- •Лекций по курсу «методы получения биологически активных соединений» Электронный вариант на основе учебника: в.С. Мокрушин, г.А. Вавилов
- •Предисловие
- •Введение
- •Глава 1
- •Классификация лекарственных средств
- •Действие лекарственных средств на метаболизм живых организмов
- •1.2. Методы поиска новых препаратов
- •1.2.1. Основные этапы создания лекарственных препаратов, подходы к получению и отбору лекарственных средств
- •1.2.2. Разработка плана синтеза
- •1.3. Сырьевая база химико-фармацевтической промышленности
- •1.3.1. Продукты переработки твердого топлива и коксохимического производства
- •1.3.2. Продукты нефтеоргсинтеза
- •1.3.3. Лесохимическое сырье
- •1.3.4. Некоторые продукты многотоннажных производств
- •1.4. Теоретические аспекты выбора метода синтеза
- •1.4.1. Энергетические факторы
- •1.4.2. Классификация реакций
- •1.4.3. Механизм и кинетика реакций
- •1.4.4. Уравнения Гаммета, Тафта
- •1.4.5. Квантово-химические расчеты
- •1.4.6. Выбор растворителя
- •Характеристики растворителей
- •1.5. Разработка технологической схемы производства
- •1.5.1. Категории и типы технологических схем
- •1.5.2. Правила составления и основные требования к технологическим схемам
- •1.5.3. Оформление чертежей технологических схем
- •1.5.4. Типовое оснащение и привязка химического реактора к конкретному производству
- •Глава 2 методы получения промежуточных продуктов и синтетических лекарственных препаратов
- •2.1. Реакции электрофильного замещения
- •2.1.1. Нитрование
- •2.1.1.1. Реакции нитрования в синтезе некоторых лекарственных препаратов
- •2.1.1.2. Химические особенности реакций нитрования, реагенты, механизм
- •2.1.1.3. Нитрование арил и гетариламинов
- •2.1.1.4. Нитрование азотной кислотой
- •2.1.1.5. Технологические аспекты нитрования
- •2.1.1.6. Использование реакции нитрования для получения полупродуктов и лекарственных средств
- •2.1.1.7. Получение нитроэфиров и n-нитросоединений Так же как и при нитровании ароматических соединений, при получении нитроэфиров используют смесь азотной и серной кислот:
- •2.1.2. Нитрозирование
- •2.1.2.1. Механизм нитрозирования, реагенты
- •2.1.2.2. Особенности проведения реакции
- •2.1.2.3. Особенности структуры и свойств нитрозосоединений
- •2.1.2.4. Практика проведения реакции нитрозирования
- •2.1.2.5. Техника безопасности, экология
- •2.1.3. Сульфирование
- •2.1.3.2. Реагенты, использующиеся при проведении реакции сульфирования, механизм реакции
- •2.1.3.3. Особенности сульфирования, побочные реакции
- •2.1.3.4. Влияние температуры
- •2.1.3.5. Сульфирование бензола и его производных
- •2.1.3.6. Сульфирование анилина и его производных
- •2.1.3.8. Сульфирование хлорсульфоновой кислотой
- •2.1.3.9. Техника безопасности, экология
- •2.1.4. Сульфохлорирование
- •2.1.4.1. Химические особенности реакции
- •2.1.4.2. Технологические аспекты сульфохлорирования
- •2.1.4.3. Синтез сульфаниламидных препаратов
- •2.1.4.4. Техника безопасности, экология
- •2.1.5. Введение углеродных остатков в Ароматическое и гетероциклическое ядро
- •2.1.5.1. Реакции с-алкилирования
- •Реагенты, катализаторы. Как отмечалось, реагентами могут быть алкилгалогениды, олефины и спирты:
- •Механизм реакции. При взаимодействии реагента и катализатора быстро образуется карбокатион, его присутствие зафиксировано с помощью спектроскопии ямр:
- •2.1.5.2. Реакции гидроксиалкилирования
- •2.1.5.3. Реакции хлоралкилирования
- •2.1.5.4. Реакции аминоалкилирования
- •2.1.5.5. Реакции с-ацилирования
- •2.1.5.6. Реакции с-формилирования
- •2.1.5.7. Реакция карбоксилирования
- •2.1.5.8. Карбоксилирование алифатических соединений
- •2.1.5.9. Техника безопасности, экология
- •2.1.6. Галогенирование
- •2.1.6.1. Препараты, содержащие в молекуле атомы галогенов
- •2.1.6.2. Реагенты, механизм реакций галогенирования
- •2.1.6.3. Хлорирование ароматических соединений
- •2.1.6.4. Бромирование, иодирование
