh. di Fisiol. 24, 162 (1926).
6 , Hara, S., &oh. f. exp. Path. 100, 217 (1923).
') Niccolini, P., Srch. internat. Pharmacodynamie 37, 199 (1930).
*) GtGidi, G., Arch. intrrnat.. Pharrnacodyriamie 37, 305 (1930).
9) Eteteidle, €I.und Ding, X.,
Arch. f . exp. Path. u. Pharmnk. 141, 273 (1929).
10) EteidZr, H. urrd D f i r r , H., Awh. f. exp. Path. u. Pharinak. 145, 19 (1929).
2,
293.165. Bd.
1960, N r J 4
Seltene Erden u n d H e feglirung
37 1
uberblickt man die Arbeiten dieser Autoren in ihrer Gesanitheit, so fallt eine
gewisse Uneinheitlichkeit der Ergebnisse auf, die bei der chemischen Verwandtschaft der sehenen Erdmetalle wundernehmen kann. Bei den alteren drbeiten mu13
angenomincn werden, da13 der Reinheibsgrad der verwendeten Salze nicht allen
Anspriichen geniigen diirfte, worauf schon H a r d ) hinweist. Die Dosierung war nach
Konzentration und Zeit oft recht uneinheitlich, uber die Menge der verwendeten
Hefe fehlen meist genaue Angaben (,,etwas Hefe"). Es erschien daher angezeigt,
die Verhaltnisse wenigstens bei Lanthan und Cer nachzupriifen, den zwei Elementen,
die am Beginn der Reihe der seltenen Erdmetalle stehen, und die ja auoh in die
pharmazeutische Praxis Eingang gefunden haben.
Methodisches
Der gro13t)e Teil der Versuche wurde niit dem Einhornschen Saccharometer gemacht, das rasches Arbeiten und eine einigermal3en quantitative Best,immung erlaubt. Natiirlich sind Fehler nicht zu vermeiden, die dadurch entstehen, daB im
MaBe der C0,-Entwicklung Gargut verdrangt wird. Doch erwies sich aus Versuchen,
die mit Gasburetten angestellt wurden, da13 diese Fehler ohne Bedeutung sind. Die
auf ihre Wirkung zu untersuchenden Salze wurden erst zugegeben, wenn die Gargeschwindigkeit im Versuchs- und im Eontrollsaccharometer gleich war, was bei
sorgfaltigem Arbeiten nicht schwer zu erreiehen ist. Als hochste zugelassene Differenz murden 10% angenommen, in den allermeisten Fallen gelang es jedoch, eine
vollig gleiche Gargeschwindigkeit zu erzielen. An Chemikalien wurden die des jeweils hochsten Reinlieitsgrades der Firma E. Merclc, Darmstadt, verwendet,, an
Hefe stets frische PreBhefe der Firma E. Sandwoss, Miinchen. Die Garuiig wurde
vom Augenblick des Zusatzes der zu prufenden Stoffe an laufend beobachtet. Wie
bereits mitgeteilt2), ist es nur auf diese Weise moglich, vorubergehende Effekbe bei
niedrigen Konzentrationen zu beobachten, die sehon nach kurzer Zeit wieder ausgeglichen werden.
Ansiitze
Fur jeden \'ersuch wurden 3,%g frischer PreShefe und 1 g Glukose xu 20 ml aufgefullt.
Hierron wurden in jedes Saccharometer 9 ml gegeben. Sobald sich zeigte, daB die Gargeschwindigkeit in beiden Proben gleich war, wurde 1 ml der .zu untersuchenden Losung
bzw. einer Kontrollosung zugegeben. Die Hefe wurde in der angegebenen Menge zugesetzt,
da nach Holzerll) in frischer PreBhefe immer noch 307; Wasser vorhanden sind und von
den 20 ml Suspension nur 18 fur den Ansatz veiwandt wurden. Sol1 jedes Saccharometer
1 g Hefesubstane enthalten, so errechnet sich der obengenannte Betrag. Der Anfangs-pHWert der Losung wurde in der Mehrzahl der Versuche, besonders mit Lanthan und dreiwertigem Cer, durch Borsaurepuffer auf 8,2 eingestellt; davon waren 5,6 ml in der Ausgangslosung, also 3,5 ml in jedem Saccharometer enthalten. Freilich schlug die Reaktion
durch die Garung bald nach der sauren Seite um und da Vcrsuche ohne Puffer keine grundGtzlich anderen Ergebnisse zeitigten, wurde apa,ter drtraiif vrrzichtet.
