Производные пиримидина. Фармацевтический анализ

Глава 15. Анализ лекарственных средств группы пиримидина

Фармацевтическая химия — Арзамасцев А. П. — 2004

• ПРОИЗВОДНЫЕ ПИРИМИДИН-2,4,6-ТРИОНА
• ПРОИЗВОДНЫЕ ПИРИМИДИН-4,6-ДИОНА И ПИРИМИДИН-2,4-ДИОНА (УРАЦИЛА)

Лекарственные вещества данного класса являются производны­ми гетероцикла пиримидина — 1,3-диазина:

Пиримидин — слабое основание, растворим в воде; Т_пл 22,5 °С, тем­пература кипения 124 °С, В медицине самостоятельного примене­ния не имеет.

Фрагмент пиримидина является составной частью некоторых жизненно необходимых биологически активных веществ, напри­мер нуклеотидов, витаминов группы В₁. К веществам класса пири­мидина относятся и многие синтетические лекарства, не являющи­еся копиями природных соединений, а производных барбитуровой кислоты в природе вообще нет.

Большинство синтетических ЛС производных пиримидина можно разделить на 4 подгруппы: производные (1Н,ЗН,5Н)пиримадин-2,4,6- триона (барбитураты), пиримидин-4,6-диона, пиримидин-2,4-диона (урацила) и пиримидин-2-она (цитозина).

ПРОИЗВОДНЫЕ ПИРИМИДИН-2,4,6-ТРИОНА

По фармакологическому эффекту барбитураты разделяются на снотворные (барбитал, барбитал-натрий, фенобарбитал); наркозные (гексенал, тиопентал-натрий); противосудорожные (бензонал, фено­барбитал).

В основе структуры данных ЛС лежит барбитуровая кислота, яв­ляющаяся продуктом конденсации мочевины и малоновой кислоты:

Барбитуровая кислота является циклическим уреидом, для кото­рого возможны 2 типа изомерии: 1) кето-енольная и 2) лактим­лактамная:

ЛС, производные кислоты барбитуровой, представляют собой ее 5,5-дизамещенные формы, способные к лактим-лактамной тау­томерии. Эта способность позволяет иметь 2 типа лекарственных веществ данной группы:

1) в кислотной форме — лактамной;

2) в солевой форме — лактимной, водорастворимой.

 

Производные лактамной формы барбитуровой кислоты

Лекарственные вещества, относящиеся к этой подгруппе, имеют общую формулу:

Общие свойства лекарственных веществ лактамной формы кис­лоты барбитуровой представлены в табл. 64.

Препараты лактимной (водорастворимой) формы барбитуратов имеют общую формулу:

Общие их свойства приведены в табл. 65.

Физико-химические свойства

Барбитал, барбитал-натрий, фенобарбитал и бензонал — белые кристаллические порошки; гексенал — белая пенообразная масса; тиопентал-натрий — пенообразная масса или порошок желтого или зеленоватого цвета.

Препараты кислотной (лактамной) формы очень мало раствори­мы или практически нерастворимы в воде: растворимы в спирте, эфире, хлороформе; легко растворимы в разбавленных растворах щелочей и карбонатов.

Лекарства солевой (лактимной) формы легко растворимы в воде.

Препараты кислотной формы характеризуются четкой Т_пл.

Все барбитураты имеют характерные спектры поглощения в УФ- и ПК-областях.

Общая схема синтеза

Синтез барбитуратов включает несколько стадий.

• Получение дизтилового эфира малоновой кислоты.

