Производные барбитуровой кислоты

Производные барбитуровой кислоты, или циклические уреиды, в отличие от ациклических уреидов представляют собой продукты взаимодействия полного амида угольной кислоты (мочевины) с производными малоновой кислоты:

Поскольку в результате конденсации образуется замкнутая циклическая система с двумя атомами азота (в положении 1 и 3), то барбитураты рассматривают как производные пиримидина.

Снотворное действие барбитуратов впервые обнаружено в начале XX в. Э.Фишером и Ф.Мерингом. В 1904 г. Э.Фишером получен барбитал. В последующие годы было синтезировано большое число барбитуратов и установлен ряд закономерностей между их химической структурой и действием на организм.

Структура молекул обусловливает особенности химических свойств барбитуратов. Производные барбитуровой кислоты способны проявлять лактим-лактамную таутомерию (за счет водородов имидных групп):

Лактимная или аци-форма обусловливает кислотный характер производных барбитуровой кислоты. В присутствии гидроксид-ионов они диссоциируют как кислоты и образуют соли с металлами:

Применяемые в медицинской практике производные барбитуровой кислоты, можно разделить на две группы: барбитураты (лактамная форма) и натриевые соли барбитуратов (лактимная форма). Общие формулы могут быть представлены следующим образом:

Указанная структура натриевых солей была подтверждена в результате исследований ИК-спектров этих соединений.

Барбитураты — барбитал, фенобарбитал, бензобарбитал (бензонал) — и натриевые соли — барбитал-натрий, гексобарбитал-натрий (гексенал), тиопентал-натрий различаются по характеру радикалов R₁, R₂ и R₃ (табл. 64.1).

Синтез производных барбитуровой кислоты, состоит из двух этапов. Вначале получают соответствующий эфир малоновой кислоты. На втором этапе синтеза осуществляют его конденсацию с мочевиной (в присутствии алкоголята натрия в среде абсолютного спирта).

64.1. Химическая структура производных барбитуровой кислоты

Лекарственное вещество	Заместители
R1	R2	R3
Барбитал	–C2H5	–C2H5	–
Фенобарбитал	–C2H5	–C6H5	–
Бензобарбитал	–C2H5	–C6H5
Гексобарбитал-натрий	–CH3		–CH3
Тиопентал-натрий (производное тиобарбитуровой кислоты)	–C2H5		–

Барбитал получают по схеме:

Для получения фенобарбитала в качестве исходного продукта берут бензилхлорид, из которого синтезируют диэтиловый эфир фенилэтилмалоновой кислоты. Последний затем конденсируют с мочевиной:

KCN H₂SO₄ (COOC₂H₅)₂

C₆H₅CH₂Cl ¾¾® C₆H₅CH₂CN ¾¾¾® C₆H₅CH₂COOC₂H₅ ¾¾¾¾¾¾®

бензилхлорид бензилцианид C₂H₅OH этиловый эфир C₂H₅ONa

фенилуксусной

кислоты

Из фенобарбитала получают бензобарбитал, действуя бензоилхлоридом:

Бензобарбитал является показательным примером наличия зависимости биологической активности от изменения химической структуры. Довольно простое бензоилирование фенобарбитала приводит не просто к изменению уровня снотворной активности, а и к её полному исчезновению. При этом слабое антиконвульсивное действие фенобарбитала развивается в мощный противосудорожный эффект у бензобарбитала

Для получения натриевых солей соответствующие барбитураты растворяют в эквивалентном количестве гидроксида натрия (спиртовой раствор), а затем натриевую соль осаждают эфиром.

По свойствам барбитураты и их натриевые соли отличаются между собой (табл. 64.2).

