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

В наши дни, когда  химическая структура витаминов  установлена, даже для обозначения истинных витаминов все реже прибегают к буквенному обозначению, предпочитая пользоваться химическим названием. Особенно это касается водорастворимых витаминов (для жирорастворимых по-прежнему довольно часто используется буквенное обозначение).

Однако установить химический состав и структуру витаминов  было делом непростым, так как в продуктах питания они присутствуют в очень малых количествах. Например, тонна рисовой шелухи содержит всего лишь пять граммов витамина В₁. Только в 1926 году наконец-то удалось экстрагировать достаточное для проведения химического анализа количество витамина В. Два биохимика из Голландии — Баренд Конрад Петрус Янсен и Вильям Фредерик Донат, используя небольшое количество экстракта, установили состав витамина В. Однако, как выяснилось, их результаты оказались ошибочными. Попытку установить состав витамина В предпринял в 1932 году Одейк. Он взял для анализа большее количество экстракта, и это позволило ему получить почти верные результаты. Одейк первым установил, что в молекулу витамина входит атом серы.

И наконец, в 1934 году Роберт Р. Уильяме после 20 лет упорного труда, переработав тонны рисовой шелухи, выделил витамин В₁ в количестве, достаточном для того, чтобы установить наконец-то его структурную формулу. Формула витамина В₁ такова:

 

 

Поскольку наиболее неожиданной характеристикой молекулы стало наличие в ней атома серы (по-гречески «теион»), витамин В₁ получил название тиамин.

Вскоре вслед  за установлением структуры каждого  витамина производился его синтез, но были случаи, когда синтез витамина даже предшествовал установлению его структуры. Например, группа ученых, возглавляемая Уильямсом, синтезировала тиамин в 1937 году, за три года до того, как была установлена его структура, а швейцарский биохимик, выходец из Польши, Тадеуш Рейх-штейн и возглавляемая им группа химиков синтезировали аскорбиновую кислоту в 1933 году, несколько раньше того, как Кинг окончательно установил ее точную структуру. Еще один пример — витамин А, который был синтезирован в 1936 году независимо двумя группами химиков также незадолго до того, как была окончательно установлена его химическая структура.

1.2 Классификация витаминов

 

В настоящее  время витамины можно охарактеризовать как низкомолекулярные органические соединения, которые, являясь необходимой составной частью пищи, присутствуют в ней в чрезвычайно малых количествах по сравнению с основными ее компонентами.

Витамины - необходимый  элемент пищи для человека и ряда живых организмов потому, что они  не синтезируются или некоторые  из них синтезируются в недостаточном количестве данным организмом. Витамины - это вещества, обеспечивающее нормальное течение биохимических и физиологических процессов в организме. Они могут быть отнесены к группе биологически активных соединений, оказывающих свое действие на обмен веществ в ничтожных концентрациях.

Витамины делят  на две большие группы:

1. Витамины, растворимые в жирах.

2. Витамины, растворимые в воде.

Витамины, растворимые  в жирах.

• Витамин A (антиксерофталический).
• Витамин D (антирахитический).
• Витамин E (витамин размножения).
• Витамин K (антигеморрагический).

Витамины, растворимые  в воде.

• Витамин В₁ (антиневритный).
• Витамин В₂ (рибофлавин).
• Витамин PP (антипеллагрический).
• Витамин В₆ (антидермитный).
• Пантотен (антидерматитный фактор).
• Биотин (витамин Н, фактор роста для грибков, дрожжей и бактерий, антисеборейный).
• Инозит.
• Парааминобензойная кислота (фактор роста бактерий и фактор пигментации).
• Фолиевая кислота (антианемический витамин, витамин роста для цыплят и бактерий).
• Витамин В₁₂ (антианемический витамин).
• Витамин В₁₅ (пангамовая кислота).
• Витамин С (антискорбутный).
• Витамин Р (витамин проницаемости).

 

II. Характеристика тиамина хлорида и тиамина бромида.

2.1 Строение тиамина и его солей.

Впервые препарат тиамина выделил Функ в 1912 г. из рисовых отрубей, а еще более чистый препарат — Янсен и Донат в 1927 г.

В кристаллическом виде витамин  В₁ выделили из дрожжей в 1931 г. Виндаус с сотр. (1 мг из 1 кг дрожжей).