Es wurde bei Zimmertemperatur gearbeitet (2152').
Die graphischen Da.rstellungen zeigen die Gilrgeschwindigkeit in der Versuchslosung in
o/o gegeniiber jener in der Kontroll-Losung. Die absoluten Wert,e in den Kontrollen bewegten sich m i 0,%ml/Minute.
-11)
Holzer, H., Kiorhrin.
X. 324,
144 (1953).
372
Arciuv der
Pharmazie
LOO8
Ergebnisse
1. L a n t h a n
Znsatz von 1ml einer m/10 Lanthanchlorid-Losung erwies sich uberraschenderweise
als ganzlich unwirksam. Das Gleiche gilt von starkereu Verdiinnungen (m/100, m/1000,
m/10000). Abb. 1 a zeigt die praktisch vollige gbereinstimmung der Gargeschwindigkeit
i n Versuch und Kontrolle, bei der mit,
%
b
einer aquivalenten Menge KaCl versetzt wurde. Die geringe Erhijhung
nach 2 Minuten liegt innerhalb der
o " - x\,
Fehlergrenze. Auch in einer fiinfmal
stilrkeren Konzentration (Zusatz von
X
1 ml mi:! LaCI,-Losung) bewirkt Lanthan noch keine deutliche Hemmung.
Erst bei Zusatz von 2 ml einer mj2
LaCl,-Losung zu 8 rnl Hefesuspension,
\x
das sind 156 mg La-Ion je Gramm
Hefe, konnte eine voriibergehende,
40
'
nach 20 Minuten wieder ausgeglichene
10
20
30
Hemmung der Garung um anfiinglich
Minuten
50% erzielt werden (Abb. 1b). BeziigAbb. 1. a) m/100, b ) m/lO Lanthanchlorid
lich der schw&cheren&nzentrationen
stimmen die Ergebnisse mit denen der
alteren Lit,eratur ubcrcin. Die voriibergehende Hemmung in einer m/10 Losung wurde
noch nicht beobachtet.
/-*LX
//
-
2. Cer (111)
Gegen Ce(II1)-Ionen ist die Hefe erheblich weniger resistent. Ilara6)fand mit CeCl, eine
Hemmung urn 1/6 bei Konzentrationen von 1 : 2000 bis 1 : 500. Hi.bert3) freilich hatte nicht
einmal bei 1 : 100 und 1: 400 (Cersulfat) eine Hemmung finden konnen. Die eigenen B r funde wurdeu im wesentlichen bereits in a) mitgeteilt. Als Beispiel fur 16 gleichsinnig verlaufene Versuche sind in Abb. 3 die Kurven fiir drei typisohe Falle gezeichnet.
L
ia
20
Minuten
-
30
40
50
Sbb. 4. a) m/100 CeCl,, mit Rorsaurepuffer pq 8,2; b) m/100 CeCl,, ohne Puffer;
c ) rn/1000 CeCl,
Man erkennt, dab Zusatz von m/10 und rn/100, also eine Konzentration von 14
bzw. 1,4 mg Ce-Ion je Gramm Hefe eine deutliche, aber bald voriibergehende Hemmung
der G&rungbrwirkt. Verdunnt man noch einmal auf das Funffache, so ist der Effekt eben
293.fti5. Bd.
Seltene Erden und Hejegurung
1964, Nr. 4
373
noch wahrnehmbar (hier nicht dargestellt). Bei noch weiterer Verdunnung gibt es keinen
Unterschied mehr gegenuber der Kontrolle. Wl h l t man starkere Konzentrationen, so wird
die Hemmung sehr rasch ausgeglichen. I n Abb. 3 ist die Wirkung von 36,6 mg Ce-Ion je
g Hefe dargestellt. Dabei war die Menge CeC1,-Losung
o/.
dieselbe, jedoch die Hefemenge geringer (noch in Anlehnung an die in gebrauchten Mengen und Konzentrationen). Hieraus geht deutlich hervor, wie
notig es ist, die Menge Cersalz je G r a m m H e f e zu
beriicksichtigen und nicht nur die Konzentration an
sich. Eine d a u e r n d e Hemmung wird erst durch
eine iiber doppelt so starke Konzentration, nlmlich
60 mg Ce-Ion je g Hefe erzielt.
