Preparatyka organiczna środków farmaceutycznych

Recenzent

prof. dr hab. Aleksandra Misicka-Kęsik Redaktor Wydawnictwa

Dorota Zgaińska

Projekt okładki i stron tytułowych Andrzej Taranek

Na okładce

grafika Apteka krakowska z XVI wieku z zielnika Stefana Falimirza O ziołach i o mocy ich, Kraków 1534 Skład i łamanie

Maksymilian Biniakiewicz

Publikacja dofinansowana ze środków Rektora Uniwersytetu Gdańskiego oraz z działalności statutowej Wydziału Chemii Uniwersytetu Gdańskiego

© Copyright by Uniwersytet Gdański Wydawnictwo Uniwersytetu Gdańskiego ISBN 978-83-7865-581-7

Wydawnictwo Uniwersytetu Gdańskiego ul. Armii Krajowej 119/121, 81-824 Sopot tel./fax 58 523 11 37, tel. 725 991 206 e-mail: wydawnictwo@ug.edu.pl www.wyd.ug.edu.pl

Księgarnia internetowa: www.kiw.ug.edu.pl

Spis treści

Od Autorów . . . 9

1. Syntezy środków farmaceutycznych . . . 11

1.1. Acetanilid . . . 11

1.2. Acetylocysteina . . . 14

1.3. Allantoina . . . 18

1.4. Arbutyna . . . 21

1.4.1. Pentaacetylo-β-^D-glukoza . . . 22

1.4.2. Tetraoctan benzyloarbutyny . . . 23

1.4.3. β-^D-Glukopiranozyd hydrochinonu (Arbutyna) . . . 25

1.5. Aspiryna . . . 29

1.6. Azotyn izoamylu . . . 33

1.7. Beklamid . . . 36

1.7.1. Chlorek kwasu 3-chloropropionowego . . . 37

1.7.2. 3-Chloro-N-benzylopropanamid (Beklamid ) . . . 38

1.8. Benzokaina . . . 41

1.8.1. Ester etylowy kwasu 4-nitrobenzoesowego . . . 42

1.8.2. Ester etylowy kwasu 4-aminobenzoesowego (Benzokaina) . . . 44

1.9. Bisakodyl . . . 47

1.9.1. 4,4’-(2-Pirydylometyleno)-bisfenol . . . 48

1.9.2. Dioctan 4,4’-(2-pirydylometyleno)-bisfenolu (Bisakodyl) . . . 50

1.10. Broksychinolina . . . 52

1.11. Cardonit prolongatum . . . 55

1.12. Chlorfenezyna . . . 58

1.13. Chlorisept . . . 62

1.14. Cholamid . . . 64

1.15. Cinchofen . . . 66

1.16. Cyklowalon . . . 70

1.17. Depakine (kwas walproinowy) . . . 74

1.17.1. Ester dietylowy kwasu 2,2-dipropylomalonowego . . . 74

1.17.2. Kwas 2,2-dipropylomalonowy . . . 76

1.17.3. Kwas 2-propylopentanowy (Depakine) . . . 78

1.18. Dichlorofen . . . 80

1.19. Difenidol . . . 84

1.20. Dikumarol . . . 88

1.21. Diprofilina . . . 91

1.22. Etenzamid . . . 95

1.23. Fenbufen . . . 97

1.24. Fenobarbital . . . 101

1.24.1. Sól sodowa cyjanofenylooctanu etylu . . . 102

1.24.2. Ester etylowy kwasu cyjanoetylofenylooctowego . . . 103

1.24.3. Kwas 5-etylo-5-fenylobarbiturowy (Fenobarbital) . . . 105

6

1.25. Fenylobutazon . . . 108

1.25.1. Ester dietylowy kwasu 1-butylomalonowego . . . 109

1.25.2. 4-Butylo-1,2-difenylopirazolidyno-3,5-dion (Fenylobutazon) . . . 111

1.26. Fenytoina . . . 114

1.26.1. 5,5-Difenylo-imidazolidyno-2,4-dion (Fenytoina) – metoda I . . . 115

1.26.2. 5,5-Difenylo-imidazolidyno-2,4-dion (Fenytoina) – metoda II . . . 116

1.27. Flegamina . . . 119

1.28. Gwajafenezyna . . . 123

1.29. Gwajakol . . . 126

