Производные пурина. Фармацевтический анализ пурина

Глава 16. Анализ лекарственных средств группы пурина

Фармацевтическая химия — Арзамасцев А. П. — 2004

В природе производные пурина имеют большое биологическое значение. Соединения группы пурина содержатся в растениях и тканях животных в свободном виде, а также входят в состав нукле­озидов, нуклеотидов и нуклеиновых кислот.

Кофеин содержится в листьях чая (до 5%) и зернах кофе (до 1,5%). Впервые кофеин выделен и описан Ф. Рунге (1819); строение этого алкалоида доказано Э. Фишером в 1882 г. В листьях чая содержит­ся также теофиллин, а в бобах какао — теобромин.

Нуклеиновые кислоты присутствуют в клетках всех живых организмов и выполняют важнейшие функции по хранению и пе­редаче генетической информации.

К производным пурина относится большая труппа лекарствен­ных веществ, обладающих рахтичной фармакологической активно­стью — бронхолитической, диуретической, кардиотонической, противоопухолевой, действием на ЦНС.

В основе химической структуры указанных лекарств лежит бициклическая система пурина, существующая в виде 2 изомеров:

ЛС — производные пурина по химическому строению разделя­ются на следующие группы:

• производные ксантина;
• нуклеозиды и нуклеотиды пурина (рибоксин, АТФ, динатриевая соль аденозинтрифосфорной кислоты);
• синтетические производные пурина и близ­кие по строению (табл. 67).

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И АНАЛИЗ КАЧЕСТВА

Физические свойства

Все соединения группы пурина — кристаллические порошки бе­лого цвета с характерными Т_пл и спектрами поглощения в УФ- и ИК-областях.

Способы получения

Вещества группы пурина можно получать из природных источ­ников и синтетически. Пуриновые алкалоиды (кофеин, теофиллин, теобромин) — растительного происхождения.

С конца XIX в. успешно развиваются различные методы синтеза пурина и его производных. Впервые пурин был синтезирован Э. Фишером в 1899 г. при восстановлении 2,6,8-трихлорпурина. В настоящее время наибольшее практическое значение имеют 4 способа синтеза пуринов:

• Конденсация 4,5-диаминопиримидинов с карбоновыми кис­лотами (синтез Траубе, 1910). Этот способ в дальнейшем много­кратно модифицировался и до сих пор не утратил своего значения:

• Конденсация 4,5-диоксипиримидинов с. мочевиной (Беренд, Розен, 1888):

• Присоединение цианатов или изотиоцианатов к 5-амино-2,4,6- гриоксиоксипиримидину с последующей циклизацией образующе­гося карбамида пои нагревании в кислой среде (Э. Фишер, Аш, 1895):

• Конденсация амида 5-амино-1-метилимидазол-4-карбоновой кислоты с муравьиной кислотой:

Кислотно-основные свойства

Пурин — ароматическая система с сильной делокализацией тг-электронов, которые играют большую роль в образовании различ­ных молекулярных комплексов. Он обладает электронодонорными свойствами и представляет собой растворимое в воде слабое осно­вание (рК_а = 2,4), образующее с кислотами непрочные соли. В то же время благодаря наличию подвижного атома водорода в NН- группе пурин проявляет слабые кислотные свойства (рК_а — 8,9) и образует соли с металлами.

Лекарственные вещества группы пурина — слабые основания, образующие с кислотами неустойчивые соли при протонировании гетероатома азота в 9-м положении.

Как правило, производные ксантина с трудом растворяются в воде (лучше — в горячей). Для получения хорошо растворимых лекарственных препаратов используется их способность к комп­лексообразованию. Данные о растворимости различных веществ группы пурина представлены в табл. 68:

Хорошая растворимость пурина объясняется тем, что он образу­ет водородные мостики с молекулами воды. Особенно мала раство­римость ксантина. При метилировании атомов азота она значи­тельно улучшается, как видно на примере кофеина, теофиллина, теобромина. Различия в растворимости объясняются разной меж­молекулярной ассоциацией.