Строение тиамина установили независимо друг от друга Вильяме и Греве в 1936 г. в результате расшифровки строения его составных частей — пиримидинового и тиазолового компонентов и синтеза многочисленных веществ, строение которых, казалось бы, отвечало тиамину. В то же время строение тиамина окончательно подтвердили его синтезом в 1936 г. Вильяме и Клин и Андерзаг и Вестфаль.

В установлении структуры тиамина большое значение имела реакция его сульфитного  расщепления. При обработке водного  раствора тиамин-хлорида (I) сульфитом  натрия при рН 4,8—5 и 20—25° С вещество почти количественно распадается на третичное тиазоловое основание (IX) состава С₆Н₉ОNS, растворимое в воде, и пиримидиламиносульфокислоту (VIII) состава С₆Н₉O₃N₃S, нерастворимую в воде.

 

Возможно, что  в результате ионного обмена первоначально  образуется четвертичная соль тиамин-сульфата, которая подвергается расщеплению на соединения VIII и IX.

Тиазоловое  основание (IX) содержит третичный атом азота, что было доказано образованием с йодистым метилом четвертичной соли. Наличие в этом основании  одной гидроксильной группы установлено  по образованию сложного эфира с n-нитробензойной кислотой.

Если тиазоловое основание (IX) подвергнуть окислению  азотной кислотой, то образуется 4-метилтиазолкарбоновая-5 кислота (LХ), содержащая пять атомов углерода; эта же кислота получается при непосредственном окислении тиамин-нитрата азотной кислотой, она идентична ранее синтезированному соединению LХ.

Происхождение карбоновой кислоты (LX) из соединения IX с потерей одного атома углерода, а также отсутствие положительной реакции с йодоформенной пробой и оптической активности у соединения IX указывают на то, что гидроксильная группа имеет первичный, а не вторичный характер: она должна находиться у крайнего атома углерода боковой цепи и, следовательно, расположена в положении 5 тиазолового кольца в виде β-оксиэтильной группы. Все эти данные приводят к структуре 4-метил-5-Р-оксиэтилтиазола (IX), что было подтверждено его синтезом.

Значительно сложнее  было установить структуру пиримидинового компонента и самого тиамина. Второй продукт сульфитного расщепления  — пиримидиламиносульфокислота (VIII) содержит атом серы в виде сульфогруппы, так как при сплавлении соединения VIII со щелочью образуется сернистокислый натрий; очевидно, что сульфогруппа вводится в это вещество при реакции сульфитного расщепления и, вероятно, занимает то положение, по которому осуществляется связь между составными частями молекулы тиамина. Пиримидиламиносульфокислота (VIII) при нагревании с соляной кислотой отщепляет аммиак с образованием оксисульфоновой кислоты (LXI), чем доказывается наличие в соединении VIII первичной аминогруппы.

Пиримидиламиносульфокислота (VIII), как установлено подобием спектров поглощения ультрафиолетового света, является производным 6-аминопиримидина. Таким образом, устанавливалась основная структура соединения VIII. Невыясненным оставалось место фиксации сульфогруппы и двух атомов углерода алифатического характера.

По результатам  определения структуры тиазолового  основания как 4-метил-5-β-оксиэтилтиазола (IX), по предположению, что тиамин является четвертичной солью аммониевого  основания, и данным потенциометрического титрования для структуры тиамина было предложено несколько формул с различными расположениями алкильных заместителей пиримидинового цикла и местом взаимосвязи пиримидинового и тиазолового компонентов — LXII, LXIII, LXIV.

Однако все  эти формулы оказались ошибочными, и полученные соединения отличающимися от природного тиамина.

Следовательно, пиримидиновый цикл тиамина должен иметь или одну свободную метильную группу, если тиазоловый и пиримидиновый циклы связаны через метиленовый мостик, или две метальные группы.

Положение метальных  групп было выяснено в следующем  исследовании. При восстановлении пиримидиламиносульфокислоты (VIII) натрием в жидком аммиаке было получено основание (LХХI), которое при сравнении пикратов оказалось идентичным синтетическому 2,5-диметил-6-аминопиримидину (LХХI), полученному конденсацией ацетамидина с α-формилпропионовым эфиром и последующим превращением соединения LХIХ в хлорпроизводное (LХХ), а затем в основание (LХХI).

