Производные ксантина

ПРОИЗВОДНЫЕ ПУРИНА

Лекция 12

Пурин – конденсированная гетероциклическая система, состоящая из двух циклов: пиримидина и имидазола.

Пурин (от лат. purus - чистый) – кристаллическое вещество белого цвета с температурой плавления 217°С. Хорошо растворимо в воде, теплом этаноле, практически нерастворим в ацетоне, хлороформе.

Существует 2 таутомерные формы, отличающиеся друг от друга положением атома водорода, связанного с одним из четырех кольцевых атомов азота.

Как показали спектральные исследования пурина, в растворе 7Н- и 9Н-таутомеры находятся примерно в равном соотношении, в кристаллическом состоянии пурин существует в виде 7Н-таутомера. 1Н- и 3Н-таутомеры не обнаружены.

Пурин – ароматическая система. 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 NH-группе пурин проявляет слабые кислотные свойства (рК_а = 8,9) и образует соли с металлами.

Устойчив к действию окислителей. Реакции электрофильного замещения идут только у производных с активирующими заместителями (например, ксантин) и только в положение 8.

COFFEINUM (CAFFEINЕ) ГФ ХII

1,3,7-триметил-1 Н -пурин-2,6(3 Н,7 Н)-дион, моногидрат или 1,3,7-триметилксантин моногидрат

Белые шелковистые игольчатые кристаллы или белый кристаллический порошок, без запаха. На воздухе выветривается, при нагревании возгоняется.

Легко растворим в горячей воде и хлороформе, умеренно (медленно) растворим в воде, мало растворим в этаноле 96%, очень мало растворим в эфире.

ПОЛУЧЕНИЕ

Алкалоид, содержащийся в листьях чая (около 2%), семенах кофе (1-2%), орехах кола. Впервые выделен и описан Ф.Рунге в 1819 году; строение этого алкалоида доказано Э.Фишером в 1882 году.

Известно несколько способов получения кофеина. Один из них основан на противоточной экстракции. Водный экстракт очищают от примесей, осаждают балластные вещества с помощью солей свинца, кальция, магния. Фильтрат затем выпаривают. Перекристаллизацию кофеина проводят из охлажденных водных растворов. Аналогичным способом выделяют из бобов какао теобромин либо в виде основания, либо в виде кальциевой соли (растворимой в воде).

Значительно больший выход дает способ получения кофеина, разработанный в 1952 году Н.А.Измайловым, Ю.В. Шостенко, В.Д. Безуглым. Он основан на адсорбции кофеина из водных растворов с последующей десорбцией хлороформом или дихлорэтаном.

Получают также синтетическим путем. Синтетические способы получения отличаются более высокой экономичностью и доступностью исходного сырья. Таким сырьем является мочевая кислота, которую предварительно синтезируют термической конденсацией двух молекул мочевины с ацеталем (110°С) или извлекают водой из экскрементов птиц (гуано), где ее количество достигает 25%. Кофеин и теобромин синтезируют после предварительного получения ксантина из мочевой кислоты действием формамида. Ксантин затем метилируют диметилсульфатом. В зависимости от условий метилирования получают кофеин или теобромин:

КИСЛОТНО-ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА

Кофеин слабое органическое основание (рК_а = 0,61). Основные свойства связаны с наличием неподеленной пары электронов у атома азота в положении 9.

Кофеин в водных растворах проявляет очень слабые основные свойства, практически его растворы имеют нейтральную реакцию. С минеральными кислотами кофеин солей не образует (они сразу же гидролизуются). В неводной среде (хлороформ, уксусный ангидрид, бензол) кофеин проявляет выраженные основные свойства. В ряду кофеин-теобромин-теофиллин кофеин наиболее сильное основание, а теофиллин – наиболее слабое.

Кофеин кислотными свойствами не обладает.

ИДЕНТИФИКАЦИЯ

1. ГФ ХII. ИК-спектр субстанции, снятый в диске с калия бромидом, в области от 4000 до 400 см^-1 по положению полос поглощения должен соответствовать рисунку спектра кофеина моногидрата, представленному в ФС.

2. ГФ ХII. УФ-спектр 0,001% раствора в 0,1 М растворе кислоты хлористоводородной в области от 250 до 300 нм должен иметь максимум поглощения при 273 нм.

3. ГФ ХII. Общей реакцией, рекомендуемой для испытания подлинности производных ксантина, является мурексидная проба. Она основана на разрушении молекулы пурина при нагревании с окислителем (пероксидом водорода, бромной водой, азотной кислотой и т.д.) до образования смеси метилированных производных аллоксана и диалуровой кислоты. Взаимодействуя между собой, они образуют метилированные производные аллоксантина, которые под действием избытка раствора аммиака приобретают пурпурно-красное окрашивание. Окраска обусловлена появлением аммонийной соли тетраметилпурпуровой кислоты. Пурпурно-красное окрашивание исчезает при добавлении нескольких капель гидроксида натрия.