1.29.1. 2-Metoksyfenol (Gwajakol ) – metoda I . . . 127

1.29.2. 2-Metoksyfenol (Gwajakol ) – metoda II . . . 129

1.30. Gwajakolosulfonian potasowy . . . 133

1.31. Iodoquinol . . . 136

1.32. Izoniazyd . . . 139

1.32.1. Ester etylowy kwasu izonikotynowego . . . 140

1.32.2. Hydrazyd kwasu izonikotynowego (Izoniazyd) . . . 141

1.33. Izosorbid . . . 143

1.34. Jodoform . . . 146

1.35. Kardiamid . . . 149

1.36. Ketoprofen . . . 153

1.36.1. Anilid kwasu 2-chloropropionowego . . . 154

1.36.2. 3-Metylo-1,3-dihydro-indol-2-on . . . 155

1.36.3. 5-Benzoilo-3-metylo-1,3-dihydro-indol-2-on . . . 158

1.36.4. Kwas 2-(3-benzoilofenylo)propionowy (Ketoprofen) . . . 159

1.37. Kliokwinol . . . 163

1.38. Klofibrat . . . 166

1.38.1. Kwas 2-(4-chlorofenoksy)-2-metylopropionowy (kwas klofibrowy) 167

1.38.2. Ester etylowy kwasu 2-(4-chlorofenoksy)-2-metylopropionowego (Klofibrat) . . . 169

1.39. Kwas benzoesowy . . . 171

1.39.1. Kwas benzoesowy – metoda I . . . 172

1.39.2. Kwas benzoesowy – metoda II . . . 174

1.40. Lidokaina . . . 176

1.40.1. 2-chloro-N-(2,6-dimetylofenylo)acetamid . . . 177

1.40.2. 2-Dietyloamino-N-(2,6-dimetylofenylo)acetamid (Lidokaina) . . . 178

1.41. Marfanil . . . 181

1.41.1. N-Benzyloformamid . . . 182

1.41.2. 4-Formyloaminometylo-benzenosulfonamid . . . 183

1.41.3. Octan 4-(aminometylo)-benzenosulfonamidu (Marfanil) . . . 185

1.42. Mefenezyna . . . 187

1.43. Metakwalon . . . 190

1.43.1. Kwas N-acetyloantranilowy . . . 191

1.43.2. 2-Metylo-3-(2-metylofenylo)-4-(3H)-chinazolinon (Metakwalon) . . . . 192

1.44. Metformina . . . 196

1.45. Metronidazol . . . 200

1.45.1. 2-Metylo-5-nitroimidazol . . . 200

1.45.2. 1-(2-Hydroksyetylo)-2-metylo-5-nitroimidazol (Metronidazol) – metoda I . . . 202

1.45.3. 1-(2-Hydroksyetylo)-2-metylo-5-nitroimidazol (Metronidazol) – metoda II . . . 204

Spis treści

7

1.46. Metylotiouracyl . . . 207

1.47. Mikonazol . . . 211

1.47.1. Azotan 1-(2,4-dichlorofenylo)-2-(1H-imidazol-1-ilo)etan-1-onu . . . . 212

1.47.2. 1-(2,4-Dichlorofenylo)-2-(1H-imidazol-1-ilo)etan-1-ol . . . 214

1.47.3. Azotan 1-[2(RS)-2-(2,4-dichlorobenzyloksy)-2-(2,4-dichlorofenylo)- -etylo]-1H-imidazolu (Mikonazol) . . . 216

1.48. Mleczan wapnia (pentahydrat) . . . 219

1.49. Moroksydyna . . . 222

1.50. Multifungin . . . 224

1.50.1. Kwas 5-bromosalicylowy . . . 225

1.50.2. 5-Bromo-4’-chlorosalicylanilid (Multifungin) . . . 226

1.51. Nifedypina . . . 229

1.52. Nikotynamid (Witamina PP) . . . 233

1.52.1. Kwas pirydyno-3-karboksylowy (kwas nikotynowy) . . . 234

1.52.2. Ester metylowy kwasu nikotynowego . . . 235

1.52.3. Amid kwasu pirydyno-3-karboksylowego (Nikotynamid) . . . 236

1.53. Nitrofurantoina . . . 238

1.53.1. Semikarbazon acetonu . . . 239

1.53.2. 1-Aminohydantoiny chlorowodorek . . . 240

1.53.3. 1-{[(5-Nitrofuran-2-ylo)metylideno]amino}imidazolidyno-2,4-dion (Nitrofurantoina) . . . 243