Барбитураты представляют собой белые кристаллические порошки без запаха. Они практически нерастворимы или очень мало растворимы в воде (барбитал — мало растворим), растворимы или умеренно растворимы в этаноле и эфире (фенобарбитал — легко растворим в этаноле). Водные и спиртовые растворы барбитуратов имеют кислую реакцию (константа диссоциации барбитала 1,3×10^–8, фенобарбитала 4,8×10^–8). Барбитал мало, фенобарбитал умеренно, а бензобарбитал — легко растворим в хлороформе. Барбитураты легко растворимы в растворах щелочей.

64.2. Свойства производных барбитуровой кислоты

Лекарственное вещество	Химическая структура	Описание
	Барбитураты
Barbital— барбитал	5,5-диэтилбарбитуровая кислота	Белый кристаллический порошок без запаха. Т. пл. 189–192 °C
Phenobarbital— фенобарбитал	5-этил-5-фенилбарбитуровая кислота	Белый кристаллический порошок без запаха. Т. пл. 175–179 °C
Benzobarbital— бензобарбитал (Бензонал)	1-бензоил-5-этил-5-фенилбарбитуровая кислота	Белый кристаллический порошок. Т. пл. 134–137 °C
	Натриевые соли барбитуратов
Hexobarbital Sodium— гексобарбитал-натрий (Гексенал)	1,5-диметил-5-(циклогексен-1’-ил)- барбитурат натрия	Белая пенообразная масса. На воздухе разлагается под влиянием углекислого газа. Гигроскопичен
Thiopental Sodium— тиопентал-натрий	смесь 5-этил-5-(2’-амил)-2-тиобарбитурата натрия с безводным карбонатом натрия	Кристаллический порошок желтоватого или желтовато-зеленоватого цвета со своеобразным запахом. Гигроскопичен

Натриевые соли барбитуратов (гексобарбитала и тиопентала) представляют собой белые мелкокристаллические порошки или сухую пористую массу (тиопентал-натрий желтоватого цвета со своеобразным запахом). Они гигроскопичны, легко растворимы или очень легко растворимы в воде и этаноле, практически нерастворимы в эфире. Водные растворы натриевых солей барбитуратов имеют щелочную реакцию (pH 9,0 — 11,0).

Подлинность барбитуратов можно установить по ИК-спектрам. ФС рекомендует этот метод для идентификации бензобарбитала, МФ — для фенобарбитала и тиопентала-натрия. ИК-спектры, снятые после прессования в таблетках с бромидом калия в области 4000-400 см^–1, должны иметь полное совпадение полос поглощения с прилагаемым к ФС рисунком спектра или со спектром сравнения.

УФ-спектры барбитуратов в области 220-280 нм имеют максимумы и минимумы поглощения, используемые для идентификации. Раствор фенобарбитала в этаноле после добавления буферного раствора с pH 10 имеет максимум поглощения при 240 нм и минимум — при 224 нм. Бензобарбитал (раствор в этаноле и 0,1 М растворе хлороводородной кислоты) в области 220-350 нм имеет максимум при 257 нм и минимум при 230 нм. Отношение оптических плотностей бензобарбитала в максимуме к минимуму составляет 2,2. Барбитал и его натриевая соль имеют максимум при 239-240 нм.

Для испытания барбитуратов и их натриевых солей используют химические реакции, основанные на соле- и комплексообразовании с солями тяжелых металлов, сплавлении со щелочами, окислении, нейтрализации натриевых солей, обнаружении ионов натрия и функциональных групп.

Производные барбитуровой кислоты образуют нерастворимые соли с ионами серебра, ртути (II), меди (II), кобальта (II). Эта реакция происходит только с ионизированной формой, поэтому кислотную форму барбитурата предварительно необходимо перевести в ионную. Однако при этом нельзя допускать избытка щелочи, так как он при последующем выполнении реакции приведет к образованию гидроксидов металлов. Поэтому более целесообразно выполнять эту реакцию в смеси растворов гидрокарбоната и карбоната натрия.

