Тиамина хлорид, тиамина бромид. Синтез (методика). Способы качественного и количественного анализа в фармакопеях разных стран, с привиден

В сильнокислой водной среде тиамин-хлорид (I) обладает высокой устойчивостью и не разрушается  под действием таких энергичных окислителей, как перекись водорода, марганцовокислый калий и озон. При рН 3,5 тиамин может нагреваться до 120°С без заметных признаков разложения. В результате нагревания водного раствора тиамина при температуре кипения в течение 30 ч образуются муравьиная кислота, 4-метил-5β-окси- этилтиазол,2-метил-4-амино-5-аминометилпиримиднн, 2-метил-4-амино-5- оксиметилпиримидин и γ-ацето-γ-тиопропиловый спирт. В сильнокислой среде при 150°С под давлением происходит отщепление аминогруппы.

В щелочной среде тиазолиевый цикл тиамина становится неустойчивым и легко расщепляется с образованием открытой тиольной формы тиамина — «тиамин-тиола»

Эта форма тиамина  обладает высокой реакционной способностью и склонна к различным химическим превращениям — легкому окислению и др.

Тиамин-хлорид (I) при осторожном восстановлении тиазолиевого цикла алюмогидридом лития в  тетрагидрофуране, NaBH(OCH₃)₃, боргидридом натрия в безводном бутаноле или гидросульфитом превращается в биологически неактивный дигидротиамин (V) с т. пл. 150°С. Его нагревание в воде приводит к получению более стабильного изомерного соединения с циклической пергидрофуротиазольной формой — изодигидротиамину (III) с т. пл. 160°С. Это же соединение получается непосредственно при восстановлении тиамина боргидридом натрия наряду с тетрагидротиамином (IV).

По некоторым  данным дигидротиамин (V) имеет также  пергидрофуротиазольную структуру, которая находится в транс-конфигурации (соединение III — в цис-конфигурации).

Дигидротиамин (V) при окислении хлорным железом в 10%-ной уксусной кислоте или кислородом воздуха в слабом солянокислом растворе в присутствии активного угля вновь образует тиамин (I), а при дальнейшем восстановлении боргидридом натрия, так же как и изодигидротиамин, — тетрагидротиамин (IV). Тетрагидротиамин (IV) легко десульфируется при действии активного никеля с образованием соединения VI.

При восстановлении тиамина образуется еще одно вещество — псевдодигидротиамин с т. пл. 175°С. Это соединение не восстанавливается боргидридом натрия в тетрагидротиамин, но способно окисляться в тиамин. Псевдодигидротиамину приписывается структура производного пиримидо[4,5-d]тиазоло[3,4-a]пиримидина (VII)

При взаимодействии с сульфитом натрия в водном растворе тиамин- хлорид (I) подвергается реакции  сульфитного расщепления, которая приводит к образованию 2-метил-4-амино-5-пиримидилметилсульфокислоты (VIII) и 4-метил-5-β-окснэтилтиазола (IX)

Реакция сульфитного  расщепления характерна для четвертичной тиазолиевой формы тиамина; ни открытая тиольная форма тиамина, ни производные тиамина с третичным атомом азота тиазолинового цикла реакции сульфитного расщепления не подвергаются. Тиамин-тион-2 (тиотиамин) в концентрированных водных растворах устойчив к действию сульфита натрия, однако в разбавленных растворах его расщепление идет при аэрации, так как по-видимому, он первоначально окисляется в тиамин.

Тиогликолевая кислота вызывает аналогичное расщепление молекулы тиамина при нагревании, причем наряду с 4-метил-5-β-оксиэтилтиазолом (IX), выход которого составляет 70 %, образуется 2-метил-4-амино-5-пиримидилметилтиоуксусная кислота (X) с выходом 75% .

Тиамин по своей  оксиэтильной группе образует простые и сложные эфиры, например ацетат, бензоат, пальмитат, стеарат и др. Эфиры тиамина с фосфорной кислотой образуются в виде моно-, ди-, три- и полифосфатов. Тиаминдифосфат (кокарбоксилаза) представляет собой коферментную форму тиамина, в виде которой он принимает участие в биохимических реакциях.

Ацилирование  аминогруппы положения 4 пиримидинового цикла тиамина протекает с  трудом. Аминогруппа тиамина (так  же как и 2-метил-4-амино-5-аминометилпиримидина) слабо реагирует с азотистой  кислотой.

Протонирование тиамина при солеобразовании с минеральными кислотами идет не по аминогруппе, а по циклическому атому азота положения 1.

С гидратом окиси  меди в щелочном растворе тиамин дает комплекс типа: тиамин—Сu—тиамин.

При взаимодействии тиамина с карбонильными соединениями идет реакция электрофильного замещения по атому углерода положения 2 тиазолиевого цикла с образованием соответствующих производных. Так, в водном или водно-спиртовом растворе с 2 молями едкого натра из тиамина и ацетальдегида образуется 2-α-оксиэтилтиамин (XI), а из тиамина и пировиноградной кислоты—соединение XII.

