Пантотеновая кислота (79-83-4) Физико-химические свойства

Химический профиль

Пантотеновая кислота

Водорастворимый витамин B5 (пантотеновая кислота), поставляемый для использования в качестве ингредиента или сырья в пищевых, фармацевтических и косметических препаратах, а также для НИОКР и контроля качества.

CAS Number	79-83-4
Семейство	Пантонаты / Витамины и производные
Типичная форма	Порошок или кристаллическое твердое вещество (гигроскопичное)
Распространённые сорта	EP, FCC, Food Grade, Technical Grade

Обычно поставляется в виде свободной кислоты или стабильных солей (например, кальция пантотенат) для использования в производстве пищевых добавок, местных косметических средств и фармацевтических препаратов; высокая водорастворимость и гигроскопичность требуют контролируемого хранения и обращения. Производители и отделы НИОКР используют его в качестве активного фармацевтического ингредиента, компонента формулы, аналитического стандарта и сырья для контроля качества и разработки процессов.

Пантотеновая кислота — это небольшой водорастворимый витамин B (витамин B5), относящийся к классу N-ацетилированных производных бета-аланина. Структурно это амид, образованный между пантотеновой кислотой (третичной 2,4-дигидрокси-3,3-диметилмасляной кислотой) и бета-аланином; коммерчески и биологически активным стереоизомером является R (D) энантиомер, молекула содержит один определённый стереоцентр. Ключевые функциональные группы — терминальная карбоксильная кислота, амидная связь и два вторичных спирта на сильно заместительном третичном углероде. Эти полярные функциональные группы обеспечивают свободной кислоте высокую способность к водородным связям (четыре донора и пять акцепторов Н-связей) и большую топологическую полярную поверхность (\(107\,\text{Å}^2\)), что вместе обеспечивает сильную водорастворимость и низкую липофильность.

С электронной и химической точки зрения пантотеновая кислота амфотерна: карбоксильная группа может диссоциировать (образуя пантотенат-анион при физиологических условиях), тогда как амид и гидроксильные группы остаются преимущественно нейтральными в типичных условиях. Расчётный коэффициент распределения (XLogP = -1.1) и высокая полярная поверхность указывают на плохую пассивную проницаемость через мембраны и предпочтение транспорта с помощью переносчиков в биологических системах. Свободная кислота химически лабильна: гигроскопична и склонна к деградации при сильно кислых или щелочных условиях и под воздействием тепла; более стабильные твёрдые формы обычно получают в виде солей (например, кальция или натрия пантотенаты) или спиртового производного пантенола для применения в формулах. В биологии пантотеновая кислота является пищевым предшественником коэнзима А (CoA) и протетических групп белка-носителя ацилов, а значит — центром ацилтрансфераз, энергетического обмена и биосинтеза жирных кислот.

Распространённые коммерческие сорта вещества включают: EP, FCC, Food Grade, Technical Grade.

Основные физико-химические параметры

Плотность и твёрдое состояние

Экспериментальное числовое значение плотности пантотеновой кислоты в текущем контексте данных отсутствует. Качественно свободная пантотеновая кислота (в форме свободной кислоты) описывается как вязкая, крайне гигроскопичная жидкость/масло (в источниках описывается как жёлтое вязкое масло или вязкая гигроскопичная жидкость) и может быть выделена в виде гигроскопичных кристаллов при специальных условиях. Коммерческие стабильные твёрдые формы обычно представляют собой кальциевые или натриевые соли (например, кальция D-пантотенат), которые кристаллизуются в нескольких полиморфных формах и соливах; эти соли менее гигроскопичны, чем свободная кислота, и являются предпочтительными твёрдыми формами для таблеток и сухих смесей.

Температура плавления

Сообщённые данные о температуре плавления/деструкции варьируются в зависимости от формы: - \(195\,^\circ\mathrm{C}\) (соль D-кальция пантотената) - \(170\text{–}172\,^\circ\mathrm{C}\) (соль кальция) - < \(25\,^\circ\mathrm{C}\) (свободная кислота; что согласуется с вязким состоянием кислоты при комнатной температуре)

Некоторые описания указывают на деструкцию около \(195\text{–}196\,^\circ\mathrm{C}\) для определённых препаратов; следовательно, температуры плавления или разложения следует интерпретировать с учётом конкретной соли, солива или формы свободной кислоты.

