Азиды сульфатированной альгиновой кислоты и их реакции с ароматическими аминами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Азиды сульфатированной альгиновой кислоты и их реакции с ароматическими аминами

Серебренникова Екатерина Сергеевна,

Грошева Евгения Сергеевна,

Иозеп Анатолий Альбертович

Кафедра химической технологии лекарственных веществ

и витаминов. Санкт-Петербургская государственная

химико-фармацевтическая академия

Аннотация

Взаимодействием гидразидов сульфатированной альгиновой кислоты с нитритом натрия в кислой среде получены соответствующие полимерные азиды. Исследована устойчивость их водных растворов в зависимости от температуры и рН среды, а также их ацилирующая активность в реакциях с ароматическими аминами различной нуклеофильности.

Ключевые слова: сульфатированная альгиновая кислота, азиды, амиды.

Введение

Азиды полисахаридкарбоновых кислот являются активными ацилирующими агентами и позволяют проводить реакции в водных средах при низких температурах [1]. Этот метод связывания с полимером малоустойчивых к нагреванию веществ незаменим при получении фермент - полисахаридных конъюгатов и физиологически активных полимеров на основе антибиотиков, других лекарственных субстанций и полисахаридов [2]. В качестве полимерных карбоновых кислот могут использоваться карбоксиметил-, карбоксиэтилпроизводные нейтральных полисахаридов [2], а также природные поликислоты, такие как альгиновая кислота, которая широко применяется не только в пищевой и косметической промышленности, но и в фармации и медицине [3]. К сожалению, сама альгиновая кислота не раст-воряется в водных растворах кислот, что ограничивает область её применения, поэтому ранее нами предложены методы сульфатирования полисахарида, и исследованы реакции сульфа-тированной альгиновой кислоты со спиртами [4-6]. Целью этой работы является синтез азидов сульфатированной альгиновой кислоты и изучение их реакций с аминами.

Экспериментальная часть

Химическую модификацию альгиновой кислоты осуществляли по схеме:

Сульфатирование альгиновой кислоты (I) проводили раствором сульфотриоксида в 1,2-дихлор-этане при (-5) ч 0 єС в течение 3 часов [7]. В работе использовали образцы сульфатированной альги-новой кислоты (АКС - II) со степенью сульфатирования от 0.21 до 0.80 моль сульфогрупп на 1 моль моносахаридного фрагмента. Н-форму (III) карбоксильных групп АКС получали, используя три-хлоруксусную кислоту (ТХУ). Натриевую соль АКС (II) выдерживали в водном растворе ТХУ 30 минут, нерастворимые примеси отделяли, и полисахарид осаждали этиловым спиртом. Осадок промывали спиртом и сушили в вакууме. Число карбоксильных групп в полученных образцах определяли кондуктометрическим титрованием с помощью кондуктометра Анион 4100.

Гидразид сульфатированной альгиновой кислоты (ГАКС - IV) получали, нагревая Н-форму полисахарида (III) в среде гидразин гидрата при 100 єС в течение 6 часов. Для очистки продукта от ионно-связанного гидразина его несколько раз осаждали из водных растворов щелочи спиртом. Полученный осадок промывали этиловым спиртом и сушили в вакууме при 61 °С. В работе использовали образцы ГАКС со степенью замещения (С_з(г)) от 0.23 до 0.58 моль гидразидных групп на 1 моль моносахаридного фрагмента.

Для получения азидов сульфатированной альгиновой кислоты (V) её гидразиды (IV) растворяли в 2 н. водном растворе нитрита натрия, добавляли соляную кислоту до рН 2, и реакционную массу выдерживали при 0 °С 20 минут. Азиды АКС обычно использовали без выделения из раствора, однако в некоторых случаях их осаждали из раствора спиртом и сушили в вакууме без нагревания.

Число азидных групп определяли спектрофотометрическим методом с помощью гидроксамовой реакции после последовательного добавления к образцу растворов гидроксиламина, соляной кислоты и хлорида железа(III) [8].

Образцы азидов сульфатированной альгиновой кислоты характеризовали степенью замещения С_за - числом азидных групп, приходящихся на мономерное звено полисахарида.

К полученному, как описано выше, раствору азида сульфатированной альгиновой кислоты, после разложения избытка нитрита натрия мочевиной, добавляли пятикратный избыток амина, с помощью щелочи доводили рН среды до нужного значения и смесь выдерживали при 15-20 °С 2 часа. Продукт реакции осаждали спиртом, а затем переосаждали из 0.1 н раствора гидроксида натрия для удаления избытка амина и сушили в вакууме при нагревании.

Величины степени замещения (С_з - число моль амидных групп, приходящееся на моноса-харидный фрагмент полисахарида) синтезированных N-ариламидов АКС (VI) рассчитывали по дан-ным УФ спектроскопии. Для построения калибровочных графиков были синтезированы соответствую-щие ацетанилиды.