Малоновая кислота легко декарбоксилируется, поэтому на 1-й стадии получают ее диэтиловый эфир из натриевой соли цианук­сусной кислоты при действии на нее этиловым спиртом в кислой среде:

• Введение соответствующих заместителей в метиленовую группу. Существует несколько способов получения замещенных малоно­вой кислоты. Согласно одному из них, соответствующие алкил- (или арил-) бромиды нагревают с полученным на 1-й стадии диэ­тиловым эфиром малоновой кислоты в присутствии натрия. Так, для получения барбитала действуют этилбромидом:

Образующаяся на этой стадии часть моноэтилзамещенной мало­новой кислоты может далее конденсироваться с мочевиной с образованием моноэтилбарбитуровой кислоты, наличие которой проверяется в барбитале в соответствии с требованиями НД.

• Конденсация с мочевиной:

Реакция проводится в присутствии метилата натрия, поэтому препарат может содержать в качестве примеси метиловый спирт.

Далее на натриевую соль барбитала действуют разбавленной кислотой серной, переводя его в кислотную форму.

При получении солевой формы препарата на барбитал действу­ют разбавленным раствором натрия гидроксида. Поэтому в барбитал-натрии и других препаратах лактимной формы в качестве при­меси определяют свободную щелочь.

Химические свойства и характерные типы реакций

Кислотные свойства

Вследствие лактам-лактимной таутомерии барбитураты являют­ся слабыми кислотами или солями слабых кислот. При образова­нии солевой формы отрицательный заряд делокализуется с образо­ванием амбидентного иона, так как образующаяся система более выгодна энергетически:

Катион металла может присоединяться как к атому кислорода, так и к атому азота. В соответствии с теорией Пирсона, жесткие кислоты (Na⁺, К⁺, Мg²⁺), являющиеся акцепторами пары электро­нов, соединяются с жесткими основаниями (ОН-, RО-), а мягкие кислоты (Аg⁺, Сu²⁺, Нg²⁺), — с мягкими основаниями (атом азота в пиридине или в аминогруппе). Поэтому натриевые соли барби­туратов следует писать связанными через атом кислорода (в солях серебра или меди атомы металла связаны с атомом азота).

Барбитураты, обладая свойствами NН-кислот, вступают в реак­ции комплексообразования с солями тяжелых металлов (Со²⁺, Сu²⁺, Аg²⁺). Реакцию с солями кобальта ГФ использует для установления подлинности всех барбитуратов, кроме тиопентал-натрия. Испыта­ние проводят в спиртовой среде (для предотвращения гидролиза комплексной соли) с добавлением хлорида кальция, способствую­щего образованию более устойчивого комплекса. Препараты лак­тамной (кислотной) формы предварительно переводят в лактим­ную (солевую) форму добавлением эквивалентного количества (без избытка!) 0,1 М раствора натрия гидроксида. Данная реакция явля­ется общегрупповой, так как все барбитураты образуют одинаково окрашенные в сине-фиолетовый цвет комплексные соли.

Взаимодействие барбитуратов с сульфатом меди приводит к раз­лично окрашенным комплексным соединениям, что делает испы­тание более специфичным. ГФ регламентирует коплексообразование с сульфатом меди для определения подлинности всех лекарственных препаратов фуппы барбитуратов. Успешное прове­дение реакций (как при получении комплексов с солями кобальта) зависит от тщательного соблюдения условий конкретных методик.

С солями серебра барбитураты образуют нерастворимые соли бе­лого цвета. Барбитал, барбитал-натрий, фенобарбитал реагируют с нитратом серебра в 2 стадии: 1) образование монозамещенной се­ребряной соли, растворимой в избытке карбоната натрия; 2) получе­ние нерастворимой дизамещенной соли при добавлении избытка реактива:

Постепенное прибавление по каплям раствора нитрата серебра приводит к помутнению, исчезающему при встряхивании. Даль­нейшее добавление реактива приводит к образованию белого осад­ка двузамещенной соли:

Бензонал и гексенал образуют монозамещенные нерастворимые серебряные соли белого цвета.

Гидролитическое расщепление

Общим свойством барбитуратов как циклических уреидов явля­ется их способность к гидролитическому расщеплению в различных условиях.