Все барбитураты и их натриевые соли образуют с ионом кобальта комплексные соединения, окрашенные в сине-фиолетовый цвет (в присутствии хлорида кальция). Цветная реакция с раствором сульфата меди (II) позволяет отличать производные барбитуровой кислоты друг от друга (табл. 64.3).

64.3. Реакция барбитуратов и их натриевых солей с раствором сульфата меди (II)

Для идентификации барбитуратов могут быть использованы реакции образования моно- и дизамещенных комплексов с солями меди (II) в присутствии пиридина. Комплексы имеют лиловую окраску.

При взаимодействии с ионами серебра происходит образование однозамещенных (растворимых в воде) и двузамещенных (нерастворимых в воде) солей серебра. В присутствии карбоната натрия барбитураты образуют вначале натриевую соль, затем однозамещенную серебряную:

Однозамещенная серебряная соль при добавлении избытка нитрата серебра превращается в нерастворимую двузамещенную серебряную соль:

Гексобарбитал-натрий и бензобарбитал, содержащие заместители в положении 1, образуют только однозамещенные соли серебра.

Барбитураты могут быть обнаружены с помощью общих цветных реакций на производные пиримидина, основанных на их окислении. При взаимодействии с концентрированной серной кислотой и 1–2 каплями раствора дихромата калия появляется стойкое зеленое окрашивание. Если вместо дихромата калия взять раствор ванадата аммония, то после нагревания на водяной бане раствор приобретает травянисто-зеленое окрашивание, переходящее в голубое. При сплавлении барбитурата с резорцином и концентрированной серной кислотой, последующем охлаждении и подщелачивании раствором гидроксида натрия возникает зеленая флуоресценция.

Отличающиеся по окраске продукты конденсации образуют барбитураты и их натриевые соли с альдегидами: формальдегидом (в присутствии концентрированной серной кислоты); с раствором n-диметиламинобензальдегида в концентрированной серной кислоте. При использовании в качестве реактива ванилина в присутствии концентрированной серной кислоты после кипячения появляется вишневое окрашивание, переходящее в сине-фиолетовое:

Барбитураты и их натриевые соли можно идентифицировать сплавлением с едкими щелочами, так как они при этом разрушаются с выделением аммиака:

При последующем подкислении хлороводородной кислотой выделяется диоксид углерода и ощущается запах соответствующей жирной кислоты:

Na₂CO₃ + 2HCl ¾® 2NaCl + CO₂­ + H₂O

Для натриевых солей барбитуратов выполняют испытание, основанное на нейтрализации растворов разведенной хлороводородной кислотой:

Выпавший осадок барбитурата отфильтровывают, промывают водой, сушат и определяют температуру плавления. В гексобарбитале-натрии устанавливают наличие диметилциклогексилбарбитуровой кислоты (143-147 °C), а в тиопентале-натрии — 5-(1-метилбутил-5-этил)-2-тиобарбитуровой кислоты (156-161 °C).

Кроме того, обнаруживают ион натрия (по окраске пламени).

Для отличия барбитуратов друг от друга могут быть использованы реакции на функциональные группы, имеющиеся в их молекулах в положении 1 и 5. Так, фенильный радикал в фенобарбитале обнаруживают по образованию нитросоединений, окрашенных в желтый цвет. Реакция происходит после прибавления концентрированных азотной и серной кислот. Появление желтого окрашивания обусловлено образованием м-нитропроизводного фенобарбитала:

Эту реакцию дает также бензобарбитал.

Подлинность фенобарбитала можно установить по образованию соли с ионом ртути (II) в щелочной среде. Образуется белый осадок, растворимый в избытке раствора аммиака. Фенобарбитал дает цветную реакцию с нитритом натрия в присутствии серной кислоты. При нагревании на водяной бане в течение 10 мин появляется оранжево-желтое с коричневым оттенком окрашивание.

