/
Автор: Сондерс Б.
Теги: химия аналитическая химия органическая химия переводная литература
Год: 1961
Текст
SOME ASPECTS OF THE
CHEMISTRY AND TOXIC ACTION
OF ORGANIC COMPOUNDS
CONTAINING PHOSPHORUS
AND FLUORINE
BY
BERNARD CHARLES SAUNDERS
M. A., Ph. D., Sc. D., D. Sc., P.R. I. C.
Fellow and Charles Kingsley Lecturer in
Natural Sciences, Magdalene College,
University Lecturer in Chemistry,
Cambridge
WITH A FOREWORD BY
PROFESSOR SIR ALEXANDER TODD
M. A., D. Sc., LL.D., P. R. S.
Professor of Organic Chemistry
Cambridge
Cambridge
AT THE UNIVERSITY PRESS
1957
Б. Сондерс
химия и токсикология
ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
ФОСФОРА И ФТОРА
Перевод с английского
г!. А. Лошадкина и В. В. Смирнова
Под редакцией
академика И. Л. Кнунянца
и канд. хим. наук С. М. Маркова
Издательство иностранной литература
Москва 1961
АННОТАЦИЯ
В книге описываются различные способы синтеза
некоторых классов органических соединений, содержа-
щих фосфор и фтор (алкилфторфосфаты, диамидофтор-
фосфаты, фторкарбоновые кислоты и др.); рассматри-
ваются способы промышленного производства фосфор-
органических соединений, а также аппаратура и методы
получения соединений, содержащих радиоактивный
фосфор (Р32).
Значительное место уделено токсикологии этих со-
единений и связи химического строения с физиологиче-
ской активностью; кроме того, освещены вопросы прак-
тического применения фосфорорганических соединений,
в частности в сельском хозяйстве в качестве инсекти-
цидов, родентицидов, а также в клинической практике.
Книга дополнена обзором новейшей зарубежной ли-
тературы по_наиболее важным вопросам химии и токси-
кологии органических соединений фосфора и фтора.
Книга предназначена дл*я "химиков-органиков, ток-
сикологов, фармакологов и медиков.
Редакция литературы по вопросам химических наук
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРОВ
В предлагаемой читателю книге Б. Сондерса «Химия
И токсикология органических соединений фосфора и
фтора» впервые суммируются достижения английских
ученых в этой области химии за последние 20 лет.
Описываются различные способы синтеза и важней-
шие свойства некоторых классов органических соедине-
ний, содержащих фосфор и фтор (алкилфторфосфаты,
ллкплфторфосфонаты, диамидофторфосфаты, фторкар-
боповые кислоты и их производные и др.); рассматри-
ваются аппаратура и способы получения соединений, со-
держащих радиоактивный фосфор Р32. Освещаются
также вопросы, связанные с производством фосфорорга-
нических соединений в технических масштабах.
Химический материал излагается в тесной связи
С токсикологическими и биохимическими исследова-
ниями; приводятся многочисленные результаты токсико-
логических исследований, проведенных как на различных
видах животных, так и на человеке; описываются ра-
боты по изучению действия этих соединений на фер-
менты. В частности, обширный материал посвящается
рассмотрению механизма антихолинэстеразного дей-
ствия фосфорорганических соединений, а также обсу-
ждается вопрос о биохимическом механизме токсиче-
ского действия фторацетатов.
Большой интерес представляют результаты комп-
лексных исследований различных лабораторий как по
синтезу органических соединений, так и по изучению их
физико-химических, фармакологических и биохимиче-
ских свойств. На основании полученных данных автор
обсуждает вопрос о связи между химическим строением
и токсическими свойствами. С целью лучшего понимания
6
Предисловие редакторов
клинической картины поражения и фармакологии фос-
форорганических соединений в отдельной главе приво-
дятся краткие сведения по анатомии и физиологии нерв-
ной системы млекопитающих. Кроме того, в книге
освещаются вопросы, связанные с практическим приме-
нением изучаемых соединений, в частности использова-
ние их в сельском хозяйстве в качестве инсектицидов и
родентицидов, а также в клинической практике.
Однако в книге имеются и некоторые упущения.
В частности, односторонне дается обзор научной лите-
ратуры. В основном освещены работы английских ис-
следователей и неполностью представлены работы дру-
гих исследователей, в том числе канадских и советских
ученых.
Книга издана в Англии в 1957 году, поэтому она,
естественно, не включает новых, особенно широко публи-
куемых за последние годы материалов. В связи с этим
возникла необходимость дополнить книгу обзором ли-
тературы за 1957—1960 гг., особенно по наиболее важ-
ным вопросам химии и биохимии органических соедине-
ний, содержащих фосфор и фтор.
И. Кнунянц
С. Марков
ПРЕДИСЛОВИЕ
Во время первой мировой войны во всех воюющих
странах проводились интенсивные исследования по
изысканию токсичных химических соединений. Многие
из этих исследований представляли и до сих пор про-
должают представлять довольно ограниченный интерес,
однако работа, начатая доктором Сондерсом и его со-
трудниками по изучению органических соединений фос-
фора и фтора, имела гораздо большее значение. Эта
работа не только оказала влияние па исследования в об-
ласти ферментологии и клинической медицины, но приоб-
рела большое практическое значение для борьбы
с вредителями сельского хозяйства. Исследование со-
временных системных инсектицидов, начатое в военное
время независимо друг от друга доктором Сондерсом
в Англии и доктором Шрадером в Германии, является
поистине изумительной историей, которая не так хо-
рошо известна, как того заслуживает. В результате
того, что на ранних этапах работа с органическими со-
единениями фосфора и фтора носила секретный харак-
тер и сведения об этих исследованиях стали постепенно
поступать по мере рассекречивания лишь в послевоен-
ные годы, создалось такое положение, что многие хи-
мики и биологи оказались плохо информированными
в этой области.
Настоящая монография должна многое сделать для
исправления этого существенного недостатка. Несмотря
па то что книга в основном предназначается для хими-
ков, она содержит большое число сведений по фармако-
логии рассматриваемых соединений; это является осо-
бенно ценным, так как правильная биологическая
оценка полученных соединений имеет большое значение
8
Предисловие
для осмысленного подхода химика к своей работе. Как
один из тех, кто имел возможность внимательно следить
за работой доктора Сондерса и его сотрудников с са-
мого начала ее (с 1939 г.), я испытываю особенное удо-
вольствие от того, что им в настоящее время написан
этот большой труд. Я рекомендую эту монографию хи-
микам и биологам как источник сведений об одном из
очень интересных открытий в области химии, которое
возникло в результате работы, начатой в военных целях.
А. Р. Тодд
Кембридж,
август 1956 г.
ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ АВТОРА
В основу этой монографии положен курс лекций,
прочитанных в 1950 г. в Дельфте "и Лейдене для Хими-
ческого и Медицинского отделов Голландского совета
обороны. Некоторыми из тех, кто внимательно следил
за курсом, было высказано пожелание, чтобы эти лек-
ции были написаны в форме монографии. Эту задачу
автор и поставил перед собой в настоящее время.
За последние годы химия и биологическое примене-
ние органических соединений фосфора и фтора разви-
вались настолько быстро и в столь различных напра-
влениях, что автор при ограниченных размерах данной
монографии мог надеяться только на то, чтобы выде-
лить для подробного освещения лишь отдельные во-
просы. Даже эти выделенные основные темы не могли
быть представлены исчерпывающим образом, поэтому
прочитанные лекции были написаны в форме цикла
очерков. Однако это позволяет надеяться, что изложен-
ные таким путем сведения дадут возможность широкому
кругу читателей проследить за развитием тех сторон
вопроса, с которыми автор был лично связан с 1939 г.
В первой главе дается общий исторический обзор
работ и краткие сведения о номенклатуре рассматри-
ваемых классов химических соединений, приводятся
экспериментальные исследования и теоретические сооб-
ражения, которые помогут лучше усвоить излагаемое
в последующих главах.
В монографии подобного рода невозможно, а также
крайне нежелательно полностью отделять описание хи-
мических свойств полученных соединений от обсужде-
ния их биологического действия. Такое разделение
неизбежно привело бц к изложению совершенно
10
Из предисловия автора
несвязанных фактов. Тем не менее была сделана попыт-
ка сгруппировать описание отдельных сторон вопроса
в различных разделах или главах;-однако нужно всегда
иметь в виду тесную взаимосвязь между химической
структурой и биологической активностью.
Так как монография в основном предназначена для
химиков, в ней излагаются некоторые необходимые све-
дения по анатомии и физиологии. Это позволит химику-
органику лучше понять применение тех соединений, ко-
торые он синтезирует, что в свою очередь поможет ему
наметить дальнейшие направления исследований с тем,
чтобы последующая работа проводилась с наибольшей
эффективностью.
Автор выражает глубокую признательность своим
научным коллегам в Кембридже, благодаря которым
он имел возможность написать эту монографию,
а также всем биохимикам, физиологам, фармакологам
и патологам в Кембридже и других научных центрах,
с которыми автор имел честь работать.
Б. Сондерс
Декабрь 1955 г.
Глава I
ВВЕДЕНИЕ И ОБЩИЙ ОБЗОР
Большая часть работы, которая описана в данной
монографии, явилась результатом исследований, прове-
денных автором и его сотрудниками в Кембридже в те-
чение второй мировой войны. Первоначальной целью
исследований являлось получение и испытание веществ,
обладающих токсическими свойствами. Эти исследова-
ния позволили обнаружить, что многие из полученных
соединений обладают определенно выраженными физио-
логическими свойствами, благодаря которым они нашли
и настоящее время широкое применение при изучении
ферментных систем, в качестве инсектицидов и роден-
тицидов, а также в клинической медицинской практике.
1 (оэтому с первых страниц книги читатель сможет убе-
диться в том, что токсические свойства соединений, ко-
торые здесь описываются, не являются единственным
критерием их значимости.
В монографии речь будет идти главным образом
о двух типах органических соединений, содержащих
фтор, а именно: а) о соединениях, содержащих группу
>>POF и относящихся в основном к классу фторфосфа-
тов, и б) о соединениях, содержащих группу FCHz и
обозначаемых (до некоторой степени слишком обще)
как фторацетаты.
Работа с этими соединениями была начата автором
и его сотрудниками в 1939 г., хотя и ранее публикова-
лись отдельные менее подробные информационные со-
общения относительно химических свойств и физиологи-
ческой активности подобных соединений.
12
Г лава /. Введение и общий обзор
Фторфосфаты
(фторфосфонаты)
В начале второй мировой войны был синтезирован
описанными ниже методами (гл. IV) ряд диалкилфтор-
фосфатов (I). В основном эти соединения представляют
собой бесцветные, устойчивые и почти не обладающие
запахом жидкости. Было испытано действие получен-
ных веществ на человека и на животных, а также изу-
чено их влияние на ферментные системы. Теснейшее
сотрудничество отделов химии, биохимии, физиологии и
патологии в Кембридже позволило проводить быстрый
предварительный отбор получаемых соединений, часто
в течение нескольких часов после их синтеза. Такая
быстрая оценка позволила значительно ускорить работу
и получить наиболее плодотворные результаты.
Одним из наиболее интересных соединений из целого
ряда веществ, синтезированных в 1941 г., был диизопро-
пилфторфосфат (I, где R = RZ=CH3 [1]), который в на-
стоящее время часто в литературе обозначается как
ДФФ (гл. IV).
R
R'
R
R'
^сно
^сно
I
Вещество можно хранить в стеклянных сосудах, при
этом оно подвергается лишь медленному гидролизу.
Для испытания токсического действия этих «газов» на
человека использовалась стеклянная камера объемом
в 10 м\ снабженная тамбуром. Автор с сотрудниками
без противогазов входили в камеру, где создавалась
концентрация ДФФ, равная 1 части на 1 000 000 (т. е.
0,0082 мг/л), и находились в ней в течение 5 мин. Во
время нахождения людей в камере какого-либо действия
вещества не обнаруживалось. Через 5 мин. после вы-
хода из камеры развивался сильный миоз (сужение
зрачка), который иногда продолжался 7 дней, хотя по-
Фторфосфаты
13
степенное ослабление симптомов обычно отмечалось
после 72 час. Этот миотический или «глазной» эффект
включает: а) сужение зрачка, вплоть до величины
с острие булавки (рис. I), в результате чего количество
света, поступающего в глаз, сильно уменьшается, а это
Рис. 1. Сужение зрачка при действии диизопропилфтор-
фосфата (0,008 мг!л\ экспозиция 2 мин ).
а —через 3 часа после экспозиции; б — через 24 часа после экспозиции.
в свою очередь сильно влияет на зрение при плохом ос-
вещении, б) понижение аккомодационной способности
глаза и в) светобоязнь и головные боли, причем боле-
вые ощущения особенно выражены при изменении осве-
щения от яркого к слабому.
Более высокие концентрации ДФФ вызывали быст-
рое «нокаутирующее» действие. Для подобных опытов
14
ГлаваВведение и общий обзор
использовались мелкие животные, которые подверга-
лись затравкам по общепринятым методикам. Опыты
с ингаляционной затравкой ДФФ показали, что LC50
при 10-минутной экспозиции ’) для крыс равнялась
0,36 мг!л, а для мышей — 0,44 мг!л. Признаки пораже-
ния проявлялись вначале в виде мышечной слабости,
затем затрудненного дыхания и наконец остановки ды-
хания. Данные испытаний показали, что полученное со-
единение является более токсичным, чем хлорциан
(CNC1) и хлорпикрин [C(NO2)C13], и сравнимо по
токсичности лишь с синильной кислотой.
При внутривенном введении ДФФ в обычном физио-
логическом растворе LD6o* 2) для кроликов составляла
около 0,5 мг!кг. Через 2 мин. после введения наблю-
дался миоз, затем потеря мышечной координации и рез-
кое ослабление дыхания.
СН3
1 I
(СН3)2 СН—СН2—СН2(\ ,.О (СН3)2 сн—сн2—сно.
1 /рч
(СН3)2 СН—СН2—CH2OZ XF (СН3)2 СН—СН2—CHOZ XF
СНз
II III
С2Н5ООСХ
сн/
СНзх
с2н5оос/
IV
С1СН2.
>сно.
асн/
С1СН2ч / \р
>CHOZ
С1СН/
V
RO. /ZO
/р<
ROZ ХХ
VI
Кроме этого, было проведено большое число иссле-
дований по изучению связи между химическим строе-
нием полученных соединений и их физиологическим дей-
•) LC — смертельная концентрация. При ингаляционной за-
травке LC50 — токсическая концентрация, выраженная в лгг/л, кото-
рая требуется для смертельного поражения 50% животных, взятых
для опыта.
2) LD — смертельная доза. При внутривенном введении LD50 —
токсическая доза, выраженная в миллиграммах на 1 кг веса тела,
которая требуется для смертельного поражения 50% животных, взя-
тых для опыта.
Фторфосфаты
15
ствием. В результате этих работ было установлено, что
наиболее токсичными соединениями являются производ-
ные вторичных спиртов [2]. Так, например, диизопро-
пилфторфосфат оказался намного токсичнее, чем ди-
этилфторфосфат или ди-н-пропилфторфосфат, а токсич-
ность дициклогексилового эфира еще выше (LC50 для
мышей, крыс и кроликов равнялась 0,11 мг/л). Ди-н-
бутилфторфосфат имел низкую токсичность и вызывал
только слабый миоз, тогда как ди-втор-бутилфторфос-
фат (I, где R = CH3, К' = С2НБ) по своим свойствам
сравним с ДФФ. В связи с этим необходимо было ре-
шить вопрос, обусловлена ли высокая токсичность по-
добных соединений наличием разветвления цепи рядом
с атомом кислорода или на нее влияет также развет-
вление на конце цепи. С этой целью был синтезирован
диизоамилфторфосфат (II). При исследовании его ток-
сических свойств оказалось, что он является слабо ток-
сичным веществом и почти лишен миотических свойств.
Наиболее интересные свойства были обнаружены при
исследовании соединения, родственного соединению II,
у которого в разветвленной цепочке у первого атома
углерода имеется метильная группа. Это новое соедине-
ние (III) обладало высокой токсичностью с сильно вы-
раженным мистическим действием. Можно было пред-
полагать, что наличие такой вторичной группировки
обусловливает высокую токсичность соединений. Од-
нако оказалось, что это справедливо только в том слу-
чае, когда вторичные группировки остаются незамещен-
ными; так, например, у полученных соединений IV и V
токсический и мистический эффекты почти полностью
отсутствовали.
При подробном изучении молекулы фосфата типа VI
установлено, что если в этой молекуле X является
фтором, то соединение высоко токсично; мистическое
действие отсутствует и токсическое действие низ-
кое, если X = Н, С2Н5, ОН, ОС2Н5, ОСН2СН2С1,
och2ch2f, ci, nh2, nhch3, nhc6h5, ch2ch2f, cn,
SON и t. д. [3]. В последующих четвертой и шестой гла-
вах будут более подробно рассматриваться те соедине-
ния, в которых X не является фтором и которые тем
не менее не лишены токсических свойств. В ряду
16
Глава J. Введение и общий обзор
ароматических производных токсичность была также
низкой; например, дифенилфторфосфат относительно не-
токсичен и лишен мистических свойств. Было также об-
наружено, что этилдифторфосфат (C2H5O)POF2 не об-
ладал ни токсическим, ни мистическим действием [4].
Одновременно с экспериментами на животных про-
водилось изучение действия фторфосфатов на фер-
менты [5]. В 1942 г. было установлено, что эфиры фтор-
фосфорной кислоты угнетают (см. стр. 84—94) действие
фермента холинэстеразы; этот фермент находится
в жидкой среде тканей и расщепляет ацетилхолин до
холина, который в физиологическом отношении яв-
ляется значительно менее активным.
Для того чтобы лучше понять, в чем заключается
это явление угнетения, необходимы некоторые зна-
ния о нервной системе млекопитающих; этот вопрос
будет рассмотрен в третьей главе. Здесь можно
лишь вскользь упомянуть, что такое угнетение яв-
ляется результатом воздействия ДФФ и других анало-
гичных соединений, которые объединяются терми-
ном «нервный газ», на парасимпатическую нервную
систему.
Диизопропилфторфосфат является сильным ингиби-
тором фермента холинэстеразы в чрезвычайно низких
концентрациях порядка 10-10 М. Это действие не обу-
словлено ионом фтора (который образуется при гидро-
лизе), так как для 50%-ного угнетения холинэстераз-
ной активности требуется высокая концентрация
фтористого натрия, равная 1(Г2 М, Точно так же для до-
стижения 50%-ного угнетения холинэстеразы раствором
фторфосфата аммония необходимы концентрации по-
рядка 1(Г2 М. Даже для такого довольно известного и
сильного ингибитора холинэстеразы, каким является
эзерин, требуется.концентрация 10~8 М, причем воздей-
ствие его на холинэстеразу является обратимым, в то
время как действие ДФФ — необратимый процесс.
Применив специальную методику, Сондерс и Уорти
[6] получили ДФФ, содержащий радиоактивный фосфор
Р32. Это позволило Боурснелю и Уэббу [7] показать, что
при полной инактивации холинэстеразы ДФФ их моле-
кулярные соотношения равнялись приблизительно 1:1,
Фторфосфаты
17
т. е. одна молекула фермента вступала во взаимодей-
ствие с одной молекулой ДФФ.
Действие ацетилхолина снимается атропином, по-
этому не удивительно, что еще на очень ранних этапах
этих исследований физиологи в Кембридже высказали
предположение о возможности применения атропина
в качестве терапевтического средства для лечения при
отравлении ДФФ.
Ниже более подробно описываются современные ис-
следования по применению других соединений для
борьбы с последствиями отравлений, вызванных дей-
ствием ДФФ (стр. 247).
Что касается методов химического синтеза указан-
ных соединений, то одна из таких ранних попыток со-
стояла в получении триалкилфосфита (RO)sP путем
действия треххлористого фосфора на спирт в присут-
ствии третичных азотистых оснований, таких, как пири-
дин или диметиланилин:
3ROH + РС13 Д 3C5H5N = (RO)3P +- 3C5H5N • НС1,
(RO)3 P + Cl2 - (RO)2 POC1 +- RC1,
(RO)2 POC1 + NaF - (RO)2 POF Д NaCl.
Хлор при реакции с триалкилфосфитом давал хлорфос-
фат [8], при нагревании которого с неорганическим фто-
ридом получался требуемый фторфосфат. Однако при
производстве в больших масштабах этот метод ока-
зался экономически невыгодным, и было решено попы-
таться полностью избежать применения довольно
дорогого третичного основания. При действии треххло-
ристого фосфора на этиловый спирт был получен с вы-
соким выходом кислый диэтилфосфит. Вначале казалось,
что такая модификация не оправдала себя в достаточ-
ной степени, так как требуемого триэтилфосфита не
было получено. Тем не менее было решено проверить
действие хлора на кислый фосфит, в результате чего
был получен хлорфосфат с 80%-ным выходом [9].
Как показали последующие исследования, это от-
крытие оказало большое влияние на дальнейшее раз-
витие химии фторфосфатов В настоящее время стало
возможным получение фгорфосфатов с высоким выходом
18
Глава /. Иведение и общий обзор
из дешевых и легко доступных веществ и, что особенно
важно, без третичного основания.
В общих чертах синтез протекает по следующим
уравнениям:
РС13 4- 3ROH = (RO)2 РОН + RC1 + 2НС1
(RO)2 РОН + С12 = (RO)2 РОС1 + НС1
(RO)a РОС1 + NaF = (RO)2 POF + NaCl
(выход 89%),
(выход 80%) *),
(выход 84%).
Производство в технических масштабах
При освоении метода получения диизопропилфтор-
фосфата из «кислого фосфита» в промышленном масш-
табе были сделаны дальнейшие усовершенствования.
В результате большого числа экспериментов было
установлено, что диизопропилфторфосфат можно полу-
чить по одностадийному процессу. В основном процесс
состоит в добавлении (без охлаждения) треххлористого
фосфора к изопропиловому спирту, предварительно рас-
творенному в четыреххлористом углероде. Сырой про-
дукт (в растворителе) хлорировали и затем нагревали
с неорганическим фторидом, например фтористым нат-
рием. После фильтрования и отгонки растворителя пе-
регонялся чистый диизопропилфторфосфат [11].
Этот процесс легко выполнялся квалифицированными
рабочими; выход продукта около 70%. Таким путем
был разработан основной метод получения не только
диизопропилфторфосфата, но и других подобных соеди-
нений. Метод, изложенный в американском патенте, ана-
логичен [12].
Существенно отличался метод синтеза эфиров фтор-
фосфорной кислоты, который состоял в частичном фто-
рировании хлорокиси фосфора трехфтористой сурьмой
(использовалась специальная аппаратура и пятихлори-
стая сурьма в качестве катализатора). В результате ре-
акции была получена дихлорфторокись фосфора PC)CI2F.
Оказалось, что в данном соединении атомы хлора на-
) В лабораторных условиях для хлорирования удобно исполь-
зовать N-хлорсукиинимнд [10]. В угом случаи кислый побочный
продукт не получается. Такой способ обсуждается в гл. 4.
Д иамидофторфосфаты
19
много реакционноспособнее, чем атом фтора, поэтому
при взаимодействии со спиртом легко получался диал-
килфторфосфат с высоким выходом [13,. 34].
SbF,
РОС13----POC!2F (выход 20%)
ro!h + ci:
I-----1
Ro\ /°
Р + 2НС1 (выход 95%)-
ROZ 4F
.-/ 4F
г----—1 Г
ro:h + ci:
»______>
Реакция POC12F со спиртом не может конкурировать
при производстве в больших масштабах с методом «кис-
лого фосфита», однако она приобрела исключительную
ценность для исследовательских целей. Благодаря этой
реакции стало возможным получать диарилфторфос-
фаты [например, (C6H5O)2POFJ и диэтилдитиофторфос-
фаты [(C2HsS)2POF] путем воздействия оксидихлор-
фторфосфата на соответствующие фенолы или меркап-
таны.
Диамидофторфосфаты
В 1942 г. сообщалось о получении нового типа фтор-
фосфорных соединений путем взаимодействия POC12F
с аминами [14, 34]. Конденсация при этом протекала
гладко, в результате чего имело место замещение
только атомов хлора:
ici+н jn(ch3)2 ^n(ch3)2
О=Р —[ci + н] N(CH3)2 + 2(CH3)2NH —*- O=P—N(CH3)2 + 2(CH3)214H • HCl
Реакция носила общий характер, и этим путем были
получены различные диамидофторфосфаты, причем
в качестве аминов были использованы, например,
диэтиламин, бутиламин, метиланилин, бензиламин,
20
Глава 1. Введение и общий обзор
циклогексиламин, морфолин и пиперидин. Метод был
запатентован.
Многие из этих соединений обладали токсическими
свойствами; так, например, для тетраметилдиамидо-
фторфосфата (VII) LC50 составляла 0,1 мг!л, однако в
отличие от фторфосфорных эфиров он не обладал мио-
тическим действием.
Примерно в это же время разрабатывались условия
для получения диамидофторфосфата из хлорокиси фос-
фора [15, 16]. Принцип метода может быть выражен
следующими уравнениями:
/С1 /NHR
OP—С1 4- 4RNH2 = OP—NHR + 2RNH2 • HC1
XC1 XC1
yNHR ,NHR
OP—NHR Фтортрочан^ OP-NHR
XC1 XF
Затем было решено «скомбинировать» токсические
свойства фторфосфорного эфира с токсическими свой-
ствами диамидофторфосфата в «гибридной» молекуле,
и в 1943 г. были выполнены следующие синтезы [16]:
о 0 0
c2h5o:h + ci]-p^ci-*c2h5o-p—ci + hci^^c2h6o-p^nhr + 2rnh3ci
L....1 Т XF F
VIII
Полученное соединение нового, типа—этил-М-заме-
щенный амидофторфосфат (VIII) —обладало высокой
токсичностью. Представлял интерес также диэтилфтор-
фосфит (IX) —вещество с более низкой степенью окис-
ления, чем описанные выше фторфосфаты. Это соедине-
ние было получено действием дихлорфтористого фос-
фора на этиловый спирт. Диэтилфторфосфит в отличие
от фторфосфатов легко гидролизовался, обладал низ-
кой токсичностью и не вызывал миоза [17].
С2НБО.