1.54. Nitrofurazon . . . 245

1.54.1. Dioctan 5-nitro-2-furfuralu . . . 246

1.54.2. Semikarbazon 5-nitro-2-furfuralu (Nitrofurazon) . . . 249

1.55. Norfenazon . . . 252

1.56. Paracetamol . . . 255

1.57. Pemolina . . . 258

1.57.1. Ester etylowy kwasu migdałowego . . . 259

1.57.2. 2-Amino-5-fenylo-4(5H)-oksazolon (Pemolina) . . . 260

1.58. Pirazynamid . . . 263

1.58.1. Ester metylowy kwasu pirazyno-2-karboksylowego . . . 264

1.58.2. Amid kwasu pirazyno-2-karboksylowego (Pirazynamid) . . . 265

1.59. Prokaina . . . 268

1.60. Prontosil . . . 272

1.61. Propranolol . . . 275

1.61.1. 2-(Naftalen-1-yloksymetylo)-oksiran . . . 275

1.61.2. Chlorowodorek (2R,S)-[2-hydroksy-3-(naftalen-1-yloksy)-propylo]- -izopropylo-amoniowy (Propranolol) . . . 277

1.62. Propylotiouracyl . . . 279

1.63. Salicylamid . . . 282

1.63.1. Ester metylowy kwasu 2-hydroksybenzoesowego . . . 283

1.63.2. Amid kwasu 2-hydroksybenzoesowego (Salicylamid) . . . 284

1.64. Salol . . . 287

1.65. Sulfacetamid . . . 290

1.66. Sulfaguanidyna . . . 293

1.67. Sulfanilamid . . . 297

1.67.1. Chlorek kwasu N-acetylosulfanilowego . . . 297

1.67.2. Amid kwasu N-acetylosulfanilowego . . . 300

1.67.3. Amid kwasu sulfanilowego (Sulfanilamid) . . . 301

8

1.68. Tetraoctan pentaerytrytolu . . . 303

1.68.1. Pentaerytrytol . . . 304

1.68.2. Tetraoctan pentaerytrytolu . . . 307

1.69. Tioacetazon . . . 309

1.69.1. 4-Acetamidobenzaldehyd . . . 310

1.69.2. Tiosemikarbazon 4-acetyloaminobenzaldehydu (Tioacetazon) . . . 313

1.70. Tioksolon . . . 316

1.71. Tolazolina . . . 318

1.71.1. Chlorowodorek iminoestru etylowego kwasu fenylooctowego . . . . 319

1.71.2. Chlorowodorek 2-benzylo-4,5-dihydro-1H-imidazolu (Tolazolina) . . 320

1.72. Urotropina . . . 323

1.73. Warfaryna . . . 328

1.73.1. 4-Hydroksy-3-(3-okso-1-fenylobutylo)chromen-2-on (Warfaryna) – metoda I . . . 329