Растворимость и поведение при растворении

Данные о растворимости зависят от формы и иногда исторически внутренне противоречивы; ориентировочные значения и качественное поведение включают: - Описывается как «Очень растворима в воде» и «Свободно растворима в воде»; одно количественное значение — \(1000.0\,\mathrm{мг}\,\mathrm{мл}^{-1}\). - Отчёты о растворимости в различных растворителях (часто применительно к конкретным формам): «Свободно растворима в воде, этиловом ацетате, диоксане, ледяной уксусной кислоте; умеренно растворима в эфире, амиловом спирте; практически нерастворима в бензоле, хлороформе». - Конкретное примечание по растворимости: \(1\,\mathrm{г}\) растворяется в \(2.8\,\mathrm{мл}\) воды (относится к сольовой форме). Практически свободная кислота и её соли сильно гигроскопичны и легко растворимы в водных средах; выбор соли (кальциевая, натриевая, цинковые комплексы) значительно влияет на стабильность в твёрдом состоянии и видимую растворимость в практике создания формул.

Химические свойства

Кислотно-основное поведение и качественное pKa

В текущих данных нет установленного экспериментального числового значения pKa пантотеновой кислоты. Качественно молекула амфотерна: терминальная карбоксильная группа является кислой и может диссоциировать с образованием пантотенат-аниона при нейтральном и щелочном pH, в то время как амидный азот не обладает выраженной основностью. Отчёты о pH солевых растворов включают: pH 5%-ного водного раствора в диапазоне 7.2–8.0 и pH в воде без CO2 равен 8.7 (сообщается для препаратов соли кальция). В физиологических средах пантотеновая кислота преимущественно существует как пантотенат-анион, который является субстратом для систем клеточного транспорта и для ферментативного превращения в CoA.

Реакционная способность и стабильность

Пантотеновая кислота химически нестабильна при сильно кислотных или щелочных условиях и термолабильна; описания указывают, что она «нестабильна… легко разрушается кислотами, основаниями и теплом». Свободная кислота крайне гигроскопична, что осложняет обработку и хранение; при нагревании происходит разложение с выделением токсичных газов (отмечено выделение оксидов азота). Промышленной практикой является преобразование в более стабильные формы (кальциевый или натриевый пантотенат, либо спиртовой аналог пантенол) для улучшения срока годности и удобства обращения. В производстве формул пантенол (спиртовой аналог) предпочитается для жидких продуктов из-за повышенной стабильности; кальция пантотенат демонстрирует улучшенную стабильность в сухих смесях и поливитаминных таблетках.

Молекулярные параметры

Молекулярная масса и формула

Молекулярная формула: C9H17NO5
Молекулярная масса (сообщаемая): \(219.23\,\mathrm{г}\,\mathrm{моль}^{-1}\)
Точная масса / мономасса: 219.11067264

Дополнительные вычисленные дескрипторы для оценки структуры включают количество тяжёлых атомов 15, комплексность 239 и один определённый стереоцентр.

LogP и структурные особенности

XLogP (вычисленный): -1.1
Топологическая полярная поверхность: \(107\,\text{Å}^2\)
Доноры водородных связей: 4
Акцепторы водородных связей: 5
Количество вращающихся связей: 6

Эти параметры указывают на высокополярную молекулу с возможностью водородных связей, низкой липофильностью (отрицательный XLogP) и ограниченной пассивной проницаемостью мембран; биологический транспорт в основном обеспечивается с помощью переносчиков. Один стереоцентр (конфигурация R для биологически активного изомера) критически важен для ферментного распознавания.

Структурные идентификаторы (SMILES, InChI)

SMILES: CC(C)(CO)C@HO
InChI: InChI=1S/C9H17NO5/c1-9(2,5-11)7(14)8(15)10-4-3-6(12)13/h7,11,14H,3-5H2,1-2H3,(H,10,15)(H,12,13)/t7-/m0/s1
InChIKey: GHOKWGTUZJEAQD-ZETCQYMHSA-N

Все три идентификатора соответствуют R/D энантиомеру, часто обозначаемому как биологически активная пантотеновая кислота.

Идентификаторы и синонимы

Регистрационные номера и коды

CAS номер: 79-83-4
Номер Европейского сообщества (EC): 201-229-0
UNII: 19F5HK2737
ChEBI: CHEBI:46905
ChEMBL: CHEMBL1594
DrugBank: DB01783
HMDB: HMDB0000210
KEGG: C00864 / D07413
DSSTox Substance ID: DTXSID9023417
Имеются также ссылки на поставщиков и реестры для солей и производных (например, кальция пантотенат, натрия пантотенат).