Vergleicht man diese Ergebnisse mit denen der
oben zitierten alteren Autoren, so wird sofort klar,
10
20
warum H66ert3) trotz seiner vergleichsweise hohen
Minuten
Konzentrationen (1 : 100 entspricht etwa m/50)
keinen Effekt beobachten konnte: Er bestimmte Abb 3. m/lOO CeC1~,jedoch gerinerst nach zwei Tagen die Menge der verbrauchten gere Hefemenge
26,6 mg Ce/g Hefe)
Glukose, zu einer Zeit also, wo der Unterschied
schon liingst wieder ausgeglichen war.
Mit den Ergebnissen von H a r d ) stimmen die vorliegenden in etwa uberein, doch sind
seine Angaben ungenau und widersprechen sich teilweise.
-
3. Cer (IV)
Zur Prufung der Wirkung des vierwertigen Cers wurde Cer(1V)-nitrat und, mit demselben
Erfolg, Ammonium-cer(1V)-nitrat verwendet. Die Salzlosungen des vierwertigen Cers sind
durch Hydrolyse stark sauer, pH einer m/100 Losung 1,9. I n einer solchen Losung ist die
Giirgeschwindigkeit auf die Dauer um etwa ein Drittel geringer, als in einer KontrollLosung, die die entsprechende Menge NaNO, bzw., als KontroUe zu Ammonium-cer(1V)nitrat, NH,NO,
NaNO, enthalt. Die Angabe ,,etwa ein Drittel" fur die Verlangsamung
kann wegen der Agglutination der Hefe (s. u.) keinen Anspruch auf Genauigkeit erheben.
DaB diese Hemmung eine spezifische Cerwirkung sei, liiBt sich nicht beweisen, vielmehr
scheint die Aziditiit die Ursache zu sein; denn mit einer auf denselben pH-Wert eingestellten Salpetersaure wurde eine ebenso groBe Hemmung erhalten. Geht man jedoch in der
Verdunnung einezehnerpotenz weiter, so daB derZusatz 1ml m/lOOCe(IV)-Losung betragt,
die Konzentration der Garlosung also m/1000, SO ist so gut wie keine Hemmung mehr zu
bemerken (Abb. 4).
+
xI
!loot
10
0
0
20
Minuten
30
40
50
Abb. 4. m/1000 (NH,), [Ce(N03),]
Das Arbeiten mit Ce(1V)-Salzenwird erschwert durch die noch bei starker Verdiinnung
auftretende A g g l u t i n a t i o n d e r Hef ezel l en . Wiihrend uber die Agglutination der Blutkorperchen und der Bakterien vie1 gearbeitet worden ist, so daB auf die einschlagigen Lehrbiicher verwiesen werden darf, fand ich uber die Agglutination von Hefe nur eine BemerArchiv 293./65. Heft 4
25
354
Archiv der
Pharmazie
Loos
kung bei Doerr12), der sie rnit Thoriumsulfat, also auch rnit einem vierwertigen Kation,
erhielt. Offensichtlich ist die Vierwertigkeit entscheidend. Um ganzliche Sicherheit zu erlangen, wurden Versuche mit Ammonium-zinn(1V)-chlorid gemacht. Sie bewirkten, genau
wie die entsprechenden Ce(1V)-Verbindungen, bei Zusatz von 1 ml einer m/10oder m/lOO
Losung zu 9 ml Hefesuspension eine kriiftige Agglutination. Die Verklumpung der Zellen
ist so stark, daB sich ein Pfropf bildet, der den U-Teil des GefiiBes verstopft, so daR mit dem
Saccharometer keine genauen Resultate erhalten werden.