1.73.2. 4-Hydroksy-3-(3-okso-1-fenylobutylo)chromen-2-on – metoda II . . 331

1.73.2.1. Eter metylowy cyklokumarolu . . . 332

1.73.2.2. 4-Hydroksy-3-(3-okso-1-fenylobutylo)chromen-2-on (Warfaryna) . . . 333

1.74. Zieleń malachitowa . . . 335

2. Analiza jakościowa produktów syntezy . . . 338

2.1. Analiza spektralna . . . 338

2.2. Chemiczne reakcje charakterystyczne . . . 338

2.2.1. Wykrywanie obecności azotu, siarki i fluorowców . . . 338

2.2.2. Wykrywanie grup hydroksylowych . . . 342

2.2.3. Wykrywanie grup estrowych . . . 343

2.2.4. Wykrywanie grup aminowych . . . 344

2.2.5. Wykrywanie grup fenolowych . . . 347

2.2.6. Wykrywanie ketonowych lub aldehydowych grup karbonylowych 348

2.2.7. Wykrywanie grup alkoksy- lub acetoksylowych przy pierścieniu aromatycznym . . . 349

2.2.8. Wykrywanie grup azotanowych (III) i (V) (ONO i ONO2) . . . 349

2.2.9. Wykrywanie ugrupowań uretanowych i mocznikowych . . . 350

2.2.10. Wykrywanie grupy nitrowej . . . 351

2.2.11. Testy analityczne barbituranów . . . 351

2.2.12. Wykrywanie układów aromatycznych . . . 352

2.2.13. Wykrywanie ugrupowań guanidylowych . . . 354

2.2.14. Wykrywanie ugrupowań sulfonowych / sulfoamidowych . . . 354

2.2.15. Wykrywanie związków glikozydowych . . . 355

2.2.16. Badanie odczynu kwasowego . . . 356

2.2.17. Testy z odczynnikami o działaniu złożonym . . . 356

2.3. Badanie czystości substancji leczniczych . . . 357

3. Podstawowe odczynniki do analiz jakościowych . . . 360

Bibliografia . . . 363

Stosowane skróty i symbole . . . 365

Skorowidz . . . 366

Od Autorów

Podręcznik Preparatyka organiczna środków farmaceutycznych jest przeznaczony przede wszystkim dla studentów kierunków chemicznych i farmaceutycznych, realizują- cych przedmioty z zakresu chemii i technologii leków w formie ćwiczeń laboratoryj- nych. Stanowi on zbiór w większości nieskomplikowanych przepisów laboratoryjnej syntezy ponad stu preparatów organicznych, które znalazły bezpośrednie zasto- sowanie jako środki lecznicze, bądź też stanowią kluczowe półprodukty przy ich produkcji w przemyśle farmaceutycznym. Wszystkie opisy syntez poszczególnych środków leczniczych zostały opatrzone dodatkowymi informacjami na temat ich działania farmakologicznego oraz podstawowych zastosowań. Studenci korzystają- cy z niniejszego podręcznika powinni posiadać wiedzę z zakresu podstaw techniki laboratoryjnej oraz umiejętność pracy w laboratorium chemii organicznej.

W celu ułatwienia głębszego zrozumienia chemii leżącej u podstaw zapropono- wanych syntez, w przypadku większości opisanych związków omówiono prawdo- podobny mechanizm reakcji ich syntezy bądź odniesiono się do treści podstawo- wych podręczników chemii organicznej. Obok szczegółowo omawianych kwestii związanych z otrzymywaniem środków leczniczych, podano charakterystykę fizyczno -chemiczną zarówno otrzymywanych półproduktów, jak i preparatów fi- nalnych, a także charakterystykę spektralną uzyskiwanych ostatecznie związków.

Włączenie do treści podręcznika reakcji charakterystycznych, za pomocą których student może potwierdzić tożsamość uzyskanego preparatu, miało na celu pewne utrwalenie bądź poszerzenie wiadomości z chemii organicznej, co wobec dzisiej- szego pełnego zdominowania analityki jakościowej przez łatwo dostępne i szybkie testy wydaje się być przydatne. Ostatnia część podręcznika poświęcona jest wybra- nym metodom oznaczania zanieczyszczeń, które mogą w sposób przypadkowy lub wynikający z toku syntezy pojawić się w opisanym preparacie.

Zaprezentowane w podręczniku syntezy preparatów organicznych cechuje zróżnicowany stopień trudności. Wykonanie niektórych z nich jest na tyle proste, że mogą być preparatami proponowanymi do syntezy w ramach podstawowego kursu preparatyki z chemii organicznej. Pozwala to na rozszerzenie repertuaru standardo- wo otrzymywanych preparatów o grupę związków o znaczeniu leczniczym.

Niektóre opisane w tym podręczniku farmaceutyki obecnie zostały już wycofane

z użycia w lecznictwie, najczęściej z powodu wywoływania w organizmie niepożą-

danych skutków ubocznych, jednakże w naszej ocenie stanowią przykłady prepa-

ratów cennych z dydaktycznego punktu widzenia. Z uwagi na występujące często

podobieństwa strukturalne pomiędzy związkami niestosowanymi już w lecznictwie

10

a ich „następcami” (np. ulepszonym analogiem), strategia i technika ich syntezy bywają często analogiczne, zatem warto je poznać, niejednokrotnie wykorzystując przy okazji tańsze reagenty. Ponadto niektóre z leków starszych generacji znajdują nadal zastosowanie jako substraty wyjściowe lub półprodukty w syntezie innych farmaceutyków, zwykle strukturalnie do nich zbliżonych, ale o właściwościach cza- sem zupełnie odrębnych.

Mamy nadzieję, że zawarte w podręczniku treści okażą się interesujące i przydat- ne w kształtowaniu praktyki laboratoryjnej dotyczącej syntezy środków leczniczych i nie tylko.

Jest naszym miłym obowiązkiem podziękowanie kilku rocznikom studentów oraz nauczycielom akademickim Wydziału Chemii Uniwersytetu Gdańskiego, któ- rzy w ramach zajęć dydaktycznych testowali wiele z przedstawionych w tym pod- ręczniku procedur syntez, umożliwiając nam ich zweryfikowanie i udoskonalenie.

Szczególne podziękowania kierujemy na ręce Pani dr hab. Aleksandry Kołodziej- czyk za wnikliwą korektę niektórych rozdziałów przygotowywanego manuskryptu.

Gorąco dziękujemy też Pani dr hab. Elżbiecie Jankowskiej za entuzjastyczne zaanga- żowanie i pomoc przy testowaniu procedur sytezy mikrofalowej.

Gdańsk, luty 2017 Regina Kasprzykowska

Franciszek Kasprzykowski

1. Syntezy środków farmaceutycznych

1.1. Acetanilid

Inne nazwy komercyjne: Antifebrin; Antypiryna.

Nazwy chemiczne: anilid kwasu octowego; N-fenyloacetamid.