Специфичной для бензобарбитала является реакция с хлоридом железа (III). Предварительно его взбалтывают в течение 1–2 мин с 0,1 М раствором гидроксида натрия и фильтруют. Образующийся при гидролизе бензобарбитала бензоат-ион переходит в фильтрат. Он образует с ионом железа (III) розовато-желтый осадок.

Тиопентал-натрий, содержащий атом серы в молекуле, при нагревании в присутствии гидроксида натрия и ацетата свинца образует черный осадок сульфида свинца:

+ Na₂S + 2NH₃­ + Na₂CO₃

Na₂S + Pb(CH₃COO)₂ ¾® PbS¯ + 2CH₃COONa

При испытании на чистоту барбитала обнаруживают примесь этилбарбитуровой кислоты, а в фенобарбитале — примесь фенилбарбитуровой кислоты. Поскольку обе эти кислоты проявляют более сильные кислотные свойства (К » 4×10^–5), чем соответствующие барбитураты, их примесь легко обнаружить потенциометрически по значению pH суспензии барбитала с водой (5,0-6,0) или иным методом. Посторонние примеси (ФС) в бензобарбитале устанавливают методом ТСХ на пластинках Силуфол УФ-254 в системе растворителей хлороформ-ацетон. В УФ-свете должно появиться только одно пятно. Методом ТСХ выполняют испытание на наличие посторонних примесей в тиопентале-натрии (МФ). При испытании чистоты натриевых солей барбитуровой кислоты устанавливают предельное содержание примеси свободной щелочи, метилового спирта и др.

Барбитураты количественно определяют методом нейтрализации в среде неводных растворителей. Навески растворяют в нейтрализованном диметилформамиде или смеси диметилформамида и бензола (барбитал). Диметилформамид используют в качестве растворителя при титровании более сильных кислот (pK_a 7,3-7,8), например, барбитала, фенобарбитала. Титруют 0,1 М раствором гидроксида натрия (в смеси метанола и бензола), используя индикатор тимоловый синий. Диметилформамид, являясь основным растворителем, присоединяет протон, усиливая при этом кислотные свойства барбитуратов:

При последующем титровании гидроксидом натрия выделяются диметилформамид, вода и ион натрия. Последний с анионом барбитурата образует натриевую соль:

HCO⁺NH(CH₃)₂ + NaOH ¾® HCON(CH₃)₂ + H₂O + Na⁺

При титровании очень слабых кислот титрантом служит 0,1 М раствор метилата натрия.

Барбитураты можно также титровать в присутствии индикатора тимолфталеина в среде этанола или ацетона. Водно-спиртовые растворы усиливают кислую реакцию. Присутствие спирта (ацетона) улучшает растворимость и предотвращает гидролиз образующихся натриевых солей барбитуратов.

Количественное определение бензобарбитала выполняют в спиртовом растворе, титруя его 0,1 М раствором гидроксида натрия до синего окрашивания (индикатор тимоловый синий).

Реакцию взаимодействия производных барбитуровой кислоты с ионом ртути (II), в результате которой образуются нерастворимые в воде соединения, используют для меркуриметрического определения, сочетая его с комплексонометрией. Кислотные формы барбитуратов растворяют в этаноле, натриевые соли — в воде, добавляют 10%-ный раствор ацетата натрия и избыток 0,1 М раствора нитрата ртути (II). Осадок барбитурата ртути (II) отфильтровывают, а в фильтрате комплексонометрическим методом (титрант 0,05 М раствор трилона Б, индикатор ксиленоловый оранжевый) в присутствии гексаметилентетрамина оттитровывают избыток нитрата ртути (II).

В основе меркуриметрического определения лежит реакция между барбитуратом и нитратом ртути (II):

При комплексонометрическом титровании избытка нитрата ртути (II) раствором трилона Б (ЭДТАNa₂) образуется комплексное соединение ртути:

Точку эквивалентности устанавливают по изменению окраски индикатора.

Количественное определение барбитуратов и их натриевых солей можно выполнить и аргентометрическим методом, основанным на образовании одно- и двузамещенных солей серебра.

