СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФАРМАКОПЕЙНОГО ПЕРХЛОРАТА 4-ТИОУРЕИДОИМИНОМЕТИЛПИРИДИНИЯ, ОБЛАДАЮЩЕГО ВЫСОКОЙ ТУБЕРКУЛОСТАТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТЬЮ
METHOD OF PRODUCING PHARMACOPOEIAL 4-THIOUREIDOIMINOMETHYL PYRIDINIUM PERCHLORATE HAVING HIGH TUBERCULOSTATIC ACTIVITY

Изобретение относится к способу получения перхлората 4-тиоуреидоиминометилпиридиния, обладающего высокой туберкулостатической активностью ФС №000037-241220.
Туберкулез, как одна из основных проблем здравоохранения в мире, является причиной почти 2 миллионов смертей в год. Одна треть населения земного шара инфицирована латентным туберкулезом, активная форма которого на протяжении жизни может развиться у 5-10% от общего числа инфицированных. Появление туберкулеза с множественной лекарственной устойчивостью и туберкулеза с ВИЧ-инфекцией делает первостепенной необходимостью поиск новых веществ, обладающих такой противотуберкулезной активностью, и создание новых препаратов на их основе для лечения этого смертельного заболевания. Однако за последние 40 лет в мире не созданы новые препараты для лечения туберкулеза. Поэтому разработка эффективных, технологичных и экологически чистых способов получения веществ, обладающих высокой эффективностью против микобактерий туберкулеза, является первоочередной задачей.

Иркутским институтом химии им. А.Е.Фаворского Сибирского отделения Российской академии наук (ИрИХ СО РАН) разработан препарат ПЕРХЛОЗОН патент RU №1621449 (C07D 213/24) от 24.04.89 "Перхлорат 4-тиоуреидоиминометилпиридиния, обладающий туберкулостатической активностью", значительно превосходящей используемые в настоящее время туберкулезные препараты. В этом патенте описан способ получения перхлората 4-тиоуреидоиминометилпиридиния взаимодействием тиосемикарбазона 4-пиридинальдегида с хлорной кислотой. По сути, данный метод является двустадийным, поскольку сам тиосемикарбазон 4-пиридинальдегида получен отдельной стадией из тиосемикарбазида и 4-пиридинальдегида. В дальнейшем способ был усовершенствован, и перхлорат 4-тиоуреидоиминометилпиридиния был получен на основе тех же исходных реагентов (тиосемикарбазида и 4-пиридинальдегида) в одном реакторе, патент RU №2265014 (C07D 213/24; 213/53, C07C 337/06) от 13.05.2004 г. (прототип).
Предлагаемый новый однореакторный способ получения перхлората 4-тиоуреидоиминометилпиридиния с выходом и чистотой до 99% на основе 4-пиридиноальдегида, хлорной кислоты и тиосемикарбазида обладает следующими принципиальными отличиями от прототипа, совокупность которых придает ему неоспоримые преимущества:
1) порядком смешения реагентов;
2) эквимольным соотношением реагентов;
3) значительно снижается количество воды или водно-спиртового раствора, в которых проводится реакция, что более чем на порядок ниже тех объемов, что используются в прототипе (тем самым решается проблема утилизации отходов);
4) реакция не требует энергетических затрат, проводится при комнатной температуре, не требует ни нагревания, ни охлаждения, тогда как в прототипе реакция проводится при нагревании от 70 до 80-85°C в течение нескольких часов, с последующим охлаждением до 3-5°C большого объема реакционной смеси за счет растворителей: воды и спирта;
5) снижением продолжительности проведения реакции до 3-х часов, что более чем в 2 раза снижает время получения целевого продукта по сравнению с прототипом;
6) повышением выхода перхлората 4-тиоуреидоиминометилпиридиния до 99% (в прототипе выход 95.7%);
7) чистота перхлората 4-тиоуреидоиминометилпиридиния до 99% и выше, что соответствует и даже выше чистоты, приведенной в ФС №000037-241220 (определена по методике ФС), что принципиально важно для действующего вещества в лекарственном препарате. Следует отметить, что в прототипе лишь декларируется увеличение чистоты целевого продукта, но не приводятся какие-либо величины чистоты. Поэтому судить о чистоте целевого продукта в прототипе нельзя из-за отсутствия этих данных;
8) т.пл. перхлората 4-тиоуреидоиминометилпиридиния, 238-240°C (соответствует ФС), выше, чем в прототипе (231-234°C), за счет его высокой чистоты.