 

Подобная реакция  осуществлена с изо-бутиральдегидом (с выходом 60 %) м-оксибензальдегидом (с выходом 35%), формальдегидом, бензальдегидом — получается 2-оксибензилтиамин — и другими соединениями. Эта реакция лежит в основе механизма биокаталитической функции тиамина в тканях организма.

Если же на тиамин-хлорид (I) первоначально подействовать  триэтиламином, а затем бензальдегидом, то по положению 2 тиазолиевого цикла происходит реакция присоединения, по-видимому, первоначально триэтиламинной группы с одновременной циклизацией оксиэтильной группы в срощенный с тиазолиевым тетрагидрофурановый цикл с образованием соединения XIII.

Интересно отметить, что в условиях реакции происходит частичное расщепление соединения XIII на 4-амино-2,5-диметилпиримидин и 2-бензоил-5-(2'-оксиэтил)-4-метилтиазол. Соединение XIII боргидридом натрия восстанавливается в дигидропроизводное (XIV), а в кислой среде в присутствии диметилформамида легко количественно гидролизуется вновь в тиамин (I).

α-Кетоальдегиды  в реакции с тиамином также  присоединяются в положение 2 тиазолиевого цикла. Так, тиамин-хлорид (I) и фенилглиоксаль в присутствии триэтиламина и двуокиси углерода дают фенилоксалилтиамин (XV), который кислородом воздуха легко окисляется в тиамин-тиазолон (XVI)

Такая же реакция  присоединения проходит между тиамином и гетероциклическими основаниями — морфолином, пиперазином и др.

Диалкилфосфиты  также присоединяются к тиамину  — образуется соединение XVII, которое при нагревании в спирте изомеризуется в производное пиримидо [4,5-d]тиазоло 13,4-а]пиримидина (XVIII)

Реакция тиамина  с фосфитами детально исследована. Изучен масс-спектр тиамина.

Количественно тиамин определяется по интенсивности  флуоресценции тиохрома, в который он окисляется. Связанные формы природного витамина перед определением подвергаются предварительному ферментативному расщеплению. При взаимодействии с диазотированной сульфаниловой кислотой в присутствии формальдегида тиамин образует красное окрашивание, интенсивность которого зависит от концентрации. Это свойство тиамина также находит применение для его количественного определения. В синтетическом кристаллическом препарате тиамин определяется последовательным титрованием азотнокислым серебром и щелочью в присутствии бромтимолового синего; разность между этими определениями соответствует количеству брома, связанного в виде четвертичной соли.

III. Синтез тиамина

3.1 Синтез конденсацией  пиримидинового и тиазолового  компонентов

Этот синтез тиамина заключается в параллельном построении основных компонентов его молекулы и последующем соединении их в молекулу тиамина. Он реализуется посредством взаимодействия 2-метил-4-амино-5-хлор-метилпиримидина (LХХII) и 4-метил-5-оксиэтилтиазола (IX)

 

 

причем при конденсации происходит образование четвертичной тиазолиевой соли.

Конденсацию соединений LХХII и IX в тиамин проводят сплавлением при температуре 100—120°С. Однако лучше проводить конденсацию компонентов нагреванием в растворителях, в качестве которых применяют толуол и высококипящие спирты, например бутиловый, или полярные органические растворители, такие, как нитрометан, ацетонитрил, бромоформ, β-этокеипропнонитрил, а также керосин. Выход тиамина находится в пределах 6о—65%. Конденсацию можно осуществить в две стадии — первоначально в толуоле при 20° С компоненты образуют продукт (т. пл. 125—130°С), который затем нагревают в этом же растворителе с дополнительным количеством тиазолового компонента при 125°С; выход составляет 60 %.

Недостаточно  высокий выход тиамина при конденсации в спиртовой среде можно объяснить побочной реакцией, протекающей между галоген- метилпиримидиновым производным (LХХII) и спиртом, в результате чего происходит алкоголиз с образованием 2-метил-4-амино-5- этоксиметилпиримидина (LХХIII). Вместе с тем указание о том, что тиамин (I) можно получать сплавлением гидрохлорида 2-метил-4-амино-5-этоксиметилпиримидина (LХХIII) и гидрохлорида 4-метил-5-β-оксиэтилтиазола (IX) при 165—170°С,

не противоречит высказанному выше положению о побочной реакции, так как конденсация соединений LХХIII и IX протекает в жестких условиях.

Для конденсации  с 2-метил-4-амино-5-хлорметилпиримидином (LХХII) вместо 4-метил-5-Р-оксиэтилтиазола (IX) можно применять азометиновые производные 4-метил-5-β-аминоэтилтиазола, и так как азометиновая группировка легко расщепляется галогеноводородными кислотами в присутствии воды и спирта, то в результате конденсации получается 5-β-аминоаналог тиамина, который переводится в тиамин вычисленным количеством азотистой кислоты.