Натриевые соли барбитуратов имеют в водных растворах щелочную реакцию (рH 9-11). Их титруют в водной среде 0,1 М раствором хлороводородной кислоты (индикатор метиловый оранжевый). Процесс основан на гидролизе и нейтрализации образовавшегося гидроксида натрия:

NaOH +HCl ¾® NaCl + H₂O

Параллельно выполняют контрольный опыт, чтобы учесть возможную примесь свободной щелочи.

Барбитураты и их натриевые соли можно также количественно определить гравиметрическим методом, осаждая или извлекая кислотные формы барбитуратов. Натриевые соли предварительно переводят в кислотные формы. В качестве экстрагентов используют эфир или хлороформ, который затем отгоняют, остаток сушат и взвешивают. Указанный гравиметрический метод рекомендован ФС для количественного определения тиопентала натрия. Он основан на многократном извлечении хлороформом (после подкисления хлороводородной кислотой) 5-(1-метилбутил)-5-этил-2-тиобарбитуровой кислоты. После отгонки хлороформа и высушивания этой кислоты должно быть 84,0–87,0% (в пересчете на сухое вещество). По МФ хлороформные извлечения выпаривают досуха (на водяной бане) и остаток растворяют в диметилформамиде. Затем титруют, используя в качестве титранта 0,1 М раствор метилата лития (индикатор тимоловый синий). Кроме того, в тиопентале-натрии устанавливают содержание карбоната натрия (10,0–11,0%) путем титрования 0,1 М раствором хлороводородной кислоты (индикатор метиловый красный). Тиопентал-натрий можно определить иодхлорометрическим методом, основанным на окислении серы избытком 0,25 М раствора иодмонохлорида при температуре 80-90 °C.

Для количественной оценки барбитуратов и их натриевых солей используют спектрофотометрическое определение в области 239–240 нм. Растворителями при этом служат боратный буферный раствор с рH 10 (барбитал, гексобарбитал-натрий) или 1%-ный раствор аммиака (фенобарбитал). В указанных условиях барбитал имеет максимум поглощения при 240 нм (550), барбитал-натрий при 239 нм (500), фенобарбитал при 240 нм (440), гексобарбитал-натрий при 224 нм (340), тиопентал-натрий при 255 нм (363), 305 нм (825) и 239 нм (488). В скобках указана величина удельного показателя поглощения, по которой рассчитывают содержание барбитурата. Разработана унифицированная методика спектрофотометрического определения фенобарбитала в таблетках при длине волны 240 нм (растворитель — боратный буферный раствор с рH 9,6-9,8). В аналогичных условиях, но при 257 нм определяют бензобарбитал. Известны многочисленные методики фотометрического определения барбитуратов в лекарственных формах, основанные на рассмотренных выше цветных реакциях.

Барбитураты и их натриевые соли хранят по списку Б в хорошо укупоренной таре. Фенобарбитал и бензобарбитал следует хранить в банках из темного стекла, в защищенном от света месте. Гексобарбитал-натрий и тиопентал-натрий хранят в стеклянных флаконах по 0,5–1,0 г, герметически закрытых резиновыми пробками, обжатыми алюминиевыми колпачками, в сухом, прохладном, защищенном от света месте. Такие условия хранения необходимы, так как эти соли барбитуратов вводят внутривенно, а под влиянием света и кислорода воздуха они постепенно разлагаются.

Производные барбитуровой кислоты применяют как успокаивающие и снотворные средства. Бензобарбитал назначают в качестве противоэпилептического средства. Барбитал назначают внутрь перед сном по 0,25–0,5 г; фенобарбитал — с той же целью по 0,1–0,2 г. Гексобарбитал-натрий (в виде 1–2%-ных растворов) и тиопентал-натрий (2,0–2,5%-ные растворы) применяют для вводного наркоза внутривенно.