Синонимы и непатентованные названия

Распространённые синонимы и систематические наименования этого вещества включают: - Пантотеновая кислота - Пантотенат - Витамин B5 - D-пантотеновая кислота; (R)-пантотеновая кислота - бета-Аланин, N-[(2R)-2,4-дигидрокси-3,3-диметил-1-оксобутил]- - 3-[[(2R)-2,4-дигидрокси-3,3-диметилбутаноил]амино]пропановая кислота - Пантенол (спиртовой аналог; провитамин)

Эти синонимы охватывают наименования свободной кислоты, солей и производных, широко используемые в промышленности, пищевой и фармакологической сферах.

Промышленные и фармацевтические применения

Роль как активного фармацевтического ингредиента или промежуточного продукта

Пантотеновая кислота и её соли широко применяются как пищевые добавки и активные фармацевтические ингредиенты в мультвитаминных и парентеральных/энтеральных продуктах питания. Это вещество является предшественником в биосинтезе кофермента А и, таким образом, незаменимо в метаболических путях; включается в состав формуляций для предотвращения дефицита и исследуется в разнообразных терапевтических областях (заживление ран, дерматологические применения, периферическая невропатия, метаболические исследования). В промышленном производстве более стабильные соли кальция или натрия используются в качестве сырья и промежуточных продуктов для подготовки твердых лекарственных форм.

Контекст разработки и формулирования

В практике формулирования используется более высокая стабильность и меньшая гигроскопичность солей (кальциевой, натриевой) по сравнению со свободной кислотой, а пантенол применяют при необходимости жидкой стабильности. Кальция пантотенат обычно используется в таблетках и сухих смесях благодаря улучшенной стабильности. Типичные готовые формы включают пероральные таблетки (диапазон 10–545 мг для продуктов кальция пантотената), инъекционные растворы декспантенола для парентерального применения и косметические составы, где пантотеновая кислота/пантенол используются как кондиционирующие средства для кожи и волос.

Если требуется более краткое резюме применения, следует обратиться к технической документации по конкретному продукту или формуляционным записям.

Спецификации и сорта

Типичные сорта (фармацевтический, аналитический, технический)

Коммерчески доступные сорта пантотеновой кислоты включают фармацевтический сорт (для лечебного применения), аналитический сорт (для лабораторных стандартов) и технический/пищевой сорт для пищевых добавок и обогащения продуктов питания. Распространённые коммерческие сорта включают: EP, FCC, Food Grade, Technical Grade.

Общие показатели качества (качественное описание)

Контролируемые или учитываемые показатели качества включают оптическую чистоту (содержание R/D энантиомера), влажность/гигроскопичность (особенно важна из‑за высокой гигроскопичности), содержание остаточных растворителей для сольватов, полиморфную форму кристаллических солей и содержание активного вещества/чистоту по подходящим аналитическим методам (ВЭЖХ, титриметрический или микробиологический анализ). Для производства солей и субстанций учитываются также контроль остатков бета-аланина и лактоновых предшественников, а также предотвращение рацемизации. Конкретные пределы по содержанию и критериям по примесям устанавливаются техническими условиями закупки и нормативными требованиями и здесь не приводятся.

Обзор безопасности и обращения

Токсикологический профиль и особенности воздействия

Пантотеновая кислота обычно считается низкотоксичной при типичных пищевых и добавочных дозах и не классифицируется во многих системах GHS (обозначается как «Не классифицирована» в сводных уведомлениях поставщиков). Побочные эффекты при очень высоком пероральном приёме могут включать желудочно-кишечные расстройства (диарея) и, редко, реакции гиперчувствительности. Сообщаемые данные о неявной острой токсичности: - LD50 (мышь, внутрибрюшинное введение): \(1{,}443\,\mathrm{мг}\,\mathrm{кг}^{-1}\) - LD50 (мышь, подкожное введение): \(2{,}500\,\mathrm{мг}\,\mathrm{кг}^{-1}\) - LD50 (крыса, подкожное введение): \(3{,}500\,\mathrm{мг}\,\mathrm{кг}^{-1}\)

Клинические и казуистические отчёты отмечают, что реакции гиперчувствительности, в том числе редкая эозинофильная плевроперикардит, ассоциируются с комбинированным применением витаминов в отдельных случаях. Высокие дозы добавок (несколько грамм в сутки) могут вызывать лёгкие желудочно-кишечные эффекты; один обзор указывает на возможные симптомы при очень больших суточных дозах (около \(10{,}000\,\mathrm{мг}\) в день). В промышленных и лабораторных условиях воздействие через дыхание мало вероятно для свободной кислоты/масла, но пыль или аэрозоли солевых форм требуют контроля. При прямом контакте у чувствительных лиц возможны раздражения глаз и кожи.

Это вещество является биологически активным витамином и легко всасывается через кишечные транспортные механизмы при приёме внутрь; выведение происходит преимущественно почками с выделением пантотената пропорционально дозировке.