У кофеина 3 гетероатома азота метилированы. Вещество являет­ся мономером (не образует ассоциатов через водородные мостики), что объясняет его лучшую растворимость и низкую Т_пл. Рас­творимость кофеина увеличивается в горячей воде, а также в при­сутствии солей органических кислот (за счет образования комплек­сов).

В теофиллине имеется одна свободная, но мало активная NН- группа, способная образовывать слабые межмолекулярные водо­родные мостики. Как в твердом состоянии, так и в растворе пред­полагается димеризация. Это подтверждается меньшей, чем у кофеина, растворимостью и более высокой Т_пл.

Теобромин в твердом состоянии образует еще большие межмолекулярные агрегаты, основанные на активной NН-группе и выгодных в пространственном отношении карбонильных группах. Плохую растворимость и высокую Т_пл можно также объяснить этой стабильной ассоциацией, что доказано ПК-спектроскопией.

Тенденция ксантинов к «самокомплексообразованию» противо­стоит их предрасположенности к образованию комплексов с соля­ми органических кислот (бензойной, салициловой, 4~аминобензойной, ацетилсалициловой и др.).

Кофеин — слабое органическое основание (рК_a. = 0,61). Раство­рим в минеральных кислотах, но устойчивых солей не образует. Взаимодействует с общеалкалоидными осадительными реактивами. Но с раствором йода реагирует только при подкислении (что ха­рактерно для такого слабого основания) с образованием осадка перй­одида (Соff_*Cl_*1₄ ). С танином кофеин образует осадок, раствори­мый в избытке реактива. В отличие от многих других оснований кофеин не осаждается реактивом Майера, что используется при определении чистоты препарата.

Теобромин и теофиллин являются амфотерными соединениями. Их основные свойства обусловлены наличием неподеленной пары электронов атома азота в 9-м положении. Кислотные свойства теоб­ромина (рК_а= 9,9) связаны с подвижностью атома водорода имид­ной группы, а теофиллина (рК,~ 8,8) — с подвижностью атома водо­рода при гетероатоме азота в 7-м положении. Кислотные свойства у теофиллина выражены сильнее, чем у теобромина. Это связано с тем, что теобромин в растворах щелочей образует только лактимную форму, а теофиллин — мезомерно стабилизированный анион:

Обладая более выраженными, чем у теобромина, кислотными свойствами, теофиллин растворяется не только в щелочах, но и в растворе аммиака:

За счет кислотных свойств теофиллин и теобромин образуют растворимые соли не только со щелочами, но и с органическими основаниями. С солями тяжелых металлов (Аg⁺, Со²⁺, Сu²⁺) полу­чаются нерастворимые соединения.

Мурексидная проба (общегрупповая реакция)

Реакция основана на окислительно-гидролитическом разложе­нии веществ группы ксантина до производных пиримидина, в ко­торых 1 или 2 аминогруппы конденсируются друг с другом до об­разования пурпурной кислоты, имеющей в виде аммонийной соли красно фиолетовое окрашивание. Для проведения реакции препа­рат нагревают на водяной бане до полного упаривания с окислите­лем (Н₂О₂, Вr₂, НNО₃) в кислой среде. Затем добавляют раствор аммиака; появляется пурпурно-красное окрашивание.

Химизм (на примере мочевой кислоты):

Для мочевой кислоты нагревание производят с кислотой азот­ной концентрированной, которая окислительно разлагает вещество до аллоксана и 5-аминобарбитуровой кислоты. Затем продукт окис­ления (как карбонильное соединение) конденсируется с продуктом гидролиза до пурпурной кислоты, которая в присутствии аммиака переходит в мезостабилизированный анион, назывемый мурексидом.

В случае метилированных производных ксантина вместо азот­ной кислоты применяют раствор пероксида водорода в солянокис­лой среде и затем добавляют аммиак (в случае, если он не образует­ся при гидролизе препарата).

