Глава 12. Анализ производных фурана, бензопирана, пиррола, пиразола, имидазола и индола

Фармацевтическая химия — Арзамасцев А. П. — 2004

• Производные 5-нитрофурана
• Производные бензопирана
• Производные пиразола
• Производные пиррола
• Производные имидазола и индола

Нa основе гетероциклических систем создано множество современных ЛС. Получение многих из них стало возможным вследствие изучения биологической активности гетероциклических природных соединений. В свою очередь, изучение их синтетичес­ких аналогов служит основой для дальнейшего развития синтеза новых лекарств. В последнее время довольно широко применяется программа компьютерного моделирования лекарств.

ЛС, относящиеся к данной группе, представляют собой разно­образные химические соединения, в которых проявляются за­кономерности, присущие другим классам и группам химических соединений.

ПРОИЗВОДНЫЕ 5-НИТРОФУРАНА

Фуран — пятичленный гетероцикл с гетероатомом кислорода; ему, как и бензолу, присущ ароматический характер. Лекарствен­ные вещества данной группы используют как антибактериальные средства. Строение большинства из них можно представить общей формулой:

По строению эти вещества можно рассматривать как продукт конденсации альдегида 5-нитрофурфурола с соответствующим аминопроизводным:

Таким образом, лекарственные вещества данной группы пост­роены по типу оснований Шиффа и содержат азометиновую связь — СН = И — (табл. 45).

Кислотно-основные свойства

Производные 5-нитрофурана являются веществами кислотного характера. У фурацилина кислотные свойства обусловлены подвиж­ным атомом водорода амидной группы в остатке семикарбазида.

Фурадонин проявляет кислотные свойства за счет кетоенольной и лактим-лактамной таутомерии в гидантоиновом фрагменте:

Лактим-лактамная таутомерия обусловливает также возможность существования фурагина в 2 формах — кислотной (лактамной) и солевой (лактимной).

У фуразолидона кислотные свойства выражены слабее, чем у других лекарственных веществ данной группы.

Кислотные свойства лекарственных веществ группы 5-нитрофурана проявляются в следующих видах взаимодействия:

— с водными растворами щелочей;

— с протофильными растворителями (пиридин, диметилформамид);

— с ионами тяжелых металлов.

Все лекарственные вещества данной группы реагируют с раство­ром натрия гидроксида, при этом окраска становится более интен­сивной. Поэтому реакция со щелочью является общегрупповой для данных веществ. Фурацилин при растворении в 10% растворе на­трия гидроксида дает оранжево-красное окрашивание. Происходя­щее при этом депротонирование NH-кислотного центра вызывает перераспределение электронной плотности, что приводит к иони­зации вещества и образованию новой сопряженной системы двой­ных связей с интенсификацией в результате указанных факторов окраски:

Темно-красное окрашивание при действии раствора натрия гид­роксида на фурадонин обусловлено таутомерными превращениями в ядре гидантоина (см. выше), что также приводит к образованию дополнительных двойных связей и ионизации.

Фуразолидон дает бурое окрашивание с 30% раствором щелочи при нагревании, что связано с расщеплением лактонного цикла (ядро оксазолидона) и получением ионизированной соли:

Реакция с групповым реагентом — раствором натрия гидроксида — лежит также в основе количественного фотометрического определе­ния лекарственных веществ группы 5-нитрофурана и их препаратов.

За счет кислотных свойств производные 5-нитрофурана раство­ряются в протофильных растворителях (пиридин, диметилформамид) с образованием окрашенных анионов, которые с катионами щелочных металлов образуют соли разного цвета, что позволяет дифференцировать данные вещества.

Кислотный характер производных 5-нитрофурана дает возмож­ность проводить реакции комплексообразования с ионами тяже­лых металлов (Сu²⁺, Со²⁺, Аg⁺) — Эти реакции неспецифичны.

Гидролитическое расщепление

Данное свойство связано с наличием в структуре производных 5-нитрофурана азометиновой, амидной и сложноэфирной групп. Оно используется для отличия фурацилина от других веществ этого ряда. Являясь семикарбазоном, фурацилия подвергается гидролизу как в кислой, так и в щелочной среде при нагревании с образова­нием соответствующих продуктов:

Методы количественного анализа

1. Кислотно-основное титрование в неводной среде. Как веще­ства кислотного характера производные 5-нитрофурана можно тит­ровать в среде протофильных растворителей (диметилформамид, пиридин, бутиламин) стандартами растворами метоксидов натрия или лития. Так, МФ (3 изд., т. III) рекомендует этот метод для фурадонина (среда — диметилформамид, титрант — 0,1 н. раствор лития метоксида), который титруется как одноосновная кислота.
2. Метод фотометрии основан на измерении поглощения света в видимой области спектра растворов производных 5-нитрофурана в протофильных растворителях (как окрашенных соединений, име­ющих собственные хромофорные группы). Иногда для лучшей иони­зации добавляют спиртовые или водные растворы щелочей.
3. Йодометрическое определение. Метод обратной йодометрии используется для количественного определения фурацилина, кото­рое основано на окислении остатка гидразина йодом в щелочной среде. Щелочь необходима для гидролиза фурацилина и освобож­дения остатка гидразина. При этом образуется натрия типойодит, который и окисляет фурацилин:

При дальнейшем добавлении кислоты серной идет реакция:

Выделившийся йод оттитровывают стандартным раствором на­трия тиосульфата:

При расчете М(1/z) фурацилина по данной методике z = 4.

Условия проведения методики (малое количество щелочи и ко­роткое время действия реактива — 1~2 мин) должны обеспечить окисление только гидразина, но не альдегида фурфурола.

