Цианокобаламин (Витамин B12) (68-19-9) Физико-химические свойства

Химический профиль

Цианокобаламин (Витамин B12)

Водорастворимый кобаламин, представленный в виде кристаллического производного витамина B12, предназначенный для использования в качестве активного фармацевтического ингредиента (АФИ), аналитического эталона или компонента технологического процесса в производстве фармацевтических и нутрицевтических продуктов.

Номер CAS	68-19-9
Семейство	Кобаламиины (корриноидный витамин)
Типичная форма	Порошок или кристаллическое твердое вещество
Распространённые стандарты качества	EP

Широко применяется в командах по разработке формуляций и НИОКР в качестве АФИ или эталонного стандарта в производстве пищевых добавок и фармацевтических средств; контроль качества ориентирован на определение содержания, профиль примесей и стабильность. Обращение и хранение осуществлять в условиях защиты от света и под контролем параметров для ограничения фотодеградации и обеспечения стабильности между партиями.

Цианокобаламин относится к классу кобаламинов и представляет собой макроцикл коррина: корриновое кольцо с центральным кобальтом, похожее на порфириноид, с несколькими боковыми цепями, содержащими амидные группы, нуклеотидный аксиальный лиганд (5,6-диметилбензимидазол) в нижнем (базисном) координационном положении и аксиальный цианидный лиганд в верхнем (β) положении. Структурно он объединяет большой высокозамещённый тетрапирроловый корриновый ядро с фосфорилированной рибозой и многочисленными отростковыми заместителями с карбоксамидными и аминокислотными группами; молекулярная архитектура формирует жёсткий металл-центрированный комплекс с обширной способностью к водородным связям и заданной трёхмерной стереохимией (множество стереоцентров и двойных связей в окружении коррина).

Электронно кобальтовый центр находится в высоком степени окисления (формально Co(III) в комплексе с цианидом), а поле лигандов доминируется π-системой коррина и сильными аксиальными лигандами. Молекула формально нейтральна как изолированное соединение, но содержит локализованный металлический катион, компенсируемый анионными вкладами лигандов внутри ковалентной структуры. Из-за большого количества полярных функциональных групп (карбонилы амидов, первичные и вторичные амины, фосфатный эфир, гидроксильные группы) и значительной топологической полярной поверхности цианокобаламин обладает высокой полярностью и хорошо гидратируется в водных средах; эффективно растворим в воде и демонстрирует низкую липофильность по сравнению с малыми органическими кофакторами сопоставимой массы.

Химически и фармацевтически цианокобаламин широко используется как стабильная, пригодная для введения форма витамина B12, которая может быть ферментативно или химически конвертирована в метаболически активные кофакторы кобаламина (метилкобаламин и аденозилкобаламин). Он имеет большое значение в клиническом питании и биохимических исследованиях в качестве витаминной добавки и предшественника клеточных процессов, зависимых от B12.

Распространённые коммерческие стандарты для этого вещества включают: EP.

Молекулярный обзор

Молекулярная масса и состав

Молекулярная формула: \(\ce{C63H88CoN14O14P}\).
Молекулярная масса: 1355,4 Да (значение в источнике: 1355,4).
Точная масса / мономасс: 1354,567399 (значение в источнике: 1354,567399).
Топологическая полярная поверхность (TPSA): 476 \(\mathrm{\AA}^2\) (значение в источнике: 476).
Количество тяжёлых атомов: 93 (значение в источнике: 93).
Количество определённых стереоцентров атомов: 14 (значение в источнике: 14).
Количество стереоцентров связей: 3 (значение в источнике: 3).
Количество ковалентно связанных единиц: 3 (значение в источнике: 3) — отражает объединённое представление корринового комплекса кобальта с его контр-частями в некоторых визуализациях.
Количество доноров водородных связей: 9 (значение в источнике: 9).
Количество акцепторов водородных связей: 21 (значение в источнике: 21).
Количество вращающихся связей: 26 (значение в источнике: 26).
Формальный заряд: 0 (значение в источнике: 0).
Молекулярная сложность: 3150 (значение в источнике: 3150).
Площадь столкновения (экспериментально): 338,2 \(\mathrm{\AA}^2\) [M+H]+ [CCS тип: DT; метод: единичное поле, калибровка с Agilent tune mix (Agilent)] (значение в источнике: 338,2 \(\mathrm{\AA}^2\) [M+H]+ [CCS тип: DT; метод: единичное поле, калибровка с Agilent tune mix (Agilent)]).