- •2.1.6.5. Технологические аспекты галогенирования
- •2.1.6.7. Галогенирование альдегидов, кетонов и кислот
- •2.1.6.8. Свободнорадикальное галогенирование
- •Энергия стадий процесса
- •2.1.6.10. Получение галогенамидов
- •2.1.6.11. Окислительное хлорирование
- •2.1.6.12. Меры предосторожности при проведении реакций галогенирования
- •2.1.6.13. Экология
- •2.2. Реакции нуклеофильного замещения
- •Реакции нуклеофильного замещения у насыщенного атома углерода
- •2.2.1.1. Типы реакций
- •Реагенты для проведения реакций алкилирования
- •Механизмы реакций
- •Алкилирование аминов
- •Селективные методы синтеза первичных аминов
- •Селективные методы синтеза вторичных аминов
- •Алкилирование спиртов и фенолов
- •Алкилирование сн кислот
- •Алкилирование гетероциклических соединений
- •Техника безопасности, экология
- •2.2.2. Реакции нуклеофилов с соединениями,
- •2.2.2.1. Обзор реакций, их кинетика и механизм
- •2.2.2.2. Реакции ацилирования
- •2.2.2.3. Реакции нитрилов с нуклеофилами
- •2.2.2.4. Реакции этерификации, получение амидов и гидразидов кислот
- •2.2.2.5. Получение азометинов и гидразонов
- •2.2.2.6. Методы получения первичных аминов с помощью перегруппировок
- •2.2.2.7. Использование реакций в основном органическом синтезе
- •2.2.2.8. Технология, техника безопасности, экология
- •2.2.3. Нуклеофильное замещение в ряду ароматическИх и гетероциклических оединений
- •2.2.3.1. Нуклеофильное замещение по типу sn1
- •2.2.3.2. Ариновое замещение
- •2.2.3.3. Реакции нуклеофилов с ипсо-замещением нуклеофугных групп
- •Получение полупродуктов и лекарственных препаратов. В отсутствие электроноакцепторных заместителей замещение атома хлора происходит при высокой температуре и в присутствии катализатора:
- •2.2.3.4. Нуклеофильное замещение водорода
- •Еще в начале хх в. Было найдено, что реакция хинолина (изохинолина, фенантридина) с хлорангидридами кислот и цианидом натрия дает устойчивые соединения Райсерта (реакция Райсерта):
- •2.2.3.5. Замещение гидроксигрупп
- •2.2.3.6. Замещение по механизму anrorc
- •2.2.3.7. Технологические аспекты проведения реакций, техника безопасности, экология
2.2.2.5. Получение азометинов и гидразонов
Синтез азометинов, как рассматривалось в разделе 2.2.1.4, служит для защиты аминогруппы с целью моноалкилирования или для получения из нее вторичного амина с помощью восстановления. В частности, при получении препарата дикаин, обладающего местноанестезирующим действием, превосходящим новокаин и кокаин, хотя и более токсичным, используют синтез азометина из диметиламиноэтилового эфира п-аминобензойной кислоты (аналог новокаина) и масляного альдегида. Полученный азометин восстанавливают цинковой пылью в уксусной кислоте. Для получения лекарственной формы основание переводят в гидрохлорид. Дикаин используют при глазных и оториноларингических операциях.
К классу гидразонов относятся и противотуберкулезные препараты тиоацетазон (тибон) и его растворимая в воде форма – солютизон.
При взаимодействии производных п-аминобензальдегида и тиосемикарбазида в спирте образуются тиосемикарбазоны.
Большая группа антибактериальных препаратов нитрофуранового ряда являются гидразонами (см. раздел 2.1.1).
Синтез гидразонов ведут либо непосредственно из диацетата нитрофурфурола (нагревают его до 80 оС в присутствии серной кислоты в изопропаноле или в воде и затем добавляют гидразинопроизводное), либо предварительно получают нитрофурфурол и затем гидразон.
В синтезе противовирусного препарата флореналь (применяют при лечении аденовирусного конъюнктивита, кератоконъюнктивита, герпесного кератита) используют реакцию присоединения бисульфита натрия к альдегидной группе.
Следует отметить, что данная реакция широко применяется при выделении альдегидов из водных растворов, т.к. бисульфитные производные нерастворимы в воде и вновь легко превращаются в альдегиды под действием кислоты или щелочи.