2С2НБОН 4-C12PF = >PF4-2HC1
с2н5о/
IX
Д иамидофторфосфаты
21
Среди других реакций, которые более подробно из-
лагаются в шестой главе, здесь можно указать лишь,
во-первых, на новый метод введения группы CN, при
помощи которого был получен [4] диэтилцианфосфат
(X) согласно уравнению (см. гл. VI):
2 5 \ С2Н5ОЧ /ХО
C2H5O-P + CNJ—> >р/ +C2H5J
clH,o/ с-н»о/ XCN
X
Во-вторых, следует отметить метод введения 2-фтор-
этильной группы путем воздействия 1-бром-2-фторэтана
на триэтилфосфит [4]; при этом образуется диэтил-2-
фторэтилфосфонат (XI) (см. гл. VI):
С2Н5О
С2НБО-Р + Вг—СН2—СН2—F
с2нБо/
О
--> FCH2—СН2—Р—ОС2НБ 4- С2Н5Вг
ХОС2НБ
XI
В заключение необходимо подчеркнуть, что основ-
ные химические и токсикологические исследования, про-
веденные в Кембридже в течение 1939—1945 гг., сы-
грали очень большую роль для исследований в этой
области, при этом было получено большое число токсич-
ных соединений, содержащих фосфор. По своему
физиологическому действию ДФФ и подобные ему соеди-
нения очень сходны с такими высоко токсичными «нерв-
ными газами», какими являются немецкие «табун» и
«зарин» (см. стр. 122—126), но последние действуют
в меньших концентрациях. Как табун, так и зарин вызы-
вают сильный миоз и обладают мощным антихолинэсте-
разным действием. Все три соединения разрушаются
щелочью (стр. 69, 123, 124).
22
Глава I. Введение и общий обзор
Фторацетаты
К фторацетатам в основном относятся соединения,
содержащие группу CH2F. До тех пор пока в начале
войны в Кембридже не начались эти исследования, по-
добным соединениям, а также обобщению результатов
испытаний их физиологического действия не уделялось
достаточно серьезного внимания.
Первым, подробно исследованным соединением был
метилфторацетат (МФА), и в свое время проводилась
большая работа по подбору лучших условий его син-
теза. Метилфторацетат был получен [18, 19] при совме-
стном нагревании метилхлорацетата с фтористым ка-
лием в наклонно вращающемся автоклаве; выход со-
ставлял 54%, при этом 60% метилхлорацетата вступало
в реакцию. Этот способ стал основным при производ-
стве в больших количествах как метилфторацетата, так
и многих других подобных соединений. Предлагались
другие методы, исключающие применение автоклавов,
однако выходы в этих случаях были слишком низкими
(стр. 164—165).
Метилфторацетат — подвижная жидкость с чрезвы-
чайно слабым запахом. При ингаляционной затравке
животных летальными дозами первые, слабо выражен-
ные симптомы отравления отмечались, как правило,
лишь через 30—60 мин. (в зависимости от концентра-
ции) после воздействия паров МФА. Затем возникали
сильные судороги и обычно через несколько часов на-
ступала смерть. Для кроликов и морских свинок смер-
тельная концентрация (LC50) при 10-минутной экспози-
ции была порядка 0,1 мг!л, тогда как мыши оказались
до некоторой степени более устойчивыми. Прн внутри-
венном введении вещества симптомы поражения были
подобны тем, которые наблюдались после воздействия
паров. Даже при введении больших доз отмечался скры-
тый период действия. LD50 для кроликов при внутривен-
ном введении вещества составляла примерно 0,25 мг/кг.
Этил-, н-пропил- и изопропилфторацетаты были также
легко получены путем нагревания соответствующих
эфиров хлоруксусной кислоты с фтористым калием во
вращающемся автоклаве. Их токсичность была подобна
Фторацетаты
23
токсичности метилфторацетата. (Следует отметить, что
в ряду фторфосфатов степень токсического действия
зависит от природы спиртовой группы.) Метил-а-фтор-
пропионат CH3CHFCOOCH3 и метил-а-фторизобутират
(СН3)2СРСООСНз оказались малотоксичными. Инте-
ресно отметить, что эти соединения не содержат группы
CH2F. Дифторуксусная и трифторуксусная кисло-
ты и их эфиры также оказались нетоксичными соедине-
ниями.
С целью получения устойчивого водорастворимого
соединения, содержащего группу FCH2CO, которое
можно использовать для экспериментов на животных
(добавление в пищу), был синтезирован фторацетат нат-
рия. Способ получения соли заключался в обработке
метилфторацетата раствором едкого натра на холоду
[19]. В настоящее время эта соль нашла некоторое при-
менение в качестве родентицида, хотя при использова-
нии и хранении ее следует соблюдать большую осто-
рожность.
Были получены и испытаны на токсичность следую-
щие три галоидных ацила:
Фторацетилхлорид FCH2- СОС1
Хлорацетилфторид С1СН2—COF
Фторацетилфторид FCEU—COF
По токсичности подобен
метилфторацетату
Нетоксичен
По токсичности подобен
метилфторацетату
Полученные данные соответствовали ожиданиям, и
после этого стало очевидным, что токсичность подобных
соединений связана с наличием группы FCHaCO, в то
время как группа FCO физиологически неактивна. Это
предположение подтверждалось также нетоксичностью
этилфторформиата FCOOC2H5. Ангидрид фторуксусной
кислоты был несколько более токсичен (при ингаляци-
онной затравке), чем метилфторацетат.
Фторацетамид FCH2CONH2 и многие замещенные
амиды типа FCH2CONHR оказались ядами замедлен-
ного действия, вызывающими судороги. Замедленность
их токсического действия наводит на мысль, что в тка-
нях животных они гидролизуются до фторуксусной
24
Глава I. Введение и общий обзор
кислоты [20]. Активной частью молекулы является груп-
пировка FCHsCO1)-
Свартсу [22] не удалось получить фторэтиловый
спирт (FCH2 — СН2 — ОН) путем воздействия фторида
серебра или фторида ртути на этиленхлоргидрин. Нами
было найдено [23], что при применении вращающегося
автоклава этиленхлоргидрин может фторироваться при
нагревании с фторидом калия. Реакция протекала
при 130—135° в течение 4 час. После этого фторэтило-
вый спирт стал легко доступным и был получен в боль-
шом количестве путем применения автоклава объемом
45 л. С фторидом натрия (вместо фторида калия) реак-
ция протекает с меньшим выходом.
Фторэтиловый спирт — устойчивая подвижная бес-
цветная жидкость с температурой кипения ЮГ; он сме-
шивается с водой во всех соотношениях и не имеет за-
паха. Это соединение, подобно метилфторацетату, яв-
ляется судорожным ядом почти такой же силы. Во
фторэтиловом спирте, так же как и в метилфторацетате,
атом фтора прочно связан; так, например, метилфтор-
ацетат при кипячении с 10%-ным раствором едкого
натра не подвергался гидролизу. (Для эффективного
гидролиза требуется кипячение с 30%-ной водной ще-
лочью.) Такая химическая инертность атома фтора
в группе FCH2 характерна для большинства простых
«фторацетатов». Это обстоятельство будет служить пре-
пятствием для дегазации и быстрого обнаружения этих
веществ при помощи простых химических средств в слу-
чае применения их в военных целях, а отсутствие за-
паха еще больше усилит коварный характер их дей-
ствия. К этому следует добавить, что ранее проведен2
ные биохимические исследования, предпринятые с целью
обнаружения фермента, который в какой-то степени
угнетался бы метилфторацетатом или фторацетатом на-
трия, не увенчались успехом. Тем не менее Петерс с со-
трудниками в Оксфорде [24] обнаружил, что при отра-
влении фторацетатом последний в организме превра-
>) Фторпировиноградная кислота FCH2COCOOH оказалась
менее токсичной, чем ожидалось, и, по-видимому, ее превращение
В организме не связано с образованием фторуксусной кислоты [21].
<Ьто рацет аЛы
25
щается во фторцитрат, который блокирует «цикл три-
карбоновых кислот» (гл. VII).
В настоящее время имеется возможность пригото-
вить особым способом [25] фторацетат натрия, который
содержит в метиленовой -группе С14, — FC14H2COONa;
это соединение можно использовать для выяснения пре-
вращений фторацетатов в живом организме..
2-Фторэтилфторацетат .
Исходя из того, что фторэтиловый спирт обладал
токсическим действием, подобным фторуксусной кис-
лоте, автор начал исследования с целью Синтеза со-
единения, в котором были бы объединены «активные»
части этих молекул, в надежде получить вещество
с повышенной токсичностью. 2-Фторэтилфторацетат
FCH2COOCH2CH2F был получен в 1943 г. путем воз-
действия фторацетилхлорида на фторэтиловый спирт
[18, 26]. Согласно ожиданиям, соединение обладало
сильно выраженными токсическими свойствами и при
ингаляционной затравке кроликов LC50 при 10-минутной
экспозиции равнялась 0,05 мг)л. Иначе говоря, соеди-
нение было примерно в два раза токсичнее метилфтор-
ацетата (вес на вес). Можно было предполагать, что мо-
лекула 2-фторэтилфторацетата оказывает токсическое
действие как таковая без последующего гидролиза.
Однако казалось возможным, что токсическими свой-
ствами будут обладать также соединения, которые мо-
гут превращаться в организме во фторуксусную кислоту
либо путем окисления, либо путем гидролиза [27].
Автор имел возможность продемонстрировать наи-
более отчетливое различие в токсических свойствах
ы фторкарбоновых кислот [28]; было показано, что со-
единения типа F(CH2),COOH при нечетном п обладали
резко выраженными токсическими свойствами; в то же
время, если п было четным числом, то соединение ока-
ч.шалось нетоксичным.
11одробно это интересное явление обсуждается
в главе VIII, однако следует отметить, что Кноп еще
в 11)06 г. высказал мысль о том, что жирные кислоты
окисляются в организме животных с потерей двух атомов
26
Г лава 1. Введение и общий обзор
углерода, причем окисляется атом углерода, нахо-
дящийся в ^-положении к карбоксильной группе. Для
ряда фторкарбоновых кислот F(CH2)„COOH, которые
изучал автор, можно легко заметить, что в том случае,
когда п является нечетным числом, процесс р-окисления
будет приводить к образованию токсичной фторуксус-
ной кислоты, если же п — четное число, то соединение
будет окисляться только до нетоксичной рфторпропио-
новой кислоты FCH2— СН2 —СООН. Результаты, полу-
ченные автором, находятся в полном соответствии с этой
гипотезой и являются дополнительным подтверждением
процесса р-окисления жирных кислот в живом орга-
низме.
Если это так, то при «блокировании» цепи в р-поло-
жении окисление такой кислоты будет затруднено и со-
единение, следовательно, должно потерять токсические
свойства. С этой целью был синтезирован этил-2, 2-ди-
метил-3-фторбутират
СНз
FCH2—-С—СН2СООС2Н5
СНз
Оказалось, что это соединение действительно Является
нетоксичным. Другим способом проверки теории р-окис-
ления было включение а- и р-атомов углерода в цикл,
что приводило бы к невозможности окисления данного
соединения в организме животного до фторуксусной
кислоты. В соответствии с этим был синтезирован ме-
тил-2-фторметил-4,5-диметилгексагидробензоат (XII)
и три других подобных соединения. Все они оказались
полностью нетоксичными [29], в то время как родствен-
ное соединение (XIII) _ является чрезвычайно ток-
сичным.
СН3 СНз
I I
СН—СН
сн2 сн2
FCH2-CH-CH-COOCH3 FCH2—СН2—СН2—СООСНз
XJI XIII
Фторацетаты
27
Среди других соединений, которые изучались в этой
связи (см. гл. VIII, стр. 207), была п-фторфенилуксусная
кислота (XIV), которая имела углеродный скелет вы-
сокотоксичной 5-фторпентанкарбоновой кислоты
F(CH2)sCOOH (XV). Естественно, что п-фторфенилук-
сусная кислота не могла окисляться до фторуксусной
кислоты и потому оказалась нетоксичной. Для доказа-
тельства того, что токсичность зависит от числа атомов
углерода в цепи и является результатом р-окисления,"
применялся и несколько иной способ [19, 30]. В опреде-
ленной точке углеводородной цепи группа СН2 была за-
менена на атом кислорода, и токсичность полученного
соединения сравнивалась с токсичностью подобной
(о-фторкарбоновой кислоты. В то время как 5-фторпен-
танкарбоновая кислота (XV) и ее производные обладают
высокой токсичностью, соответствующее кислородное
соединение FCH2—СН2—О—СН2—СН2—СООН при
введении его мышам имело LD5o, равную только
70 мг/кг.
Некоторые соединения этого типа были получены
иным, новым путем — цианэтилированием соответствую-
щего фторированного спирта. Так, фторэтиловый спирт
дал с хорошим выходом 2-фтор-2'-циандиэтилрвый
эфир (XVI):
FCH2CH2OH + СН2 - СН—CN —> FCH2—СН2—О—СН2—CH2CN
XVI
|н,
fch2—сн2—о—сн2—сн2—сн2—nh7
XVII
Таким образом, была показана возможность восстано-
вления эфира XVI до первичного амина XVII водородом
н присутствии никеля Ренея с сохранением атома фтора
н молекуле. Это в свою очередь позволило удлинять
min, с одного конца молекулы, в то время как удлине-
ние с другого конца осуществлялось цианэтилированием
»•» фторированного спирта с большим числом атомов уг-
лерода в цепи,
28
Глава 1. Введение и общий обзор
Применяя процесс цианэтилирования, были полу-
чены следующие новые соединения:
1. 1'СН2 СН2—СН2—О--СН2-ch2cn,
2. fch2—СН2--СН2—О-—СН2—сн2—соон,
3. FCH2—СНг—СНг—О—СН2—СН2—СОС1.
Хлорангидриды кислот превращались в эфиры соответ-
ствующих высших кислот при помощи реакции Арндта—
Эйстерта:
F (СН2)3 О—(СН2)2- СОС1
—> F (СНа)3—О—СН2 СН2—COCHN2 >
—> F(CH2)3-O-(CH2)3-COOC2H5 + Nj
Более подробно эти фторэфиры обсуждаются в гла-
ве VIII.
Другие соединения
Среди многочисленных фторацетатов, которые были
получены в Кембридже, здесь упоминается только о не-
которых соединениях, представляющих особый интерес.
Более детальное рассмотрение приводится в последую-
щих главах.
Фтораспирин (фторацетилсалициловая кислота) при
введении мышам вызывает начальный ступор без судо-
рог.
Ди-2-фторэтилфторфосфат (XVIII) был получен
с целью комбинации «токсических начал» фторацетатов
и фторфосфатов. Его можно легко синтезировать дей-
ствием дихлорфторокиси фосфора на фторэтиловый
спирт1). И действительно, соединение вызывало миоз,
но токсичность его оказалась значительно ниже, чем
ожидалось. Тем не менее при концентрации 0,5 мг/л и
10-минутной экспозиции оно вызывало у подопытных
крыс выраженное состояние «повышенной активности»,
!) В настоящее время это соединение получено простым «одно-
стадийным» процессом (стр. 81).
Фторацетаты
29
за которым следовали необычного типа судороги, при-
водящие к коме, а затем к смертельному исходу.
FCH2CH2(X ..О
2FCH2CH2OH +POC12F — +2НС1
fch2ch2oz xf
XVIII
Фторацетат триэтилсвинца РСН2СООРЬ(С2Н5)з.
В Кембридже проводилось систематическое изучение
раздражающего действия органических солей свинца
(раздражение слизистых оболочек носа, горла и трахеи)
[31]. Было показано, что соли типа R3PbX (где R — али-
фатический радикал, а X— остаток кислоты) обладали
раздражающим действием. Раздражающее действие на-
растало в ряду СНз < С2Н5 < н-С3Н7; в еще большей
степени оно выражено в соединениях, в которых X —
радикал органической кислоты. Фторацетат триэтил-
свинца [19] представляет собой наиболее интересное
соединение, в котором сочетаются, с одной стороны,
присущее триалкилсвинцовым солям раздражающее
действие и, с другой стороны (при инъекции), судорож-
ное действие фторацетатов.
«Полуторный фторированный иприт»
F—CHr—СН2—S—СН2—СН2—S—СН2—СН2—-F
В течение многих лет неоднократные попытки полу-
чить фторированный аналог «полуторного иприта»
[бис- (p-хлорэтилтио) -этилена] оканчивались неудачей.
«Полуторный иприт» — очень интересное соединение,
обладающее сильным нарывным действием. Лишь
в 1943 г. был получен бис- (p-фторэтилтио) -этилен («по-
луторный фторированный иприт») по следующей
схеме [32]:
РСН2СН2Вг 4- NaSH —> FCH2CH2SH —> FCH2CH2SNa
FCH2CH2SNa + FCH2CH2Br + NaSCH2CH2F —>
—> FCH2—CH2—S—CH2—CH2—S CH2 ch2f
Приведенные реакции до некоторой степени интересны
с точки зрения поведения атома фтора во фторбром-
этане- Как выяснилось, фтор в этом соединении обладает
30
Глава I. Введение и общий обзор
слабой реакционной способностью ко многим реа-
гентам. Для доказательства того, что по выше приве-
денной схеме был действительно получен «полуторный
фторированный иприт», последний был синтезирован
другим методом, не вызывающим сомнений (стр. 170).
«Полуторный фторированный иприт» — подвижная
жидкость, лишенная как нарывного действия, так и ток-
сических свойств. Отсутствие токсических свойств
у «полуторного фторированного иприта» вполне по-
нятно, так как в организме, вероятно, не может проис-
ходить разрыв связи С—S, и, следовательно, соединение
не может легко превращаться во фторуксусную кислоту.
Фторсодержащие аммониевые соли. Учитывая, что
аминосоединения часто обладают определенно выра-
женным физиологическим действием, автору казалось
интересным получить соединения, которые содержали
бы атом фтора и четвертичную аммониевую группи-
ровку.
Достижению этой цели способствовало то, что из двух
галоидов во фторбромэтане FCH2CH2Br атом брома яв-
ляется более реакционноспособным. Реакция триметил-
амина с фторбромэтаном при комнатной температуре
приводила к образованию 2-фторэтилтриметиламмоний-
бромида (XIX) [33]
' СН3 СН3
f-
Вг-
сн3 ch2ch2f _
XIX
При кипячении с обратным холодильником пиридина
с фторбромэтаном образовывался 2-фторэтилпириди-
нийбромид
’ +
Вг-
N—CH2CH2F _
Оба соединения оказались слабо токсичными. Так, на-
пример, триэтил-2-фторэтиламмопийбромид при под-
кожном введении мышам имел LD50 около 300 мг)кг.
Практическое значение полученных соединений
31
Низкая токсичность этих соединений может служить
еще одним подтверждением высказанного выше предпо-
ложения о их судьбе в организме. По-видимому, связь,
соединяющая 2-фторэтильную группу с основной частью
молекулы, разрывается с трудом. Однако не может
оставаться без внимания возможность увеличения под:
вижности атома фтора в этих малотоксичных соедине-
ниях.
В дальнейшем было продолжено изучение этих фтор-
содержащих солей, в результате чего были получены
другие новые соединения этого ряда, такие, как хлор-
гидраты 2-фторэтилглицина и 2-фторэтилбетаина (кото-
рый является карбофторэтоксиметилтриметиламмоний-
хлоридом); Первое из них было легко получено этери-
фикацией глицина фторэтиловым спиртом (реакция
Фишера — Спейера):
NH2CH2—COOH + FCH2CH2OH —
—► (NH3CH2—СООСН2 CH2F)+ CJ-.
Взаимодействием бетаина с фторэтиловым спиртом
в аналогичных условиях ожидаемого эфира получить
не удалось и бетаин выделялся неизмененным. Однако
реакция между безводным триметиламином и фторэтил-
хлорацетатом дала возможность получить хлоргидрат
фторэтилбетаина с хорошим выходом:
N (СН3)з + С1СН2—COOCH2CH2F —>
—> [(СН3)3 NCH2—СООСН2—CH2F]+ С1--
Хлоргидрат 2-фторэтилглицина при подкожном
введении мышам имел LD50 около 10 яг/кг. Для соляно-
кислого 2-фторэтилбетаина эта величина равнялась
45 мг/кг.
Практическое значение полученных соединений
В секретном патенте, взятом автором во время вой-
ны [34], указывалось, что некоторые из синтезированных
соединений могут использоваться в качестве инсектици-
дов, а также найти широкое применение в клинической
32
/'лава l. введение и общий обзор
практике. Интересно, что ДФФ использовался при лече-
нии глаукомы и паралитической кишечной непроходи-
мости [35]. Квиллиам и Квиллиам [36] указывали, что
«при лечении послеоперационной паралитической кишеч-
ной непроходимости ДФФ благодаря своему сильному
висцеростимулирующему действию является более эф-
фективным, чем простигмин или вытяжки из мозгового
придатка (задней доли)». Проводились исследования по
использованию этих соединений при лечении злокаче-.
ственной миастении. В качестве инсектицидов нашли при-
менение соединение VII (см. стр. 19) и его производные.
В то время как в Англии во время войны проводи-
лись исследования органических соединений фосфора и
фтора, в Германии, независимо от англичан, немецкие
химики, особенно Шрадер [37], работали над аналогич-
ными проблемами. Среди многих соединений, рекомен-
дованных Шрадером в качестве инсектицидов, о кото-
рых будет идти речь ниже (см.' стр. 231, 236), были: па-.ч
ратион (или О.СГ-диэтил-СИ-п-нитрофенилтиофосфат),
параоксан (диэтил n-нитрофенилфосфат) и ТЕПФ (тетра-
этилпирофосфат) .
Для всех токсичных соединений, которые в заметной
степени могут усваиваться растениями либо через кор-
невую систему, либо через листья, был предложен бри-
танскими исследователями обобщающий термин «си-
стемные инсектициды».
Для борьбы с тлями на хмеле в Англии применяется
следующий системный инсектицид [20]:
l(CH3)2 N]2P-O-P [N(CH3)2]2
О о
хх
Это соединение было получено Шрадером [40] и «Pest
Control, Ltd.» [38]. С целью изучения распределения си-
стемных инсектицидов в растениях [39] был осущест-
влен синтез соединения XX с радиоактивным фосфором
[40]. Более подробно о соединении XX см. на стр. 224.
Интересно также отметить, что токсичный фтораце-
тат натрия (см. стр. 23) найден в ядовитом южноафри-
Литература
33
канском растении «gifblaar» (Dichapetalutn cymosum,
Pl. I). Недавно было обнаружено, что фторацетат на-
трия является высоко эффективным системным инсекти-
цидом, однако в настоящее время трудно сказать, най-
дет ли он широкое применение (41]. Существует много
других инсектицидов, содержащих фосфор и фтор; при
обращении с ними должна соблюдаться особая осто-
рожность.
В заключение следует отметить, что фторуглероды
общей формулы CxFy характеризуются высокой ста-
бильностью и являются, как правило, нетоксичными со-
единениями.
В этой монографии можно только вскользь упомя-
нуть о фундаментальных работах Тодда и его сотруд-
ников [42] по. фосфорилированию (стр. 139) и исследова-
нию фосфорсодержащих веществ, биологическим зна-
чением которых в настоящее время объясняется особое
внимание, уделяемое синтезу этого большого класса хи-
мических соединений [43].
Из этого краткого обзора видно, что новая область
органической химии — химия фосфора и фтора возникла
во время войны. В настоящее время интерес к этим со-
единениям вышел далеко за пределы военной химии.
Тем, кто работал с этими веществами вначале только
как с имеющими военное значение, особенно приятно
отметить, что они теперь нашли применение как в сель-
ском хозяйстве, так и в медицине. К счастью, эти веще-
ства не были использованы в тех целях, для которых
они вначале предназначались.
ЛИТЕРАТУРА
Saunders В. С., Ministry of Supply Meeting, London, 11 De-
cember 1941; McCombie, Saunders, Nature (London),
157, 287 (1946); Saunders, Stacey, J. Chem Soc., 1948,
695; Saunders et al., англ. пат. 601210.
2. McCombie, Saunders, Nature (London), 157, 287 (1946);
Cook, Saunders, Smith, J. Chem. Soc., 1949, 635.
3. Cook, Saunders, Smith, J. Chem. Soc., 1949, 635.
3 Зак. 1703.
.14
Глава 1. Введение и общий обзор
4. Saunders, Stacey, Wild, Wilding, J. Chem. Soc., 1948,
695.
5. Adrian, Feldberg, Kilby, Brit. J. Pharmacol., 2, 56
(1947); Macworth, Webb, Biochem. J., 42, 91 (1948).
6. Saunders, Worthy, J. Chem. Soc., 1950, 1320.
7. Boursnell, Webb, Nature (London), 164, 875 (1949).
8. Gerrard, J. Chem. Soc., 1940, 1464.
9. McCombie, Saunders, Stacey, J. Chem. Soc., 1945,
380.
10. К e n n e r, Todd, Weymouth, J. Chem. Soc., 1952, 3575.
II. McCombie, Saunders, Nature (London), 157, 287 (1946);
Saunders, Stacey, J. Chem. Soc., 1948, 695; Saun-
ders et al., англ. пат. 601210.
12. Пат. США 2409039.
13. Chapman, Saunders, J. Chem. Soc., 1948, 1010.
14. H e a p, Saunders, J. Chem. Soc., 1948, 1313.
15. Saunders et al., J. Chem. Soc., 1949, 2921; McCombie,
Saunders, Nature (London), 157, 776 (1946).
16. McCombie, Saunders, Nature (London), 157, 776 (1946).
17. Saunders et aL, J. Chem. Soc., 1949, 2921.
18. McCombie, Saunders, Nature (London), 158, 382 (1946).
19. Saunders, Stacey, J. Chem. Soc., 1948, 1773.
20. В u с к 1 e, Heap, Saunders, J. Chem. Soc., 1949, 912.
21. Avi-Dor, Mayer, Biochem. J., 63, 613 (1956).
22. Swarts, Chem. Zbl., 1, 1551 (1914).
23. Saunders, Stacey, Wilding, J. Chem. Soc., 1949, 773.
24. В u f f a, Peters, W а к e 1 i n, Biochem. J., 48, 467 (1951).