Примечание по 3D-моделированию: генерация конформеров для этого соединения часто запрещена в стандартных методологиях молекулярного моделирования малых молекул из-за очень большого количества атомов, наличия переходного металлического центра (Co) и экстремальной конформационной сложности, обусловленной обширными боковыми цепями и ионизируемыми группами.

Заряд, полярность и LogP

Формальный заряд (подтверждённый): 0.
Кобальтовый центр формально находится в высокой степени окисления и координирован в макроцикле коррина, в то время как аксиальный цианидный лиганд стабилизирует комплекс; несмотря на металлический центр, целый комплекс представляет собой нейтральную, высокополярную молекулу благодаря множеству ионизуемых и способных к водородным связям функциональных групп.
Липофильность: поведение на классовом уровне — сильногидрофильное; молекула предпочитает водную фазу и требует полярных растворителей или комплексообразователей для перехода в неполярную среду.
Экспериментально установленные значения коэффициента распределения logP или октанол–вода отсутствуют в имеющихся данных.

Биохимическая классификация

Цианокобаламин — это кобаламин (корриноидный) витамин, представитель семейства макроциклов коррина, являющихся органометаллическими кофакторами. Является синтетическим или выделенным производным витамина B12 с цианидной группой, используемым в качестве стабильной формы хранения и дозирования; в биологических системах служит предшественником ферментативно активных форм (метилкобаламин и 5'-дезоксиаденозилкобаламин), выступающих коферментами в реакциях переноса одноуглеродных групп и внутримолекулярных перестроек.

Химическое поведение

Стабильность и деструкция

Цианокобаламин сравнительно химически стабилен среди производных кобаламина, поскольку аксиальный цианидный лиганд образует относительно прочную связь с центром Co(III), что снижает восприимчивость к определённым реакциям замещения лигандов при мягких условиях. Тем не менее, он химически лабилен под действием нескольких типичных стрессоров для сложных кофакторов: - Фотолиз может вести к диссоциации лигандов и восстановлению кобальтового центра, способствуя преобразованию в другие формы кобаламина или продуктам деструкции. - Сильные восстановительные условия и ферментативная редуктивная активация способствуют превращению цианокобаламина в другие кобаламинов (через реакции восстановления и замещения лигандов). - Экстремальные значения pH, продолжительный нагрев, а также сильные окислительные или нуклеофильные условия способствуют гидролитическому расщеплению периферийных амидных или гликозидных связей и разложению нуклеотидного цикла. Стратегии обращения и формулирования обычно направлены на защиту вещества от света, восстановителей и экстремальных значений pH для сохранения химической целостности.

Гидролиз и трансформации

Цианокобаламин подвергается реакциям обмена лигандов в аксиальной позиции кобальта и биохимически превращается в активные производные кобаламина: - Лиганд цианида может быть замещён при восстановительных/ферментативных условиях с образованием гидроксикобаламина, метилкобаламина или аденозилкобаламина в зависимости от пути реакции и ферментативного контекста. - Фосфорилированная рибоза (нуклеотидное) звено и несколько амидных боковых цепей подвержены гидролизу в сильно кислых или щелочных условиях, что может приводить к распаду молекулы и уничтожению кофакторной активности. - Фотохимические и восстановительные пути могут восстанавливать Co(III) до Co(II) или Co(I), что приводит к разрыву связи Co–лиганд и последующим перестройкам; эти преобразования играют центральную роль в процессе превращения различных биологически значимых форм кобаламина. Эти пути трансформации лежат в основе использования цианокобаламина в качестве фармацевтически стабильного прекурсора, который метаболически превращается в активные формы in vivo.

Биологическая роль

Функциональная роль и пути

Сам цианокобаламин действует преимущественно как стабильная форма доставки витамина B12; в биологических системах он ферментативно или химически превращается в активные кофакторы: - Метилкобаламин: кофактор метионинсинтазы (метилирование гомоцистеина в метионин) и центральный элемент фолатного и одоуглеродного метаболизма. - 5'-Дезоаденозилкобаламин (аденозилкобаламин): кофактор метилмалонил-КоА мутазы (изомеризация метилмалонил-КоА в сукцинил-КоА) в митохондриальном катаболизме жирных кислот с нечётной цепью и аминокислот. Эти реакции, зависимые от кобаламина, необходимы для биосинтеза нуклеотидов, процессов метилирования и промежуточного метаболизма.