Так, в относительно мягких условиях (например, при длительном хранении в присутствии влаги и при повышенной темпе­ратуре), возможен разрыв амидных связей в 1—2-м и 1—6-м поло­жениях с образованием уровых кислот:

В жестких условиях (например, при сплавлении барбитурата с кристаллической щелочью) происходит более полная деструкция молекулы:

Добавление к продуктам реакции избытка соляной кислоты при­водит к образованию углекислого газа и дизамещенной уксусной кислоты с характерным запахом.

Конденсация с ароматическими альдегидами

Барбитураты способны к конденсации с альдегидами в присутствии концентрированной Н₂SО₄ как водоотнимающего и окислительного реагента. При выборе соответствующего альдегида и условий можно получить специфически окрашенные продукты, позволяющие иден­тифицировать отдельные лекарственные вещества:

С формальдегидом фенобарбитал образует продукт розового цве­та. а барбитал — желтого. В качестве реагента используют также различные ароматические альдегиды, например, n-диметиламинобензальдегид.

Частные реакции

Частные реакции обусловлены особенностями химического строе­ния отдельных лекарственных веществ группы барбитуратов, глав­ным образом наличием заместителей в 1-ми 5-м положениях.

Фенобарбитал имеет в 5-м положении фенильный радикал, по которому возможны S_Е-реакции, например нитрование с последу­ющим восстановлением нитрогруппы, диазотированием и азосоче­танием:

Фрагмент бензойной кислоты в бензонале открывают после гид­ролиза взаимодействием с солями трехвалентного железа (появля­ется осадок оранжево-желтого цвета). По амидной группе препарат вступает в реакцию гидроксамовой пробы:

Гидроксаматы железа представляют собой растворы красно-фио­летового цвета, а гидроксаматы Сu²⁺ — осадок бирюзового цвета.

Гексенал с фрагментом циклогексена в молекуле способен к ре­акциям присоединения и поэтому обесцвечивает бромную воду:

В тиопентал-натрии атом сульфидной серы можно обнаружить по черному осадку, образующемуся при взаимодействии препарата с солями тяжелых металлов.

У препаратов лактимной (солевой) формы определяют ионы на­трия и Т_пл кислотных форм после осаждения последних раствором соляной кислоты.

Контроль чистоты

Испытания на чистоту препаратов группы барбитуратов обуслов­лены их химическими свойствами и способами синтеза. Определе­ние прозрачности проводят как для солевых, так и для кислотных форм барбитуратов. При испытании прозрачности кислотных форм используют их растворимость в карбонате натрия. Некоторые по­лупродукты синтеза и сопутствующие вещества не растворяются в карбонатах.

Изменение этого показателя для солевых форм обусловлено их возможным взаимодействием с оксидом углерода (IV) и влагой воз­духа с образованием при этом нерастворимой кислотной формы:

У барбитала и фенобарбитала проверяют наличие моноалкилзаме- щенных производных барбитуровой кислоты (соответственно, этил­барбитуровой и фенилбарбитуровой). При наличии этих примесей с более выраженными кислотными свойствами, чем у лекарственных веществ группы барбитуратов, изменяются значения pH.

Возможную (допустимую до регламентированной ГФ) примесь свободной щелочи определяют титрованием в определенных усло­виях у препаратов солевой формы.

В гексенале и тиопентал-натрии определяют допустимую до опре­деленного предела примесь метанола. Последний попадает в пре­парат при синтезе на стадии конденсации мочевины с дизамешенной малоновой кислотой, где в качестве катализатора используют метилат натрия. При определении примеси метанол окисляют пер­манганатом калия до формальдегида, который далее конденсируют с кислотой хромотроповой. Сравнивают интенсивность окраски образовавшегося продукта с эталонным раствором.