2.2.2.6. Методы получения первичных аминов с помощью перегруппировок
Из оксимов, амидов и гидразидов карбоновых кислот могут быть получены первичные амины. Наиболее известной и широко использующейся является перегруппировка Бекмана. Реакция заключается в том, что оксимы под действием кислых агентов превращаются в амиды кислот.
В качестве кислотного агента применяют серную, полифосфорную кислоты, смесь уксусной кислоты, уксусного ангидрида и хлороводорода (смесь Бекмана), а также кислоты Льюиса. Реакция стереоспецифична – мигрирует радикал, находящийся в анти-положении к НО-группе оксима. Оптическая активность мигрирующего хирального атома сохраняется.
Наиболее крупнотоннажным производством является получение капролактама. Перегруппировку циклогексаноксима, который получают из циклогексанона, проводят непрерывным методом в расплаве или в инертном растворителе с 18 % олеумом. Реакционную массу после охлаждения нейтрализуют аммиаком и очищают ректификацией.
При нагревании капролактама до 250 – 260 оС в присутствии воды получают полиамидное волокно – капрон, а гидролиз дает -аминокапроновую кислоту. Очищенную -аминокапроновую кислоту в виде 5 % раствора используют в медицинской практике для остановки кровотечений. Модификацией этого метода является реакция Небера. Сульфонаты кетоксимов под действием оснований превращаются в -аминокетоны. Реакцию проводят в атмосфере азота.
Первичные амины могут быть получены также с помощью перегруппировок Гофмана, Курциуса, Лоссена и Шмидта. Наибольшее практическое применение имеет перегруппировка Гофмана:
Галогены в растворе щелочи дают гипогалогениды, галогенирующие амидную группу. В свою очередь из N-галогенамидов под действием щелочи образуется нитрен (частица, подобная карбену), при его перегруппировке получается изоцианат. Гидролиз приводит к первичному амину. При проведении реакции в спиртовом растворе образуются уретаны, гидролиз которых также дает первичные амины. Этот прием используют в синтезе аминов из амидов жирных кислот. Проведение процесса требует тщательного контроля количества галогена, т. к. при его избытке образуются нитрилы:
Амиды -гидроксикислот или ,-непредельных кислот образуют альдегиды с числом атомов углерода на один меньше, чем в исходном амиде.
В промышленности с помощью перегруппировки Гофмана получают антраниловую кислоту. Выход целевого продукта составляет 80 %.
Разложение азидов карбоновых кислот (перегруппировка Курциуса) также дает нитрены и затем изоцианаты. В зависимости от условий проведения процесса могут быть получены первичные амины, уретаны или несимметричные мочевины:
В случае использования хиральных соединений их оптическая активность сохраняется. Выход целевых продуктов при использовании данного метода высокий. Однако его промышленное использование часто ограничено из-за высокой взрывоопасности азидов карбоновых кислот.
По аналогичному механизму протекает перегруппировка Лоссена. Под действием дегидратирующих агентов (оксид фосфора, хлористый тионил, уксусный ангидрид) гидроксамовые кислоты и их производные также дают нитрены и изоцианаты. Выход изоцианатов или продуктов их гидролиза обычно составляет 60 – 80 %.
Взаимодействие карбонильных соединений с азотистоводородной кислотой приводит в случае карбоновых кислот к получению аминов. При реакции кетонов образуется смесь амидов кислот, а при реакции альдегидов смесь нитрила и амида. Процесс ведут в присутствии конц. серной кислоты. Выход целевых продуктов высок, однако промышленное использование метода ограничено из-за высокой токсичности азотистоводородной кислоты.
Так при получении препарата коразол (вызывает возбуждение ЦНС, применяют в качестве средства для прекращения или ослабления наркоза) можно осуществить синтез, согласно патентным данным, в одну стадию из циклогексанона с солями азотистоводородной кислоты в условиях перегруппировки Шмидта. Однако в промышленности из-за указанных трудностей работы с азотистоводородной кислотой синтез препарата осуществляют в три стадии:
Первой стадией является метилирование капролактама. В отличие от антипирина метилирование удается провести по атому кислорода. Для этого реакцию с диметилсульфатом ведут не в водно-щелочном растворе, а в бензоле. Полученное О-метильное производное при взаимодействии с гидразином дает гидразидинкапролактам. При реакции с нитритом натрия образуется соответствующий азид, который циклизуется в 1,5-пентаметилентетразол (коразол).
При выборе метода получения первичных аминов различными способами необходимо учитывать доступность сырья, выходы целевых продуктов и технологические особенности проведения процесса.