Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

REACTIONS OF OXIDATION OF ANABAZIN AND HIS DERIVATIVES

Bakirova R.E. 1 Fazylov S.D. 2 Muravlyeva L.E. 1 Nurkenov O.A. 2 Zhivotova A.N. 2 Satpaeva Z.B. 2 Zhakupova A.N. 3 Arinova A.E. 2
1 Institute of organic synthesis and coal chemistry of the Republic of Kazakhstan
2 Karaganda State Medical University
3 Innovative Euroasian university
This article presents the literary reserach results of reaction of аnabazine oxidation and its derivatives in the conditions of convectional, electrochemical and microwave activation with application of various oxidizers. The influence of the nature of oxidizers and reaction conditions on character and the direction of oxidation of a molecule of anabazine is shown.
anabasine
nicotinic acid
oxidation

В настоящее время синтетические трансформации природных соединений прочно вошли в число ведущих направлений фармацевтической науки. Это связано с уникальной структурой и биологическими свойствами растительных веществ, синтезируемых в результате сложных биохимических процессов жизнедеятельности растений. Изменяя структуру природных веществ можно получить новые, порой уникальные лекарственные препараты, которые оказываются в десятки раз более эффективными и менее токсичными биоактивными веществами, чем исходные субстраты.

Одним из перспективных в плане модификации строения соединений является известный алкалоид анабазин, широко использовавшийся в 1930-1960 гг. как мощное инсектицидное средство против различных вредителей сельскохозяйственных культур. Анабазин был первым алкалоидом, выделенным из растительного сырья Anabasis aphylla в бывшем Советском Союзе в 1922г. Ядовитые и лекарственные свойства анабазина давно были известны местному населению. Так, например, порошком, полученном из стебля, присыпали раны; отваром корней лечили туберкулез. Отваром растения пользовались для уничтожения личинок, заводящихся в ранах животных. В начале 60-х годов в связи с появлением высокоэффективных и быстродействующих фосфорорганических инсектицидов, анабазин сульфат был снят с производства [1, 8].

Анабазин (C10H13N2) является структурным изомером известного алкалоида никотина, сходен с ним не только по химической природе, но и по физиологическим свойствам. Строение анабазина соответствует a-пиперидинил-b-пиридину, т.е. характеризуется наличием в молекуле пиперидинового фрагмента со вторичной аминофункцией и пиридинового фрагмента с характерным для него ароматической делокализацией электронной плотности, которые в целом и определяют особенности реакционной способности алкалоида анабазина (7).

Процесс окисления является одним из интересных реакций изучения химической модификации анабазина. В 1931 году Орехов А.П. и Меньшиков Г.П. [9] окислили анабазин с применением марганцовокислого калия и получили никотиновую кислоту (2), являющуюся основным компонентом витамина РР.

bakir1.tif

Для нахождения оптимального способа синтеза никотиновой кислоты Матвеев В.В. [4] окислял анабазин концентрированной серной кислотой и кислородом воздуха в присутствии различных катализаторов (металлический селен, ртуть, сернокислый висмут, осмиевая кислота, пятиокись ванадия). Результаты исследований показали, что в изученных условиях лучшим катализатором является металлический селен. Наибольший выход никотиновой кислоты при этом составил 77,5 %.

В работе [9] приведены данные по синтезу никотиновой кислоты из доступного технического анабазина (смесь сульфатов анабазина и лупинина). Показано, что окисление смеси анабазина и лупинина азотной кислотой имеет ряд преимуществ перед окислением анабазина перманганатом, хотя при этом образуются нитраты никотиновой и лупининовой кислот, но разделение их не представляет особых затруднений благодаря их различной растворимости в воде. Выход никотиновой кислоты от исходной смеси составляет около 74 %, или около 26 % от технического анабазин-сульфата.

Также в работе [9] приведены данные по окислению анабазина (1) и N-метиланабазина (3) с применением селенистого ангидрида. При окислении анабазина селенистым ангидридом процесс не протекает, несмотря на проведение процесса в жестких условиях. N-метиланабазин (3) в этих условиях окисляется до анабазина (1) через образование неустойчивого промежуточного продукта – N-карбоновой кислоты (4), которая легко расщепляется с выделением углекислого газа. Также было установлено, что ядра пирролидина и пиперидина устойчивы по отношению к селенистому ангидриду.

bakir2.tif

Следует также отметить, что N-метиланабазин подвергается электрохимическому окислению с образованием никотиновой кислоты (выход 15 %).