Działanie farmakologiczne i zastosowanie

Związek był dawniej stosowany jako lek o właściwościach przeciwgorączkowych.

Obecnie wycofany z lecznictwa, ale nadal znajduje zastosowanie jako półprodukt w syntezie innych środków leczniczych oraz przy wytwarzaniu barwników. Używa- ny też jako środek stabilizujący roztwory nadtlenku wodoru (wody utlenionej) oraz jako dodatek służący do odbarwiania estrów celulozy.

Właściwości fizyczne

Bezbarwne kryształy o temp. topn. 113–115°C, dobrze rozpuszczalne w etanolu, chloroformie, acetonie, średnio rozpuszczalne w eterze dietylowym, trudno w zim- nej wodzie oraz w eterze naftowym.

Schemat syntezy

Mechanizm reakcji

Reakcja pomiędzy aniliną i bezwodnikiem octowym przebiega według klasycznego

mechanizmu addycji-eliminacji (rys. 1). Anilina atomem azotu swojej grupy ami-

nowej atakuje jeden z karbonylowych atomów węgla w bezwodniku octowym. Po-

12

wstający przejściowo tetraedryczny produkt pośredni rozpada się z wytworzeniem Acetanilidu oraz kwasu octowego.

Synteza preparatu

Anilina (m. cz. 93,13; d 1,022)

Bezwodnik octowy (m. cz. 102,09; d 1,082) Kwas octowy (m. cz. 60,05; d 1,049) Etanol 95-proc.

Pył cynkowy

10

0,1 g

W kolbie okrągłodennej o poj. 250 ml, zaopatrzonej w chłodnicę zwrotną z zabezpieczeniem od dostępu wilgoci (rurka z CaCl

bezw.) (rys. 2) umieścić anili- nę (10 ml), bezwodnik octowy (10 ml), kwas octowy (10 ml) oraz pył cynkowy (0,1 g) [1], po czym miesza- ninę ogrzewać w temperaturze łagodnego wrzenia (płaszcz elektryczny) przez 30 min. Następnie, ciągle mieszając, gorącą ciecz wylać cienkim strumieniem do zlewki wypełnionej mieszaniną wody z drobno pokru- szonym lodem (250 ml). Po oziębieniu do temperatury pokojowej, powstały osad surowego produktu odsą- czyć pod obniżonym ciśnieniem, przemyć zimną wodą i wysuszyć na powietrzu. Produkt oczyścić przez kry- stalizację z wody (250 ml) z dodatkiem 95-proc. etano- lu (5 ml) [2]. Otrzymuje się ok. 10,5 g (wyd. 71%) Aceta- nilidu o temp. topn. 113–114°C.

Uwagi:

[1] Dodatek pyłu cynkowego sprawia, że redukują się barwne zanieczyszczenia, a anilina nie ulega niepożądane- mu utlenianiu.

[2] Ogrzewanie mieszaniny surowego produktu i wod- nego roztworu etanolu należy prowadzić bardzo łagodnie, wstrząsając sporadycznie zawartością kolby. Mieszanie nie- Rys. 1. Mechanizm acetylowania aniliny bezwodnikiem octowym

Rys. 2. Zestaw aparatury do ogrzewania pod chłodnicą zwrotną z zabezpieczeniem od dostępu wilgoci

1.1. Acetanilid

13

rozpuszczonego osadu, jaki znajduje się na dnie kolby, zapobiega jego niepożądanemu sto- pieniu się.

Analiza otrzymanego produktu Analiza spektralna

Zarejestrować widmo IR otrzymanego preparatu, a następnie potwierdzić tożsa- mość związku przez porównanie jego widma IR z widmem wzorcowym (rys. 3).

Zarejestrować widmo UV roztworu otrzymanego preparatu w 0,1M HCl. Widmo powinno wykazywać l

= 239 nm ( = 815) i być porównywalne z widmem wzorcowym (rys. 4)

Analiza TLC

Wykonać analizę chromatograficzną otrzymanego preparatu techniką TLC, na płyt- ce pokrytej żelem krzemionkowym ze znacznikiem fluorescencyjnym, stosując do

Rys. 3. Widmo IR Acetanilidu [KBr]

Rys. 4. Widmo UV Acetanilidu [0,1M HCl]

14

rozwijania układ rozpuszczalników: octan etylu:kwas octowy (5 : 0,01) albo chloro- form : aceton (4 : 1). Wywoływanie plam przeprowadzić w świetle UV (l = 254 nm).

Reakcje charakterystyczne potwierdzające tożsamość

Reakcja bromowania – potwierdzenie obecności pierścienia benzenowego. Wyko- nanie – patrz rozdz. 2.2, próba 31. W przypadku obecności Acetanilidu w badanej próbce, obserwuje się wytrącanie kremowobiałego osadu bromopochodnej.