Wiihrend Bakteriensuspensionen auch durch Ionen geringerer Wertigkeit ausgcflockt
werden konnen - freilich in einem mit der Wertigkeit wachsenden Grad - gelingt dies
bei Hefe nicht. Gepriift wurden Kupfersulfat und -nitrat, Eisen(IJ)sulfat,Eisen(II1)chlorid
und -sulfat, Chromsulfat, Aluminiumsulfat, Alaun, gelbes und rotes Blutlaugensalz, jemeils in denselben Konzentrationen, mit denen auch bei den Cersalzen gearbeitet wurde.
Nit keinem von diesen Sa.lzen konnte eine Agglutination erzielt werden, ebensowenig mit
freier n/100 Salpeter-, Salz- oder Schwefelsaure. Die Agglutination ist iibrigens keine physiologische, sondern eine physikalisch-chemische Erscheinung, die in einer Suspension toter
Hefezellen in gleicher Weise vor sich geht.
Bemerkenswert ist, daB die Hefe auch im Zustand starker Agglutination immer noch
gart.
Diskussion
ifberblickt man die vorliegenden Ergebnisse, so fiillt a h erstes die - etws im Vergleich
zu Spurenelementen - erhebliclie Resistenz der Hefe gegen Cer- und besonders LanthanIonen auf. Es ist vielleicht nicht unnutz, sich einmal zu uberlegen, wieviel Ionen auf eine
Hefezelle treffen. Betrachtet man eine Hefezelle als Rotationsellipsoid mit den Achsen 7 p
und 4,6p,so ist ihr Volumen rund Top3. Unter Berucksichtigung des spez. Gewichts von
nahe 1ergibt sich fur 1 g Hefesubstanz der Betrag von 1,4 1O1O Zellen. Bei den Versuchen
mit Zusatz von 1 ml m/10 Salzlosung zu 1 g Hefe errechnen sich 4,3 lo9 Ionen, bei Zusatz
von m/500, wo gerade noch eine Wirkung zu bemerken ist, 0,86 10s Ionen je Hefezelle.
(Damit ist natiirlich nicht gesagt, daB diese Teilchen anch alle die Zelle ,,treffen".) Fiir die
Dauerhemmnng mit Ce(II1)-Ionen braucht es ca. 1O1O Ionen je Zelle. Bei Lanthan liegen die
Werte noch zwei bis drei Zehnerpotenzen hoher.
Zur I n t e r p r e t a t i o n der Hemmungserscheinungen bieten sich die katalytischen Wirkungen der seltenen ErdmetaUelA)an, wiewohl ein unmittelbarer Beweis jedenfalls fur die
Vorgiinge bei der Hefegiirung immer noch nicht gefiihrt werden konnte. Der Umstand, daB
im Giirgut stets saures Milieu herrscht, wahrend in vitro die metallkatalytischen Vorgiinge
nur im schwach alkalischen Gebiet ablaufen, braucht nicht zu storen, d a in der lebenden
Zelle ja zahlreiche begrenzte Bezirke, sozusagen ,,Mikrolabora,torien" zur Verfugung stehen,
in denen die notwendigen Bedingungen herrschen konnen. Der katalytische EinfluB der
Ionen auf den Giirverlauf kann nun bei Konzentrationen, die noch nicht toxisch wirken,
sowohl als eine Hemmung durch die Hintanhaltung der Phosphorylierung des Zuckers als
auch als eine Porderung durch beschleunigte Dephosphorylierung der vor den Endprodukten
auftretenden Phosphorsaureester verstanden werden. Beides wird wohl der Fall sein. Xus
der v o r i i b e r g e h e n d e n Hemmung bei schwachen Konzentrationen darf man schlieBen,
daB die in die Zelle eindringenden Ionen zuniichst den Ort der Phosphorylierung erreichen.
Zwanglos erklart sich auch die Tatsache, daB bei solchen Cer-Konzentmtionen, deren hemmende Wirkung noch ausgeglichen wird, dieser Ausgleich umso schneller vor sich geht,, je
hoher die Konzentration ist. (Abb. 3) : Das groBere Konzentrationsgefalle bedingt ein rascheres Eindringen in die einzelnen Zellbezirke bzw. zu den Organellen. Wird die Konzentration noch grol3er- kommt es zur Spaltung auch der Zwischenprodukte und schliel3lich
kann es bei noch stiirkeren Dosen zu einer Zersetzung solcher St,offc kommen, die mi Bau
~12) Uoerr, R.,Kolloid-Z. 27, 275 (1920).
lS) Bapnann, J ! . , Dtwh. Apoth. Ztg 97, 1103 (1957).