Оставался еще  неясным вопрос о месте связи  пиримидинового и тиазолового циклов. При расщеплении тиамина жидким аммиаком или при окислении его марганцовокислым барием был выделен гетероциклический диамин (LХV). По спектру поглощения этого диамина можно было заключить, что он относится к аминопроизводному пиримидина. Этот же диамин (LХV) был получен синтетически и, что особенно важно для установления места связи компонентов, из него была получена пиримидил аминосульфокислота (VIII) через 2-метил-4-амино-5-бромметилпиримидин (LХVI), обработанный бисульфитом натрия. Из полученных данных следует, что пиримидиновый и тиазоловый циклы в молекуле тиамина связаны мегиленовым мостиком по положению 5 пиримидина и по атому азота тиазола в виде соли четвертичного аммониевого основания.

Подтверждение структурной формулы тиамина  было получено также в расшифровке и синтезе его производного — тиохрома (XXIII), количественно получаемого окислением тиамин-хлорида щелочным раствором красной кровяной соли. Этот синтез осуществлен из 2-амино-4-метил-5-β- оксиэтилтиазола (LХVIII) и 2-метил-4-хлор-5-хлорметилпиримидина (LХVII).

Молекула тиамина  представляет собой соединенные  метиленовым мостиком замещенные пиримидиновый  и тиазолиевый циклы и является солью четвертичного аммониевого  основания. С учетом такого строения молекулы синтез тиамина может быть осуществлен тремя принципиально различными путями: конденсацией пиримидинового и тиазолового компонентов, построением молекулы на пиримидиновом цикле и построением молекулы на тиазоловом цикле.

Тиамина бромид.

Тиамина хлорид

2.2 Физические свойства тиамина и его солей.

Тиамин —  аневрин, витамин В₁ — является хлористоводородной солью 4-метил-5-β-оксиэтил-N-(2'-метил-4'-аминопиримидил-5'-метил) тиазолийхлорида следующей структурной формулы:

Пиримидиновый и тиазолиевый циклы тиамин-хлорида, по данным рентгеноструктурного анализа, расположены под углом 76°, а не в одной плоскости.

Тиамин-основание  представляет собой аморфное бесцветное гигроскопическое вещество. Он получается из галогеноводородных солей при обработке их окисью серебра.

Тиамин-хлорид гидрохлорид (С₁₂Н₁₇ОN₄S)⁺С1^- * НС1 * ЅН₂О) кристаллизуется с половиной молекулы воды в бесцветных моноклинических иглах. Вещество обладает диморфизмом и имеет т. пл. 240—244°С (преобладающая α-форма) и 250—252°С (с разл.) (β форма). β-Кристаллическая форма превращается в α-форму при 193°С.

К четвертичным солям тиамина также относятся: тиамин-бромид гидробромид (C₁₂H₁₇ON₄S)⁺Вr * НВr * 1/2Н₂O — бесцветные иглы с т. пл. 229—231°С и 220°С (диморфизм).

Тиамин-хлорид и тиамин-бромид растворимы в спиртах, глицерине, ледяной уксусной кислоте; нерастворимы в эфире, хлороформе, бензоле и ацетоне.

В 1 мл воды растворяется 1 г  тиамина-хлорида, в 95%-ном спирте —  около 1 г и в безводном спирте — около 0,3 г в 100 мл; в глицерине  — около 4,5 г в 100 мл; рН 1 %-ного водного раствора 3,58.

Тиамин-хлорид и тиамин-бромид обладают слабым специфическим запахом, подобным запаху дрожжей или орехов.

Тиамин образует соли с  органическими кислотами — сахариновой, тетрафенилборной, циклогексилсульфаминовой, нафталин-1,5-дисульфоновой и др.

Характер спектра  абсорбции тиамина зависит от концентрации водородных ионов. Спектр поглощения тиамин-хлорида имеет два максимума при рН 7 — 235 и 267 нм и только один максимум при рН 5,5 и в более кислом растворе — 245 — 247 нм (Е(1% 1см) - 442.)

Из растворов  тиамин количественно осаждается фосфорновольфрамовой кислотой (рН 4,5—5,5), пикролоновой и золотохлористоводородной кислотами, но не осаждается сернокислой ртутью и уксуснокислым свинцом. Тиамин адсорбируется на фуллеровой земле, каолине, древесном угле и вымывается растворами гидроокиси бария. Степень адсорбции сильно зависит от рН среды.

2.3 Химические свойства солей тиамина.