25. Saunders, Worthy, Nature (London), 169, 38 (1952).
26. Saunders, Stacey, J. Chem. Soc., 1949, 916.
27. Saunders, J. Chem. Soc., 1949, 1279.
28. Saunders, Nature (London), 159, 491 (1947); Buckle,
Pattison, Saunders, J. Chem. Soc., 1949, 1471.
29. Pattison, Saunders, J. Chem. Soc., 1949, 2745.
30. Buckle, Saunders, J. Chem. Soc., 1949, 2774.
31. McCombie, Saunders, Nature (London), 159, 491 (1947);
Saunders, Stacey, J. Chem. Soc., 1949, 919; Heap,
Saunders, J. Chem. Soc., 1949, 2983; Saunders,
J. Chem. Soc., 1950, 684; Heap, Saunders, Stacey,
J. Chem. Soc., 1951, 658.
32. Saunders, S t a c e y, J. Chem. Soc., 1949, 916.
33. Saunders, J. Chem. Soc., 1949, 1279.
Литература 35
34. Saunders et al., англ. пат. 602446.
35. Whitby L., Practitioner, 159, 243 (1947).
36. Q u i 11 i a m, Q u i 11 i a m, Med. Pr., 22 October, 1947.
37. Schrader, B. J. O. S. Final Rep.
38. «Pest Control Ltd.», Pound, Saunders, англ. пат. 631549.
39. David W. A. L., Nature (London), 166, 72 (1950).
40. Gardiner, Kilby, J. Chem. Soc., 1950, 1769.
41. D avid W. A. L., Nature (London), 165, 493 (1950).
42. Atherton, Openshaw, Todd, J. Chem. Soc., 1945, 382.
43. Kenner, Fortschr. Chem. org. Naturst, 8, 97 (1952).
Глава 11
НОМЕНКЛАТУРА СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ,
СОДЕРЖАЩИХ ФОСФОР
В связи с быстрым ростом органической химии фос-
фора начиная с 1939 г. большое внимание было уделено
номенклатуре. Не всегда удавалось легко согласовать
названия веществ, полученных исследователями в раз-
личных работах, проведенных в разных странах, и при-
вести их в логическую, удобную и простую систему.
Подробное рассмотрение всех изменений и развития но-
менклатуры выходит за рамки этой монографии. Од-
нако, прежде чем перейти к описанию современной но-
менклатуры, необходимо кратко остановиться на исто-
рии вопроса.
Ранняя номенклатура
До 1940 г. соединение I называли диэтилхлорфосфа-
том без достаточного на то основания.
С2НБОЧ .О
С2Н5СИ ХС1
I
Для того чтобы вывести формулу, необходимо пользо-
ваться главным образом правилом замещения атома
водорода, т. е. вещество с формулой СбН5С1 следует
называть хлорбензол, а отнюдь не хлорфенол.
СБНБН —► С6НБС1 С6НБОН —► С6Н4С1ОН
Хлорбензол Фенол Хлорфенол
Ранняя номенклатура
37
Термин «хлорфосфат» производится от фосфата
С2Н6о/ \он
п
и подразумевает замещение хлором гидроксила, а к
атома водорода; следовательно, название «хлорфосфат»
нелогично. Заметим также, что замещение гидроксила
в уксусной кислоте на хлор приводит не к хлоруксусной
кислоте, а к ацетилхлориду.
Эта трудность была преодолена посредством изобра-
жения соединения I как диэтилхлорфосфоната; пре-
имущество этого названия было подтверждено номекла-
турным комитетом Химического общества.
В данном случае уместна аналогия с производными
серы. Если одну гидроксильную группу в серной кис-
лоте заменить атомом водорода, то получится гипотети-
ческая сульфоновая кислота (IV):
HO.SZ> H\s^° C4S^°
но/ ' О но/ О но/ о
Серная кислота Сульфоновая Хлорсульфоновая
III кислота кислота
IV V
CsHs\^°
но^
Бензолсульфоновая
кислота
VI
Из соединения IV можно вывести формулу хлор-
сульфоновой (V) и бензолсульфоновой (VI) кислот пу-
тем замещения водорода на хлор и фенил соответ-
ственно1). Таким же путем для соединений фосфора
>) Соединение VI обычно называют бензолсульфоновая кис-
лота, хотя, по-видимому, правильнее было бы его назвать фенил-
сульфоновая кислота. В соответствии с этим соединение X (см.
ниже) называют диэтилметилфосфонат.
38 Глава II. Номенклатура сложных эфиров, содержащих фосфор
можно вывести формулу фосфоновой (VIII) и фторфос-
фоновой (IX) кислот:
НО. //°
но/Рчон
НО. /.О
ноХн
Фосфорная
кислота
VII
Фосфоновая
кислота
VIII
но 7О
но/
Фторфосфоновая
кислота
IX
Следовательно, соединение I следует называть хлор-
фосфонатом.
Были рекомендованы следующие названия для фос-
форсодержащих эфиров:
с2н6оХр^о
С2Н5о/ XOC2HS
Триэтилфосфат
С2Н5О. -.О
С2Н6о/ XSCN
Диэтилтиоцианато-
фосфоиат
с2н5о о
C2H5OZ xNH2
Диэтиламинофос-
фоиат
С2Н5О4 <-0
С2Н5о/ XNHC6HB
Диэтиланилино-
фосфонат
О
С2Н5О. II
/Р—сн
с2н3о. ,о
n5VJ' СПз
Диэтилметил-
фосфонат (X)
О
II уОС2Н5
ХОС2Н5
Тетраэтилэтилен-1,2-дифосфонат
Если соединение VIII — фосфоновая кислота, то со-
единение XI — фосфиновая кислота, а соединения XII и
XIII — соответственно фосфоиистая и фосфинистая кис-
лоты:
но\р^°
но/ хн
Фосфоновая
кислота
(VIII)
НО. /О
н/ хн
Фосфоиистая
кислота (XII)
НО.
>Р-Н
но/
Фосфиновая
кислота
(XI)
НО.
)Р—Н
Hz
Фосфинистая
кислота (ХШ)
Ранняя номенклатура
39
Тогда соединения,
дующие названия:
с2н6оч
>Р-OC2HS
C2H6OZ
Триэтилфосфит
С2Н5°\р^°
СН3/ ^Ч'С2Н5
Этилметилэтилфос-
фонит
C6H5NH z.o
/Р\
С2Н5О/ XF
Этиланилинофтор-
фосфонит (XV)
СН3 .О
/рх
С2Н/ ХС1
Мстилэтилхлор-
фосфиноксид (XVI)
приведенные ниже, получат еле
С2Н5ОЧ
>Р—н
c2H5oz
Диэтилфосфинат
С2Н5ОХ
>Р—F
с2н5о/
Диэтилфтор-
фосфинат
C2HjO. /,0
СН3/ хВг
Этилметилбром-
фосфонит (XIV) *)
С2Н5О .О
р/ \F
Этилдифторфосфоиит
C6H5NH. z.o
c6h5nh/ xF
Дианилииофторфосфин-
оксид (XVII)
Примечания. 1. Ингольд [1] в поддержку формул
фосфонистой (XII) и фосфиновой (XI) кислот приводит
следующее: связь между названиями гипотетических
фосфорных кислот и установленными названиями серу-
содержащих кислот может быть пояснена следующим
образом. Если от ядра атома серы в серной кислоте от-
щепить протон и присоединить этот протон к атому кис-
лорода, то получится изоэлектронная фосфорная кис-
лота:
НО.
О
Аналогичным образом можно поступить с сернистой
кислотой.
') «Метил» стоит перед «бром» во избежание путаницы с ра-
дикалом СН2Вг.
40 Глава II. Номенклатура сложных эфиров, содержащих фосфоф
Подобные процессы в применении к сульфоновой и
сульфиновой кислотам приводят к фосфоновой н фос-
финовой кислотам:
Тиким обрплом, предложенная номенклатура приоб-
ргтпет свое обоспониние.
Серини и ссрпнг । и и кислоты — двухосновные; суль-
фоновая п гул 1>ф|нг(>вая одноосновные. ?)тпми соеди-
нениями знкнпчпвпется ряд кислот, образованных заме-
щением гидроксила на водород. В ряду фосфорсодер-
жащих кислот основность увеличивается на единицу.
Таким образом, исходя из трехосновных фосфорной и
фосфористой кислот, через двухосновные фосфоновую и
фосфиновую кислоты можно прийти к одноосновным
кислотам, для которых рекомендованы названия фосфо-
нистая и фосфинистая:
Я ,0
>Р<
HZ хон
Фосфонистая
кислота
>Р—ОН
Hz
Фосфинистая
кислота
2. Предложенная номенклатура ведет к употребле-
нию корней, которые, по-видимому, вполне удовлетвори-
тельны:
а) фосфон (для пятивалентного фосфора),
б) фосфин (для трехвалентного фосфора).
Таким образом, все эфиры пятивалентного фосфора
являются производными фосфоновой и фосфонистой
кислот (с основностью 2 или 1 соответственно).
Все эфиры трехвалентного фосфора являются произ-
водными фосфиновой и фосфинистой кислот (с основ-
ностью 2 или 1 соответственно).
Принятая номенклатура
41
Вообще корень слова «фосфин» имеет родоначаль-
ником (обычный) фосфин, а «фосфон»— окись фосфина
или фосфон (ср. сульфон).
3. Соединение XVI было бы лучше рассматривать
как производное окиси фосфина, а не как производное
кислоты (ср., например, дифенилхлорарсин).
4. Аминосоединения типа XVII наиболее правильно
описывать как производные окиси фосфина.
Как будет видно, эта система наиболее проста и
удобна для запоминания. Все соединения, имеющие
в названии корень «фосфон», относятся к производным
пятивалентного фосфора, а имеющие корень «фос-
фин»— к ряду трехвалентного фосфора. Эту систему, ко-
торой успешно пользовались в Англии до 1950 г., можно
суммировать следующим образом:
Р (V) Р (III)
Фосфон
овая
истая
я овая
Фосфин/
** истая
Иногда имели место возражения против того, что
фосфонистая кислота содержит пятивалентный фосфор,
а фосфиновая — трехвалентный; эти возражения обычно
аргументируют тем, что окончание «истая» обычно свя-
зывается с низшей валентностью. По этой причине фор-
мулы для фосфонистой и фосфиновой кислот поменяли
местами, и с таким изменением этой номенклатурой про-
должали пользоваться в Англии в течение довольно
длительного времени.
Принятая номенклатура1)
Несмотря на свою простоту, британская система не
получила всеобщего признания. Ряд исследователей со-
гласились с терминами фосфоновая, фосфиновая, фос-
фопистая, фосфинистая и производные со связью Р—С
) Данная номенклатура не получила распространения в совет-
ской литературе, поэтому в последующих главах использована но-
менклатура, принятая в СССР. — Прим. ред.
42 Глава II. Номенклатура сложных эфиров, содержащих фосфор
стали .называть, например:
/ОН
Н—Р—он
II
о
Фосфоновая
кислота
/ОН
СН3—Р—ОН
О
Метилфосфоновая
кислота
ОС2Н8
СН3—Р—ОС2Н8
О
Диэтилметил-
фосфонат
СНз. /,О
СНз7 ХОН
сн3.
Др—он
сн3/
Диметилфосфино-
вая кислота
Метилфосфонистая Диметилфос-
кислота финистая кислота
Однако если водород связи Р—Н заместить на ка-
кую-либо группу и при этом не образуется связи Р—С,
то термин «фосфоновая» будет нежелательным. Дру-
гими словами, соединение I, содержащее связь Р—С1,
не следовало называть диэтилхлорфосфонатом. По этой
причине уже данное название диэтилхлорфосфат также
весьма нежелательно, так как оно находится в противо-
речии с правилом замещения в органических соедине-
ниях.
Учитывая эти несоответствия, на совещании англий-
ских и американских химиков была принята новая но-
менклатура для соединений, содержащих Р—С1,
Р—NH2 и другие аналогичные связи.
В соответствии с принятой номенклатурой соединение
XVIII называется фосфорхлоридной кислотой, а соеди-
нение XIX — фосфорамидной кислотой:
НО. ,.О
НО7 ХС1
Фосфорхлоридная
кислота (XVIII)
НО. /7о
HO/PxNH
Фосфорамидная
кислота (XIX)
2
В данном случае полностью обойден спор о заме-
щении водорода и гидроксила. Ниже приведены при-
Принятая номенклатура
43
меры названий по принятой системе.
НО—Р—F Фосфордифторид- ная кислота (11) но—p-nh2 ^NHg Фосфордиамидная кислота
нох НО/ XCN //> HO-P-N (СН3)2 г
Фосфорциаиидная N-Диметилфосфорамидо'
кислота фторидная кислота
//> HO-P“N(CH3)2 VCN //* p?nh2 <nh2 F
N-Диметилфосфорамидо- Фосфордиамидо-
цианидная кислота HS. z.O Xp'Z Hs/ /f фторид НО. H0-7P=S но/
Фосфорфторидоди- тиоловая кислота Фосфортионовая кислота
НО. HO^P=S HSZ Фосфортиолотио- иовая кислота НО. Z.0 Ър'/ HOZ /SCN Фосфортиоцианатная кислота
/С1 СН3-Р^ОСН3 VO Метил-Р-метилфосфон- хлоридат НО. /Р—F HOZ Фосфорфторидистая кислота СвН5— Р^С1 ЧС1 Фенилфосфонди- хлорид но—р/С1 ХС1 Фосфордихлори- дистая кислота
44 Глава II. Номенклатура сложных эфиров, содержащих фосфор
Примечания к согласованной номенклатуре для со-
единений, содержащих только один атом фосфора:
1. Название таких соединений должно содержать
корень «фосф».
2. Соглашением предусмотрено написание формулы
таким образом, чтобы водород или радикал (углеводо-
родный, гетероциклический и т. д.) были написаны
слева от фосфора, а все другие заместители — справа.
Если в молекуле нет непосредственно связанных с фос-
фором атомов водорода или радикалов, то слева от
фосфора пишут гидроксил и простые эфирные остатки,
а все остальные заместители •— справа.
В заключение следует указать, что согласованная
система, по-видимому, наиболее логична, хотя она ча-
сто приводит к недоразумениям. Можно также отме-
тить, что Манн [2] и Сондерс [3] независимо друг от
друга пришли к выводу, что наиболее удобно описывать
все соединения как производные либо окиси фосфина,
либо фосфина; например,
НО—P^N (СН3)2
F
следует назвать оксидиметиламинофторфосфиноксидом.
Такая система предельно проста, однако нетрудно по-
нять, что химический характер конкретного соединения
не всегда адекватно передается его названием.
ЛИТЕРАТУРА
1. Private communication (1946).
2. Mann F. G. (1943).
3. Saunders В. C., Ministry of Supply Reports (1943).
Глава III
СВЕДЕНИЯ О НЕРВНОЙ СИСТЕМЕ
МЛЕКОПИТАЮЩИХ
Передача нервных импульсов
На поверхности находящейся в покое живой клетки,
способной к возбуждению, такой, как клетка мышечной
ткани или нервное волокно, имеется разность потен-
циалов порядка 100 мв\ при этом наружная сторона
-внутрь -наружу
д
Рис. 2. Нервное волокно.
а —перед возбуждением; б—начальное перераспределение зарядов в точке воз-
буждения; в — распространение измененного заряда показано в обоих направле-
ниях, однако в организме волокно возбуждается только с одного конца и проводи-
мость имеет место только в одном направлении.
оболочки заряжена положительно по сравнению с вну-
тренней. На поверхности невозбужденного нерва потен-
циал везде одинаков. На рис. 2 приведена схематическая
картина такого двойного слоя.
Если поместить в воду коллодиевый мешочек с рас-
твором протеината калия (pH 7,4), то ионы калия,
пройдя через мембрану, будут располагаться с наруж-
ной стороны мембраны, удерживаясь притяжением
46 Глава III. Сведения о нервной системе млекопитающих
анионов. Крупные белковые молекулы проникнуть через
мембрану не могут. Таким образом, на поверхности
мембраны располагаются два типа ионов: отрицательно
заряженные ионы протеина — внутри и положительно
заряженные ионы калия — снаружи. Это приводит
к возникновению двойного слоя и разности потенциалов
между внутренним и наружным слоями. Любое нару-
шение такого состояния (например, повышение прони-
цаемости мембраны), которое уменьшает разделение
положительных и отрицательных ионов, приведет к де-
поляризации.
То же самое наблюдается при возникновении волны
возбуждения в какой-либо точке нервного волокна; раз-
ность потенциалов между внутренним и наружным сло-
ями вначале исчезает, а затем принимает противопо-
ложное значение; при этом поверхность на участке воз-
буждения становится более электроотрицательной по
отношению к невозбужденному участку волокна
(рис. 2, 6). («Деполяризация» связана с изменением кон-
центрации ионов натрия и калия на поверхности кле-
точной оболочки; ионы натрия имеют тенденцию про-
ходить снаружи внутрь клетки, а ионы калия — из
клетки наружу. В невозбужденном состоянии клеточная
оболочка является относительно непроницаемой для ио-
нов натрия, которые удерживаются снаружи, а ионы ка-
лия, находящиеся внутри клетки, имеют более высокую
концентрацию, чем в наружной жидкости.) Эта наве-
денная электроотрицательность в точке возбуждения
приводит к возникновению местного электрического
тока, в результате чего возникают новые точки возбу-
ждения (рис. 2, в). Распространение электрических из-
менений показано в обоих направлениях. Однако в ор-
ганизме волокна возбуждаются с одного конца и, сле-
довательно, проводимость имеет место только в одном
направлении.
На рис. 2, г показана зависимость между ионными
изменениями и разностью потенциалов на оболочке
в момент возбуждения нерва. Ионы натрия проникают
через оболочку раньше, чем происходит перемена элек-
трического заряда, а ионы калия выходят в момент наи-
большего изменения потенциала [1]. На рис. 2, д пока-
Передача нервных импульсов
47
зано, какая зависимость существует между ионными из-
менениями и «потенциалом действия» (или величиной
изменения полярного заряда). Следует подчеркнуть, что
абсолютные изменения концентрации ионов (в процен-
тах) очень малы. Истинная природа восстановления
первоначальной концентрации ионов еще недостаточно
известна. Совершенно очевидно, что для этого требуется
какой-то источник энергии, природу которого следует
искать в связи с клеточным ме-
таболизмом.
Волна возбуждения распро-
страняется по человеческому нер-
ву при температуре 37° со скоро-
стью около 120 м/сек. Следует
отметить, что эта величина на-
много меньше скорости прохо-
ждения электрического тока по
влажному проводнику. Темпера-
турный коэффициент скорости
распространения возбуждения по
нерву при повышении темпера-
туры на 10° равняется примерно
1,8; эта величина имеет порядок,
характерный для скорости хими-
ческих реакций, и намного боль-
ше той, которая наблюдается
для проводимости электрических
импульсов.
При 0° проводимость нервного
импульса обычно полностью от-
сутствует. Полное нарушение
нервной проводимости может
Рис. 3. Схема нервной
клетки.
1 — дендриты; 2 — миэлиновая
оболочка; 3—узелок Раивиери;
4 — двигательная концевая
пластинка (нервно-мышечное
соединение).
также наступать в результате
воздействия паров анестетика; после удаления анесте-
тика проводимость вновь восстанавливается.
Рассмотрим теперь, что происходит, когда нервный
импульс достигает окончаний нервного волокна. Отдель-
ная нервная клетка вместе с ее длинным отростком, или
волокном, называется нейроном, а ее длинный отро-
сток — аксоном. На рис. 3 изображена нервная клетка.
При помощи дендритов '(коротких ветвящихся отрост-
ков) нервная клетка осуществляет контакт с аксонами
48 Глава HI. Сведения о нервной системе млекопитающих
других нервных клеток. В месте контакта (синапса) нет
слияния протоплазмы нервных окончаний, и процесс
возбуждения передается посредством химических ве-
ществ, Нервные волокна подходят к поперечно-полоса-
тым мышцам (т. е, скелетной или произвольной муску-
латуре), к сердечной мышце, к гладкой мускулатуре
Спинной мозг
Двигательная. 1
клетка пе- 'S>—
реднего рога
С мизлиновой
оболочкой
дцх jS Поперечно-поло'
—сатая мышца
С мизлиновой
оболочкой
Симпатические
Сц doLtunuLg
Парасимпа- ^4
тические v
С мизлиновой
оболочкой
С мизлиновои
оболочкой
Надпочечник
Г\ Гладкая
°) мышца
Железа
Д~| Кровеносный
id cocyff
Сердечная
мышца
Потовая
железа
(Симпатическая, но ме-
диатор ацетилхолин /
Рис. 4. Схема работы автономной нервной системы.
АЦХ —выделение ацетилхолина; АД—выделение адреналина или норадреналина,
внутренних органов, например таких, как пищевари-
тельный канал, к железам и к другим органам и тка-
ням организма (рис. 3 и 4).
Следует отметить, что как в нервно-мышечном со-
единении, так и в ганглионарном синапсе имеет место
задержка процесса передачи возбуждения примерно на
2 мсек.
Как указывалось выпщ импульс в нервном волокне
может проводиться или распространяться в обоих на-
правлениях (см. рис. 2, в); однако в синаптическом со-
единении передача осуществляется только в одном на-
правлении,
Передача нервных импульсов
49
Автономная нервная система
Автономной нервной системой называется та часть
нервной системы, которая иннервирует гладкую муску-
латуру, сердечную мышцу и железы. Следовательно,
она является двигательной системой. Импульсы, иду-
щие из внутренних органов, проделывают путь, анало-
гичный тому, по которому проходят импульсы от
поверхности тела и скелетной мускулатуры. Имеются
висцеральные волокна, которые идут от внутренних ор-
ганов к центральной нервной системе. Импульсы прово-
дятся по спинному мозгу вверх до области зрительных
бугров и оттуда поступают в задние центральные
извилины мозга (или чувствительные области коры).
Висцеральные рефлекторные дуги образованы висце-
ральными афферентными волокнами, которые проводят
импульсы в спинной мозг, и эфферентными волокнами,
которые составляют автономную нервную систему.
Несмотря на то, что висцеральные рефлексы нахо-
дятся под контролем высших отделов нервной системы,
их невозможно подчинить нашей воле и нашим жела-
ниям.
Главное анатомическое различие между автономной
и соматической нервной системой состоит в том, что во-
локна автономной нервной системы непосредственно не
иннервируют гладкую мышцу или железу, а образуют
синапс со вторым нейроном, который и иннервирует эти
органы. (В отличие от этого соматическое волокно от
спинного мозга непосредственно подходит к эффектор-
ному органу.) Таким образом, в автономной нервной си-
стеме преганглионарное волокно оканчивается в ган-
глии, который представляет собой скопление нервных
клеток и из которого в свою очередь берут начало пост-
гапглионарные волокна. Эти волокна и осущест-
вляют иннервацию гладкой мускулатуры и желез. Авто-
номная нервная система состоит из двух частей — из
симпатического и парасимпатического отделов, разли-
чающихся по анатомическим и физиологическим при-
знакам (см. рис. 4).
4 Зак. 1703.
50 Глава III. Сведения о нервной системе млекопитающих
Симпатическая нервная система
Симпатическая нервная система образована преган-
глионарными волокнами, которые начинаются от лате-
ральных рогов грудного и поясничного отделов спин-
ного мозга. В дальнейшем эти волокна могут либо
заканчиваться в симпатическом ганглии того же сегмен-
тарного уровня, либо проходить через ганглии вверх
Прегаиглионариое
волокно
Посптганглионармое
волокно
Гладкая мышца
или железа
Рис. 5. Схема отдельного элемента симпатиче-
ской нервной системы.
АЦХ —выделение ацетилхолина; АД — выделение адреналина
или норадреналина.
или вниз и оканчиваться в другом ганглии, либо, нако-
нец, пройдя через ганглий, они могут оканчиваться в бо-
лее дистальном ганглии, где может также происходить
соединение преганглионарного волокна с постганглио-
нарным. В каждом случае синапс находится на некото-
ром расстоянии от эффекторного органа (рис. 4 и 5).
Как исключение, отдельные преганглионарные волокна
проходят через симпатическую цепочку вне синапса и
иннервируют мозговое вещество надпочечника. Клетки
последнего, однако, можно рассматривать как видоиз-
мененную постганглионарную ткань.
Парасимпатическая нервная система
В парасимпатической нервной системе постганглио-
нарные волокна всегда короткие. Преганглионарные во-
локна длинные и почти доходят до мышцы или
Рис. 6. Общая схема автономной нервной системы (по Грею).
1 — средний мозг; 2 —продолговатый мозг; 3 — периферические ганглии; 4—цилиар-
ный ганглий; 5 — ушной нерв; 6 — большой чревный нерв; 7 —солнечное сплетение;
8 —малый чревный нерв; 9 — верхний брыжеечный нерв; 10— иижний брыжеечный
нерв; 11 — тазовый нерв; 12 — органы; 13 — глаз— собственная мышпа; 14 — слёзная
железа; 15—слюнные железы; 16— сердце; /7—гортань; 18 — трахея; 19 — бронхи;
20 —желудочные железы и мышцы; 21 — Кровеносные сосуды живота; 22 —печень
и желчный пузырь; 23— поджелудочная железа; 24 — надпочечник; 25— тонкий
кишечник; 26 — толстый кишечник; 27—почка; 28 —мочевой пузырь; 2.9—половые
органы.
52 Глава tit. Сведения о нервной системе млекопитающих
железы, которую они иннервируют. Преганглионарные
волокна начинаются от краниальной части ствола голов-
ного мозга (черепные нервы VII, IX, X, см. рис. 6), от
tectai области ствола головного мозга (третий черепно-
мозговой нерв, который иннервирует глаз, стр. 57) ’) и
от крестцового, или сакрального, отдела спинного
мозга.
Физиология автономной нервной системы
Большинство внутренних органов иннервируется
обоими отделами автономной нервной системы: пара-
симпатической и симпатической. В известном смысле
эти отделы являются антагонистами.
Основные принципы действия этих двух систем
можно продемонстрировать на примерах функций ряда
органов. Интересно сравнить действие симпатической и
парасимпатической систем на различные органы с теми
симптомами, которые возникают при поражении ДФФ.
Действие ДФФ подробно рассматривается на стр. 97.
Рис. 6 наглядно иллюстрирует функцию автономной
нервной системы.
Зрачок.: симпатическая нервная система расширяет,
парасимпатическая — суживает.