Reakcja z odczynnikiem Liebermanna. Wykonanie – patrz rozdz. 2.2, próba 37.

W przypadku obecności Acetanilidu w badanej próbce, obserwuje się powstawanie czerwono pomarańczowego zabarwienia.

1.2. Acetylocysteina

Inne nazwy komercyjne: ACC; Acetadote; Agisolvan; Airbron; Brunac; Ecomucyl; Fabrol;

Fluimucil; Flumucil; Fluprowit; Kwas merkapturowy; Muco sanigen; Mucocedyl; Mucolator;

Mucolyticum; Mucomyst; Mucosil; Mucret; Parvolex; Tixair.

Nazwy chemiczne: kwas (2R)-2-acetyloamino-3-sulfanylopropanowy;

kwas (R)-2-acetamido-3-merkaptopropionowy; N–acetylo–L–cysteina.

Działanie farmakologiczne i zastosowanie

Acetylocysteina zwiększa wydzielanie śluzu w drogach oddechowych, zmniejsza jego lepkość i tym samym powoduje upłynnienie zalegającej wydzieliny. Stosowana jest w przypadkach ostrych i przewlekłych zapaleń oskrzeli oraz przy mukowiscydozie.

Acetylocysteina wykazuje również właściwości przeciwutleniające. Znajduje zastoso- wanie jako odtrutka w przypadku zatrucia Paracetamolem, w leczeniu AIDS, w lecze- niu niektórych zaburzeń neuropsychiatrycznych i neurodegeneracyjnych, związa- nych z uzależnieniami (narkotyki, nikotyna). Wykazano także, że związek hamuje zmęczenie mięśni i może być stosowany w celu podniesienia wydajności organizmu przy wysiłku wytrzymałościowym.

Właściwości fizyczne

Białe, drobne, czasem proszkowate kryształy o temp. topn. 109–110°C, dobrze roz-

puszczalne w wodzie, etanolu, roztworach zasad, praktycznie nierozpuszczalne

w chlorku metylenu, chloroformie i eterze dietylowym.

1.2. Acetylocysteina

15 Schemat syntezy

Mechanizm reakcji

Reakcja syntezy Acetylocysteiny przebiega według mechanizmu addycji cysteiny (po- przez jej grupę aminową) do jednego z karbonylowych atomów węgla w bezwod- niku octowym, z utworzeniem tetraedrycznego produktu pośredniego, po czym eli- minację z niego kwasu octowego (rys. 5). Obecny w środowisku reakcji octan sodu ma za zadanie m.in. zdeprotonowanie grupy aminowej w cysteinie (używanej do syntezy w formie chlorowodorku), a tym samym przywrócenie jej właściwości nu- kleofilowych. Reakcję przeprowadza się w atmosferze azotu, co zapobiega niepożą- danemu utlenianiu się grupy sulfhydrylowej w reszcie cysteiny.

Synteza preparatu

Chlorowodorek L-cysteiny (m. cz. 157,62) Octan sodu trihydrat (m. cz. 136,08) Bezwodnik octowy (m. cz. 102,09; d 1,08) Izopropanol

Chlorowodór w izopropanolu (roztwór o znanym stężeniu)

Aceton

4,73 g (0,03 mola) 8,16 g (0,06 mola) 2,84 ml (3,06 g; 0,03 mola) 20 ml

5 ml

Do przeprowadzenia syntezy należy przygotować trójszyjną kolbę okrągłodenną o poj. 100 ml, zaopatrzoną w chłodnicę zwrotną, termometr oraz rurkę doprowa- dzającą gazowy azot z butli. W przypadku konieczności chłodzenia, kolba z mie- szaniną reagującą powinna być ustawiona w łaźni lodowej na mieszadle magne- tycznym (z funkcją grzania włączoną / wyłączoną, zależnie od potrzeby), natomiast

Rys. 5. Mechanizm syntezy Acetylocysteiny

16

podczas ogrzewania – w wodnej łaźni ogrzewa- jącej (rys. 6). W kolbie sporządzić zawiesinę chlo- rowodorku

-cysteiny (4,37  g) w izopropanolu (15 ml), przepłukiwać ją przez kilka minut gazo- wym azotem, po czym w trakcie mieszania doda- wać małymi porcjami dobrze sproszkowany octan sodu (CH

COONa ∙ 3 H

O) (8,16  g). Całość ogrze- wać przez 15 min we wrzącej łaźni wodnej, kon- tynuując mieszanie i przepłukiwanie zawartości kolby azotem. Szybkość przepływu azotu ustawić na minimalną (1 pęcherzyk gazu / 2–3 s). Następ- nie oziębić mieszaninę reakcyjną do 0–5°C (łaźnia lodowa), po czym powoli wkraplać bezwodnik octowy (2,84 ml), utrzymując temperaturę zawar- tości kolby poniżej 10°C. Mieszanie w tej tempe- raturze oraz w atmosferze azotu kontynuować przez dodatkowe 0,5  godz., a następnie w tem- peraturze pokojowej przez kilkanaście godzin [1].