ИК спектры продуктов реакций в таблетках калия бромида снимали на ИК Фурье спектрометре ФСМ-1201.

Результаты и их обсуждение

азид сульфатированный ароматический амин

Полученные образцы азидов АКС представляют собой белые аморфные порошки, растворимые в воде, водно-щелочных растворах и нерастворимые в большинстве органических растворителей.

В ИК спектрах азидов АКС помимо полос поглощения сульфогруппы при 1250 cм^-1, карбоксильной группы при 1737 cм^-1, характерных для АКС, обнаружены и полосы поглощения (N₃) 2127 cм^-1 [9].

В связи с тем, что азиды карбоновых кислот, в том числе и азиды альгиновой кислоты, малоустойчивые соединения, мы исследовали устойчивость водных растворов азидов АКС при различных значениях рН, времени реакции и температуры. С этой целью получали азид, как описано выше, затем доводили рН и температуру до заданного значения и через определенные промежутки времени отбирали из реакционной массы пробы, определяя в них количество азидных групп гидроксамовым методом [8] (табл. 1).

Как и ожидалось, стабильность водных растворов азидов сульфатированной альгиной кислоты, так же, как и в случае азидов альгиновой кислоты [10], сильно зависит от условий выдержки. Дольше всего азиды АКС сохраняются в растворах при 0 °С и рН 2. С повыше-нием температуры и рН растворов скорость гидролиза их увеличивается.

При сравнении устойчивости водных растворов азидов АКС и альгиновой кислоты оказалось, что при 0 С и рН 2 устойчивость этих азидов примерно одинаковая, но при 20 °С азиды сульфатированной АК более устойчивы. Так, при 20 °С и рН 2 через 100 минут сохраняется около 71% азидных групп в АКС и только 57% в АК, а при рН 10 - 30 и 10%, соответственно (рис. 1).

Табл. 1. Результаты определения устойчивости азидов сульфатированной альгиновой кислоты гидроксамовым методом (использовался гидразид АКС со С_зг = 0.29)

Рис. 1. Содержание азидных групп (в % от исходной С_з) в образцах азидов АКС (1,3) и альгиновой кислоты (2,4) [10] в зависимости от времени выдержки их растворов при 20 ^oС и рН 2 и 10, соответственно

Для определения ацилирующей активности азидов сульфатированной альгиновой кислоты была исследована их реакция с ароматическими аминами. В связи с тем, что выход соответствующих амидов при использовании азидов полисахаридкарбоновых кислот зависит не только от нуклеофильности амина, но и кислотности среды [11], мы провели реакцию азидов АКС с анилином при разных значениях рН.

Как и ожидалось, кислотно-основные взаимодействия анилина оказывают существенное влияние на выход N-фениламида сульфатированной АК. При этом максимальный выход продукта был получен при значении pH равным 6, что согласуется с результатами иссле-дований других авторов, полученных при ацилировании анилина азидами карбоксиметил- и карбоксиэтилдекстрана [11, 12]. Поэтому в дальнейшем мы учитывали, что слабые основания лучше реагируют с азидами в кислых средах, а сильные - в нейтральных и щелочных. При выборе оптимальных значений рН в реакциях с аминами, имеющих в пара-положении электронодонорные (метильную, этокси и метокси группы) и электроноакцепторные (этокси-карбонил- и бром-) заместители, использовали литературные данные.

N-ариламиды сульфатированной альгиновой кислоты представляют собой желтоватые или кремовые аморфные порошкообразные вещества, хорошо растворимые в воде и водных растворах щелочей, нерастворимые в этаноле, ацетоне и большинстве других органических растворителей.

В ИК спектрах полученных соединений, обработанных кислотой, обнаружены полосы поглощения при 1680-1690 см^-1 и 1530-1540 см^-1, характерные (С=О) «амид I» и (N-H) «амид II», соответственно, полосы поглощения при 730-770, 810-840 см^-1, характерные для моно- и дизамещённого бензольного кольца, полоса поглощения карбоксильной группы при 1736 см^-1, а также полоса поглощения при 2125 см^-1 не вступившего в реакцию азида [9].

В УФ спектрах синтезированных N-ариламидов сульфатированной альгиновой кислоты обнаружены максимумы поглощения, характерные для ароматических соединений (таблица 2). При этом УФ спектры амидов АКС и соответствующих ацетанилидов совпадают, а мак-симумы поглощения исходных аминов имеют другие значения, что мы использовали как для анализа синтезированных веществ, так и для определения их чистоты (наряду с ТСХ).

При сравнении реакционной способности азидов АКС и альгиновой кислоты [10] оказалось, что последние более активны в реакциях ацилирования (табл. 2), этим же можно объяснить меньшую устойчивость их водных растворов.