Реакции электрофильного замещения после щелочного гидролиза

Кофеин, обладающий слабоосновными свойствами, неустойчив в щелочной среде. При pH > 9 происходит разложение кофеина до кофеидинкарбоновой кислоты, которая разлагается с образовани­ем кофеидина и соответствующего карбоната. Причем кофеидия является антагонистом кофеина по фармакологическому действию, что может привести к нежелательным последствиям при примене­нии разложившегося препарата.

В сернокислой среде кофеин может разложиться до муравьиной кислоты. Аналогично разлагается теофиллин до теофиллидина, ко­торый далее может быть идентифицирован по реакции азосочета­ния с солью диазония с образованием азокрасителя:

Другие реакции

Теофиллин образует с 2,6-дихлорхинонхлоримидом в боратном буферном растворе (pH 8,5) мероцианиновый краситель интен­сивно-голубого цвета:

Эуфиллин реагирует с раствором сульфата меди с образованием комплексного соединения красно-фиолетового цвета (реакция на остаток этилендиамина):

Аденозинтрифосфорная кислота (и натриевая соль) за счет остат­ка рибозы взаимодействует с орцином в присутствии небольшого количества хлорида железа (III) с образованием продукта конден­сации сине-зеленого цвета:

В азатиоприне нитро-группу восстанавливают до первичной ароматической амино-группы и далее проводят диазотирование и азосочетание с фенолом (образование азокрасителя).

Остаток бензойной кислоты в кофеин-бензоате натрия открыва­ют качественной реакцией с хлоридом железа (III) — образуется осадок телесного цвета.

Методы количественного определения

• Кислотно-основное титрование в неводной среде. Препара­ты-основания и соли оснований определяют в среде уксусного ан­гидрида (кофеин) или смеси ледяной уксусной кислоты и уксусно­го ангидрида (ксантинола никотинат). Титрант — 0,1М раствор хлорной кислоты.

Обладающие кислотными центрами теобромин, теофиллин раство­ряют в протофильных растворителях (диметилформамид, пиридин, бутил амин) и титруют растворами метилатов натрия или калия.

• Косвенный метод нейтрализации. При взаимодействии теоб­ромина и теофиллина с раствором нитрата серебра образуется эк­вивалентное препаратам количество азотной кислоты, которую тит­руют стандартным раствором гидроксида натрия:

• Кислотно-основное титрование в водной среде. Кофеин-бензонат натрия определяют по остатку бензоата натрия титрованием стандартным раствором хлороводородной кислоты в присутствии эфира.

Эуфиллин за счет остатка этилендиамина количественно опре­деляют титрованием стандартным раствором хлороводородной кис­лоты.

1. Аргентометрия (обратный способ). К раствору теофиллина или теобромина добавляют аммиак и фиксированный избыток титро­ванного раствора нитрата серебра; образуется нерастворимая се­ребряная соль. Осадок отфильтровывают и в фильтрате определяют избыток нитрата серебра титрованием со стандартным раствором роданида аммония (индикатор — железоаммониевые квасцы).
2. Йодометрия. Применяется для определения кофеина в кофе- ин-бензоате натрия. Метод основан на образовании осадка перйо­дида кофеина в кислой среде (соff • Нl • 1₄), который отфильтровы­вают и в фильтрате определяют избыток йода.
3. Метод Кьельдаля (определение азота в органических веще­ствах).

Данным методом определяют дипрофиллин.

1. Весовой метод. Метод иногда используют для определения кофеина в лекарственных формах заводского производства (кофе­ин извлекают из смеси в щелочной среде хлороформом; далее хло­роформ отгоняют, остаток высушивают и взвешивают).
2. Физико-химические методы (УФ-спектрофотометрия, ГЖХ и ВЭЖХ) применяют для количественного определения препаратов группы пурина в лекарственных формах заводского производства. Метод рефрактометрии применяют для анализа растворов кофеин­бензоата натрия в условиях аптеки.