В заявляемом способе предлагается использовать другой порядок смешения реагентов. А именно, к небольшому количеству воды приливают 66%-ную хлорную кислоту (эквимольное количество с 5% избытком по отношению к 4-пиридинальдегиду), и к этому раствору приливают без растворителя эквимольное количество 4-пиридинальдегида, при этом концентрация образовавшегося перхлората 4-пиридинальдегида составляет 34-46%. С высокой скоростью проходит реакция протонирования по атому азота 4-пиридинальдегида, что приводит к активации карбонильной группы в образовавшемся перхлорате 4-пиридинальдегида к нуклеофильной атаке свободной аминогруппой тиосемикарбазида. Поэтому к полученному раствору перхлората 4-пиридинальдегида, который хорошо растворим в воде, присыпают при перемешивании эквимольное количество тиосемикарбазида. Он реагирует с перхлоратом 4-пиридинальдегида по активированной карбонильной группы за счет свободной аминогруппы в тиосемикарбазиде с образованием целевого продукта - перхлората 4-тиоуреидоиминометилпиридиния.
Реакция идет быстро и за 5-10 минут образуется основное количество целевого продукта. Для получения 99% выхода перхлората 4-тиоуреидоиминометилпиридиния с высокой степенью чистоты (до 99%) реакционную смесь перемешивают еще 3 часа без нагревания или охлаждения.
Порядок смешения реагентов в прототипе принципиально другой. Тиосемикарбазид растворяют в большом объеме воды (150 мл воды на 0.1 моля тиосемикарбазида при нагревании до 70°C в течение 50 минут. Затем к этому раствору медленно прибавляют более чем двукратный избыток разбавленной хлорной кислоты (48-55%-ная хлорная кислота разбавляется таким же объемом дистиллированной водой). При этом идет реакция протонирования по аминогруппе тиосемикарбазида с образованием соли - перхлората тиосемикарбазида, который не может реагировать с карбонильной группой 4-пиридинальдегида, так как на атоме азота положительный заряд.
В реакцию может вступать только свободная аминогруппа. Поэтому в прототипе необходимо было провести обратную реакцию и перхлорат тиосемикарбазида вернуть снова в исходный тиосемикарбазид. Для этого реакционную смесь нагревают до 85°C и медленно прикапывают раствор 4-пиридинальдегида (избыток 1.3 моля) в большом объеме водно-спиртового раствора и ведут реакцию при этой температуре в течение 3 и более часов.
Таким образом, единственным правильным и химически обоснованным порядком смешения реагентов является порядок, представленный в предлагаемой заявке.
В предлагаемом способе используется эквимольное соотношение реагентов: хлорная кислота (лишь 5% мольный избыток) /4-пиридинальдегид/тиосемикарбазид берутся в соотношении 1,05:1:1. При почти количественном выходе целевого продукта с высокой степенью чистоты процесс является экологически чистым и высокотехнологичным.
В прототипе необоснованно используется избыток 4-пиридинальдегида (на 1 моль тиосемикарбазида используется 1.3 моля 4-пиридинальдегида) и избыток хлорной кислоты (используется 1.9 моля на 1 моль 4-пиридинальдегида). Таким образом, соотношение: тиосемикарбазид/хлорная кислота/4-пиридинальдегид в прототипе составляет 1:2.5:1.3. Следовательно, на получение 1 моля целевого продукта перхлората 4-тиоуреидоиминометилпиридиния уходят в отходы, которые необходимо утилизировать: 0.3 моля 4-пиридинальдегида и 1.5 моля хлорной кислоты в водно-спиртовых растворах (13.2 л воды и 0.4 л спирта) на каждый моль тиосемикарбазида. Это делает производство нерентабельным из-за необоснованных расходных коэффициентов реагентов, что приводит к огромному количеству отходов, включая большое количество сточных вод, а также энергетических затрат (реакцию осуществляют при нагревании до 85°C в течение нескольких часов, а затем охлаждают до 3-5°C). Высокие энергозатраты в прототипе объясняются неправильным порядком смешения реагентов в прототипе.