Известно, что перекись водорода, а также ее комплексное соединение с мочевиной гидропирит, способны окислять алкилбензолы до соответствующих алкилбензойных кислот. В работе [2] описано окисление анабазина (1) действием 30 %-й Н2О2 в уксусной кислоте. Показано, что реакция протекает окислением и пиридиновой и пиперидиновой частей алкалоида анабазина с образованием продукта – Ру-N-окиси δ-оксимино-δ-(пиридил-3)валериановой кислоты (5).

bakir3.tif

При действии 10 %-й Н2О2 в водном растворе окисляется только пиперидиновое кольцо анабазина с образованием δ-оксимино-δ-(пиридил-3)валериановой кислоты (6).

bakir4.tif

Нами [10-12] изучена реакция окисления анабазина 30 %-ным раствором перекиси водорода в среде ледяной уксусной кислоты в условиях МВ-облучения. Установлено, что продуктом окисления анабазина (1) в изученных условиях является Ру-N-окись δ-оксимино-δ-(пиридил-3)-валериановой кислоты (5). Реакция проводилась в различных условиях с варьированием мощности и времени облучения. Установлено, что при оптимальных значениях – мощность облучения 70 Вт, время облучения от 20 до 30 минут, достигается наибольший выход конечного продукта (65 %), сопоставимый с выходом в классических условиях. Явным преимуществом проведения реакции окисления анабазина в условиях микроволновой активации является значительное сокращение времени реакции – с 24 часов по классической методике [11] до 30 минут в условиях микроволновой активации.

Нами установлено, что соединение (5) образуется также при окислении дианабазинилметана (7) 30 % раствором перекиси водорода в среде ледяной уксусной кислоты при микроволновой активации реакционной смеси (мощность излучения 70 Вт) [9, 10]. Видимо, действие перекиси водорода в условиях МВ-облучения приводит к разрушению метиленового мостика в (7) с последующим окислением молекулы анабазина с образованием Ру-N-окиси δ-оксимино-δ-(пиридил-3)-валериановой кислоты (5).

bakir5.tif

Авторы работы [5] подвергли окислению N-бензоиланабазин (8) марганцовокислым калием для получения анабазона (11). В результате им удалось выделить неактивную d-бензоиламино-d-(b’-пиридил)валерьяновую кислоту (9). Нагревание ее с соляной кислотой приводит к отщеплению бензоильной группы и образованию неустойчивой d-амино-d-(b’-пиридил)валерьяновой кислоты (10), которая легко переходит в лактам a-(b’-пиридил)-a-пиперидон (11).

bakir6.tif

В работе [9] описан синтез Py-N-окиси анабазина (13) действием перекиси водорода в уксусной кислоте на N-бензоиланабазин (8) с последующим элиминированием ацильного остатка.

bakir7.tif

Синтезированная Py-N-окись N-бензоиланабазина (12) гидролизовалась до Py-N-окиси анабазина (13), при метилировании которой формальдегидом и муравьиной кислотой или йодистым метилом образуется Py-N-окись N-метиланабазина (14). Из этих данных следует, что наличие заместителя у атома азота пиперидинового цикла препятствует расщеплению пиперидинового кольца.

Меньшиков Г.П. и др. [6] окисляли йодметилат N-бензоиланабазина (15) железосинеродистым калием и получили соответствующее производное N-метиланабазона (16), при омылении которого образуется N-метиланабазон (17). Соединение (17) при взаимодействии с пятихлористым фосфором отщепляет хлористый метил и образует 2-хлоранабазин (18). Последний при окислении марганцовокислым калием образует 2-хлорникотиновую кислоту (19).

bakir8.tif

В дальнейшем авторы [6] при изучении окисления йодметилата N-метиланабазина (20) в вышеуказанных условиях получили N,N’-диметиланабазон (21) и N-метил-a-хлоранабазин (22), последний с метилатом натрия образует N-метил-a-метоксианабазин (23).

bakir9.tif

Из данных, представленных в работе [6] следует, что при окислении соединений (15) и (20), имеющих заместитель у атома азота в пиперидиновом фрагменте, его окисления также не происходит.

Таким образом, анализируя данные по окислению анабазина и его производных различными окислителями и в разных средах, можно сделать вывод о том, что процесс окисления протекает с сохранением пиридинового фрагмента, что обусловлено высоким значением энергии делокализации пиридинового цикла. Пиперидиновый фрагмент, входящий в структуру анабазина и его производных, подвергается окислению, так как неподеленная пара электронов атома азота в нем, в отличие от неподеленной пары электронов атома азота пиридинового фрагмента, не участвует в ароматической делокализации электронной плотности. В то же время, присутствие заместителей у атома азота в пиперидиновом фрагменте может привести к стабилизации (дезактивации) его неподеленной пары электронов как за счет электронных, так и стерических факторов в зависимости от природы заместителей.