Слезные и слюнные железы: парасимпатическая
нервная система вызывает секрецию, симпатическая за-
медляет ее.
Сердце: симпатическая нервная система ускоряет ра-
боту, парасимпатическая — замедляет.
Бронхиолы: симпатическая нервная система расши-
ряет, парасимпатическая — суживает.
Пищеварительный канал: симпатическая нервная си-
стема расширяет, парасимпатическая суживает, особенно
прямую кишку (см. действие ДФФ при лечении по-
слеоперационной паралитической кишечной непроходи-
мости, стр. 253). Кроме того, парасимпатическая нервная
система стимулирует секрецию желез.
!) Ядро глазодвигательного нерва лежит в сером веществе дна
сильвиева водопровода. — Прим, перев.
Передача нервных импульсов
53
Мочевой пузырь: симпатическая нервная система
расширяет, парасимпатическая — сокращает.
Половой член: раздражение парасимпатической
нервной системы вызывает эрекцию. Это послужило ос-
нованием для того, чтобы тазовые нервы назвать «нер-
вами возбуждения».
Только симпатическая нервная система иннервирует
мочеточники, матку, фаллопиевые трубы, семенной ка-
натик, кровеносные сосуды (которые под влиянием сим-
патической нервной системы суживаются), потовые же-
лезы (иннервация которых осуществляется холинэрги-
ческими волокнами, см. рис. 4) и мышцы, поднимающие
волосы (при раздражении симпатической нервной си-
стемы эти мышцы сокращаются).
Из изложенного выше видно, что большинство вну-
тренних органов (но не все) иннервируются как симпа-
тическими, так и парасимпатическими волокнами авто-
номной нервной системы. Возбуждение одного отдела
автономной нервной системы обычно вызывает реакции,
как бы противоположные тем, которые вызываются воз-
буждением другого отдела. Гипоталамус является цент-
ром интеграции.
Большинство постганглионарных симпатических во-
локон при возбуждении выделяют адреналин (I) или
норадреналин (II). Эти вещества проводят им-
пульсы на иннервирующие ими железы и мышцы.
Двумя до сих пор необъяснимыми исключениями яв-
ляются те волокна, которые иннервируют потовые же-
лезы и матку; эти волокна выделяют ацетилхолин
(СН3) 3ЙСН2СН2ОСОСН3.
ОН он
iAi—он ^\—он
V V
СН (OH) CH2NH (СНз) СН (ОН) CH2NH2
I II
По-видимому, все постганглионарные парасимпатиче-
ские волокна при возбуждении выделяют ацетилхолин.
54 Глава 111. Сведения о нервной системе млекопитающих
который является веществом, вызывающим ответную
реакцию в соответствующем эффекторном органе. Аце-
тилхолин выделяется также в синапсах между преган-
глионарными и постганглионарными волокнами как в
симпатических, так и парасимпатических нейронах. В
нервно-мышечном соединении (на концевой пластинке)
двигательного соматического волокна и скелетной
мышцы также имеет место выделение ацетилхолина.
Нервное
окончание
Необходимо отметить, что многие фармакологи сочли
удобным описывать действие медиатора в синапсе или
нервно-мышечном соединении как никотине- или му-
скариноподобное действие (см. рис. 4 и 7). Так, напри-
мер, действие ацетилхолина в соединениях между дви-
гательным нервом и скелетной мышцей и между пре-
ганглионарным и постганглионарным волокнами сходно
с действием никотина, действие ацетилхолина на окон-
чание постганглионарного парасимпатического соедине-
ния подобно действию мускарина.
Схематическое представление о действии
ацетилхолина
Попытаемся теперь представить в общих чертах то,
что происходит, например, в соединении нервного окон-
чания двигательного волокна и поперечно-полосатой
Передача нервных импульсов
55
мышцы. Как схематически изображено на рис. 7, при
возбуждении нерва выделяется ацетилхолин, который
воздействует на «рецепторные поля», находящиеся
в ткани поперечно-полосатой мышцы (рис. 7), вызывая
сокращение. Рецепторные поля, по-видимому, специфи-
чески соответствуют1) размерам молекул ацетилхолина
(рис. 8). Холинэстераза расщепляет ацетилхолин на хо-
лин и уксусную кислоту. (Молекула холина имеет форму,
не соответствующую рецепторным полям, поэтому
на них почти не действует.) Процесс расщепления аце-
тилхолина начинается с образования комплекса между
ферментом и ацетилхолином; этот комплекс, очевидно,
имеет такое строение, которое по своей форме не соот-
ветствует рецепторным полям. Можно предположить,
что кураре (тубокурарин), который парализует двига-
тельные концевые пластинки, подходит к рецепторным
полям и тем самым предотвращает доступ к ним
ацетилхолина (см. рис. 7 и 8). Следует отметить,
что сам по себе кураре (см. рис. 7) на мышцу не дей-
ствует.
Аналогичные рассуждения можно применить и к тем
процессам, которые протекают в синапсах между пре-
ганглионарным волокном и нервной клеткой, от кото-
рой отходит постганглионарное волокно, как в симпа-
тической, так и в парасимпатической системах, причем
в этих случаях кураре является блокирующим агентом
(рис. 8, А).
В синапсах между постганглионарным волокном па-
расимпатической системы и эффекторным органом, та-
ким, как гладкая мышца, сердце или железа, блоки-
рующим агентом является атропин (рис. 8, В). Можно
полагать, что атропин подходит к рецепторным полям,
блокируя их от ацетилхолина. Таким образом, атропин
является антагонистом мускариноподобного действия
ацетилхолина и вызывает мидриаз, т. е. расширение
зрачка глаза; однако нужно иметь в виду, что атропин
сам по себе обладает фармакологическим действием,
например, на центральную нервную систему.
>) Ниже (см. стр. 244) эти процессы рассматриваются более
подробно.
56 Глава III. Сведения о нервной системе млекопитающих
В заключение можно отметить, что, хотя фосфорор-
ганические соединения непосредственно не действуют
на периферические окончания симпатических волокон,
(CH3)3NCH3CUz0H +СН3СООН
Л. Никотиноподобное
действие
Окончание
преганглионарного
волокна
Ацетилхолин - холинэстеразный комплекс
-80
S Дфф и
8-----*-ДФФ-холинэстеразный комплот
(стабильный)
Постганглионарная
нервная клетка
(СН,)3ЙСН2С1%0С0СН3>
Б. Никотиноподобное кураре ►
действие
Окончание
двигательного
нерва
В. Мускариноподобное
действие
Постганглионар-1.
ное холинэрги- 1
ческое волокно
Так же, как в Д
Кураре^
Так ясе, как в А
Попе-
речно-
- полосатая
оиыища
'яЭсрфекторный орган
> Гладкая мыища
? Сердечная мышца
с* Железа
Атропин ►
Рис. 8.
все же следует учитывать, что на этих окончаниях вы-
деляется адреналин или норадреналин и их рецептор-
ные поля блокируются присколом и дибенамином (фор-
мулы см. на стр. 62).
Глаз
Первым эффектом, наблюдаемым при воздействии
очень небольших концентраций паров ДФФ, было су-
жение зрачка (см. стр. 13). Подобно любым мышцам
Глаз
57
внутренних органов, внутренние мышцы глаза иннерви-
руются автономной нервной системой; глаз особенно
удобен для изучения действия веществ, оказывающих
влияние на автономную нервную систему.
Рис. 9.
/ — цилиарный ганглий; 2— мозг; 3~третий черепно-
мозговой нерв; 4 —круговые мышцы радужки; 5 —
верхний шейный ганглий; 6— нижний шейный ган-
глий; 7 — симпатическая цепочка; 8 — спинной мозг;
9— верхние грудные нервы.
Иннервация зрачка осуществляется посредством су-
живающих волокон парасимпатической нервной системы
(отходящих от третьего или глазодвигательного нерва
и цилиарного ганглия), а также посредством расши-
ряющих волокон симпатической системы (которые идут
вместе с верхними грудными нервами до симпатиче-
ского ствола через нижний и верхний шейные ганглии,
рис. 9).
Следует отметить, что глазодвигательный центр
мозга в свою очередь подчиняется импульсам, исходя-
щим из высших центров. Если эти центры находятся
в состоянии угнетения, то наблюдается сужение зрачка,
например во время сна или при хирургическом нар-
55 Глава III. Сведения о нервной системе млекопитающих
козе. При прямом возбуждении высших центров, напри-
мер морфином, также развивается сильнейший миоз до
величины зрачка с «острие булавки».
Страх и волнение приводят к расширению зрачка,
как при действии адреналина. Эрготоксин парализует
симпатическую иннервацию и вызывает миоз.
Аккомодация (рис. 10). Хрусталик глаза подвешен
при помощи круговой связки (поддерживающей связки),
состоящей из тонких прозрачных волокон, прикреплен-
ных с одной стороны к цилиарному телу и с другой —
к эластической капсуле, покрывающей хрусталик. В по- *
кое эта связка находится в состоянии напряжения, и
в результате этого хрусталик принимает более плоскую
форму. Цилиарная мышца при сокращении тянет ци-
лиарное тело по направлению к хрусталику, уменьшая
тем самым напряжение связки, и хрусталик принимает
более выпуклую форму.
Мышечные волокна цилиарного тела иннервируются
третьим, или глазодвигательным нервом. При сокраще-
нии этих волокон хрусталик приобретает способность
принимать свою естественную форму, поэтому непосред-
ственное возбуждение третьего нерва вызывает аккомо-
дацию на близкие предметы. Подобным же действием
обладают парасимпатомиметические вещества (тогда
как атропин парализует это действие), вызывая акко-
модацию хрусталика на отдаленные предметы.
Внутриглазное давление. Постоянное внутриглазное
давление на неэластичную склеру, равное 20—25 мм
рт. ст., обеспечивает сохранение неизменного расстоя-
ния от преломляющих поверхностей до сетчатки. Это
давление поддерживается на одинаковом уровне в ре-
зультате равновесия между выделением и оттоком вну-
триглазной жидкости. Механизм этого процесса, по-ви-
димому, следующий. В камерной влаге глаза имеются
все составные части сыворотки, и хотя белки присут-
ствуют только в виде следов, все же осмотическое дав-
ление выше, чем крови. Камерная влага глаза обра-
зуется из крови, главным образом в цилиарном теле,
частично посредством секреции, частично при помощи
диффузии. Жидкость оттекает через Шлеммов канал со
скоростью 6 мл!сутки [2].
Вещества, угнетающие автономную нервную систему 59
Выраженное увеличение внутриглазного давления
известно под названием болезни глаукомы, которая при-
водит к повышенной упругости глаза, атрофии сетчатки,
1 — циниова связка; 2 —склера; 3—сетчатка; 4—зрительный
сосок; 5 —цилиарные мышцы (часть цилиарного тела); 6 —
Шлеммов канал; 7—мышца, расширяющая зрачок; 8 — мыш-
ца, суживающая зрачок; 9 — радужка; 10 — камерная влага
глаза.
экскавации соска зрительного нерва и в конечном
итоге — к слепоте. Атропин вызывает повышение,
а ДФФ — понижение внутриглазного давления (стр. 252).
Вещества, угнетающие автономную
нервную систему
В заключение необходимо дать объяснение тем спе-
цифическим названиям, которые наиболее часто упо-
требляются в отношении симптоматических веществ,
60 Глава III. Сведения о нервной системе млекопитающих
угнетающих действие автономной нервной системы пу-
тем воздействия на медиаторные процессы. Имеются
две группы препаратов:
1) парасимпатолитические вещества, блокирующие
действия ацетилхолина; они включают большой класс
спазмолитиков, которые, как говорит само название,
уменьшают или устраняют спазмы;
2) симпатолитики — вещества, блокирующие дей-
ствие адреналина, норадреналина и угнетающие симпа-
тическую нервную систему.
Спазмолитики. К ним относится атропин (III), кото-
рый, как уже указывалось, расширяет зрачок глаза,
а поэтому применяется в офтальмологии в качестве
мидриатика, а также для снятия спазма внутренних ор-
ганов (см. также стр. 55 и рис. 8). Кроме этого, он об-
ладает специфическим действием на кровеносные со-
суды, вызывая расширение их. Атропин уменьшает се-
крецию слюнных, бронхиальных и потовых желез. Он
оказывает специфическое действие на низшие двига-
тельные центры и уменьшает тремор и мышечную ре-
гидность при болезни, известной под названием паркин-
сонизм.
СН2
сн,—сн—
I
NCH3 СН—О-СО—СН
I )'
СН2—сн—сн2
СНгОН
Ранее синтезированные спазмолитики во многом по-
добны атропину, например гоматропин [эфир миндаль-
ной кислоты и тропина (IV)]. Необходимо отметить, что
ацетилхолин является эфиром четвертичного основания
аминоспирта и органической кислоты, имеющей корот-
кую цепочку. С увеличением длины цепочки активность
ацетилхолина снижается, а получающиеся соединения
действуют подобно атропину, являясь антагонистами
ацетилхолина. Бензиловый эфир холина (V) и лахезин
(VI) по активности близки к атропину в отношении
Вещества, угнетающие автономную нервную систему 61
периферического действия.
сн2—сн—сн2 С6Н5
2 I I г
NCH3 СН—О-СО-СН
СН2—СН— сн2
IV
ОН
с6н
/ОН-
С—COOCH2CH2N+ (СН3)з
он
СвН,
ОН-
С—COOCH2CH2N+ (СН3)2
он
С2НБ
VI
Артан (VII)—спазмолитик [3], имеющий несколько
иное строение:
С6Н5
)С—CH2CH2N
СеН,/ I
ОН
VII
Симпатолитики. Симпатолитическая активность впер-
вые была обнаружена у алкалоидов спорыньи. Были
получены различного рода синтетические заменители
с целью облегчения состояний, связанных с гипертен-
зией.
Опробирование подобных веществ проводится путем
испытания их симпатолитического действия после вве-
дения адреналина и раздражения симпатического нер-
ва. Среди недавно полученных антиадреналиновых
препаратов наибольший интерес представляют производ-
ные имидазола, например прискол (VIII) [4], и |3-галоид-
алкиламины, например дибенамин (IX). Действие
62 Глава IIJ. Сведения о нервной системе млекопитающих
дпбснамина, вероятно, связано с разрушением рецеп-
торных участков эффекторного органа (см. стр. 56).
сн2 СбНбСН
Cells—СН2С | ^NCH2CH2C1
XNH—СН2 С6Н5СН2
VIII IX
ЛИТЕРАТУРА
1. Hodgkin, Biol. Rev., 26, 379 (1951).
2. К i п s е у, Grant, Brit. J. Ophthal., 28, 355 (1944).
3. Cunningham et al., J. Pharmacol., 96, 151 (1949).
4. Oxley, Short, J. Chem. Soc., 1947, 497.
Глава IV
ФТОРФОСФАТЫ
В первой главе уже были приведены краткие сведе-
ния о ДФФ и некоторых родственных ему соединениях.
В данной главе описываются исследования, проведен-
ные автором в Кембридже по заданию Министерства
снабжения. Эти исследования посвящены изучению
фторфосфатов, обладающих токсическими свойствами.
Во время второй мировой войны эти работы не были
опубликованы, хотя секретные отчеты (которые были
известны американским специалистам) регулярно пред-
ставлялись в Министерство снабжения.
До начала этих исследований в Кембридже (в на-
чале войны) известные фторфосфаты не привлекали
к себе внимания военных специалистов. Ланге [1] раз-
работал многоступенчатый и весьма трудоемкий метод
синтеза диметил- и диэтилфторфосфатов, отличаю-
щийся, кроме всего прочего, очень малыми выходами.
При сплавлении пятиокиси фосфора с фтористым
аммонием образовывалась смесь диаммонийфторфосфа-
та и аммонийдифторфосфата. Монофторид превращали
в серебряную соль, а затем обрабатывали алкилйоди-
дом; при этом общий выход был менее 4%. Вскользь
упоминалось о действии этих веществ на глаза и совер-
шенно не было указаний относительно общей токсич-
ности этих двух соединений. О действии других фторфос-
фатов сведений не было.
43 начале войны автор получил (методом, описанным
ниже, см. стр. 65 и 72) большое число новых фторфосфа-
тов общей формулы R2PO3F (где К = н-пропил, изопро-
пил, н-бутил и т. д.). В 1941 г. автор сделал предвари-
тельный доклад [2]. Основные положения этого доклада
можно сформулировать следующим образом.
64
Глава IV. ФторфосфатЫ
а) Полученные вещества обладают высокой токсич-
ностью при вдыхании [3]. Смерть наступает быстро (на-
пример: диизопропиловый эфир в концентрации
1 : 10 000 при экспозиции 10 мин. убивает 6 из 6 крыс,
10 из 10 мышей и 2 из 3 кроликов через 25 мин.). Такое
же быстрое действие с аналогичным результатом было
зафиксировано и для некоторых других «газов» и па-
ров.
б) Более низкие «несмертельные» концентрации ока-
зывают особое действие на глаза, причем это действие
отличается от слезоточивого. Эти соединения вызывают
сужение зрачка до предельно малых размеров (причем
такое состояние сохраняется в течение нескольких дней)
и нарушают нормальную аккомодацию глаза. При этом
не наблюдается ни слезотечения, ни какого-либо раз-
дражения глаз, хотя чтение сильно затруднено, а спо-
собность видеть в темноте почти утрачивается.
Эти первоначальные наблюдения побудили нас на
поиски новых более простых методов синтеза. Прежде
чем перейти к подробному обсуждению токсикологиче-
ского действия этих веществ, целесообразно рассмо-
треть препаративные методы их получения.
Методы синтеза
Вполне очевидно, что сплавление фосфорного ангид-
рида с бифторидом аммония не может служить основой
препаративных методов. Поэтому было обращено
внимание на самые различные методы синтеза. Краткий
обзор этих методов приведен выше (см. стр. 17, 19).
Первый и наиболее важный метод основан на превра-
щении диалкиловых эфиров хлорангидрида фосфорной,
кислоты в соответствующий фторангидрид при помощи
какого-либо неорганического фторида. Следовательно,
вначале необходимо найти наиболее удобный метод по-
лучения промежуточного хлорангидрида [4]. Известно
три наиболее подходящих метода синтеза соединения I.
R0\pZ
ROZ ХС1
I
Методы синтеза.
6S
1) При обработке хлорокиси фосфора спиртом
(3 моля) и пиридином (3 моля) образуется триалкил-
фосфат. Этот продукт [5] при дальнейшей обработке
хлорокисью фосфора'дает смесь моно- (I) и дихлоран-
гидрида (II).
РОС13 + ЗС2Н5ОН + 3C5H5N —> РО (ОС2НВ)3 + 3CBHSN • НС1,
2РО (ОС2Н6)3 4- РОС13 —> ЗРО (ОС2НВ)2 CI, (I)
РО (ОС2НВ)3 + 2РОС1з —► ЗРО (ОС2Н5) Cl2. (II)
Неудобство этого метода, особенно при работе в боль-
ших масштабах, заключается в использовании значи-
тельных количеств пиридина. Кроме того, даже в усло-
виях, благоприятных для образования монохлоран-
гидрида (I), в некотором количестве образуется и
дихлорангидрид.
2) Действие этилового спирта на хлорокись фосфора
приводит к образованию смеси, состоящей из диэтило-
вого эфира хлорангидрида фосфорной кислоты, этило-
вого эфира дихлорангидрида фосфорной кислоты, этил-
метафосфата и других продуктов,. Диэтиловый эфир
получается с небольшим выходом и содержит при-
меси [6]. При благоприятных условиях это по существу
единственный метод синтеза этилового эфира дихлор-
ангидрида фосфорной кислоты.
3) Треххлористый фосфор при обработке спиртом
(3 моля) в присутствии пиридина (3 моля) дает триал-
килфосфит [7]. Как было обнаружено автором, хлориро-
вание триалкилфосфита протекает гладко и дает диал-
киловый эфир хлорангидрида фосфорной кислоты:
РС13 + 3C2HSOH + 3CSHSN —► Р (ОС2Н6)3 4- 3CBHSN • НС1,
Р (ОС2НЕ)3 4- С12 —> РО (ОС2НЕ)2 С14- С2НЕС1.
Неудобством этого метода опять-таки является не-
обходимость использования пиридина на первой стадии
процесса. Вместо пиридина можно использовать более
доступный диметиланилин, что дает несомненную эко-
номию при больших масштабах производства [8]. Конец
реакции устанавливается по появлению желтоватого
окрашивания реакционной массы за счет растворения
5 Зак. 1703.
66
Глава /V. Фторфосфаты
небольшого избытка хлора, что, несомненно, более
удобно, чем определять конец реакции по привесу.
Для производства в больших масштабах необходим
еще более экономичный метод, так как недостатком
первого и третьего методов является трудность полного
удаления третичного основания, особенно следов пири-
дина из триэтилфосфита. Из треххлористого фосфора и
этилового спирта в отсутствие третичных оснований [9]
нам удалось получить чистый диэтилфосфит (III) с вы-
ходом" 90%.
[ci+ HjOQHg
р—Гс?+HJ ос2н5—►-
[сТ+н] ОС2Н5
H! С1
/О:с2Н5 хон
Р-ОС2Н5 ---*- Р—ОС2Н5 + С2Н5С1
ОС2Н5 ОС2Н5
III
Ранее это соединение было получено Милобедзским
[10], однако он применял 2 моля пиридина при добав-
лении спирта. Возможно, что это соединение впервые
было получено Торпом и Нортом [11] при действии фос-
фористого ангидрида на этиловый спирт. Закс и Левит-
ский [12] описывают действие треххлористого фосфора
на спирт, однако их пропись недостаточно подробна и
приводит к малому выходу продукта; Найлин [13] по-
лучил прекрасные выходы, но он проводил процесс в ат-
мосфере углекислого газа. ' *•
Диэтилфосфит, таутомерный диэтилфосфонату (IV),
очень легко взаимодействует с хлором и образует хлор-
ангидрид (V) с выходом 87%'.
ОН
Р^-ОС2Н5
ОС2Н5
у ГнТсПс)
ос2н5
оса
in IV V
? NHQA
I<
| ОС2Н5
ос2н5
VI
Хлорангидрид (V) был охарактеризован через анилид
(VI), образующийся при действии анилина.
Получение диизопропилфторфосфата
67
Получение диизопропилфторфосфата
Аналогичная реакция была проведена с изопропило-
выми эфирами. Диизопропилхлорфосфат необходим
в больших количествах, поэтому синтез этого соедине-
ния, а также диизопропилфосфита был изучен довольно
подробно. При синтезе фосфита температуру реакции
можно регулировать при помощи растворителя (эфир,
четыреххлористый углерод). Хлористый водород, полу-
чающийся в результате реакции, по возможности уда-
ляли из эфирного раствора пропусканием через реак-
ционную смесь сначала воздуха, а затем аммиака, при-
чем даже значительный избыток последнего заметно не
снижал выхода продукта реакции. В случае четыреххло-
ристого углерода продувка аммиаком исключалась.
Эти три стадии можно суммировать следующим об-
разом [14]. При использовании четыреххлористого угле-
рода в качестве растворителя изопропиловый спирт был
переведен в чистый диизопропилфосфит (первая ста-
дия) с выходом 89%. (Без растворителя выход дости-
гал 86,4%.) Хлорирование фосфита давало 76%-ный
выход диизопропилхлорфосфата (вторая стадия) (ме-
нее чистый продукт можно получить с выходом 80—
90%). Нагреванием хлорфосфата с неорганическим
фторидом, например с сухим фтористым натрием в без-
водном бензоле, получался чистый диизопропилфтор-
фосфат (третья стадия), с выходом 90%. Таким обра-
зом, чистый диизопропилфторфосфат был получен из
треххлористого фосфора и изопропилового спирта в три
стадии с общим выходом 60—70%. Это вещество иден-
тично соединению, полученному при нагревании сухой
серебряной соли фторфосфорной кислоты с изопропил-
иодидом. Для этиловых эфиров выход продуктов пер-
вой, второй и третьей стадий соответственно был равен
93, 87 и 91%.
После разработки отдельных стадий весь процесс
в целом вновь был проверен с точки зрения получения
диизопропилфторфосфата в промышленных масштабах.
В результате многих экспериментов было установлено,
что этот процесс может быть проведен в виде односта-
дийной операции посредством добавления треххлори-
. 5*
68
Глава IV. Фторфосфаты
стого фосфора к изопропиловому спирту, растворенному
в четыреххлористом углероде без применения охлажде-
ния, Образовавшийся «сырой» фосфит в этом же рас-
творителе подвергался хлорированию, а получившийся
раствор хлорфосфата нагревали с неорганическим фто-
ридом, например фтористым натрием. После фильтро-
вания и отгонки четыреххлористого углерода остаток
перегоняли и получали чистый диизопропилфторфос-
фат. Общий выход около 75%. Этот метод был запа-
тентован [15].
Важным преимуществом этого процесса было то, что
все операции можно было проводить в стеклянной ап-
паратуре, так как ни на одном этапе реакции не про-
исходило выделения фтора или фтористого водорода.
При достаточном навыке осуществление этого про-
цесса не представляет затруднений, однако необходимо
избегать попадания влаги и обеспечивать энергичное
перемешивание.
Некоторые свойства ДФФ
Диизопропилфторфосфат — подвижная, практически
без запаха жидкость с температурой кипения 183°/760 лш
(экстраполировано) и температурой замерзания около
—82°. Широкий интервал температур, в котором веще-
ство находится в жидком состоянии, представляет боль-
шое преимущество. Образец чистого вещества не
изменялся при хранении в течение нескольких лет
в стеклянном сосуде. В то время как соответствующий
хлорфосфат легко гидролизуется водой, фторфосфат при
15° полностью гидролизуется через 72 часа при большом
избытке воды (1%-ный раствор; растворимость —
1,5%).
Р (0-кзо-С3Н7)2 OF -ф Н2О —> Р (О-изо-С3Н7)2 ООН ф- HF. (1)
Диметиловый и диэтиловый эфиры гидролизуются на-
много быстрее; по убыванию скоростей гидролиза
эфиры располагаются в следующем порядке: СН3 >
> С2Н5 > ЫЗ0-С3Н7 (например, полный гидролиз эти-
лового гомолога заканчивается через 4 часа). Неболь-
шие количества диизопропилфторфосфата (но не диэти-
Получение диизопропилфторфосфата
69
лового гомолога) можно даже перегнать с водяным па-
ром. Диизопропилхлорфосфат может быть идентифици-
рован по кристаллическому анилиду, образующемуся при
взаимодействии диизопропилхлорфосфата с анилином:
(RO)2 РОС1 Д 2C6H5NH2 —> (RO)2 PONHC6H5 4- C6H5NH2 HCl. (2)
Диизопропилфторфосфат в отличие от хлорфосфата не
дает анилида при обработке его анилином.