Физиологический и клеточный контекст

В организмах кобаламинки транспортируются специфическими белками связывания и системами клеточного захвата; экзогенно введённый цианокобаламин захватывается, подвергается обработке и превращается в физиологически активные формы кофактора в клеточных компартментах: - Цитозольное превращение обеспечивает метилкобаламин для активности метионинсинтазы. - Митохондриальный импорт и превращение приводят к образованию аденозилкобаламина для активности мутазы. Клеточный гомеостаз кобаламинов строго регулируется; дефицит нарушает синтез ДНК и метаболический поток через пути одоуглеродного и нечётночепочного метаболизма.

Идентификаторы и синонимы

Регистрационные номера и коды

Номер по реестру CAS: 68-19-9
InChIKey: FDJOLVPMNUYSCM-WZHZPDAFSA-L
InChI: InChI=1S/C62H90N13O14P.CN.Co/c1-29-20-39-40(21-30(29)2)75(28-70-39)57-52(84)53(41(27-76)87-57)89-90(85,86)88-31(3)26-69-49(83)18-19-59(8)37(22-46(66)80)56-62(11)61(10,25-48(68)82)36(14-17-45(65)79)51(74-62)33(5)55-60(9,24-47(67)81)34(12-15-43(63)77)38(71-55)23-42-58(6,7)35(13-16-44(64)78)50(72-42)32(4)54(59)73-56;1-2;/h20-21,23,28,31,34-37,41,52-53,56-57,76,84H,12-19,22,24-27H2,1-11H3,(H15,63,64,65,66,67,68,69,71,72,73,74,77,78,79,80,81,82,83,85,86);;/q;-1;+3/p-2/t31-,34-,35-,36-,37+,41-,52-,53-,56-,57+,59-,60+,61+,62+;;/m1../s1
SMILES: CC1=CC2=C(C=C1C)N(C=N2)[C@@H]3[C@@H]([C@@H]([C@H](O3)CO)OP(=O)([O-])O[C@H](C)CNC(=O)CC[C@@]\\4([C@H]([C@@H]5[C@]6([C@@]([C@@H](C(=N6)/C(=C\\7/[C@@]([C@@H](C(=N7)/C=C\\8/C([C@@H](C(=N8)/C(=C4\\[N-]5)/C)CCC(=O)N)(C)C)CCC(=O)N)(C)CC(=O)N)/C)CCC(=O)N)(C)CC(=O)N)C)O.[C-]#N.[Co+3]

(Каждый из приведённых идентификаторов представлен в указанных форматах; реестровые и структурные коды используются для однозначной идентификации вещества.)

Синонимы и биологические названия

Отмеченные синонимы и названия включают: - Цианокобаламин (Витамин B12) - цианокобаламин - витамин B12 - SCHEMBL29674629

Обзор безопасности и обращения

Обращение и хранение биохимических материалов

Опасности класса вещества и обращение: как крупный гидрофильный корриноид, цианокобаламин не является высоко летучим, но чувствителен к фотодеградации, теплу и восстановительным агентам. Сведите к минимуму воздействие света при обращении и хранении; используйте непрозрачные или янтарные ёмкости, где возможно, и ограничьте воздействие сильных восстановительных условий или экстремальных значений pH, ускоряющих разложение.
Средства индивидуальной защиты: стандартные лабораторные СИЗ (перчатки, защита глаз, лабораторный халат) подходят для рутинного обращения с твердым веществом и приготовления растворов; избегайте вдыхания пыли с помощью локальной вентиляции или средств контроля пыли при взвешивании порошка.
Хранение: хранить в защищённом от света и сухом месте; соблюдайте рекомендации поставщика по температурному режиму и упаковке для обеспечения стабильности.
Утилизация отходов и управление разливами: обращайтесь с твердыми веществами и растворами как с лабораторными химическими отходами; собирайте пролитое вещество с помощью инертных адсорбентов, избегая попадания в канализацию без соответствующей нейтрализации или институционального контроля. Для детальной информации по опасностям, транспортировке и нормативным требованиям следует обращаться к паспорту безопасности (SDS) и местному законодательству.