Как и в случае альгиновой кислоты, степень превращения азидных групп в амидные в реакциях азидов с ароматическими аминами зависит не только от рН среды, но и от заместителя в бензольном кольце. Электронодонорные заместители увеличивают, а электро-ноакцепторные уменьшают степень превращения азидных групп в амидные (степень амидирования - С_ам). Так, степень амидирования азидов АКС ароматическими аминами при оптимальных значениях рН повышается от 8% в реакции с анестезином до 33% - с п-анизидином, что можно объяснить увеличением нуклеофильности аминов (табл. 2). При этом зависимость С_ам от констант заместителей _п в уравнении Гаммета носит линейный характер: С_ам = -30.63_п + 22.625 (n = 5, R² = 0.97).

При сравнении результатов реакций анилина с азидами АКС и альгиновой кислоты обнаружено что, во-первых, в отличие от других аминов скорости его реакций с указанными азидами приблизительно одинаковые; во-вторых, достигаются бульшие степени превращения азидных групп в амидные, чем в случае более сильного нуклеофила - п-анизидина. Допол-нительная очистка N-фениламида АКС от ионносвязанного анилина не изменила результат ацилирования, поэтому можно предположить, что причиной такого отклонения является размер молекулы анилина.

Гидразиды карбоновых кислот более сильные нуклеофилы, чем ароматические амины. Кроме этого, нами было показано, что степень превращения азидов карбоксиметилхитина в реакциях с изониазидом не зависит от рН среды. В связи с этим ацилирование изониазида азидом АКС проводили при рН 2, так как при такой кислотности среды азиды наиболее устойчивы, и время реакции можно увеличить до 10-24 ч.

Табл. 2. Результаты взаимодействия азида сульфатированной альгиновой кислоты (полученного из гидразида со С_зг = 0.5) с N-нуклеофилами при 20 °С, 2 ч

¹ - время реакции 2 и 24 ч; ² - время реакции 24 ч.

Как и ожидалось, реакция ацилирования изониазида прошла с наибольшей степенью превращения азидных групп (64%) и высоким выходом продукта.

Выводы

1. При взаимодействии гидразидов сульфатированной альгиновой кислоты с нитритом натрия в кислой среде образуются азиды, устойчивость которых в водных растворах увеличи-вается при понижении температуры и значений рН, и которые более устойчивы, чем азиды альгиновой кислоты.

2. Азиды сульфатированной альгиновой кислоты могут быть использованы для ацилирования ароматических аминов, при этом степень амидирования возрастает с увеличением рК_а амина и линейно зависит от значений у_п-констант Гаммета.

Литература

3. Коршак В.В., Штильман М.И. Полимеры в процессах иммобилизации и модификации природных соединений. М.: Наука. 1984. 264с.

4. Пономаренко М.Н., Иозеп А.А., Пассет Б.В. Синтез и исследование рибонуклеаза - полисахаридных препаратов. Ж. прикл. химии. 1999. Т.72. №5. С.823-828.

5. Сливкин А.И. Полиурониды. Структура, свойства, применение. Вестник ВГУ. Серия химия, биология. 2000. С.30-46.

6. Серебренникова Е.С., Иозеп А.А. Сульфатирование альгиновой кислоты раствором серного ангидрида в 1,2-дихлорэтане. Химическая промышленность. 2011. Т.88. №6. С.277-280.

7. Серебренникова Е.С., Иозеп А.А. Сульфатирование альгиновой кислоты хлорсульфоновой кислотой в среде формамида и 1,2-дихлорэтана. Ж. общей химии. 2012. Т.82. №2. С.340-342.

8. Серебренникова Е.С., Иозеп А.А. Сложные эфиры сульфатированной альгиновой кислоты. Бутлеровские сообщения. 2011. Т.28. №19. С.41-44.

9. А.С. 1420908 СССР, МКИ⁴ С О8 В 37/02. Способ получения натриевой соли декстрансульфата.

10. Сиггиа С., Ханна Г. Дж. Количественный органический анализ по функциональным группам: пер. с англ. М.: Химия. 1983. 672c.

11. А.Гордон, Р.Форд. Спутник химика. М.: Мир. 1976. 541с.

12. Ансон С.И., Новикова Е.В., Иозеп А.А. Азид альгиновой кислоты и его реакции с ароматическими аминами. Ж. прикл. химии. 2009. Т.82. №3.

13. Красникова А.В., Васильева Ю.Л., Иозеп А.А. Ацилирование аминов азидами карбоксиэтилдекстрана. Ж. прикл. химии. 2004. Т.77. №2. С.265-267.

14. Иозеп А.А., Пономаренко М.Н., Пассет Б.В. Ацилирование аминов азидами карбоксиметилпроизводных полисахаридов. Ж. прикл. химии. 1998. Т.71. №1. С.140-145.

Размещено на Allbest.ru