Гидролиз ДФФ щелочами [16]. Если ДФФ кипятить
с обратным холодильником с избытком 0,5 н. едкого
натра в течение 30 мин. и провести обратное титрова-
ние 0,5 н. серной кислотой (в присутствии фенолфта-
леина), то окажется, что на 1 моль фторфосфата по-
требуется 2 моля едкого натра.
Для полного гидролиза по уравнению (3) должно
пойти 4 моля; 2 моля щелочи могут пойти либо на от-
щепление фтора и образование диизопропилфосфата
натрия [уравнение (4)], либо на образование динатрие-
вой соли фторфосфорной кислоты по уравнению (5).
С целью решения этого вопроса к половине гидроли-
зата добавляли разбавленную азотную кислоту до кис-
лой реакции по бромфенолу синему и фторанион опре-
деляли по хлорфториду свинца; его образовалось 41,1 г
(0,98 моля) на 1 моль диизопропилфторфосфата. Та-
ким образом, гидролиз протекает по уравнению (4).
(С3Н7О)2 POF Д 4NaOH —> Na3PO4 Д NaF Д Н2О Д 2С3Н7ОН, (3)
(С3Н7О)2 POF Д 2NaOH —> (С3Н7О)2 POONa Д NaF Д Н2О, (4)
(С3Н7О)2 POF Д 2NaOH —► (NaO)2 POF Д 2С3Н7ОН. (5)
Небольшую порцию гидролизата сильно подкисляли
концентрированной азотной кислотой и нагревали с мо-
либдатом аммония. Никаких видимых изменений не на-
блюдалось; только после кипячения в течение несколь-
ких минут появилось желтое окрашивание. Этот факт
исключает возможность гидролиза по уравнению (3).
По-видимому, для разложения диизопропилфосфата
натрия необходимо кипячение с азотной кислотой;
только при этом образуется фосфорная кислота.
Гидролиз 0,5 н. едким натром при комнатной темпе-
ратуре. а) Диизопропилфторфосфат (2,0532 г) встря-
70
Глава IV. Фторфосфаты.
хивали со 100 мл 0,49 и. едкого натра при 17°. Через
5 мин. маслянистые капли растворялись. Встряхивание
продолжали 30 мин., затем отбирали 25 мл и титровали
0,5 н. серной кислотой в присутствии фенолфталеина, на
что потребовалось 13,35 мл кислоты. Следовательно,
1 моль фторфосфата реагирует с 1,994 молями щелочи.
б) Диизопропилфторфосфат (2,3355 г) оставляли
стоять со 100 мл 0,49 н. едкого натра без встряхивания.
По истечении 30 мин. значительная часть маслянистых
капель осталась нерастворившейся, а титрование пока-
зало, что гидролиз прошел только на -—16%. Этот ре-
зультат показывает, что дегазация холодными разба-
вленными щелочами эффективна только при интенсив-
ном перемешивании. Это необходимо иметь в виду,
когда дело касается аппаратуры, зараженной диизопро-
пилфторфосфатом.
Гидролиз ДФФ водой. Уотерс и Уормс [17] изучали
кинетику гидролиза ДФФ в нейтральных и кислых вод-
ных растворах. Они обнаружили, что гидролиз ДФФ
водой — реакция автокаталитическая и катализируется
ионами водорода, так как начальная скорость гидролиза
(0,6%/час) не зависит от начальной концентрации ДФФ.
Стадия, определяющая скорость реакции, не предста-
вляет собой прямого гидролиза связи Р—F, но может
быть пояснена схемами а и б;
осд,
О=^—F +• Н+
ОС3Н7
ос3н7
=р-----;f'
ос3н7
но
н
ОС3Н7
=Ij>--OH+HF + H+
осзн7
ОС3Н7 ОСДЬ
б О—Р—F + Н+ —И- нб=Р—F
ос3н7 ос3н7
ДФФ и иприт. Высокотоксичное отравляющее веще-
ство— иприт- (дихлордиэтилсульфид) имеет темпера-
туру плавления 11,5° и склонно к замерзанию, что не-
желательно. Для снижения температуры плавления
72
Глава IV. Фторфосфаты
предлагали различные инертные растворители. Очень
низкая температура плавления ДФФ наводит на мысль
об использовании этого вещества в качестве активной
добавки к иприту. Нами была приготовлена смесь
иприта с ДФФ, обладающая свойствами иприта и нерв-
ного газа (16], и определена ее температура плавления.
В качестве охлаждающих агентов применяли лед, смесь
льда с солью, смесь ацетона с твердой углекислотой
и жидкий воздух. При изготовлении смеси были ис-
пользованы иприт с удельным весом 1,275 г/см3 и ДФФ
с удельным весом 1,067 г/см3 при 19°.
Смесь 87% ДФФ и 13% иприта (т. пл. смеси —36°)
можно применять в различных климатических условиях,
при этом следует отметить, что такая смесь может быть
физиологически очень активной (табл. 1).
Получение фторфосфатов из дихлорфторокиси
фосфора
В докладе Министерству снабжения от 27 февраля
1942 г, был предложен метод синтеза диалкилфторфос-
фатов, основанный на взаимодействии спирта с дихлор-
фторокисью фосфора:
O=PFC12 + 2ROH —► O=PF (OR)2 % 2НС1
VII
Реакция зависит от различной активности атомов хлора
и фтора дихлорфторокиси фосфора. Вообще эта реак-
ция протекает гладко и однозначно и большинство
фторфосфатов получаются с хорошими выходами и не
содержат примеси триалкилфосфатов; так, например,
при взаимодействии этилового спирта с дихлорфтор-
окисью фосфора на холоду получается диэтилфторфос-
фат (VII, R = С2Н5) с выходом 93%. При этом нет
необходимости применять третичный амин для удале-
ния образующегося хлористого водорода. Такой способ
был запатентован в 1944 г. [18].
Этот способ зависит от доступности дихлорфтор-
окиси фосфора, которая была описана Бутом и Датто-
ном [19], создавшими лабораторный прибор для получе-
Получение фторфосфатов из дихлорфторокиси фосфора 73
ния этого вещества в очень чистом виде, пригодном для
физико-химических измерений. Этот процесс был видо-
изменен применительно к нашим исследованиям. Гене-
ратор, который предназначался для первого этапа —
фторирования хлорокиси фосфора при помощи трехфто-
ристой сурьмы (в присутствии пятихлористой сурьмы),
показан -на рис. И. При работе с несколькими кило-
граммами веществ выход чистой дихлорфторокиси фос-
фора был около 20%.
Рис. 11.
Среди многих других эфиров дипропил- и диизопро-
пилфторфосфаты были синтезированы действием ди-
хлорфторокиси фосфора на нормальный пропиловый и
изопропиловый спирты. Нормальный пропиловый эфир
был менее токсичен и обладал лишь слабым мистиче-
ским действием по сравнению с мистическим действием
этилового и изопропилового эфиров, которое убывало
в ряду пзо-С3Н7>С2Н5>н-С3Н7. Этиловый и изопро-
пиловый эфиры были идентичны веществам, получен-
ным Сондерсом и Стеси из диалкилфосфитов (см. стр. 67).
Чтобы решить вопрос, обладают ли другие эфиры
вторичных спиртов высокой токсичностью, был синтези-
рован дициклогексилфторфосфат (VIII) действием
74
Глава IV. Фторфосфаты
дихлорфторокиси фосфора на циклогексанол. В этом
синтезе необходимо было удалять весь хлористый водо-
род до перегонки эфира во избежание разложения по-
следнего. Дициклогексилфторфосфат — бесцветная, по-
движная жидкость с температурой кипения 116/0,3 мм,
нерастворимая в воде и представляющая собой стойкое
отравляющее вещество. Это вещество крайне токсично:
при концентрации 1/12 500 при 10-минутной экспозиции
смертельный исход наблюдался у 3 кроликов из 3,
3 морских свинок из 4, 6 крыс из 6 и 10 мышей из 10.
Зрачок глаза сужался до размеров острия булавки и
наблюдались характерные судороги. Более точные ток-
сикологические исследования показали, что 50%-иая
летальная концентрация для мышей, крыс и кроликов
0,11—0,14 мг/л при экспозиции 10 мин. (морские свинки
оказались более резистентными). Это значит, что дицик-
логексилфторфосфат более токсичен, чем диизопропил-
фторфосфат (см. стр. 15 и 95).
- Диэтилфторфосфат гидролизуется водой полностью
через 4 часа, диизопропилфторфосфат — через 72 часа
(небольшие количества можно перегонять с водяным
паром), в отличие от них дициклогексилфторфосфат на-
много устойчивее к гидролизу и даже очень энергичное
встряхивание его с водой не приводит к заметному гид-
ролизу. При кипячении этот эфир гидролизуется в те-
чение нескольких часов. При очень интенсивном пере-
мешивании с 2%-ным едким натром при 28,5° гидролиз,
протекающий по уравнению
(С6НИО)2 POF -'r2NaOH —> (СвНпО)2 POONa + NaF ф-Н2О,
заканчивается через 90 мин. При очень длительном
встряхивании гидролиз протекает глубже. При непро-
должительном смешивании (т. е. в условиях, сходных
с условиями дегазации) с 2%-ным едким натром при
20° гидролиз спустя 220 мин. протекает только на 64%.
Исходя из того, что производные о-крезола более
токсичны, чем производные фенола, казалось целесооб-
разным синтезировать ди- (о-метилциклогексил)-фтор-
фосфат. При концентрации 0,65 мг/л только 3 из 23
животных (кролики, морские свинки, крысы и мыши)
погибли. Перед гибелью у животных (кроликов) наблю-
Получение фторфосфатов из дихлорфторокиси фосфора 75
дались мышечные подергивания, хотя миоза отмечено
не было. Это соединение, следовательно, намного менее
токсично,; чем соответствующий незамещенный дицикло-
гексилфторфосфат.
Ди-2-хлорэтилфторфосфат, синтезированный из ди-
хлорфторокиси фосфора и этиленхлоргидрина, в концен-
трации 1/10 000 (1,0 ла/л) вызывал раздражение глаз
и носоглотки у подопытных животных. По удалении их
из отравленной атмосферы раздражение быстро прохо-
дило, и никаких последствий в ближайшие часы не на-
блюдалось. Некоторые животные погибли: 1 из 4 мор-
ских свинок (через 12 час.), 1 из 6 крыс (через 4,5 дня),
3 из 10 мышей (через 12 час., через 5,5 и через 7,5 дней).
Это соединение сравнительно мало токсично.
В гл. VII указано, что 2-фторэтанол сильно ток-
сичен [20] и что 2-фторэтилфторацетат значительно
токсичнее, чем 2-фторэтанол и фторуксусная кислота.
Исходя из этого, представляло интерес исследовать
влияние введения 2-фторэтильной группы в молекулу
фторфосфата. Из 2-фторэтанола и дихлорфторокиси
фосфора был получен ди-(2-фторэтил)-фторфосфат
(IX). Это соединение представляло собой подвижную
жидкость с меньшей токсичностью, чем 2-фторэтанол
или диэтилфторфосфат. Однако при концентрации
0,5 мг/л при 10-минутной экспозиции ди-(2-фторэтил)-
фторфосфат оказывал заметное токсическое действие на
крыс. Через час или несколько позже некоторые из
крыс становились крайне возбужденными, бросались на
клетку и проявляли повышенную агрессивность (хва-
тали за лапы других животных). Крысы погибали при
неоднократно повторявшихся судорогах необычного ха-
рактера. Кроме того, соединение вызывало миоз.
O=PF(OC6Hh)2 O=PF(OCH2CH2F)2 O=PF(SC2Hs)2
Vlll ' IX X
При действии дихлорфторокиси фосфора на фенол
в присутствии диметиланилина для поглощения хлори-
стого водорода был получен дифенилфторфосфат с вы-
ходом 60%. Готтлиб [21] ранее указывал, что это соеди-
нение было получено им с выходом 7% при действии
фтористого калия на дифенилхлорфосфат. Однако
к
Глава IV. Фторфосфаты
соединение, полученное Готтлибом, быстро разлагалось
водой, в то время как полученное нами оказалось впол-
не устойчивым к гидролизу в соответствии с ожида-
ниями. Кроме того, Готтлиб не приводит данных ана-
лиза на фтор. Нами было показано, что это вещество
малотоксично и почти не обладает мистическим дей-
ствием.
Реакция между этилмеркаптаном и дихлорфтор-
окисью фосфора, по-видимому, не идет, в то время как
меркаптид натрия дает триэтилтритиофосфат. Однако,
как было найдено, в присутствии диметиланилина этил-
меркаптан и дихлорфторокись фосфора образуют ди-
(этилтио)-фторфосфорат (X). Это вещество предста-
вляет собою жидкость, которая в отличие от кислород-
ного аналога (VII, R = С2Н5) менее токсична и совер-
шенно не обладает миотическим действием.
Следует отметить, что метод, базирующийся на ди-
хлорфторокиси фосфора, уступает по быстроте синтезам
через диалкилфосфиты (см. стр. 67). Кроме того, он
крайне неудобен для больших масштабов. С другой сто-
роны, если получение дихлорфторокиси налажено, то
можно сравнительно просто и однотипно синтезировать
ряд различных соединений фосфора, причем не только
эфиров, но и амидов (стр. 118), а кроме того, и смешан-
ных соединений (стр. 121). Таким образом, этот метод
очень удобен для исследовательских работ.
Дихлорфторокись фосфора [22]
Аппаратура. В реакторе, изображенном на рис. 11,
имеется шесть основных узлов: 1) колонка 1 без дрос-
селирования имеет длину не менее 60 см и снабжена
обратным холодильником 2 с двойной охлаждающей по-
верхностью; 2) треугольник Перкина, охлаждаемый
воздухом, заключенный между нижним конденсатором
и ловушками, дает возможность удалять часть дихлор-
фторокиси фосфора; 3) целесообразно иметь три
ловушки: 3 — со льдом и солью, 4 — с твердой углекис-
лотой и ацетоном и 5 — с жидким воздухом; 4) постепен-
ное добавление твердой трехфтористой сурьмы предста-
вляет затруднение. Механический шнек, показанный на
Получение фторфосфатов из дихлорфторокиси фосфора
рисунке, удовлетворителен только для непродолжитель-
ных работ; проволочный шнек забиваете^ по мере про-
питывания трехфтористой сурьмой. Менее известное, но
более надежное устройство показано на рис. 11 отдельно.
Оно состоит из круглодонной колбы, непосредственно
соединенной с горлом реактора при помощи гибкого,
устойчивого к разрушению резинового шланга; 5) ме-
шалка сделана из нержавеющей стали. Сальник ме-
шалки набивается перед каждым синтезом и запол-
няется по возможности полностью; 6) все соединения
смазываются силиконовой смазкой. При работе ме-
шалки неизбежна сильная вибрация. Необходимое по-
ниженное давление (200 мм) поддерживается металли-
ческим водоструйным насосом при помощи маностата.
Процедура. Хорошо растертую трехфтористую
сурьму постепенно добавляют к смеси хлорокиси фос-
фора и пятихлористой сурьмы при 75° и 190—200 мм
рт. ст. Собирают фракцию, кипящую до 90° (760 мм).
При повторной перегонке получают дихлорфторокись
фосфора с температурой кипения 54° (выход 20%).
Диэтилфторфосфат [22]. 5,5 г дихлорфторокиси фос-
фора помещают в колбу Кляйзена, снабженную дистил-
ляционной колонкой и хлоркальциевой трубкой. Мед-
ленно добавляют 4 г (10%-ный избыток) этилового
спирта при температуре не выше 5°. Хлористый водород
удаляют сначала отсасыванием при комнатной темпера-
туре, а затем при нагревании вместе с избытком
спирта. Остаток почти полностью перегоняется при
70—72718 мм. Выход 5,8 г (93% от теоретического);
т. кип. 1717760 мм; для гидролиза 1 моля продукта не-
обходимо 2 моля едкого натра (0,5 н. раствор), причем
процесс протекает на холоду или при небольшом нагре-
вании с обратным холодильником в течение 30 мин. по
уравнению:
РО (ОС2НВ)2 F 4- 2NaOH —► РО (ОС2Н5)2 ONa ф NaF ф Н2О.
Диизопропилфторфосфат. 50 г дихлорфторокиси
фосфора растворяют в сухом эфире (100 мл) и при
охлаждении медленно добавляют раствор 50г (15%-ный
избыток) изопропилового спирта (высушенного над
окисью кальция); смесь выдерживают в течение часа.
78
Глава /V. Фторфосфаты
Затем при охлаждении через реакционную массу про-
пускают сухой аммиак. Жидкость фильтруют, а избы-
ток аммиака и эфир удаляют при комнатной темпе-
ратуре. Остаток перегоняют, собирая фракцию 37—
4770,5 мм. Эту фракцию вновь перегоняют при 84—
85°/25 мм; выход 60 г (45%).
Дициклогексилфторфосфат. 68,5 г (0,5 моля) дихлор-
фторокиси фосфора растворяют в 150 мл сухого эфира
и охлаждают смесью льда с солью. Затем медленно по
каплям добавляют 100 г (1,0 моля) циклогексанола,
растворенного в 150 мл сухого эфира, и смесь оста-
вляют на ночь. Для удаления хлористого водорода че-
рез смесь в течение 5 час. пропускают сухой воздух. За-
тем еще раз добавляют сухой эфир и пропускают сухой
аммиак до прекращения выпадения хлористого аммо-
ния. Хлористый аммоний отфильтровывают, фильтрат
некоторое время выдерживают над карбонатом свинца,
вновь фильтруют и сушат безводным сульфатом натрия.
После отгонки эфира остаток подвергают «полумолеку-
лярной» перегонке без пропускания воздуха, используя
стеклянную вату для предохранения от вспенивания и
переброса; собирают фракцию 90—9670,02 мм. Жид-
кость можно вновь перегнать при несколько меньшем
разрежении в атмосфере азота. Указанные выше предо-
сторожности необходимы только при первой перегонке.
Выход 126 г (70%).
Выбор «одностадийного» процесса получения
фторфосфатов
Хотя одностадийный процесс получения ДФФ и
подобных соединений, приведенный на стр. 67, несо-
мненно наилучший, особенно для производства в больших
масштабах, все же хлорирование небольших количеств
более удобно проводить при помощи N-хлорсукцин-
имида. Этот метод имеет преимущество', состоящее в том,
что ни один из продуктов реакции не обладает кислыми
свойствами [23]. Недавно нами было показано, что этим
методом из диизопропилфосфата можно получить ди-
Выбор -«одностадийного» процесса получения
79
изопропилфторфосфат с выходом 82%. Имеется возмож-
ность получить диизопропилфторфосфат без выделения
промежуточного диизопропилхлорфосфата, и таким об-
разом этот процесс можно рассматривать как односта-
дийный [24].
Хотя высоко токсичный дициклогексилфторфосфат
легко получается из дихлорфторокиси фосфора, однако
при хлорировании его в «одностадийном» процессе
имеются затруднения. Как было показано нами [24],
действие N-хлорсукцинимида на дициклогексилфосфит
с последующим фторированием представляет собой
удобный метод синтеза, поэтому дициклогексилфтор-
фосфат теперь можно считать доступным продуктом.
Большинство фторфосфатов, описанных в данной
монографий, могут быть легко получены в небольших
количествах выщеуказанными методами. Следует особо
подчеркнуть, что хлорирование при помощи N-хлорсук-
цинимида в большей степени удовлетворяет всем требо-
ваниям, чем хлорирование сульфурилхлоридом [25], так
как последний создает кислую среду.
(RO)2 РОН + SO2CI2 —> (RO)2 POCI + НС1 + so2.
При помощи нового процесса можно синтезировать
фторфосфаты, содержащие ненасыщенные радикалы,
например диаллилфторфосфаты. Особенно важно, что
этим методом можно получить соединения, которые
в присутствии кислот при перегонке разлагаются. Удоб-
ство и простота этого метода показаны на ряде приме-
ров, описанных ниже.
Диизопропилхлорфосфат [24]. 0,1 моля диизопропил-
фосфита растворяют в сухом четыреххлористом угле-
роде и к полученному раствору добавляют порциями
по 0,5 г при энергичном встряхивании и охлаждении
0,1 моля N-хлорсукцинимида. После добавления рас-
твор охлаждают до —5° и отфильтровывают выпавший
сукцинимид. Четыреххлористый углерод удаляют при
нагревании под уменьшенным давлением, а остаток про-
дукта подвергают перегонке в вакууме. Практически
весь остаток переходит при 94—95°/14 мм. Выход 17,5 г
(82% от теоретического).
80
Глава IV. Фторфосфаты
Синтезы других эфиров (RO)2POCl (табл. 2)
Таблица 2
R Выход, % Т. кип., W°C мм рт. ст.
СН3 85 54,5/2
С2Н6 87,5 93/18
сн2=сн—сн2 38 89—90/0,9
СН3—СН—СООС2Н5 75 158—160/1
Получение фторфосфатов. Было разработано два
способа синтеза фторфосфатов. Один — общий для
большинства спиртов, второй — специально для цикло-
гексанола.
Общий способ. К раствору сухого свежеперегнан-
ного спирта (0,3 моля) в безводном четыреххлористом
углероде (30 мл) при интенсивном перемешивании мед-
ленно добавляют свежеперегнанный треххлористый фос-
фор (0,1 моля), растворенный в безводном четыреххло-
ристом углероде (20 мл). Из раствора хлористый водо-
род удаляют нагреванием с обратным холодильником
в течение 1 часа и пропусканием сухого воздуха в те-
чение 2 час. Затем добавляют растворитель для компен-
сации потерь при испарении, а полученный диалкилфос-
фит хлорируют добавлением маленькими порциями
0,1 моля N-хлорсукцинимида при интенсивном встряхи-
вании и охлаждении. Затем раствор охлаждают до 5°,
сукцинимид отфильтровывают, промывают холодным
четыреххлористым углеродом. К фильтрату добавляют
сухой фтористый натрий (0,5 моля) и смесь нагревают
с обратным холодильником при интенсивном перемеши-
вании в течение 3 час. Осадок отфильтровывают,
а фильтрат сушат безводным сульфатом натрия. Рас-
творитель удаляют при нагревании под пониженным да-
влением. Остаток разгоняют в вакууме в токе сухого
азота,
Выбор «одностадийного» процесса получения
81
В табл. 3 приведены данные о синтезах фторфосфа-
тов (RO^POF по общему способу.
Таблица 3
R Выход, % (на PC1S) T. кип., ° С/ЯМ рт. Ст.
СН3 25 149—150/760
С2Нд 42 74,5—75,5/20
fch2ch2 70 101—102/0,8
С1СН2СН2 82 159—160/23
(СН3)2 сн 76 83/22
сн2=сн—сн2 37 99—100/23
СНз—CH—COOCjHs 47 128—130/1,0
(СН3)2 СН—СН2—СН—СНз 54,5 105—106/1,0
Синтез дициклогексилфторфосфата. Раствор 13,75 г
треххлористого фосфора в 20 мл четыреххлористого
углерода медленно добавляют к 30 г сухого циклогек-
санола. Во время добавления через реакционную массу
продувают сухой воздух для перемешивания раствора
и удаления НС1. Затем раствор нагревают в течение
1,5 час. с обратным холодильником. Растворитель и
другие низкокипящие вещества удаляют нагреванием
под уменьшенным давлением на водяной бане, причем
заканчивают это при 100°/0,5 мм. Оставшийся «сырой»
дициклогексилфосфит растворяют в сухом бензоле
(50 мл) и хлорируют, добавляя порциями, как было
описано выше, 13,35 г N-хлорсукцинимида. После охла-
ждения и отфильтровывания сукцинимида фильтрат на-
гревают в течение 4 час. с 18 г сухого фтористого аммо-
ния при 60—70° и интенсивном перемешивании. За-
тем продукт встряхивают с водой (100 мл) для извлече-
ния аммониевых солей и дважды с водным раствором
едкого натра (50 мл, 10%-ный), чтобы гидролизовать и
удалить непрореагировавший хлорфосфат. Бензольный
раствор промывают водой. После сушки NasSCh, от-
гонки растворителя при пониженном давлении и пере-
гонки в вакууме в токе сухого азота получают
14 г (52%) дициклогексилфторфосфата с т. кип/ 125—
128° (0,6 мм рт. ст.).
§ Зак. 17Q3-
82
Глава IV. Фторфосфаты
Антихолинэстеразные соединения
В литературе нет четких указаний в отношении со-
единений, относящихся к веществам антихолинэстераз-
ного действия. Термин «холинэстераза» впервые был
применен к ферменту, находящемуся в сыворотке крови
лошади и катализирующему гидролиз ацетилхолина и
бутирилхолина, но проявляющему меньшущ активность
по отношению к метилбутирату [26].
(СН3)3 N+CH2CH2OCOCH3 + Н2О -
—> (СН3)3ЙСН2СН2ОН+ СНзСООН
Таким образом, предусматривалось различие между
простыми эстеразами, причем некоторые из них, напри-
мер печеночная эстераза, катализируют гидролиз про-
стых алифатических эфиров, .но не катализируют гидро-
лиза холиновых эфиров. Термин «холинэстераза» был
применен к другим ферментам, катализирующим гидро-
лиз ацетилхолина и присутствующим в плазме крови,
эритроцитах, а также в нервной ткани различных жи-
вотных, в том числе и у человека. Таким образом, вна-
чале допускалось, что речь идет только об одном фер-
менте, но это представление изменилось, после того как
Аллее и Гаус [27] обнаружили, что фермент, присут-
ствующий в эритроцитах человека, гораздо быстрее гид-
ролизует ацетилхолин, но является малоактивным по
отношению к бутирилхолину, и, с другой стороны, фер-
мент, присутствующий в сыворотке крови человека,
легко гидролизует бутирилхолин и менее активен по
отношению к ацетилхолину. Иногда фермент, находя-
щийся в эритроцитах, называют «истинной» холинэсте-
разой, тогда как фермент, находящийся в плазме, —
«ложной» холинэстеразой. Однако Стедман [28] предпо-
читает называть фермент более активный по отношению
к ацетилхолину а-холинэстеразой, а фермент, преиму-
щественно катализирующий гидролиз бутирилхолина,—
p-холинэстеразой. Ферменты первого типа играют ос-
новную роль в ацетилхолиновом обмене в организме,
функция ферментов второго типа пока не ясна. Не все
Антихолинэстеразные соединения
83
согласны с номенклатурой, предложенной Стедманом,
так как ферменты Одного типа у различных видов жи-
вотных не всегда тождественны во всех отношениях
[29]. Кроме того, трудность выделения ферментов в чи-
стом виде иногда усложняет картину.