Методы количественного определения

Препараты лактамной (кислотной) формы количественно опреде­ляют методом кислотно-основного титрования. В качестве протофильного растворителя используют диметилформамид. Тит­рант — 0,1 М раствор натрия гидроксида в смеси метанола и бензо­ла; индикатор — тимоловый синий:

При количественном определении фенобарбитала лекарствен­ное вещество растворяют в ацетоне или спирте, прибавляют необ­ходимое количество воды и титруют 0,1 М раствором натрия гидро­ксида в присутствии индикатора тимолфталеина. Применение данной методики показывает, что фенобарбитал обладает доста­точно выраженными кислотными свойствами и может достоверно количественно определяться и в водной среде. Ацетон (или спирт) препятствуют гидролизу образующейся при титровании соли.

Препараты солевой формы количественно определяют ацидимет­рически. Навеску препарата растворяют в свежепрокипяченной воде (для удаления следов углекислоты) и титруют 0,1 М раствором хлоро­водородной кислоты в присутствии индикатора метилового оранже­вого до розового окрашивания. При наличии в препарате свобод­ной щелочи (определяемой при испытании на чистоту) из найденного процентного содержания вычитают процентное содер­жание свободной щелочи, умноженное на соответствующий для каждого препарата коэффициент.

Другими методами количественного определения барбитуратов являются аргентометрия (в прямом и обратном вариантах) и гравиметрия. Гексенал можно определить количественно броматомет­рически по фрагменту циклогексена.

Для количественного определения индивидуальных препаратов груп­пы барбитуратов и особенно для их лекарственных форм применяют физико-химические методы анализа (ВЭЖХ, спектрофотометрия).

ПРОИЗВОДНЫЕ ПИРИМИДИН-4,6-ДИОНА

К данной группе лекарственных веществ относится препарат гексамидин — Нехаmidium, являющийся 5-этил-5-фенилгекса- гидропиримидиндионом-4,6:

По химической структуре гексамидин близок к фенобарбиталу, но не является барбитуратом, гак как в его молекуле отсутствует фрагмент мочевины. Модификация .молекулы привела к созданию препарата с выраженным противосудорожным действием и мень­шим, чем у фенобарбитала, снотворным эффектом. Лекарственная форма — таблетки.

Физико-химические свойства. По внешнему виду гексамидин представляет собой белый кристаллический порошок без запаха. Практически нерастворим в воде, эфире и бензоле, мало раство­рим в спирте и ацетоне.

Химические свойства и реакции подлинности. Обладая амид­ными группами, гексамидин проявляет кислотные свойства. Одна­ко выражены они слабее, чем у фенобарбитала, являющегося ими­дом. Гексамидин растворяется в щелочах, но образующиеся соли неустойчивы. Из-за слабо выраженных кислотных свойств препа­рат не образует характерных комплексных соединений с солями тяжелых металлов.

Гидродитическое расщепление. Как и другие амиды, гексами­дин подвержен гидролитическому расщеплению, которому способ­ствуют повышение температуры и щелочная среда. Испытание под­линности по ГФХ проводят при нагревании порошка препарата с кристаллическим гидроксидом натрия. Выделяющийся при реак­ции аммиак окрашивает влажную лакмусовую бумагу в синий цвет.

Другим продуктом гидролиза является формальдегид, образую­щийся из метиленовой группы. При нагревании навески порошка препарата с раствором динатриевой соли хромотроповой кислоты в присутствии серной кислоты появляется сиреневое окрашивание. Аналогично выделяют формальдегид при гидролизе: гексаметилен­тетрамин, стрептоцид растворимый, дихлогиазид.

Количественное определение. Кислотные свойства гексамидина выражены в значительно меньшей степени, чем у фенобарбитала, поэтому применение кислотно-основного титрования для количе­ственного определения препарата некорректоно. Гексамидин ко­личественно определяют по содержанию азота методом Кьельдаля.