Вследствие  того что получение бромпроизводных  пиримидина, например 2-метил-4-амино-5-бромметилпиримидина, осуществляется несколько легче, чем хлорпроизводных, то иногда синтезируют бромистоводородную соль тиамин-бромида, обладающего соответствующей эквивалентной биологической активностью, и, если нужно, переводят ее в тиамин-хлорид.

Технический тиамин выделяют из реакционной смеси посредством  его осаждения ацетоном и очищают  перекристаллизацией из метанола или  из 75—90%-ного этилового спирта; очистку  осуществляют и растворением тиамина в воде с последующим сгущением раствора и осаждением спиртом.

Представляет  интерес рассмотрение обменных реакции  для получения различных форм тиамина. Так, тиамин-хлорид с количественным выходом можно получить из тиамин-бромида встряхиванием с хлористым серебром, при действии хлора в присутствии органических адсорбентов брома (пиридина, фенола) с выходом 87%, при действии хлористого кальция в среде метилового спирта, путем обработки безводным хлористым водородом в растворе алифатического спирта (при этом происходит удаление легколетучего бромистого алкила).

С хорошими результатами превращают тиамин-бромид в тиамин-хлорид через роданат. Так, тиамин-бромид при  взаимодействии с роданистым аммонием в водном растворе аммиака легко осаждается в виде тиамин-роданата, который на анионообменной смоле в растворе слабой соляной кислоты обменивает CSN^--иoh на С1^--ион. Таким же путем из тиамин-бромида через тиамин-роданат синтезируют тиамин-мононитрат и другие соли. Для обменной реакции применяют вофатит L-150, аниониты ЭДЭ-10П и АВ-17.

Тиамин-хлорид получают из тиамин-бромида и непосредственным обменом ионов на анионообменной смоле из полиаминоформальдегпдной смолы или других анионитов. С  использованием этого же метода образуются и другие соли тиамина. Из тиамин-сульфата при действии хлористого бария получают тиамин-хлорид, а с азотной кислотой или лучше, с азотнокислым калием — тиамин-мононитрат (выход 91%). Тиамин-сульфат может быть получен из тиамин-хлорида при действии хлорсульфоновой кислоты.

Синтезирован  тиамин, меченный ¹⁴С и ³⁵S, по положению 6 пиримидинового цикла.

Одна из схем полного технического синтеза тиамина  представлена ниже.

 

3.2 Синтез построением  молекулы на пиримидиновом цикле

В этом методе получения  тиамина исходят из 2-метил-4-амино-5-аминометилпиримидина (LXV), который превращают в 2-метил-4-амино-5-тиоформаминометилпиримидин (LХХV) или непосредственно, путем конденсации с дитиоформиатом калия в водном растворе, или через формильное производное (LXXIV), получаемое при взаимодействии соединения LXV с муравьиной кислотой или ее эфиром, которое затем обработкой пятисернистым фосфором переводят в соединение LXXV. После нагревания с енольной формой эфира γ-хлор-γ-ацетопропилового спирта (LXXVI, R = СОСН₃) 2-метил-4-амино-5-тиоформаминометилпиримидин (LXXV) образует эфир тиамина (LXXVI1, R = СОСН₃); конденсация проводится в присутствии минеральной или муравьиной кислоты. Эфир тиамина в результате гидролиза превращают в тиамин (I).

Для синтеза  тиамина из соединения LХХV вместо эфира γ-хлор-γ-ацетопропилового спирта (LХХVI) можно применять его циклические таутомерние соединения: 2-метил-3-алкокси-3-хлортетрагидрофуран (LХХVIII) в среде 95%-ной муравьиной или 80%-ной уксусной кислоты с выходом 54%, 2-метил-4-дигидро-2,3-дихлорфуран (LХХIХ) в среде муравьиной кислоты и пиридина с выходом 57%, γ-хлор-γ,γ-диацетопропиловый спирт (LХХХ) или соединение LХХХI в 91%-ной муравьиной кислоте с выходом 56—62%

В некоторых  способах создание тиоформильной группы в аминопиримидиновом производном (LXXIV) достигается не с помощью пятпсернпстого фосфора, а при действии сероводорода. Так, при непосредственной конденсации соединения LXXIV с γ-хлор-γ-ацетопропилацетатом (LXXVI, R = СОСН3) в токе сероводорода в присутствии муравьиной кислоты образуется эфир тиамина (LXXVII).

Следует отметить, что описанные выше синтезы тиамина имеют недостаточно высокий выход на стадии конденсации с производными γ-ацетопропилового спирта; реакция, по-видимому, сопровождается отщеплением тиоформильной группы от малостабильного 2-метил-4-амино-5-тиоформаминометил пиримидина (LХХV) с образованием 2-метил-4-амино-5-аминометилпиримидина (LХV).