Таким образом, в предлагаемой заявке использован другой порядок смешения реагентов и другое соотношение реагентов, а именно эквимольное, к тому же реакция не требует ни нагревания, ни охлаждения. Все это явилось основой разработанного нового простого технологичного и экологически чистого способа получения с почти количественным выходом (до 99%) и чистотой до 99% (что соответствует и даже выше ФС №000037-241220) перхлората 4-тиоуреидоиминометилпиридиния, не требующего энергетических затрат. Специально проведенный опыт (пример 6) показал, что нагревание не приводит к существенному улучшению показателей. Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Синтез перхлората 4-тиоуреидоиминометилпиридиния (1) в водной среде (40 мл); соединение 1 промывают 40 мл воды
К 40 мл воды добавляют при перемешивании 9.8 мл водного раствора 66%-ной хлорной кислоты (0.105 моль), при этом температура раствора поднимается до 30°C). Затем к раствору в течение 5-10 минут приливают при перемешивании 10.7 г (9.5 мл) (0.1 моль) пиридинальдегида, реакция идет с выделением тепла и температура раствора достигает 40°C. Раствор перемешивают 5-10 минут (концентрация образовавшегося перхлората 4-пиридинальдегида составляет ~46%) и при интенсивном перемешивании присыпают порциями в течение 5-10 минут 9.1 г (0.1 моль) тиосемикарбазида, при этом температура реакционной среды поднимается до 50°C за счет экзотермической реакции. По мере прибавления тиосемикарбазида наблюдается выпадение желтого кристаллического осадка. При перемешивании реакционная смесь остывает до комнатной температуры. Всего перемешивают 3 часа, в том числе и при комнатной температуре. Выпавший осадок отфильтровывают на фильтре Шотта, промывают 40 мл воды и сушат на воздухе до постоянного веса. Получают 27.1 г соединения 1 (выход 96.5%), светло-желтого кристаллического порошка с т.пл. 238-239°C. Чистота 96.4% (определена методом ВЭЖХ согласно ФС №000037-241220).
-1
+
-
2
4
ИК-спектр (KBr), ν, см: 3420 (NH); 3310 (NH); 3140 (NH); 1630 (C=N); 1495 (C=C кольца); 1355 (C-N); 1245 (деформационные колебания СН кольца); 1120 (C=S); 1040 (ClO ).
1
3
3
13
15
+
6
2
2
6
6
2
Спектр ЯМР Н, (ДМСО-d), δ, м.д.: 8,11 с (1H, =CH), 8,43 д (2H, H-3,5, J=6,5 Гц), 8,54 шс (1H, NH), 8,66 шс (1H, NH), 8,85 д (2H, H-2,6, J=6,5 Гц), 12,11 шс (1Н, NH). Спектр ЯМР C (ДМСО-d), δ, м,д.: 123,74 (C-3, C-5), 136,27 (=CH), 142,28 (C-2, C-6), 150,52 (C-4), 179,18 (C=S). Спектры ЯМР N (ДМСО-d), δ, м.д.: -37,4 (=N), -170,8 (NH), -202,8 (NH), -266,9 (NH).
В УФ-спектре соединения в этиловом спирте (60%) наблюдаются максимумы поглощения 232 нм D=0.14 и 318 нм D=0.51.
7
9
4
4
Найдено, %: С 30.01; Н 3.30; С1 12.58; N 19.85; S 11.50. CHClNOS.
Вычислено, %: С 29.95; Н 3.23; С1 12.63; N 19.96; S 11.42.
Пример 2. В синтезе используется раствор 0.1 моля 4-пиридинальдегида в 4 мл этилового спирта: соединение 1 промывают 30 мл этилового спирта
К 40 мл воды добавляют при перемешивании 9.8 мл водного раствора 66%-ной хлорной кислоты (0.105 моль), затем в течение 5-10 минут приливают раствор 10.7 г (9.5 мл) (0.1 моль) пиридинальдегида в 4 мл этилового спирта (концентрация образовавшегося перхлората 4-пиридинальдегида составляет ~43%) и присыпают порциями в течение 5-10 минут 9.1 г (0.1 моль) тиосемикарбазида. Реакционную смесь перемешивают в течение 3 часов.
Осадок отфильтровывают на фильтре Шотта, промывают 30 мл этилового спирта и сушат на воздухе до постоянного веса. Получают 27.7 г соединения 1 (выход 98.9%), светло-желтого кристаллического порошка с т.пл. 238-239°C. Чистота 99.1% (определена методом ВЭЖХ).
Пример 3. В синтезе используется раствор 0.1 моля 4-пиридинальдегида в 8 мл этиловаго спирта; соединение 1 промывают 30 мл этилового спирта
К 40 мл воды добавляют при перемешивании 9.8 мл водного раствора 66%-ной хлорной кислоты (0.105 моль), затем в течение 5-10 минут приливают раствор 10.7 г (9.5 мл) (0.1 моль) пиридинальдегида в 8 мл этилового спирта (концентрация образовавшегося перхлората 4-пиридинальдегида составляет ~40%) и присыпают порциями в течение 5-10 минут 9.1 г (0.1 моль) тиосемикарбазида. Реакционную смесь перемешивают в течение 3 часов. Осадок отфильтровывают на фильтре Шотта, промывают 30 мл этилового спирта и сушат на воздухе до постоянного веса. Получают 27.8 г соединения 1, выход 99.0%, светло-желтого кристаллического порошка с т.пл. 238-239°C. Чистота 99.3% (определена методом ВЭЖХ).