ПРОИЗВОДНЫЕ ПИРИМИДИН-2,4-ДИОНА (УРАЦИЛА)

Урацил и его гомолог тимин являются нуклеиновыми основа­ниями, входящими в состав нуклеиновых кислот в виде нуклеози­дов и нуклеотидов. На основе урацила и тимина путем модифика­ции их структуры синтезирован ряд лекарственных веществ, являющихся метаболитами (метилурацил) и анти.метаболитами (фто- рурацил, фторафур, цитарабин) нуклеиновых оснований. Препара­ты-антиметаболиты ингибируют синтез ДНК и применяются как противоопухолевые средства.

Физико-химические свойства

Метилурацил, фторафур, цитарабин и азидотимидин — белые порошки; для фторурацила допускается желтоватый оттенок.

В лактамной (кислотной) форме препараты мало растворимы в воде, а в виде натриевых солей — легко растворимы.

Все указанные препараты имеют четкие интервалы температуры плавления (в лактамной форме), харктерные ИК- и УФ-спектры поглощения (табл. 66).

Кислотно-основные свойства

Как и другие имиды, лекарственные вещества группы пирими­дин-2,4-диона являются NН-кислотами. В кислотной форме указанные препараты применяют в пероральных лекарственных фор­мах, а в солевой — в растворах для инъекций и инфузиях.

Подобно другим NН- кислотам (например, барбитуратам) лекарственные вещества группы урацила взаимодействуют с соля­ми Сu²⁺ и Со²⁺ с образованием окрашенных осадков, а с солями Аg⁺ — белого осадка.

Однако по силе кислотных свойств препараты группы урацила уступают угольной. Поэтому соприкосновение растворов натрие­вых солей препаратов группы урацила с оксидом углерода (IV) мо­жет привести к образованию нерастворимых кислотных форм и, следовательно, к нарушению прозрачности растворов.

Реакции гидролитического расщепления

Как и барбитура ты, препараты группы урацила подвержены раз­ложению с разрывом амидных связей. Процесс ускоряется при повы­шении температуры и в присутствии щелочей. Нагревание препа­ратов с концетрированным раствором натрия гидроксида (в результате чего образуется аммиак, обнаруживаемый но посине­нию влажной лакмусовой бумаги) можно использовать для опреде­ления подлинности и количественного определения указанной груп­пы препаратов методом Кьельдаля.

Реакции электрофильного замещения

Препараты группы урацила взаимодействуют с бромом с образо­ванием соответствующих бромнроизводных. Реакцию применяют для определения подлинности индивидуального метилурацила в порошке и в мази.

Данную реакцию можно использовать и для количественного броматометрического количественного определения метилурацила и других препраратов группы урацила.

К S_Е-реакциям отностится и образование азокрасителей с соля­ми диазония:

Данной реакцией определяют подлинность метилурацила в мази.

Частные реакции

У фторурацила и фторафура подтверждают наличие связанного фтора после минерализации. При сухой минерализации навеску препарата прокаливают со смесью для спекания, содержащую кар­бонат натрия и нитрат калия (1:1), остаток растворяют в воде и добавляют раствор хлорида кальция. Выпадает белый осадок каль­ция фторида:

После сжигания в атмосфере кислорода фторил-ионы, погло­щенные раствором пероксида водорода, обесцвечивают красного цвета раствор железа (III) тиоцианата:

Часто наличие фгорид-ионов доказывают с помощью цирконий- ализаринового реактива. При этом красный цвет цирконий-ализаринового комплекса переходит в желтый (ализарин).

Чистота

Примесь урацила и близких по строению веществ определяют с помощью ВЭЖХ и ТСХ.

Примесь свободных фторидов обнаруживают на ион-селективных электродах.

Контролируют также прозрачность и цветность растворов препа­ратов труппы урацила.

Количественное определение

Общими методами количественного определения препаратов группы урацила являются:

1. кислотно-основное титрование в неводных средах;
2. косвенный метод нейтрализации;
3. аргентометрия;
4. броматометрия;
5. физико-химические методы (спектрофотометрия, ФЭК, ВЭЖХ и др.).