ПРОИЗВОДНЫЕ ПИРРОЛА

Витамины группы В₁₂

К ЛС данной группы относятся цианокобаламин, гидроксоко- баламин, кобамамнд. По своей структуре витамин В₁₂ — это ко­бальтовый комплекс нуклеотида бензимидазола и макроцикличес­кой корриновой системы:

Нуклеотидная часть молекулы включает нуклеиновое основание (5,6-диметилбензимидазол), углеводный фрагмент (рибоза) и оста­ток фосфорной кислоты. Корриновая система состоит из 3 пирро­линовых циклов (А, В, С) и 1 пирроллидинового (цикл D):

В центре этой системы находится атом кобальта, который со­единен координационными связями с гетероатомами азота 3 пир­ролиновых циклов и 4-й ковалентной связью — с атомом азота пир­ролидинового кольца D.

Кроме того, кобальт соединен ковалентной связью с цианогруп­пой и координационной связью с гетероатомом азота 5,6-диметилбензимидазола нуклеотидной части молекулы. Связь кобальта с ос­татком кислоты фосфорной является электровалентной, т.е. положительный заряд кобальта частично нейтрализован отрицатель­ным зарядом кислоты фосфорной. Таким образом, цианокобала­мин представляет собой одновременно и хелат, и внутреннюю соль, где катионом является корриновый фрагмент, а анионом — нуклео­тидная часть.

В корриновой части имеются 3 ацетамидные группы (в положе­ниях 2,1, 18) и 4 пропионамидные (во положениях 3, 8, 13, 17), а также 8 метильных групп. Причем в 17~м положении амидная группа замещена остатком аминоспирта.

Таким образом, нуклеотидная и корриновая части молекулы со­единены между собой:

1. пептидной и сложной эфирной связью (через 1-аминопропа- нол-2, этерифицированный кислотой фосфорной). Поскольку пос­ледняя этерифицирована также рибозой, витамин В₁₂ можно рас­сматривать и как диэфир;
2. координационной связью атома кобальта с гетероатомом азо­та бензимидазола;
3. электровалентной связью между остатком фосфорной кисло­ты и атомом кобальта.

В молекуле цианокобаламина имеется несколько ассиметрических атомов углерода, поэтому лекарственные вещества этой группы оптически активны (левовращающие).

Оксикобаламин отличается от цианокобаламина тем, что атом кобальта связан не с CN-группой, а с оксигруппой. Кроме того, он является солью (гидрохлоридом).

В кобамамиде атом кобальта соединен ковалентной связью не с CN-группой, а с β-5’-дезоксиаденозильным остатком.

Физические и физико-химические свойства

По внешнему виду цианокобаламин, оксикобаламин и кобамамид-кристаллические порошки темно-красного цвета. Цианокоба­ламин умеренно и медленно растворим в воде, растворим в 95% спир­те, практически нерастворим в эфире, хлороформе, ацетоне. Кобамамид трудно растворим в воде; оксикобаламин растворим в воде.

Все указанные лекарственные вещества поглощают свет в УФ- и видимой областях спектра. Поэтому спектрофотометрия широко используется в их анализе: для идентификации, количественной оцен­ки, определения поглощающих примесей. Спектр поглощения циа­нокобаламина характеризуется 3 полосами поглощения с максиму­мами при 278, 361 и 550 нм. Поглощение при 278 нм обусловлено наличием фрагмента 5,6-диметилбензимидазола, при 361 нм — корриновой системой с 6 сопряженными двойными связями, при 550 нм — наличием атома кобальта.

Методы анализа

Кроме определения спектральных характеристик, при испыта­нии на подлинность проводят реакции на кобальт и цианогруппу.

Определение кобальта. Предварительно кобальт переводят в ионо­генное состояние, для чего лекарственное вещество сплавляют с ка­лия гидросульфатом. Затем плав нейтрализуют щелочью; добавляют кислоту уксусную и натрия ацетат (буферная смесь), а затем раствор нитрозо- R-соли (1 -нитрозо-2-нафтол-3,6-дисульфонат натрия):

Появляется красное окрашивание, сохраняющееся после при­бавления кислоты хлороводородной и кипячения. Последнее ука­зывает на прочность комплекса, образованного трехвалентным ко­бальтом с реактивом:

Определение цианогруппы. Навеску пиан о кобаламина нагрева­ют в пробирке с кислотой щавелевой, под действием которой вы­деляется кислота циановодородная. Последнюю обнаруживают с помощью фильтровальной бумаги, смоченной раствором бензиди­на и меди (II) ацетата, в результате чего образуется окрашенное в синий цвет комплексное соединение.

Цианокобаламин (а также оксикобаламин и кобамид) количе­ственно определяют спектрофотометрически с применением стан­дартного образца лекарственного вещества.

Стабильность и хранение

Цианокобаламин неустойчив в кислой и щелочной средах, так как при этом идет его инактивация как витамина. Наибольшая ус­тойчивость цианокобаламина наблюдается при pH 4,0—6,0. Оксико­баламин и кобамамид устойчивы в слабокислых буферных средах.

Микрофлора поглощает витамины В₁₂, поэтому необходимо пре­дусмотреть хранение в асептических условиях. Окислители, восстано­вители, соли тяжелых металлов также инактивируют эти вещества.

Цианокобаламин хранят в сухом, защищенном от света месте при комнатной температуре; кобамамид — при температуре не выше 5 °С, а оксикобаламин — при температуре не выше 10 °С (после­дние два лекарственных вещества являются термолабильными).