.
-
293.163. Bd.
1950,N r , 4
Zur Kenntnis des o-Yanillins
~
37 5
~
.__
wichtiger Strukturelemente der Zelle beteiligt sindl"), was als schwere Giftwirkung anzusehen wiire.
Da13 das Lanthan erst bei vie1 hoheren Konzentrationen wirksam ist, braucht nicht gegen die obige Deutung zu sprechen. Sind doch auch bei in-vitro-Versuchen erhebliche Unterschiede beobachtet wordenlj) 16).
I n welchem MaBe in der Zelle die Ionen selbst katalytisch wirken oder katalytische Reaktionen beeinflussen, wird schwer festzustellen sein. Denkbar ist beides. Es scheint wenig
beachtet worden zu sein, daD die Moglichkeit einer Beschleunigung fermentativer Prozesse
durch Cer-Ionen, namlich der Starkespaltung mittels Diastase und vielleicht auch eine
der Amygdalinspaltung mittels Emulsin, bestcht, was ja schon der Arbeit von Hhbert3)
zu entnehmen ist, wenn er auch selbst anscheinend wenig Gewicht darauf legt. CuppeZZil7)
hat eine Hemmung pflanzlicher Peroxydasen durch verschiedene Metallionen, darunter
Cer, gefunden. Der Bamannschen Schule hinwiedenim verdanken wir die Erkenntnis,
daB die zur Rede stehenden Ionen (nnd nicht nur solche der seltenen Erdmetalle) selbst
als Katalysatoren wirken.
Die seltenen Erden geben also noch manches Ratsel auf. Die bevorzugte Bolle, die das
Cer spielt, ist vielleicht das Interessanteste davon.
Zusammenfassung
Lanthanchlorid bewirkt in einer Konzentration von ca. 150 mg Lanthan-Ton i e
Gramm Hefe eine voriibergehende Hemmung der Garung.
Bei Cer(lI1)-Chlorid genugt d a m schon eine 500mal geringere Konzentration.
Salze des vierwertigen Cers flocken - wie die Salze anderer vierwertiger Ionen
- in Konzentrationen m/lOOO und starker die suspendierten Hefezellen durch
Agglutination aus. Die von ihnen bewirkte Hemmung der Garung ist nicht starker,
als es der durch Hydrolyse bedingten stark saueren Reaktion der Losung entspricht.
.-~
Bumann, h'., Trapmunn, H . und F k h l e r , F., Biochem. Z . 326, 89 (1954).
Bamann, E., Fischter, F. und Trupmunn, H., Biochem. Z. 325, 413 (1953).
Buman,n, E. und Miitterlein, IY., Chem. Ber. 91, 471 (1968).
1 7 ) Cuppelli, G., Lo Sperimentale 80, 529 (1926).
11)
Is)
-
Anschrift: Dr. Walter Loos, Wiss. Abtlg. der Fa. CEEAK, chem.-pharmaz. Fabrik Dr. Brand & Co.,
KernptenjAllgilu.
~
~
~~
1857. E. P r o f f t und M. S c h i n d l e r
Zur Kenntnis des o-Vanillins
VI. Mitteilungl): Ketobasen des Bredatechins
Aus drm Iustitut fur Organische Chemie der Technischen Hochschule fur Chemie LeunaMerseburg. Direktor: Prof. Dr. 8.Pyofff
(Eingegangen am 46. Juli 1969)
Inhaltsubersicht :
Ausgehend vom 2,n-Propoxy-3-methoxybenzaldehydwurde das entsprechende
Acetophenon dargestellt. Dieses wurde mit einer Beihe von aliphatischen und
heterocyclischen sekundaren Basen und Pormaldeh yd nach Mannich konclensiert .
Die erhaltenen Ketobasen erwiesen sich z. T. als oberflachenanasthetisch uiirksam.
2,n-Propox y-8methox ybenzoesaureh ydrazid ulurde dargestellt .
1)
V. Mitt.: J . prakt. Chem. [4] 9, 13(i (1959).
25 *
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