А.П. Арзамасцев представляет, что возникает мезамерно-стабилизированная система:

Субстанцию кофеина помещают в фарфоровую чашку, прибавляют пергидроль, разведенную хлористоводородную кислоту и выпаривают на водяной бане досуха. Остаток смачивают 1-2 каплями раствора аммиака, появляется красно-фиолетовое окрашивание, переходящее через 10 минут в пурпурно-красное.

4. ГФ ХII. Температура плавления: от 235 до 238°С.

Субстанцию предварительно высушивают при 80°С до постоянной массы.

5. Как третичное основание взаимодействует с осадительными (общеалкалоидными) реактивами (кроме реактива Майера):

а) кофеин с 0,01% раствором танина образует белый осадок таната, растворимый в избытке реактива.

б) ГФ ХII. К раствору кофеина в горячей воде после охлаждения добавляют 0,1М раствор йода; не должно быть ни осадка, ни помутнения (прозрачный раствор). При добавлении нескольких капель хлористоводородной кислоты разведенной образуется бурый осадок, растворимый в избытке раствора натрия гидроксида или калия гидроксида.

Аналогичные результаты достигаются при получении периодида пентоксифиллина, теофиллин образует в этих условиях темно-коричневый осадок.

6. Общей реакцией для кофеина, теобромина и теофиллина является реакция с хлоридом ртути (II). Образуется белый кристаллический осадок, представляющий собой комплексное соединение, включающее оба вещества в эквимолекулярном соотношении (для кофеина – C₈H₁₀N₄O₂ HgCl₂), что используется при косвенной комплексонометрии.

ЧИСТОТА

1. ГФ ХII. Посторонние алкалоиды. При добавлении реактива Майера не должно наблюдаться помутнения раствора.

2. ГФ ХII. Посторонние примеси. ТСХ.

На линию пластинки со слоем силикагеля 60 F₂₅₄ наносят испытуемый раствор и раствор сравнения. Пластинку с нанесенными пробами сушат на воздухе, помещают в камеру со смесью бутанол – ацетон – хлороформ – аммиака раствор концентрированный 25% (4:3:3:1) и хроматографируют восходящим методом. Когда фронт подвижной фазы дойдет до конца пластинки, ее вынимают из камеры, сушат на воздухе и просматривают в УФ-свете при 254 нм.

Пятно посторонней примеси на хроматограмме испытуемого раствора по совокупности величины и интенсивности поглощения не должно превышать пятно на хроматограмме раствора сравнения (не более 0,5%).

3. ГФ ХII. Органические примеси. При добавлении концентрированной серной кислоты раствор должен быть прозрачным и бесцветным.

4. ГФ ХII. Хлориды, сульфаты, кислотность или щелочность.

COFFEINUM-NATRII BENZOAS (CAFFEIN-BENZOATЕ SODIUM)

Белый порошок без запаха, слабо горького вкуса.

Легко растворим в воде, трудно растворим в 95% спирте, практически нерастворимы в эфире и хлороформе.

СИНТЕЗ

Получают смешением водных растворов, содержащих 40% кофеина и 60% натрия бензоата. Затем раствор выпаривают досуха.

Основную роль в образовании соли играет электростатическое взаимодействие между карбонильной группой в бензоате и третичным атомом азота в положении 9 кофеина.

ИДЕНТИФИКАЦИЯ

1. Дает все реакции, характерные для кофеина, после его извлечения из подщелоченного водного раствора хлороформом.

2. Дает характерную реакцию на натрий: препарат, внесенный в бесцветное пламя, окрашивает его в желтый цвет.

3. Дает характерную реакцию на бензоат: при добавлении к нейтральному раствору раствора хлорида железа (III) образуется розово-желтый (телесный) осадок.

ЧИСТОТА

1. Прозрачность и цветность, кислотность или щелочность раствора.

2. Посторонние примеси - ТСХ на пластинках «Силуфол УФ-254».

3. Органические примеси.

4. Хлориды, сульфаты, тяжелые металлы.

THEOBROMINUM (THEOBROMINЕ)

3,7-диметилксантин

Белый кристаллический порошок без запаха, горького вкуса.

Очень мало растворим в воде, мало растворим в горячей воде, очень мало растворим в 95% спирте, эфире и хлороформе, легко растворим в разведенных щелочах и кислотах.

ПОЛУЧЕНИЕ

Алкалоид, добываемый из шелухи семян какао, в которых находится 1,5-2% теобромина. Впервые изучен А.А. Воскресенским в 1842 году, а в 1889 году был выделен из зерен кофе и чайных листьев.

Получают также синтетическим путем.

КИСЛОТНО-ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА

Теобромин и теофиллин являются амфотерными соединениями.

Их основные свойства обусловлены наличием неподеленной пары электронов атома азота в положении 9.

Кислотные свойства теобромина (рК_а = 9,9) связаны с подвижностью атома водорода имидной группы, а теофиллина (рК_а = 8,8) – с подвижностью атома водорода при азоте в положении 7.

Кислотные свойства у теофиллина выражены сильнее, чем у теобромина. Это связанно с тем, что теобромин в растворах щелочей образует только лактимную форму, а теофиллин – мезамерно стабилизированный анион.

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

ИДЕНТИФИКАЦИЯ

Дата добавления: 2017-01-14