Теперь можно рассмотреть несколько более детально
характер вваимодействия истинной (или а) холинэсте-
разы с ацетилхолином. Уилсон и Бергман [30] полагают.
Анионный
участок
Эстеразный
участок
— О'
з
СИз^ н^”
СНд — N -СН2— СН2— 0 4- С
СНз^ ' сн
Рис. 12.
что в ферменте имеются два активных участка, извест-
ные как анионный и эстеразный. Эти участки (схемати-
чески изображены на рис. 12) *) нельзя рассматривать
изолированно. Способ присоединения субстрата к фер-
менту, как полагают, зависит: а) от четвертичного
-4-
атома азота (—N ^-) и б) от положительно заряжен-
ного атома углерода на эфирном участке молекулы аце-
тилхолина. Этот положительно заряженный атом угле-
рода участвует в образовании ковалентной связи на
эстеразйом участке фермента, в результате чего и обра-
зуется ацетилированный фермент и холин. Получаю-
щийся ацетилированный фермент затем легко гидроли-
зуется вновь до первоначального фермента и уксусной
кислоты. Те вещества, которые препятствуют осуще-^
ствлению этой реакции между ферментом и ацетилхоли-
ном, известны как антихолинэстеразные вещества.
) Этот рисунок соответствует несколько измененным представ-
лениям Уилсона и Бергмана.
6*
S4
Глава IV. Фторфосфаты
В зависимости от того, с какой частью фермер73
реагируют антихолинэстеразные вещества, последние
могут быть легко дифференцированы. Во-первЭ1х-
имеется йесколько соединений (например, хлорт<ая
ртуть), которые взаимодействуют с ферментом по дрУ'
гим участкам, чем те, о которых упоминалось выше, и
таким образом они осуществляют угнетение, которое не
является конкурирующим с субстратом. Однако по/13'
вляющее большинство ингибирующих веществ конкур11'
рует с субстратом за положение на ферменте.
В зависимости от точки присоединения конкурирУ10'
щие ингибиторы могут быть классифицированы с-716'
дующим образом [31]:
1) ингибиторы, которые присоединяются к анион'
ному участку, например холин или вообще все четвеР'
тичные аммониевые соли;
2) ингибиторы, которые присоединяются к эстер33'
ному участку, например диизопропилфторфосфат;
3) ингибиторы, присоединяющиеся к обоим участим
фермента, например неостигмин, физостигмин (эзерйн)-
Можно отметить, что многие из антихолинэстеразРых
вехцеств конкурирующего типа являются в равной степе-
ни сильными ингибиторами как а-, так и (3-холинэстераз-
Необходимо только добавить, что наличие анионного уча‘
стка в p-холинэстеразе подвергалось сомнению [32].
Угнетение холинэстеразы ДФФ
Учитывая большое значение работ по изучению зн"
тихолинэстеразной активности фосфорорганических со'
единений, необходимо более подробно остановиться на
первоначальных исследованиях с ферментами, которые
проводились в Кембридже еще в 1941 г. Принимая в0
внимание тот продолжительный миоз и спазм аккоМ°"
дации, которые отмечались при воздействии очень Н113'
ких концентраций ДФФ, казалось маловероятным, tfT0
механизм действия этих соединений обусловзен
только поражением центральной нервной системы. По-
этому Адриан, Фелдберг и Килби [33] высказали ги'
потезу о местном действии ДФФ на глаза путем прони-
кания его через слизистую оболочку глаза. Это подтйеР"
Антихолинэстёразныё соединения
ждалось тем, что при защите одного глаза от паров
(в низких концентрациях) сужения зрачка в этом глазу
не отмечалось (см. рис. 1). Кроме этого, возникновение
периферического миоза такой большой продолжительно-
сти сразу же наводило на мысль о том, что эти соедине-
ния действуют не прямо на гладкую мускулатуру глаза,
а косвенно, подобно эзерину, а именно путем угнетения
активности холинэстеразы.
Для проверки этого предположения указанные ав-
торы впервые проверили действие фторфосфатов на изо-
лированной кишке кролика. Соединения, которые, по-
добно ацетилхолину, действуют непосредственно на
мышцу, отличаются от тех веществ, которые, подобно
эзерину, угнетают активность холинэстеразы. Прямое
действие препаратов вызывает немедленное, быстро раз-
вивающееся до максимума мышечное сокращение; после
отмывания препарата мышца быстро расслабляется.
Вещества, угнетающие холинэстеразу, вызывают про-
должительное, медленно развивающееся мышечное со-
кращение; после отмывания препарата расслабление
мышцы происходит также очень медленно. При испыта-
нии на изолированной кишке кролика оказалось, что
фторфосфаты действуют подобно эзерину. Так, напри-
мер, сокращение, вызванное диизопропилфторфосфатом,
продолжало сохраняться в течение нескольких часов
после отмывания вещества. Кроме того, действие этих
соединений проверялось также на активности холин-
эстеразы плазмы.
Способность фторфосфатов ингибировать холинэсте-
разу количественно сравнивалась с действием сернокис-
лого эзерина по следующей методике. К ОД мл гепари-
низированной человеческой плазмы добавляли 0,5 мл
раствора, содержащего в различных концентрациях
либо эзерин, либо фторфосфат; смесь выдерживали при
комнатной температуре в течение 10 мин. и затем к ней
добавляли 1 [1г ацетилхолина в 1 мл физиологического
раствора. Через 5 мин. объем смеси при этой же темпе-
ратуре доводили до 10 мл, добавляя физиологический
раствор, содержащий эзерин 1/100 000; последний сразу
же прекращал действие еще не ингибированной холин-
эстеразы. После этого раствор проверяли на содержа-
86
Глава IV. Фторфосфаты
ние ацетилхолина путем использования мышечного пре-
парата прямой кишки лягушки.
Результаты. Было обнаружено, что как диметил-,
так и диизопропилфторфосфат угнетают активность
холинэстеразы плазмы крови человека и их действие
было более сильным, чем действие эзерина. Диизопропил-
фторфосфат обладает более мощным угнетающим хо-
линэстеразу действием, чем диметилфторфосфат. Прово-
дилось точное количественное сравнение действия ДФФ
с действием сернокислого эзерина, В условиях экспери-
мента, проводимого Адрианом, ДФФ в разведении
1/80 млн. обладал примерно таким же антихолинэсте-
разным действием, как сернокислый эзерин в разведе-
нии 1/14,5 млн., т. е. при сравнении их в весовых едини-
цах ДФФ был примерно в 5,5 раза сильнее сернокис-
лого эзерина и примерно в 3 раза активнее при сравне-
нии их в молярных отношениях.
Угнетение холинэстеразы ДФФ
(оценка другим методом)
Одновременно с работой Адриана и его сотрудников
по изучению холинэстеразной активности в Кембридже
проводилась аналогичная работа Диксоном, Маккуор-
том и Уэббом. На этих исследованиях необходимо оста-
новиться несколько подробнее [34].
Опытные образцы холинэстеразы приготовляли из
сыворотки крови лошади по методу Стедман и Стедмана
[35]; активность оценивали по методу Аммона [36]. Рас-
твор фермента в смеси с 0,2%-ным раствором ИаНСОз
(общее количество 3 мл) помещали в правый сосуд ма-
нометра Баркрофта с последующим пропусканием через
сосуды газовой смеси (95% азота и 5% СО2). Реакцию
проводили при 20° и начало реакции определяли с мо-
мента добавления раствора, содержащего 2 мг ацетил-
холинхлорида. За время реакции обычно выделялось
около 100 ул СО2.
Отравляющие вещества. Испытывались фторфос-
фаты, синтезированные группой кембриджских химиков
(стр. 12—19), а также эзерин. Так как фторфосфаты,
хотя и медленно, но гидролизуются водой, исходные
Антихолинэстеразные соединения
87
растворы этих веществ и эзерина приготовляли в моно-
этиловом эфире этиленгликоля, причем ингибитор к этому
растворителю добавляли таким образом, что при до-
бавлении 0,01—0,03 мл раствора к 3 мл ферментно-бу-
ферной смеси в манометрическом сосуде создавалась
Рис. 13. Кривые угнетения холинэстеразы сыво-
ротки крови лошади эзерином и диизопропилфтор-
фосфатом без субстрата при pH 7,4 и 20° [11],
X 5-10—8 М эзерина, О приблизительно 3-10—10 М диизо-'
пропилфторфосфата.
требуемая конечная концентрация отравляющего веще-
ства. Фермент, буфер и вещество выдерживали в мано-
метрическом сосуде при 20° в течение требуемого вре-
мени (J5 мин. при обычном испытании, описываемом
ниже) перед добавлением субстрата.
Оказалось, что активность фермента не снижалась
под влиянием растворителя при инкубировании его в те-
чение нескольких часов без субстрата при 20°.
Результаты. Как показали предварительные экспери-
менты [37], концентрация диизопропилфторфосфата,
равная 10-7 М, угнетала холинэстеразу мгновенно и по-
чти полностью. При более низких концентрациях угне-
тение зависит от продолжительности инкубации.
На рис. 13 приведены кривые угнетения холинэстеразы
диизопропилфторфосфатом и сравнимыми количествами
88
Глава IV. Фторфосфаты
эзерина в зависимости от времени. Действие эзерина
достигает максимума через 5 мин., тогда как угнетение
фторфосфатом вначале протекает менее быстро, но все
время увеличивается и в результате становится более
полным, чем угнетение эзерином. Последнее явление
наводит на мысль, что инактивация фермента носит
скорее всего необратимый характер.
Обратимость. Хорошо известно, что угнетение холин-
эстеразы эзерином может быть полностью обратимо пу-
тем длительного диализа противотоком воды. Для под-
тверждения того, что после ингибирования холинэсте-
разы фторфосфатами реактивация невозможна (табл. 4),
был проведен следующий эксперимент. Раствор фер-
мента (5 мл) подвергали воздействию ингибитора в те-
чение 15 мин. при 38°; после этого 1 мл раствора фер-
мента сразу брали для проверки его активности, а оста-
ток подвергали диализу противотоком воды. В случае
опыта с эзерином диализ продолжали в течение 24 час.,
а в других случаях — 36 час. Оказалось, что связь
между фторфосфорными эфирами и ферментом является
более прочной, чем между эзерином и ферментом.
Таблица 4
ВЛИЯНИЕ ДИАЛИЗА ПРОТИВОТОКОМ ВОДЫ НА АКТИВНОСТЬ
ХОЛИНЭСТЕРАЗЫ ПОСЛЕ ИНГИБИРОВАНИЯ ЕЕ ЭЗЕРИНОМ
И ФТОРФОСФАТАМИ
Ингибитор Концентрация, М Угнетение, %
перед диализом после диализа в течение 24—36 час.
Эзерин 1•10"6 100 . 35
Диэтилфторфосфат .... 4- 10~9 70 76
Диэтилфторфосфат .... 1 -10-8 90 85
Диизопропилфторфосфат . 1 • 10-9 50 50
Влияние концентрации субстрата. В следующих опы-
тах активность холинэстеразы измеряли методом по-
стоянного титрования. Смесь ацетилхолина и холинэсте-
Антихолинэстеразные соединения
разы сыворотки крови лошади (общий объем 10 мл),
содержащую бромтимол синий и 0,0002 М фосфата, тит-
ровали 0,01 н. раствором едкого натра для поддержания
постоянного pH, равного 7,4. Титрование проводили при
20° в течение 10—15 мин. Скорость ферментативного
гидролиза ацетилхолина выражали количеством 0,01 н.
раствора едкого натра, пошедшего на титрование в те-
чение 5 мин.; в условиях эксперимента это количество
было пропорционально концентрации фермента. Перед
тем как добавить субстрат (в 1 мл раствора), ингиби-
тор и фермент смешивали и инкубировали 5 мин. при
20° для завершения реакции между ферментом и инги-
битором.
В условиях этого эксперимента наблюдалась мень-
шая чувствительность фермента к фторфосфату, нежели
при проведении опыта манометрическим методом. При
концентрации ацетилхолина 0,0045 М 50%-ное угнетение
вызывалось концентрацией 2 • 10-7 М эзерина или
3,5 • Ю-8 М диизопропилфторфосфата. При изменении
концентраций субстрата в пределах 0,0004—0,06 М про-
цент угнетения фторфосфатами оставался более или ме-
нее постоянным (в сравнении с тем, который наблю-
дался обычно при подобной концентрации субстрата, но
без ингибитора). С другой стороны, угнетение, вызывае-
мое эзерином, уменьшалось при повышении концентра-
ции ацетилхолина. Различие в действии этих двух инги-
биторов показано при анализе результатов методом
Лайнвивера [38]. Зависимость между скоростью фермен-
тативной реакции v и концентрацией субстрата S может
быть выражена уравнением
1 _ 1 ,
v V УЗ ’
где V — предельная скорость, а Кр — константа эффек-
тивности Михаэлиса. В присутствии «конкурирующего»
обратимого ингибитора величина V постоянна, однако
Кр увеличивается, т. е. сродство фермента к этому суб-
страту уменьшается. При отсутствии конкурирующих
реакций ингибитора и субстрата с ферментом Кр = Км,
однако скорость V уменьшается.
Глава IV, Фторфосфаты
На рис. 14 приведены результаты, полученные при
действии 2'10г7 М эзерина и 5-10~8 М ДФФ. Эзерин
ведет себя как типичный конкурирующий ингибитор, при
этом V постоянна, а для фторфосфата конкуренции
с субстратом не наблюдается.
Рис. 14. Влияние концентрации субстрата
на угнетение холинэстеразы сыворотки крови
лошади [37].
Активность фермента определяли титрованием 0,01 н. NaOH
при pH 7,4 и 20". * контроль без ингибитора; X 2-1O-3, М
эзерина; Q 5Л0—8 М диизопропилфторфосфата.
«Истинная» и «ложная» холинэстеразы. Упомянутые
образцы сыворотки, которые использовались в выше-,
описанных опытах, содержали как «истинную», так и
«ложную» холинэстеразу Менделя и Раднея [39]. Дей-
ствие диизопропилфторфосфата на эти компоненты изу-
чалось раздельно посредством специфических субстра-
тов по способу Менделя, Манделя и Раднея [40], при
этом использовался описанный выше метод титрования.
Фторфосфат (5-Ю8 Л4) после 5-минутной инкубации
с ферментом вызывал 57 %-ное угнетение активности
холинэстеразы по отношению к 0,0045 М ацетилхолину,
30%-ное угнетение по отношению к 0,0005 М ацетил-р-
метилхолину и 40%-ное угнетение — к 0,005 М бензоил-
Антихолинэстеразные соединения
91
холину. Таким образом, в этих экспериментах не про-
явилось заметной разницы в чувствительности «истин-
ной» и «ложной» холинэстераз сыворотки крови лошади
по отношению к фторфосфатам.
Рис. 15. Угнетение холинэстеразы сыворотки крови лошади
различными соединениями.
Инкубирование 15 мин. при 20° перед добавлением 2 мг ацетилхолинхлорида.
1—диизопропил фторфосфат; 2 — ан-emop бутил фторфосфат; 3— эзерин; 4 —дифенил-
фторфосфат; 5 — дитиоэтилфторфосфат; 6 — тетраметилдиамидофторфосфат; 7—ди-
этил-М-метиламидофосфат,
Оценка ингибирующей способности. Для сравнения
ингибирующей способности различных соединений были
созданы стандартные условия для проведения маномет-
рического эксперимента. Строго определенное количе-
ство фермента выдерживали при 20° с различными кон-
центрациями ингибитора в течение 15 мин. перед доба-
влением ацетилхолина. Выделение СОг в первые 10 мин.
использовали для вычисления активности холинэсте-
разы, и путем сравнения с контролем определяли про-
цент ингибирования. На рис. 15 представлены кривые
угнетения ложной холинэстеразы сыворотки крови ло-
шади в зависимости от обратного логарифма молярной
концентрации ингибитора для эзерина и некоторых алкил-
92
Глава IV. Фторфосфаты.
фторфосфатов (при стандартных условиях). В основном
эти кривые имеют S-образную форму, но не все они одина-
ковы, в частности, для изопропил- и втор-бутилфторфос-
фатов они более пологи, чем для других соединений, и,
таким образом, в области ингибирования до 50% эти
эфиры относительно более токсичны, чем можно было
предполагать, исходя из значения р150 (см. ниже).
С целью определения величины ингибирующей спо-
собности по кривой угнетения вычисляли логарифм кон-
центрации, при котором в стандартных условиях наблю-
далось 50%-ное угнетение холинэстеразы. Эту величину
удобно выражать как р15о, т. е. отрицательный лога-
рифм концентрации, вызывающей 50%-ное угнетение.
Значение для испытанных веществ приводится в табл. 5.
Диизопропилфторфосфат является наиболее сильным
ингибитором среди этих соединений: его ингибирующая
способность в 30 раз выше, чем у эзерина. Другие
эфиры с разветвленной цепочкой, например втор-бути-
ловый и 1-метилизоамиловый эфиры, хотя и менее ак-
тивны, чем изопропиловый, тем не менее являются более
активными, чем соединения с неразветвленной цепочкой,
такие, как н-пропиловый, этиловый и метиловый эфиры.
Замена кислорода в диэтилфторфосфате на серу сни-
жает активность такого соединения в 400 раз. Фосфат-
ион и ион фтора сами по себе фактически неактивны.
Они являются также относительно нетоксичными. Итак,
очень высокое сродство фторфосфатов к холинэстеразе
in vitro, особенно у соединений, которые имеют развет-
вленную цепочку в алкоксильных группировках, под-
тверждает, что токсические и миотические свойства
фторфосфатов обусловливаются угнетением холинэсте-
разы в живом организме. Так, например, Блок [41] по-
казал, что при отравлении животных крезилфосфатами,
являющимися ингибиторами холинэстеразы in vitro,
парасимпатомиметические симптомы у отравленных жи-
вотных нарастали параллельно с понижением активно-
сти холинэстеразы и липазы в сыворотке. Кроме этого,
Мазур и Боданский [42] также отмечали корреляцию
между снижением активности холинэстеразы в сыво-
ротке и развитием клинических симптомов у животных,
отравленных фторфосфатами. Полученные в этой работе
Таблица 5
ИНГИБИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА ЭЗЕРИНА, ФТОРФОСФАТОВ И ПОДОБНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ ПО ОТНОШЕНИЮ К ХОЛИНЭСТЕРАЗЕ СЫВОРОТКИ
КРОВИ ЛОШАДИ
(Условия испытаний стандартные; инкубация без субстрата в течение
15 мин. при 20° в бикарбонатном буфере, pH 7,4)
Соединение Молярная концен- трация, вызываю- щая 50%-ное угнете- ние P’«o(-lg А1)
/СН8ч \
>СНО POF 1,3 10“’ 8,9
\сн/ /2
/с2н5ч \ >СНО POF 2,0-10~9 8,7
\ сн/ /2
Г(СН3)2СНСН2, 1
>СНО POF 2,0 10 9 8,7
L сн/ J 2
(CH3CH2CH2O)2POF 5,5 10“’ 8,25
(C2H5O)2POF 8,0 • 10“ 9 8,1
Эзерин а) 4,0-10“* 7,4
(C6H5O)2POF 6,3-10“8 7,2
(СН3О)2 POF 1,0-10“’’ 7,0
(C2H6S)2POF 2,0 • 10“® 5,7
(C2H5O)2PONHCH? 3,0 -10“4 3,5
(СН3)3РО4 1,0 -10~3 3,0
Витамин В| 1,7 • 10“3 2,8
(NH4O)2POF 1,0 -10“2 2,0
NaF 1,0 -10"2 2,0
°) Эзерин (физостигмин) имеет следующее строение:
СН3
I
CH3NH-COO~^-;—С—СН2
I II СН сн,
^/\/ \/
N N
I I
сн, сн3
94
Глава IV. Фторфосфаты
данные о способности фторфосфатов ингибировать
холинэстеразу сыворотки соответствовали данным о сте-
пени развития миоза у кроликов при инстиляции таких
растворов в глаз, хотя и не всегда соблюдались точные
количественные соответствия.
Токсическое действие ДФФ
Выше уже упоминалось о том, что незначительные
концентрации ДФФ вызывали у человека (в частности,
у автора) очень сильный миоз. В действительности же
заметный миоз возникал и при концентрациях намного
более низких, чем те, которые указаны на стр. 12. Так,
например, автор часто отмечал, что при работе с ДФФ
или с другими родственными ему соединениями даже
при соблюдении всех мер предосторожности (работа
в вытяжном шкафу с применением респираторов и т. д.)
незначительные количества этих веществ могли сорби-
роваться одеждой, а их последующая медленная десорб-
ция в течение нескольких часов создавала такие концен-
трации, которые могли вызвать миоз с соответствующим
болевым синдромом. Одновременно с миозом возникают
головные боли, а также боли в глазах с местом их лока-
лизации как бы позади глазного яблока — «позади
глаз», при отсутствии зрачковых рефлексов и при на-
рушении функции зрения.
Концентрация ДФФ 50 лю/.я3 при экспозиции 5 мин.
вызывала гиперемию конъюнктивы, а также ирит с выра-
женной гиперемией сосудов, причем все эти явления
могли сохраняться в течение 24 час., хотя крайне редко
наблюдалось более длительное поражение органов зре-
ния.
Для того чтобы в этих случаях расширить зрачок, а
затем в течение длительного времени сохранять его
в состоянии мидриаза, требуется введение повторных
доз атропина или гоматропина. Хотя после применения
спазмолитиков застойные явления в глазу уменьшались,
однако автор сам часто отмечал повторный паралич
аккомодации и нарушение других функций органов зре-
ния. Короче говоря, несмотря на введение в глаз мид-
Токсическое действие ДФФ 95
риатика, зрение по-прежнему оставалось нарушенным
вследствие расширения зрачка.
Прошло более пятнадцати лет с тех пор, как автор
впервые испытал на себе действие ДФФ и других
подобных соединений, но до сих пор, однако, при миозе
белые поверхности ему кажутся желтыми. Это явление
объясняется как результат изменения в строении хру-
сталика в области оптической оси.
При более высоких концентрациях, чем указано
выше, у животных, помимо миоза, возникает ряд общих
симптомов, а именно: саливация, мышечная слабость,
потеря мышечной координации, одышка, понос, а на ко-
нечных стадиях — остановка дыхания. Отмечается
также сильное сужение бронхиол и, как результат этого,
асфиксия с последующим быстрым наступлением смер-
тельного исхода, при этом дыхание прекращается
раньше, чем наступает остановка сердечной деятельно-
сти. ЬС5о для крыс и мышей при 10-минутной экспози-
ции составляла соответственно 0,36 и 0,44 мг/л.
Воздух, насыщенный ДФФ, при обычной комнатной
температуре содержит около 8 мг/л; в условиях этой
концентрации гибель мышей наблюдается в течение
1 мин. При ингаляционных затравках с экспозицией по-
рядка 5 мин. кролики оказались более устойчивыми по
сравнению с другими животными. Повышенную рези-
стентность кроликов в этих условиях можно объяснить
специфическим строением носа кролика.
При введении вещества другими путями наблюда-
лись те же клинические симптомы, что и при ингаля-
ционных затравках. При внутривенном введении ДФФ
кроликам LD50 составляла 0,5 мг/кг. При подкожном
введении вещества мышам LD50 равна 5 мг/кг. В этих
случаях отмечался также миоз, а при нанесении дозы
1,4 мг/кг непосредственно в глаз кролику быстро насту-
пал смертельный исход.
Фармакологические исследования
Одновременно с работами британских ученых появи-
лось большое число научных исследований по этому во-
просу, проведенных другими авторами.
&
Г лава IV. ФторфосфатЫ
В связи с этим можно сослаться на работы Гробба,
Лилиенталя, Гарвея и Джонса [43]. При однократном
внутримышечном введении ДФФ человеку в дозе 3,0—,
10,5 мг 0,1%-ного раствора в арахисовом масле1) или
же при внутриартериальном введении в дозах 0,5—2,0
0,1%-ного водного раствора2) наблюдалось выражен-
ное угнетение активности холинэстеразы плазмы в ин-
тервале 5—35% от первоначальной величины, при этом
Рис. 16.
/ — холинэстераза эритроцитов; 2 — холинэстераза плазмы.
активность холинэстеразы эритроцитов снижалась- до
величины в интервале 65—95%. Максимальное угнете-
ние холинэстеразы плазмы при этом наблюдалось в те-
чение первого часа после введения, в то же время ак-
тивность холинэстеразы эритроцитов снижалась более
медленно и максимальное угнетение наблюдалось через
24 часа после введения вещества (рис. 16).
Ежедневное внутримышечное введение человеку
ДФФ в дозах 0,5—2,3 мг вызывало более длительное
снижение активности холинэстеразы плазмы в пределах
5—20% от первоначальной величины; наблюдалось
*) Устойчив в течение 1 года.
2) Гидролиз наполовину протекает в течение 16 час.
Токсическое действие ДФФ
9?
также прогрессирующее медленное снижение активно-
сти холинэстеразы эритроцитов. Вскоре после прекра-
щения введения ДФФ активность холинэстеразы плазмы
начинала возрастать (уже через 4 часа), в то время как
активность холинэстеразы эритроцитов не возрастала
даже после 24 час., причем скорость повышения актив-
ности была значительно меньше и характеризовалась
постоянной величиной, равной приблизительно 1,2%
в сутки (от первоначальной величины). Эта величина
совпадает со скоростью эритропоэза и указывает на то,
что восстановление активности холинэстеразы эритроци-
тов обусловливается образованием новых эритроцитов.