W dalszej kolejności mieszaninę ogrzewać we wrzącej łaźni wodnej przez 4 godz. w atmosferze azotu (rys. 6). Po ochłodzeniu do ok. 5°C (łaźnia lodowa), mieszaną mieszadłem magnetycznym zawartość kolby zadać wcześniej przygotowanym roztworem gazowego chlorowodoru w izopropa-

nolu o znanym stężeniu [2]. Należy dodać taką ilość tego roztworu, aby zawierała ona ok. 0,033 mola chlorowodoru. W trakcie neutralizacji wydziela się krystaliczny osad NaCl, który należy odsączyć pod obniżonym ciśnieniem i przemyć niewielką ilością izopropanolu. Z połączonych przesączy odparować rozpuszczalnik pod ob- niżonym ciśnieniem (wyparka obrotowa). Uzyskaną oleistą pozostałość zadać wodą (ok. 9–12 ml), mieszając ogrzać do 40–50°C, przesączyć przez sączek karbowany, a ze- brany przesącz pozostawić do krystalizacji w lodówce. Uzyskany krystaliczny osad odsączyć, przemyć zimnym acetonem (ok. 4–5 ml) i wysuszyć na powietrzu. Z ługu pokrystalizacyjnego, po jego zatężeniu uzyskuje się dodatkową porcję krystaliczne- go produktu. Łącznie z syntezy otrzymuje się ok. 3,7 g (wyd. 75%) produktu o temp.

topn. 109–110°C.

Uwagi:

[1] Na czas pozostawienia mieszaniny reagującej w temperaturze pokojowej można zamknąć dopływ azotu do kolby, a aparaturę szczelnie zabezpieczyć od dostępu powietrza (np. za pomocą korków szklanych, uszczelnionych dodatkowo parafilmem).

[2] Izopropanol można nasycić gazowym chlorowodorem, dozując gaz bezpośrednio z metalowej butli (o ile dostępna) bądź wygenerowanym w zestawie aparatury (patrz rys. 53 lub 254).

Rys. 6. Zestaw aparatury do syntezy w kontrolowanej temperaturze, w atmosferze gazu obojętnego, umożliwiający ogrzewanie lub chłodzenie z mieszaniem

1.2. Acetylocysteina

17

Analiza otrzymanego produktu Analiza spektralna

Zarejestrować widmo IR otrzymanego preparatu, a następnie potwierdzić tożsa- mość związku przez porównanie jego widma IR z widmem wzorcowym (rys. 7).

Zarejestrować widmo UV roztworu otrzymanego preparatu w etanolu. Widmo nie powinno wykazywać znaczącej absorbancji w zakresie l od 230 do 360 nm (rys. 8).

Analiza TLC

Wykonać analizę chromatograficzną otrzymanego preparatu techniką TLC, na płytce pokrytej żelem krzemionkowym z zawartością znacznika fluorescencyjnego, stosu- jąc do rozwijania metanol. Detekcję plam przeprowadzić w świetle UV (l = 254 nm), po czym spryskać płytkę odczynnikiem cerowo-molibdenianowym i podgrzewać do momentu ujawnienia się ciemnoniebieskiej plamy.

Rys. 7. Widmo IR Acetylocysteiny [KBr]

Rys. 8. Widmo UV Acetylocysteiny [etanol]

18

Reakcje charakterystyczne potwierdzające tożsamość

Reakcja z nitroprusydkiem sodu – wykrywanie ugrupowania sulfhydrylowego. Wy- konanie: Rozpuścić ok. 25 mg badanej próbki w 0,5 ml wody pozbawionej dwutlen- ku węgla, dodać 0,05 ml świeżo przygotowanego 5-proc. roztworu nitroprusydku sodu oraz 0,05 ml 25–proc. roztworu amoniaku. W przypadku obecności Acetylo- cysteiny w badanej próbce, mieszanina reagująca przyjmuje ciemnofioletowy kolor.

1.3. Allantoina

Inne nazwy komercyjne: Allantoin; Alantan; Glyoxylidiureide; Masse.