Пример 4. В синтезе используется 0.1 моля 4-пиридинальдегида в 12 мл этиловаго спирта; соединение 1 промывают 30 мл этилового спирта
К 40 мл воды добавляют при перемешивании 9.8 мл водного раствора 66%-ной хлорной кислоты (0.105 моль), затем в течение 5-10 минут приливают раствор 10.7 г (9.5 мл) (0.1 моль) пиридинальдегида в 12 мл этилового спирта (концентрация образовавшегося перхлората 4-пиридинальдегида составляет ~38%) и присыпают порциями в течение 5-10 минут 9.1 г (0.1 моль) тиосемикарбазида. Реакционную смесь перемешивают в течение 3 часов. Осадок отфильтровывают на фильтре Шотта, промывают 30 мл этилового спирта и сушат на воздухе до постоянного веса. Получают 27.8 г соединения 1 (выход 99.0%), светло-желтого кристаллического порошка с т.пл. 238-239°C. Чистота 99.4% (определена методом ВЭЖХ).
Пример 5. Синтез 0.1 моля соединение 1 в водной среде (70 мл); соединение 1 промывают 40 мл воды и 30 мл этилового спирта
К 55 мл воды добавляют при перемешивании 9.8 мл водного раствора 66%-ной хлорной кислоты (0.105 моль), затем в течение 5-10 минут приливают 10.7 г (9.5 мл) (0.1 моль) пиридинальдегида (концентрация образовавшегося перхлората 4-пиридинальдегида составляет ~34%) и присыпают порциями в течение 5-10 минут 9.1 г (0.1 моль) тиосемикарбазида. Реакционную смесь перемешивают в течение 3 часов. Образовавшийся осадок отфильтровывают и промывают на фильтре Шотта 40 мл воды, а затем 30 мл этилового спирта и сушат на воздухе до постоянного веса. Получают 26.9 г соединения 1 (выход 95.9%), светло-желтого кристаллического порошка с т.пл. 238-239°C. Чистота 96.4% (определена методом ВЭЖХ).
Пример 6. Синтез 0.1 моля соединение 1 в водной среде (70 мл); соединение 1 промывают 40 мл воды и 30 мл этилового спирта
К 70 мл воды добавляют при перемешивании 9.8 мл водного раствора 66%-ной хлорной кислоты (0.105 моль), затем в течение 5-10 минут приливают 10.7 г (9.5 мл) (0.1 моль) пиридинальдегида (концентрация образовавшегося перхлората 4-пиридинальдегида составляет ~28%) и присыпают порциями в течение 5-10 минут 9.1 г (0.1 моль) тиосемикарбазида. Реакционную смесь перемешивают в течение 3 часов. Образовавшийся осадок отфильтровывают и промывают на фильтре Шотта 40 мл воды, а затем 30 мл этилового спирта и сушат на воздухе до постоянного веса. Получают 27.1 г соединения 1 (выход 96.5%), светло-желтого кристаллического порошка с т.пл. 238-239°C. Чистота 96.4% (определена методом ВЭЖХ).
Пример 7. Синтез 0.1 моля соединение 1 в водной среде (40 мл) при 60°C в течение 3 часов, соединение 1 промывают 40 мл воды и 30 мл этилового спирта
К 40 мл воды добавляют при перемешивании 9.8 мл водного раствора 66%-ной хлорной кислоты (0.105 моль), затем в течение 5-10 минут приливают 9.5 мл (10.7 г) (0.1 моль) пиридинальдегида (концентрация образовавшегося перхлората 4-пиридинальдегида составляет ~46%) и присыпают порциями в течение 5-10 минут 9.1 г (0.1 моль) тиосемикарбазида. Реакционную смесь нагревают до 60°C и перемешивают при этой температуре в течение 3 часов. Образовавшийся осадок отфильтровывают и промывают на фильтре Шотта 30 мл воды, а затем 30 мл этилового спирта и сушат на воздухе до постоянного веса. Получают 27.2 г соединения 1 (выход 96.8%), светло-желтого кристаллического порошка с т.пл. 238-239°C. Чистота 96.4% (определена методом ВЭЖХ).