Интересно отметить, что у тех людей, у которых число
ретикулоцитов вообще снижено (против нормы), отме-
чалась соответственно более низкая скорость восстано-
вления холинэстеразы эритроцитов и наоборот. Ско-
рость восстановления угнетенной холинэстеразы плазмы
совпадала со скоростью обновления белков плазмы, что
было доказано на экспериментальных животных с по-
мощью плазмофореза [44].
При ежедневном внутримышечном введении ДФФ
в указанных выше дозах в течение 5 дней у людей воз-
никали мускарино- и никотиноподобные симптомы пора-
жения, характерные для холинэргических веществ.
Кроме этого, отмечалось также действие и на централь-
ную нервную систему. Мускариноподобное действие
характеризовалось появлением желудочно-кишечных
симптомов, например отсутствием аппетита, тошнотой,
спазматическими болями в животе, рвотой и поносами.
Отмечалось также нарушение функций других органов:
наблюдалась повышенная потливость (потовыежелезы),
повышенная саливация (слюнные железы), миоз
(зрачок), нарушение зрения (цилиарное тело), бронхо-
спазм (легкие), частые позывы к мочеиспусканию (мо-
чевой пузырь), небольшая брадикардия (сердце).
Никотиноподобное действие на скелетную мускула-
туру проявилось в виде фасцикуляции и снижения мы-
шечной силы (только не у миастеников) !), в повышении
’) О применении ДФФ при злокачественной миастении см.
стр. 254.
7 Зак. 1703.
08
Глава /V. Фторфосфаты
мышечной силы (исключительно у миастеников) и в мы-
шечных судорогах. Действие на центральную нервную
систему проявлялось в появлении кошмарных снрвиде-
ний, бессонницы и головных болей.
Согласно исследованиям Гробба и других авторов,
применение атропина в этих случаях в заметной степени
снижало мускариноподобные симптомы, вызванные
действием ДФФ, и в некоторой степени симптомы пора-
жения центральной нервной системы, но не снимало ни-
котиноподобных симптомов.
Обобщая характеристику действия ДФФ, вышеука-
занные исследователи отмечают, что симптомы, вызван-
ные введением в организм ДФФ, связаны с угнетением
холинэстеразных ферментов тканей и что эти симптомы
непосредственно не связаны с понижением холинэсте-
разной активности плазмы и эритроцитов. Комроэ, Тодд
и Келле [45] также изучали действие ДФФ на человека
путем внутримышечного введения 2—3 мг вещества.
Наиболее выраженные симптомы характеризовались
желудочно-кишечными расстройствами в виде тошноты,
отрыжки, отсутствия аппетита, рвоты, поноса, спазмати-
ческих болей в животе. Менее часто имели место
жалобы на симптомы, связанные с поражением цен-
тральной нервной системы, а именно: на головокруже-
ние, общую дрожь, слабость, кошмарные сновидения.
У некоторых отмечалось повышенное мочеотделение, что
несомненно связано с раздражением парасимпатической
системы.
В отличие от неостигмина ’) ДФФ вызывает более
выраженное побочное действие общего характера, и по-
ражение поэтому продолжает развиваться, несмотря на
введение атропина (0,01 а). При исследовании других
органов не наблюдалось изменений со стороны печени,
почек или гемопоэтической функции, которые приписы-
ваются ДФФ. Астма является противопоказанием для
) Неостигминметасульфат имеет следующее строение:
~ N (СН3)3
J^J-O-CO-N (СН3)2
CH3SO4"
Токсическое действие ДФФ
99
применения ДФФ. Таким образом, можно считать, что
в терапевтической дозе ДФФ является относительно
безопасным медикаментом [46].
Действие ДФФ на глаз. Леопольд и Комроэ [47], рас-
ширяя первоначальные исследования британских авто-
ров (стр. 12 и 64), описали действие ДФФ на здоровый
глаз. Они также отмечали длительный миоз, продолжав-
шийся до 3 недель, и спазм цилиарной мышцы, продол-
жавшийся в течение 3—7 дней. При этом обычно наблю-
далось снижение внутриглазного давления, хотя в неко-
торых случаях этому снижению может предшествовать
небольшой подъем. Это влияние на внутриглазное давле-
ние наблюдается более длительное время, чем йиотиче-
ское действие; так, например, 0,1%-ный раствор ДФФ
вызывает более выраженное и продолжительное сниже-
ние внутриглазного давления, чем 1%-ный раствор эзе-
рина и 5%-ный раствор неостигминбромида. После уда-
ления цилиарного ганглия ДФФ не вызывает миоза, что
и следовало предполагать в отношении этого вещества,
так как действие его связано с ингибированием холин-
эстеразы. Это в свою очередь указывает на то, что ДФФ
не действует прямым путем на мышцу радужки. Еще
в 1905 г. Андерсен показал [48], что после удаления
цилиарного ганглия эзерин также не вызывал миоза.
Расширение зрачка, вызванное действием атропина,
легко снимается путем введения ДФФ в глаз.
Леопольд и Комроэ [49], изучая применение 0,05-,
0,1- и 0,2%-ных растворов ДФФ в арахисовом масле
при глаукоме, обнаружили, что в тех случаях, когда эзе-
рин был неэффективен, улучшение наступало быстро
при введении в конъюнктивальный мешок 0,1 %-ного рас-
твора ДФФ. Однако действие ДФФ на глаукоматозный
глаз при этом продолжается около 12 час. в отличие от
действия ДФФ па нормальный глаз, которое продол-
жается около 12 дней. То, что у больных с повышенным
внутриглазным давлением действие ДФФ непродолжи-
тельно, дает основание предполагать, что при глаукоме,
возможно, имеет место нарушение ацетил холинэстераз-
ного метаболизма. Однако во время лечения могут воз-
никать определенные побочные явления, такие, как
7*
100
Глава IV. Фторфосфаты
цилиарный спазм и головная боль, которые могут вызы-
вать беспокойство у пациентов.
Другие исследования. Уилсон [50], изучая действие
ДФФ при злокачественной миастении, обнаружил, что
введение ДФФ позволяло снизить у одного пациента не-
обходимую терапевтическую дозу простигмина (после
3-недельного ежедневного применения ДФФ доза сни-
жалась с 2 до 0,2 мг). Другой больной после проведения
курса с применением только одного ДФФ тоже смог вы-
полнить мышечную нагрузку без чрезмерной усталости,
Раунтри, Неви и Уилсон изучали действие ДФФ при
шизофрении и маниакально-депрессивном психозе [51].
ДФФ в растворе в ореховом масле вводился внутримы-
шечно 17 больным, страдавшим шизофренией, и 9 па-
циентам с маниакально-депрессивным психозом. Дан-
ные, полученные этими авторами, показывают, что ДФФ
может представлять терапевтическую ценность при ле-
чении некоторых форм психических заболеваний, если
его давать в небольших повторных дозах и по мере
улучшения эти дозы постепенно уменьшать.
Изучалась скорость восстановления активности хо-
линэстеразы сыворотки у здоровых людей при внутри-
мышечном введении ДФФ [52]. Кроме того, проведены
исследования скорости восстановления холинэстеразы
сыворотки после введения ДФФ у пациентов с нарушен-
ной функцией печени. В результате оказалось, что ско-
рость восстановления холинэстеразы плазмы пациентов,
страдающих нарушением функции печени, была значи-
тельно ниже, чем у здоровых людей.
Как будет показано ниже, ДФФ подвергается быст-
рому разрушению in vitro и in vivo [53]. Поэтому вос-
становление активности холинэстеразы плазмы не обу-
словлено реактивацией угнетенного фермента, а указы-
вает на синтез новых специфических белков. Исходя из
того, что скорость восстановления холинэстеразы сыво-
ротки у пациентов с нарушенной функцией печени зна-
чительно ниже, чем у здоровых людей, можно сделать
вывод, что способность таких больных к синтезу этого
специфического белка снижена. Такое заключение под-
тверждает точку зрения, что печень является важней-
шим местом образования холинэстеразы сыворотки.
Ферментативное разложение ДФФ
101
Более подробно о применении ДФФ будет изложено
ниже (стр. 252—260), после рассмотрения некоторых
родственных соединений.
Ферментативное разложение ДФФ
Было показано, что ДФФ подвергается гидролизу
при помощи термолабильного вещества, которое не под-
вергается диализу и находится в плазме и различных
тканях кролика и человека. Разложение протекает со-
гласно реакции
С3Н?О X).
с3н7о/ F
+ HF
Фермент, катализирующий эту реакцию, не взаимодей-
ствует с фторидами и не относится к фосфатазе, холин-
эстеразе или эстеразе [53].
Эта реакция играет важную роль в детоксикации ве-
щества в печени, так как последняя характеризуется
относительно высоким содержанием этого фермента и
играет главную роль в разрушении ДФФ в организме.
Моунтер с сотрудниками (54] назвал этот фермент,
осуществляющий гидролиз ДФФ, диалкилфторфосфата-
зой (ДФФ-аза). Им было показано, что ДФФ-аза сви-
ной почки активируется ионами кобальта и марганца.
В присутствии Мп2+ ДФФ-аза в большей степени акти-
вируется цистеином, гистидином, тиолгистидином, сери-
ном, гистамином и 2, 2/-дипиридилом. Вещества, всту-
пающие в реакцию с ионами металлов, группами SH и
карбонильными группами, угнетают активность ДФФ-
азы. В настоящее время исследование этих механизмов
продолжается [55]. В связи с этим следует обратить
внимание на то, что неферментативный гидролиз ДФФ
также ускоряется тяжелыми металлами- и их компле-
ксами, например медными хелатными комплексами эти-
лепдпамина, о-фенантролина, 2,2/-дипиридила и гисти-
itinia [56].
102
Глава /V. Фторфосфаты
Радиоактивный ДФФ
Ранее уже неоднократно упоминалось о высокой ан-
тихолинэстеразной активности ДФФ (стр. 84). Так,
например, ДФФ действует на ложную холинэстеразу
в концентрации меньшей, чем 10 " М. Для того чтобы
изучить характер взаимодействия ДФФ с эстеразами
[57], был синтезирован радиоактивный ДФФ, содержа-
щий Р32 [58]. Ниже описывается способ получения ДФФ
непосредственно из фосфора; по количеству получае-
мого продукта этот способ для удобства можно назвать
«однограммовым».
Следует также учесть, что прямой способ получения
радиоактивного диизопропилфторфосфата обладает пре-
имуществами по сравнению с методом Виттена и Мил-
лера, по которому получение ДФФ начинается с радио-
активного кислого фосфорнокислого калия [59].
Из радиоактивного фосфора Р32 (около 1 а) был по-
лучен треххлористый фосфор. При проведении этой
реакции в небольшом масштабе встретились значитель-
ные и непредвиденные трудности, наиболее серьезные из
которых состояли в легком образовании в процессе
реакции пятихлористого фосфора. (Все описания полу-
чения треххлористого фосфора основываются на исполь-
зовании приблизительно 200 г фосфора [60].) Эта
побочная реакция, приводившая к образованию пятихло-
ристого фосфора, была устранена рациональной кон-
струкцией аппарата и соблюдением правильной после-
довательности операций.
Из радиоактивного треххлористого фосфора был по-
лучен диизопропилфторфосфит, а затем через хлорфос-
фат был синтезирован фторфосфат. По существу, реак-
ции осуществлялись в соответствии со схемой, описан-
ной на стр. 17, хотя и имелись некоторые существен-
ные изменения в аппаратуре и технике проведения, что
объяснялось а) малыми количествами исходных ве-
ществ и б) летучестью радиоактивных промежуточных
и конечных продуктов. .
Аппаратура, показанная на рис, 17, была смонтиро-
вана в вытяжном шкафу, снабженном сильным венти-
лятором.
Радиоактивный ДФФ
103
1. Трубка 1 предназначена для подачи сухого хлора
и сухого азота.
2. Сосуд 2 содержит фосфор и треххлористый фос-
фор.
3. Нижний конец трубки 1 едва касается поверхно-
сти смеси Р—PClg.
4. Спиральный холодильник 3 сделан из свинцовой
трубки.
5. Сосуд 5 представляет собой сборник продукта.
Чеоез игольчатый клапан треххлористый фосфор по
каплям может поступать в реакционную колбу 6
Изопропиловый спирт, '
ССЪц,стеклянная вата
Рис. 17.
6. Во время всего эксперимента ловушка 7 охла-
ждается жидким воздухом для предотвращения утечки
из аппаратуры фосфорсодержащих веществ.
7. Ловушка 8 используется для того, чтобы не допу- -
стить попадания воды из сосуда 9 в сосуд 7.
8. При прохождении отходящего газа через сосуд 9
фосфорорганические соединения растворяются в воде.
Получение треххлористого фосфора. В сосуд б поме-
щали изопропиловый спирт (10 мл), четыреххлористый
углерод (5 мл) и стеклянную вату. Краны между сосу-
дами 4 и 5 и между сосудами 7 и 8 открывали, сосуды 7
и 4 охлаждали жидким воздухом. В сосуд 2 помещали
радиоактивный фосфор (1 а) и затем к нему добавляли
нсрадиоактивный треххлористый фосфор (1 мл). Затем
сосуд 2 закрепляли в определенном положении и дно
io4
Глава IV. Фторфосфаты
сосуда нагревали так, чтобы треххлористый фосфор
слабо кипел. Затем медленно пропускали через впуск-
ную трубку 1 ток сухого хлора до тех пор, пока почти
весь фосфор не вступал в реакцию. Если скорость по-
дачи хлора была слишком высокой, фосфор окраши-
вался в красный цвет и при этом образовывался пяти-
хлористый фосфор. Однако если хлор поступал слиш-
ком медленно, то реакция протекала очень долго.
Затем воду, проходящую через холодильник 3, пере-
крывали и вместо хлора начинали пропускать азот. Это
позволяло переносить треххлористый фосфор со струей
азота в сосуд 4. Следующая стадия состояла в переносе
треххлористого фосфора из сосуда 4 в градуированный
сосуд 5; последний охлаждали жидким воздухом, в то
время как сосуд 4 осторожно нагревали. После завер-
шения переноса температуру повышали до комнатной
и по шкале замеряли количество полученного треххло-
ристого фосфора. Выход составлял около 90%.
Диизопропилфторфосфат. Стержень в сосуде 5 под-
нимали, и треххлористый фосфор по каплям медленно
поступал в сосуд б, который затем отсоединяли от аппа-
ратуры. Центральный отросток сосуда 6 присоединяли
к концу газоподводящей трубки, а боковой отросток
снабжали обратным холодильником. Верх холодильника
затем соединяли с газоотмывной системой, по конструк-
ции подобной ловушке 8 и сосуду 9. После пропускания
хлора через жидкость пропускали азот; во время пропу-
скания хлора сосуд 6 охлаждали ледяной водой. На
этой стадии жидкость была желтовато-зеленого' цвета.
Позже через жидкость вновь пропускали азот с целью
удаления хлористого водорода и избытка хлора. Затем
газоподводящую трубку заменяли ртутным затвором
с мешалкой и в сосуд 6 помещали сухой фтористый нат-
рий (15 а). Смесь нагревали с обратным холодильником
при энергичном перемешивании. После охлаждения
смеси четыреххлористый углерод отгоняли в вакууме, а
оставшийся диизопропилфторфосфат перегоняли; т. кип.
63—66°/14 мм.
Результаты. Были использованы 1 г фосфора и 1 мл
треххлористого фосфора; получено 5,5 г (62%) динзо^
пропилфторфосфата. Продукт содержал 98,5°4 ДФФ.
Радиоактивный ДФФ
105
(по данным анализа 50 мг продукта на фтор) (см.
стр. 270). (При недостаточном перемешивании продукт
содержал меньшее количество диизопропилфторфосфата.)
Используемый радиоактивный фосфор имел актив-
ность 28 000 импульс!мин/мг (коэффициент счетности
около 1%, т. е. удельная активность около 1 мкюри/г),
тогда как радиоактивный диизопропилфторфосфат
имел активность 2200 импульс/мин/мг (приведено к ну-
левому времени1).
Реакция эстераз с радиоактивным
диизопропилфторфосфатом
На основании кинетических измерений предполага-
лось [61], что фторфосфаты угнетают эстеразы благо-
даря высоко специфическому сродству их к активным
центрам этой группы ферментов. Данные предваритель-
ных экспериментов Боурснеля и Уэбба [62] с диизопро-
пилфторфосфатом, содержащим Р32, хорошо соответ-
ствовали этой точке зрения. Указанные сотрудники в
качестве фермента использовали холинэстеразу, получен-
ную из сыворотки крови лошади, и эстеразу из печени
лошади. Параллельные эксперименты проводили с два-
жды перекристаллизованным яичным белком и со ста-
рой диализованной лошадиной сывороткой, эстеразная
активность которой была незначительной.
В каждом случае реакции проводили с 0,1%-ным
раствором белка в фосфатном буфере (pH 6,8), к кото-
рому добавляли радиоактивный фторфосфат в виде кон-
центрированнного раствора в абсолютном этаноле. По
окончании реакции продукт диализовали в течение
20 час. противотоком воды и осаждали при 0° путем до-
бавления двух объемов ацетона. Осадок отделяли цен-
трифугированием, промывали при —5° этанолом и эфи-
ром и сушили на воздухе или над серной кислотой.
Степень радиоактивности определяли сравнением образ-
цов сухого порошка весом 25—50 мг с определенным
количеством (около 1 мг) фторфосфата, подвергнутого
*) Под нулевым временем понимают время начала реакции.—
Прим. ред.
106
Глава IV. Фторфосфаты
предварительному гидролизу 1 н. раствором едкого на-
тра и затем нейтрализованного и высушенного (табл..6).
В каждом опыте условия реакции с холинэстеразой и
эстеразой были такими, чтобы активность фермента сни-
жалась более чем на 98%.
Таблица 6
Белок Конечная мо- лярная концен- трация актив- ного фторфосфата Время реакции при 18° Количество радиоактивного фосфора, свя- занного 105 г белка, г-атоМ
Холинэстераза сыворотки кро-
ви лошади 2-10 6 30 мин. 0,5
Старая диализованная сыво-
ротка крови лошади .... 2-10 6 30 » 0,0
Яичный белок 2•10~6 30 » 0,0
Эстераза печени лошади . . . 1•10-4 2 часа 0,8
Эстераза печени, подвергну-
тая нагреванию 1 • 10 4 2 э 0,0
Старая диализованная сыворо-
тка крови лошади 1-10 4 2 » 0,0
Яичный белок 1 • 10-4 2 » 0,0
С эстеразой, предварительно денатурированной на-
греванием в течение 10 мин. при 85°, реакции не наблю-
далось. Потери радиоактивности не было ни при денату-
рации эстеразы, которая обрабатывалась радиоактивным
фторфосфатом в указанных условиях, ни при про-
должительной экстракции сухого фермента при 0° орга-
ническими растворителями. Трудно сделать какие-либо
стехиометрические выводы из вышеописанных резуль-
татов работы вследствие неоднородности ферментных
препаратов; но если принять во внимание, что степень
очистки эстераз была равна 80%, то эти результаты
показывают, что при полном угнетении фермента
1 моль фторфосфата реагирует с 96 000 г эстеразы. По-
лученная таким путем величина согласуется с данными,
полученными Янсеном, Наттингом и Болсом [63] для.
кристаллического химотрипсина !),
') О природе химотрипсина см. стр. 242
Связь между химической структурой и токсич. свойствами 107
Связь между химической структурой
и токсическими свойствами эфиров
фторфосфорной кислоты
Автором было установлено, что токсическое и мис-
тическое действие диизопропилфторфосфата (XI) на-
много выше, чем ди-н-пропилфторфосфата. В сообщении
№ 6 по фторфосфонатам Министерству снабжения опи-
сывалось получение ди-втор-бутилфторфосфата (XII)
«методом кислого фосфита» (стр, 18). Соединение ока-
залось очень токсичным и вызывало сильный миоз у че-
ловека и у животных. Симптомы поражения во время и
после затравки были такими же, как при действии диизо-
пропилфторфосфата. LCgo ди-втор-бутилфторфосфата для
мышей составила 0,6 мг!л с последующей гибелью Живот-
ных в течение 2 час,; при LCso, равной 0,54 мг/л, гибель
наступала в течение 48 час. Четверо сотрудников под-
верглись в течение 5 мин. воздействию этого вещества
в концентрации 1 часть на 106. При этом отмечалось
чувство давления в груди1). Приблизительно через
5 мин. после выхода из камеры возникал миоз, который
постепенно становился все более интенсивным и приво-
дил к выраженной потере трудоспособности в течение
5 дней вследствие нарушения зрения. В одном случае,
помимо мистического действия, отмечались тошнота и
понос [64].
Как ранее отмечалось, ди-«-бутилфторфосфат яв-
ляется соединением с низкой токсичностью и незначи-
тельным миотическим действием. Казалось интересным
решить вопрос о том, связана ли высокая токсичность
подобных соединений с наличием разветвления алкиль-
ной цепи рядом с атомом кислорода или на нее влияют
также разветвления на конце цепи. С этой целью при
*) Диизопропилфторфосфат в концентрации 1 часть иа 10 млн.
вызывал очень незначительное раздражение органов чувств. Если
учесть, что запах его практически не обнаруживается, то это озна-
чает, что, как правило, будут отсутствовать соответствующие
признаки для применения противогаза. Воздействие такой же кон-
центрации вызывает сильный миоз, который продолжается несколько
дней и приводит к значительной потере трудоспособности.
108 Глава IV. Фторфосфаты
-----;--------------------------------------г—--------
помощи метода кислого фосфита был синтезирован ди-
изоамилфторфосфат (XIII), и оказалось, что он обла-
дает низкой токсичностью и не вызывает миоза. Наи-
более интересный результат был получен при испытании
вещества, являющегося производным соединения XIII,
в котором у первого атома углерода имеется метильная
группа. Это новое соединение, ди-(1,3-диметил-н-бутил)-
фторфосфат (XIV), оказалось высоко токсичным с выра-
женным миотическим действием. При 10-минутной за-
травке животных при концентрации 1,2 мг]л наблюда-
лась гибель 3 крыс из 3 взятых в опыт, 10 мышей из 10
и отсутствие гибели 4 морских свинок из 4, входящих
в эту группу.
РОГ [ОСН (СН3)2]2 POF [О-СН (СН3) (С2Н5)]2
XI XII
POF [ОСН2СН2СН (СН3)2]2
хш
POF [ОСН (СНз)—СН2СН (СН3)2]2
XIV
Ди-(1-карбэтоксиэтил)-фторфосфат (XV) был легко
получен путем действия фтористого натрия на соответ-
ствующий хлорфосфат [синтезированный из кислого ди-
(1-карбэтоксиэтил)-фосфита, который в свою очередь
был получен путем действия треххлористого фосфора на
этиллактат]. Хотя соединение XV содержало вторичные
группировки, оно оказалось относительно нетоксичным
и вызывало лишь слабый миоз у кроликов и морских
свинок.
Принимая во внимание высокую токсичность и отчет-
ливо выраженное мистическое действие диизопропил-
фторфосфата, особый интерес представлял ди-(1,3-ди-
хлоризопропил) -фторфосфат (XVI). Это соединение
было получено из 1, 3-дихлоргидрина и треххлори-
стого фосфора и обладало слабым миотическим дей-
ствием и низкой токсичностью. Ди-(1-этилпропил)-
фторфосфат (XVII), полученный из треххлористого фос-
фора и соответствующего спирта, в концентрации
1/10 000 (1,07 мг!л) вызывал сужение зрачка у кроликов
и морских свинок. Вещество (т. кип. 98°/2 juju) при рас-
Связь между химической структурой и токсич. свойствами 109
пылении Образует туман. Несмотря на наличие вторич-
ных группировок токсичность была низкой, и только
13 небольших животных из 23, взятых в опыт, погибло
после воздействия вещества в вышеупомянутой концен-
трации. Таким образом, становилось очевидным, что
если метильные группы заменить на этильные, то ток-
сичность снижается в этом классе соединений в следую-
щем порядке: XI, XII, XVII.
POF [ОСН (СН3)—СО2 (С2Н5)]2 POF [ОСН (СН2С1)2]2
XV XVI
POF [ОСН (С2Н5)2]2 Р (ОН) (ОСН2—СН2С1)г
XVII XVIII
Как ранее отмечалось (стр. 75), ди-(2-хлорэтил)-
фторфосфат можно получить действием фтордихлор-
окиси фосфора на этиленхлоргидрин. Кроме того, его
можно также получить путем фторирования ди-(2-хлор-
этил)-хлорфосфата, а ди-(2-хлорэтокси)-хлорфосфат
можно в свою очередь синтезировать из ди-(2-хлор-
этил)-фосфита (XVIII), а последний — путем действия
треххлористого фосфора на этиленхлоргидрин. Это ча-
стичное фторирование успешно осуществлялось при по-
мощи фтористого натрия, хотя выход продукта был не-
высоким. Атомы хлора в 2-хлорэтильных группах в этих
случаях в реакцию не вступали. Этот факт, как следует
из наблюдений Сондерса и Стеси (стр. 24), является
исключением, так как этиленхлоргидрин фторировался
только фтористым калием под давлением и во вращаю-
щемся автоклаве, в то время как реакция с фтористым
натрием была сильно затруднена [65].
Обсуждение результатов. Исследование описанных
выше соединений показывает, что токсические и мисти-
ческие свойства фосфорорганических соединений общей
формулы POX(OCHRR')2 зависят от природы X, R и R'.
Если в этом «особом типе» *) молекулы X = фтор, то
соединение приобретает высокие токсические и миотиче-
*) Как мы увидим позже (стр. 244), токсичность зависит, веро-
ятно, от наличия ангидридной структуры, например Р—F, Р—О—Р,
Р—О—СбН4ХОа и т. д. Однако Р—Cl-соединенне нетоксично.
Но
Глава /V. Фторфосфаты
ские свойства. В то же время мистическое действие от-
сутствует и токсичность соединения резко пд'дает, если
X = Н, С2Н5) ОСН2СН2С1, OCH2CH2F, Cl, nh2,
NH(CH3), NH(C6H5), CH2F, CH2CH2F, CN, SCN или
остаток морфолина. (Более подробно см. ниже,
стр. 112.)
Если в молекуле Х=фтор, то при наличии вторичной
группировки мистические и токсические свойства еще бо-
лее возрастают [например, R = Rz = СН3; R = СН3, R' =
= С2Н5; RRZ=циклогексил; R-CH3, Rz= СН2СН (СН3) 2].