Nazwy chemiczne: (2,5-dioksoimidazolidyn-4-ylo)mocznik;

5-ureido-2,4-imidazolidynodion; 5-ureidohydantoina; 5-karbamidohydantoina.

Działanie farmakologiczne i zastosowanie

Allantoina stosowana jest w przemyśle farmaceutycznym i kosmetycznym m.in. do produkcji maści i kremów o właściwościach nawilżających, łagodzących podrażnie- nia skóry, regenerujących. Ułatwia gojenie się ran, łagodzi objawy łuszczycy, działa przeciwzapalnie i ściągająco, przyśpiesza regenerację skóry po urazach i odparze- niach. Jest też stosowana jako substancja czynna w maściach i kremach przeciwtrą- dzikowych.

Właściwości fizyczne

Biały, bezwonny, krystaliczny proszek, o temp. topn. 225–230°C (z rozkł.), słabo roz- puszczalny w zimnej wodzie, dobrze w gorącej wodzie, gorącym etanolu, bardzo trudno w zimnym etanolu, praktycznie nierozpuszczalny w eterze dietylowym i chloroformie.

Schemat syntezy

1.3. Allantoina

19

Mechanizm reakcji

Opisywana tu synteza Allantoiny (rys. 9) przebiega przez dwukrotną kondensację mocznika do tego samego atomu węgla w kwasie glioksalowym i kończy się cykli- zacją z zawiązaniem pierścienia 2,5-dioksoimidazolidynowego. We wszystkich prze- mianach ma miejsce kataliza kwasowa.

Synteza preparatu

Kwas glioksalowy (m. cz. 74,04) Mocznik (m. cz. 60,06)

Kwas solny 36-proc. (m. cz. 36,5; d 1,19)

10,5 g (0,14 mola) 17,0 g (0,28 mola) 1,9 ml (0,73 g; 0,02 mola)*

* W nawiasie ilość reagenta (w gramach i w molach), jaka zawarta jest w podanej przed nawiasem objętości jego roztworu o wskazanym stężeniu.

W trójszyjnej kolbie okrągłodennej o poj. 250 ml rozpuścić kwas glioksalowy (10,5 g) w 16 ml wody, dodać mocznik (17,0 g) i ręcznie mieszając zawartością kolby powoli wkroplić pipetą Pasteura 36-proc. kwas solny (1,9 ml). Kolbę zaopatrzyć w chłodnicę zwrotną, mieszadło mechaniczne z uszczelnieniem typu KPG i termometr, wstawić do termostatowanej łaźni wodnej o temp. 80°C (rys. 10). Zawartość kolby mieszać i ogrzewać przez 2 godz. w łaźni wodnej, tak aby temperatura mieszaniny reagującej utrzymywała się na poziomie 80°C. Po ok. 15 min obserwuje się całkowite rozpusz- czenie mocznika, a roztwór staje się klarowny. Po ok. 30–45 min zaczyna pojawiać się

Rys. 9. Mechanizm syntezy Allantoiny z mocznika i kwasu glioksalowego

20

biały osad produktu. Następnie mieszaninę pozostawić do powolnego ochłodzenia do temperatury pokojowej.

Wydzielony biały krystaliczny osad odsączyć pod ob- niżonym ciśnieniem, przemyć go kilkoma porcjami zimnej wody i wysuszyć. Otrzymany surowy produkt przekrystalizować z wody (ok. 100 ml). Otrzymuje się 13,7 g (wyd. 62%) związku o temp. topn. 235–236°C (z rozkł.).

Analiza otrzymanego produktu Analiza spektralna

Zarejestrować widmo IR otrzymanego preparatu, a na- stępnie potwierdzić tożsamość związku przez porów- nanie jego widma IR z widmem wzorcowym (rys. 11).

Zarejestrować widmo UV roztworu otrzymanego preparatu w alkalicznym roztwo- rze wodnym o pH 9,4. Widmo powinno wykazywać l

= 224 nm.

Analiza TLC

Wykonać analizę chromatograficzną otrzymanego preparatu techniką TLC, na płytce pokrytej żelem krzemionkowym z zawartością znacznika fluorescencyjne- go, stosując do rozwijania układ rozpuszczalników: n-butanol : kwas octowy : woda (60:15:25). Detekcja: 0,5-proc. roztwór 4-(N,N-dimetyloamino)benzaldehydu w mie- szaninie (3:1) metanolu i kwasu solnego (36-proc.). Po spryskaniu chromatogramu płytkę ogrzewać w suszarce w temp. ok. 110°C do momentu ujawnienia się plamy.

Rys. 10. Zestaw aparatury umożliwiający mieszanie mechaniczne i ogrzewanie w kontrolowanej temperaturze

Rys. 11. Widmo IR Allantoiny [KBr]