Кроме того (в нециклических соединениях), если R и R'
являются незамещенными углеводородными радика-
лами, то токсические свойства соединения повышаются
[например, если R = СН3 и R'= СО2(С2Н5), то соеди-
нение обладает слабой токсичностью]. Точно так же мис-
тические и токсические свойства понижаются, если
R = Rz = СН2С1. Для незамещенных (нециклических)
вторичных радикалов наибольшая токсичность, по-види-
мому, будет у соединений тогда, когда по меньшей
мере одна группировка будет метилом; например, ток-
сичность значительно снижается, если R = Rz = С2Н5.
Вновь возвращаясь к первичным фторфосфатам
(Rz = Н), следует отметить, что если R представляет со-
бой замещенный радикал, например в ди-(2-хлорэтил) -
фторфосфатах, то токсические и мистические свойства
становятся намного ниже по сравнению с незамещен-
ными диэтилфторфосфатами. В ароматическом ряду
токсичность этих соединений становится также очень
низкой; так, например, дифенилфторфосфат нетоксичен
и лишен миотических свойств. Подобные замечания
применимы к некоторым серусодержащим производным,
например к диэтиловому эфиру фторангидрида тиофос-
форной кислоты POF[S (С2Н5)]2 (получение см. на
стр. 76).
Другие соединения, родственные фторфосфатам
В предыдущих разделах кратко упоминалось о неко-
торых соединениях, родственных фторфосфатам; в на-
стоящем разделе приводится более подробное их описа-
ние.
Другие соединения, родственные фторфосфатам 111
ДиэтиЛфосфортиоцианат был легко получен реак-
цией тиоцианата калия с диэтилхлорфосфатом:
(С2Н5)2 РО3С1 + KSCN —> (С2Н5)2 PO3SCN + КС1.
Соединение оказалось относительно нетоксичным [66].
Газообразный аммиак при 0° реагировал с хлорфос-
фатом, образуя твердый диэтиламидофосфат в соот-
ветствии с уравнением:
(С2Н5)2 РО3С1 + 2NH3 —> (С2Н5)2 PO3NH2 + NH4C1.
Подобным же образом газообразный метиламин давал
диэтилметиламидофосфат (С2Н5) 2PO3NH (СН3), который
оказался, однако, жидкостью. Это соединение не ацили-
ровалось смесью уксусной кислоты и уксусного анги-
дрида, а также не вступало в реакцию ни с м-толуол-
сульфохлоридом, ни с окисью этилена. На стр. 66 опи-
сан диэтилфениламидофосфат, а также метод его полу-
чения и свойства; аналогичным способом был получен
диэтилморфолинофосфат. Амидофосфат, метиламидо-
фосфат и фениламидофосфат не обладали ни токсиче-
скими, ни мистическими свойствами.
Казалось важным решить вопрос, важна ли непо-
средственная связь атома фтора с фосфором или же эта
связь может осуществляться через промежуточное
звено. С этой целью токсичный ди-втор-бутилфторфос-
фат обрабатывали диазометаном1), в результате чего
было получено соединение, которое представляло собой
ди-втор-бутилфторметилфосфонат (XIX). В отличие от
исходного фторфосфата фторметилфосфонат был лишь
слабо токсичным соединением и вызывал малозаметный
миоз. [Можно отметить, что из тионилхлорида и фосгена
с помощью диазометана были соответственно получены
бис- (хлорметил) -сульфоксид и S-дихлорацетон.]
/ОСН (СН3) (С2Н5)
О=Р-ОСН (СНз) (С2Н5)
^CHaF
XIX
*) Наилучшие результаты получены тогда, когда эфир был
недостаточно очищенным; это объясняется, безусловно, каталитиче-
ским действием примесей (см. стр. 211).
112
Глава IV. Фторфосфаты
Обсуждение соединений, содержащих группу
>PCH2CH2F, приведено ниже, после рассмотрения
реакции Арбузова (стр. 127).
С целью дальнейшего изучения связи между струк-
турой и токсичностью было проведено присоединение
2-хлорэтильной группы к фосфору через кислород (эта
группа часто является активным токсофором). В отсут-
ствие третичного основания реакция между этиленхлор-
гидрином и диэтилхлорфосфатом не протекала, однако
в присутствии пиридина, который связывал образую-
щийся хлористый водород, реакция протекала гладко
при 0° с хорошим выходом диэтил-2-хлорэтилфосфата
О=Р (ОС2Н5)2—О—СН2—СН2С1
XX
Соединение оказалось нетоксичным и лишенным мисти-
ческих свойств. Аналогичным образом из 2-фторэтило-
вого спирта был получен фторированный аналог соеди-
нения XX —- диэтил-2-фторэтилфосфат.
При действии фтористого натрия на соответствую-
щий дихлорфосфат был получен этилдифторфосфат
(XXI); в отличие от диэтилфторфосфата это соединение
быстро гидролизовалось холодной водой. При действии
спирта соединение XXI превращалось во фторфосфат:
O=PF2—ОС2Н5 + С2Н5ОН —> O=PF (ОС2Н6)2 + HF
XXI
Этилдифторфосфат в концентрации 0,88 мг)л (т. е.
1/5000) при экспозиции 10 мин. вызывал у мышей,
крыс, кроликов и морских свинок раздражение глаз и
носа с явлением слезотечения, выделением слизи из носа
и выделением слюны. Через 4 мин. после затравки у мы-
шей и некоторых крыс развивалась одышка, однако ги-
бели животных не наблюдалось. При воздействии
соответствующей концентрации этилдихлорфосфа га
(1,46 мг/л, т. е. 1/5000) у подопытных животных отмеча^
лись подобные симптомы с последующим полным выздо-
ровлением.
Как уже ранее было показано [67], многие триэтил-
свинцовые соли обладают раздражающим действием.
Другие соединения, родственные фторфосфатам 113
Поэтому с целью «комбинирования» раздражающего
действия триэтилсвинцовых солей с мистическим дей-
ствием фторфосфатов был синтезирован бис- (триэтил-
свинец)-фторфосфат О = РР[ОРЬ(С2Н3)з]2. Это соедине-
ние представляло собой твердое вещество с выраженным
раздражающим действием. Так, например, человек не в
состоянии выдержать действие этого соединения в кон-
центрации 1 часть на 10 млн. Даже при концентрации
1 часть на 10* 8 все же отмечалось раздражающее дей-
ствие. При изучении миотических свойств оказалось, что
даже при воздействии концентрации 1 часть на
10 млн. миоз у человека не наблюдался. Проверка
влияния на человека более высоких концентраций не
проводилась вследствие чрезвычайно сильного раздра-
жающего действия этого вещества.
При действии N, N'-диметил-п-фенилендиамина на
диэтилхлорфосфат был легко получен диэтил-л-диметил-
аминофениламидофосфат [68], который представляет со-
бой бесцветное кристаллическое твердое вещество.
Близкая к этому соединению фениламидофосфорная
кислота PO(NHCsH5) (ОН)2 была легко получена гидро-
генолизом дибензилфениламидофосфата [69]. При по-
пытке получить дибензил-л-диметиламинофениламидо-
фосфат действием П.Ы'-диметил-п-фенилендиамина на
дибензилхлорфосфат было получено маслянистое веще-
ство. Однако при применении смеси амина, дибензил-
фосфита и трихлорбромметана был получен с хорошим
выходом дибензил-п-диметил аминофенил амидофосфат
[70] *). Это соединение представляло собой кристалличе-
ское твердое вещество, которое при действии на кожу
вызывало сильный дерматит и раздражение, причем
раздражение развивалась медленно и иногда продолжа-
лось в течение нескольких недель.
Диалкилфторфосфиты
Мистические, токсические и другие физиологические
свойства диалкилфторфосфатов POF(OR)2 достаточно
подробно описаны на стр. 63, 64, 94. В 1944 г. было
') См. стр. 139
8 Зак. 1703.
114
Глава IV. Фторфосфаты
описано соединение из ряда фторфосфитов, а именно
диэтилфторфосфат РР(ОСзН5)2 [71]. Это соединение не
удалось получить действием фтористого натрия на ди-
этилхлорфосфит (получение которого рассматривается
ниже). Однако оно было получено путем действия эти-
лового спирта на дихлорфтористый фосфор:
PC12F 4- 2С2Н5ОН —> PF (ОС2Н5)2 -р 2НС1.
Реакция протекает в следующих условиях: а) в эфире,
охлажденном смесью льда и соли, б) в эфире, охла-
жденном подобным же образом, и в присутствии третич-
ного амина для связывания хлористого водорода, в) без
растворителя (охлаждение смесью твердой углекислоты
и эфира) и г) в холодном эфире, охлажденном смесью
твердой углекислоты и эфира. Наилучшие результаты
были получены в условиях «а», хотя некоторое количе-
ство продукта получалось в каждом из выше перечис-
ленных экспериментов [68].
Необходимый для вышеприведенной реакции конден-
сации дихлорфтористый фосфор был получен путем фто-
рирования треххлористого фосфора по модифицирован-
ному методу Бута и Бозарта [72].
Диэтилфторфосфит легко гидролизовался водой;
токсичность его оказалась низкой по сравнению с соот-
ветствующим фторфосфатом. При воздействии концен-
траций 1 мг/л в течение 10 мин. не наблюдалось гибели
небольших животных, но при этом отмечался миоз, ко-
торый исчезал в течение 24 час.
Диэтилхлорфосфит РС1(ОС2Н5)2 был получен сле-
дующими способами:
а) действием треххлористого фосфора на триэтил-
фосфит:
РС13 -J- 2Р (OC2H5)S —> ЗРС1 (ОС2Н5)2;
б) действием треххлористого фосфора (1 моль) на
этиловый спирт (2 моля) в присутствии диэтиланилина
(2 моля):
РС13 + 2С2Н5ОН 4- 2NC6H6 (С2Н5)2 —>
—> РС1 (ОСгН5)2 4- 2NC3H5 (СгН6)г • НС1,
Литературй Ий
Несмотря на то что диэтилхлорфосфит гидроли-
зуется водой, реакция его с фтористым натрием или
цианистым калием проходит с трудом (см. выше); тем
не менее были получены производные с анилином и
₽-нафтиламином, а именно диэтилфениламидофосфит
(C2H5O)2P-NHC6H5 и диэтил-р-нафтиламидофосфит
(C2H5O).2P-NHCI0H7.
Впервые этилхлорфосфит был получен Меншутки-
ным [73], однако точные данные об условиях проведения
этого синтеза не указывались. Было найдено, что это
соединение можно выделить из реакционной смеси, по-
лученной путем добавления этилового спирта (1 моль)
к раствору треххлористого фосфора в эфире в отсут-
ствие третичного основания. Эти способы позволяют
получать треххлористый фосфор в достаточных количе-
ствах. Взаимодействие треххлористого фосфора с этило-
вым спиртом проходит в различных условиях, указан-
ных в табл. 7.
Таблица 7
PC13) моли C2HBOH, моли Третичное основание Продукт Литература
1 3 3 МОЛЯ Р(ОС2Н5)з [4]
1 3 Без третичного осно- Р(ОС2н5)2он [41
вания
1 2 2 моля РС1 (ОС2Н5)2 [68]
1 1 Без третичного осно- РС12 (ОС2Н5) [68]
вания (основной продукт)
ЛИТЕРАТУРА
1. Lange, Вег. dtsch. chem. Ges., 65, 1598 (1932).
2. Saunders В. C., Ministry of Supply Meeting, London, 11 De-
cember 1941.
3. McCombie, Saunders, Nature (London), 157, 287 (1946).
4. McCombie, Saunders, Stacey, J. Chem. Soc., 1945, 380.
5. Gerrard CL, J. Chem. Soc., 1940, 1464.
6. Walczynska, Roczn. Chem., 6, 110 (1926).
7. Milobedski, Sachnowski, Chem. Zbl., 1, 911 (1918).
8*
116
Глава /V. Фторфосфаты
8. McCombie, Saunders, Stacey, J. Chem. Soc., 1945, 380.
9. McCombie, Saunders, Stacey, J. Chem. Soc., 1945, 380.
10. Chem. Polski, 15, 34, 48 (1917).
11. J. Chem. Soc., 57, 634 (1890).
12. ЖРФХО, 35, 211 (1903).
13. Ber. dtsch. chem. Ges., 57, 1029 (1924).
14. Saunders, Stacey, J. Chem. Soc., 1948, 695.
15. Saunders et al., англ. пат. 601210.
16. Saunders, Stacey, J. Chem. Soc., 1948, 695.
17. J. Chem. Soc., 1949, 926.
18. Англ. пат. 602446 (Ministry of Supply, McCombie, Saun-
ders, Chapman, Heap, 17 April (1944).
19. J. Am. Chem. Soc, 61, 2937 (1939).
20. Report № 9 to Ministry of Supply by McCombie, Saunders
10 April 1943. McCombie, Saunders, Nature (London),
158, 382 (1946).
21. J. Am. Chem. Soc., 58^532 (1936).
22. Chapman, Saunders, J. Chem. Soc, 1948, 1010.
23. Kenner, Todd, Weymouth, J. Chem. Soc, 1952, 3675.
24. G о 1 d w h i t e, Saunders, J. Chem. Soc, 1955, 2040.
25. Atherton, Howard, Todd, J. Chem. Soc, 1948, 1106.
26. Stedman, Stedman, Eason, Biochem. J, 26, 2056 (1932).
27. J. Biol. Chem, 133, 375 (1940); Science, 100, 75 (1944),
28. Stedman E, Chem. & Ind. (Rev.), 1954, 414.
29. Baudansky, Ann. N. Y. Acad. Sci, 47, 521 (1946).
30. J. Biol. Chem, 185, 479 (1950).
31. Hobbiger, Chem. & Ind. (Rev.), 1954, 415.
32. Whitaker, Physiol. Rev, 31, 312 (1951).
33. Brit. J. Pharmacol, 2, 56 (1947); Report to Ministry of Supply,
November 1942.
34. Dixon, Mac к worth, Report №-13 to Ministry of Supply,
«Mode of action of fluorophosphonate esters», April 1942;
Dixon, Webb, Report № 27 to Ministry of Supply, May 1944.
35. Biochem. J, 29, 2563 (1935).
36. Pfliig. Arch. ges. Physiol, 233, 486 (1933).
37 Mackworth, Webb, Biochem. J, 42, 91 (1948).
38. J. Am. Chem. Soc, 56, 658 (1934).
39. Biochem. J, 37, 59 (1943).
40. Biochem. J, 37, 473 (1943).
41. Helv. chim. Acta, 26, 733 (1943).
42. J. Biol. Chem, 163, 261 (1946).
Литература
117
43. Bulletin of the Johns Hopkins Hospital, Baltimore, Maryland,
81, 217 (1947).
44. Kerr, Hurwitz, Whipple, Am. J. Physiol., 47, 356 (1918);
Stanbury, Warweg, Amberson, Am. J. Physiol.,
117, 230 (1946).
45. J. Pharmacol., 87, 281 (1946).
46. Q u i 11 i a m, Post Grad. Med. J., June 1947.
47. J. Arch. Ophthal., New York, 36, 17 (1946).
48. J. Physiol., 33, 156, 414 (1905).
49. J. Arch. Ophthal., New York, 36, 1 (1946).
50. Quoted by Quilliam, Post Grad. Med. J., June 1947.
51. J. Neurol. Psychiat., 13, 47 (1950).
52. W e s с о e, Hunt, Riker, Litt, Am. J. Physiol., 149, 549 (1947).
53. Mazur, J. Biol. Chem., 164, 271 (1946).
54. M о u n t e r, Floyd, C h a n u t i n, J. Biol. Chem., 204, 221
(1953).
55. Mounter, Cha nutin, J. Biol. Chem., 210, 224 (1954).
56. Wagner-Jauregg, Hackle y, Proper, Owens, Fed.
Proc., 12, 284 (1953).
57. В о u r s n e 11, Webb, Nature (London), 164, 875 (1949).
58. Saunders, Worthy, Nature (London), 163, 797 (1949);
Saunders, Worthy, J. Chem. Soc., 1950, 1320.
59. J. Am. Chem. Soc., 70, 3886 (1948).
60. Inorg. Synth., 2, 145.
61. M ackworth, Webb, Biochem. J., 42, 91 (1948); Webb,
Bioch. Soc. Symp., № 2, 50 (1948).
62. Nature (London), 164, 875 (1949).
63. J. Biol. Chem., 179, 201 (1949).
64. Cook, Saunders, Smith, J. Chem. Soc., 1949, 635.
65. McCombie, Saunders, Nature (London), 158, 382 (1946).
66. Saunders, Stacey, Wild, Wilding, J. Chem. Soc., 1948,
699.
67. McCombie, Saunders, Nature (London), 159, 491 (1947).
68. Cook, Ilett, Saunders, Stacey, Watson, Wilding,
Woodcock; J. Chem. Soc., 1949, 2921.
69. Atherton, Todd, J. Chem. Soc., 1947, 649.
70. Atherton, Todd, J. Chem. Soc., 1947, 674.
71. Report No 18 to Ministry of Supply, McCombie, Saun-
ders, 4 July 1944.
72. J. Am. Chem. Soc., 61, 2927 (1939).
73. Liebigs Ann., 139, 343 (1866).
Глава V
I. ДИ АМИДЫ ФТОРФОСФАТОВ
И. ТАБУН И ЗАРИН
1. Диамиды фторфосфатов
Ранее уже было показано (см. стр. 72 и далее), что
реакция между хлорокисью фосфора и спиртами,
а также фенолами и меркаптанами дает диалкил-, ди-
циклоалкил- и диарилфторфосфаты и диалкилдитио-
фосфаты. В докладе Министерству снабжения (30 сен-
тября 1942 г.) о фторфосфатах содержалось описание
нового типа «азотистых фторфосфатов», образующихся
при взаимодействии 4 молей анилина и 1 моля дихлор-
фторокиси фосфора, причем без участия атома фтора
в реакции:
O=PFC12 + 4C6H5NH2 —> O=PF (NHC6H5)2 + 2CeH5NH2 • НС1.
i
Хорошо кристаллизующееся стабильное соединение I
в то время было названо окисью дианилинофторфосфина.
Сейчас это соединение называется дифенилдиамидо-
фторфосфатом. Было найдено, что LDS0 для мышей при
введении дифенилдиамидофторфосфата в растворе про-
пиленгликоля составляла 90 мг)кг.
Позднее американские исследователи [1] описали
получение соединения такого же типа с потерей двух
третей фтора в процессе реакции. При действии фтор-
окиси фосфора на рассчитанное количество диметил-
амина ими получен бис-диметиламидофторфосфат (II).
Однако следует подчеркнуть, что газообразная фтор-
окись фосфора оказалась менее удобной в обращении,
нежели жидкая хлорокись.
В другом докладе (30 сентября 1943 г.) было пока-
зано, что описанная нами реакция имела более широкое
применение и, в частности, могла быть использована
для получения бис-диметиламидофторфосфата [2].
I. Диамиды фторфосфатов
119
бпс-Диметиламидофторфосфат оказался очень ток-
сичным соединением. LD50 для мышей при подкожном
введении составляла около 1 мг/кг, a LD50 для кроликов
при внутривенном введении — около 3 мг/кг. Величина
ингаляционной токсичности совпадает с американскими
данными и равна для мышей 0,095 мг/л при 10-минут-
ной экспозиции (50%-ная смертность). Были также про-
ведены испытания действия на человека. Одна миллион-
ная доля данного вещества в парах при экспозиции
5 мин. не оказала никакого действия, отсутствовал даже
мистический эффект. В этом же докладе было подчерк-
нуто, что высокая токсичность соединения II значительно
отличается от токсичности диизопропилфторфосфата
(IV), который, как позднее было показано, обладал
сильным миотическим действием. Следует также под-
черкнуть, что, в то время как соединение IV угнетает
холинэстеразу на 50% при концентрациях порядка
10"'%!, соединение II проявляет аналогичное действие
только в концентрации около 8 • 10-5 М [3].
O=PF [N (СН3)2]2; O=PF [N (С2Н5)2]2; О=РР [ОСН (СН3)2]2
II III IV
O=PF [ОСН (С2Н5)2]2; (СН3)2 NSO2F
V VI
Тем не менее имеется общее в структуре соединений
II и IV. Известно, что гемдиэтильные группы в молеку-
лах фосфатов, например в ди-(1-этил-п-пропил)-фтор-
фосфате (V), обусловливают меньшую токсичность, чем
гсмдиметильные группы [диизопропилфторфосфат (IV)].
Аналогично было обнаружено, что соединение II зна-
чительно токсичнее соединения III. Это справедливо как
для подкожных инъекций, так и для ингаляционного его
введения. LDS0 соединения III для мышей при подкож-
ном введении составляла около 160 мг/кг. Однако столь
строгая аналогия между этими типами соединений не
может быть распространена слишком далеко. Данные
о токсичности для мышей (при подкожной инъекции)
других амидов фторфосфатов, опубликованные в литера-
туре, приведены в табл. 8,
120 Глава V. I. Диамиды фторфосфатов. II. Табун и зарин
Была уже отмечена [2] целесообразность применения
этих веществ в качестве инсектицидов, бактерицидов и
фунгицидов и указано на их общее клиническое приме-
нение.
Таблица 8
Л
ДИАМИДЫ ФТОРФОСФАТОВ O=P<R
\r
R иг!кг
Ди-(к-бутиламино) - 16
Ди-(бензиламино) 10
Ди-(циклогексиламино) . . . 9
Диморфолино 400
Дипиперидино 320
Ди-(К-метиланилино) .... 160
Эти соединения стабильны и вполне устойчивы
к гидролизу, несмотря на наличие в них группировки
>POF. Было показано, например, что дифенилдиамидо-
фторфосфат можно кристаллизовать из водного спирта;
тетраметилдиамидофторфосфат заметно не разлагался
при действии воды при 18° в течение 6 час. Была изу-
чена реакция этого соединения с 0,5 н. раствором едкого
натра. Степень гидролиза (оцениваемая по отщеплению
фтора) после 30 мин. составляла около 8,9%, а по исте-
чении 500 час. — всего лишь 29,9%. Это соединение
в такой же степени разлагалось и кислотой.
Учитывая важность этих соединений, был предложен
общий способ их синтеза [4]. Метод состоял в обработке
амина рассчитанным количеством хлорокиси фосфора
в эфирном растворе.
РОС13 + 4NH2R —> РОС! (NHR)2 + 2RNH3C1. (а)
Затем следовало фторирование. Например, хлор в ди-
фенилдиамидохлорфосфате сравнительно легко обмени-
вался на фтор при нагревании с фтористым калием
в бензоле:
РОС! (NHC6H5)2 + KF —> POF (NHC6H5)2 + КС!. (б)
1. Диамибы фторфосфатов
121
Для других соединений, например для тетраметилди-
амидохлорфосфата РОС1 [ЩСНзДЬ, в качестве эффек-
тивных фторирующих агентов можно использовать и
другие соли.
Получение дифенилдиамидохлорфосфата было впер-
вые описано Михаэлисом [5], который нагревал 2 моля
хлоргидрата анилина с 1 молем хлорокиси фосфора
в течение 48 час. Метод оказался длительным и недоста-
точно удобным, к тому же автор не указал выхода про-
дукта. Было показано, что это соединение можно
намного легче получить при взаимодействии 4 молей
анилина с хлорокисью фосфора в холодном эфирном
растворе по уравнению (а).
Учитывая высокую токсичность соединения II,
можно было предполагать, что серный аналог VI пред-
ставляет некоторый интерес. Исходя из этого, было изу-
чено фторирование диметиламиносульфохлорида. Реак-
ция с фтористым калием протекала неполностью, фтори-
стый цинк оказался неудовлетворительным фторирую-
щим агентом, но трехфтористая сурьма в бензоле
оказалась вполне подходящей для этой цели: выход со-
единения VI в этом случае составлял около 80% от тео-
ретического. Токсикологические испытания показали,что
соединение VI в концентрации 1 мг!л при экспозиции
10 мин. не оказывало раздражающего действия на мел-
ких животных и не приводило к смертельному исходу.
Смесь с сульфохлоридом такой же концентрации вызы-
вала слезотечение и раздражение слизистой оболочки
носа, однако смертельных исходов при этом не наблю-
далось.
Эфиры амидофторфосфатов
Принимая во внимание быстрое токсическое действие
и мистический эффект диалкилфторфосфатов и высокую
токсичность некоторых диамидофторфосфатов, было по-
лучено [6] и испытано «гибридное» соединение, содержа-
щее группы, характерные для каждого из этих двух
типов веществ. Первым испытывался этиловый эфир фе-
пиламида фторфосфорной кислоты (VII). 1 моль дихлор-
фторокиси фосфора добавляли к молю этилового спирта;
122 Глава V. I. Диамиды фторфосфатов. II. Табун и зарин
образовавшийся этиловый эфир фторхлорангидрида
фосфорной кислоты (который из реакционной массы не
выделяли) обрабатывали анилином:
РОС12Р + С2Н5ОН —► (С2Н5О) POC1F + НС1 3CaH|iNH^
—> (С2Н5О) POF (NHC6H5) + 2C6HsNH2 • НС1.
VII
Изучение токсического действия полученного про-
дукта показало, что LD50 при подкожном введении его,
мышам составляла 10 мг/кг. Это оказалось неожидан-
ным, если считать, что введение финильной группы в оба
типа соединений (диэфир и диамид фторфосфорной кис-
лоты) должно резко снижать токсичность.
Аналогичным - методом был получен этиловый эфир
диметиламида фторангидрида фосфорной кислоты
(VIII); он оказался очень токсичным соединением. Его
LD50 при внутривенном введении кроликам и подкожном
введении мышам составляла 2,5 мг/кг. При Ct =
= 200 мг/м^/мин (С—концентрация, t = 10 мин.) поги-
бало 7 животных из 11 (кролики, морские свинки, крысы
и мыши); при Ct = 100 мг/м^/мин погибало 4 животных
из 11. Это вещество обладало также и мистическим дей-
ствием. Другие синтезированные соединения этой серии
были намного более токсичны. По строению они имеют
сходство с табуном и зарином.
/ЩСНзЬ
c2h5o-p-f
Хч0
VIII
II. Табун
Это соединение — этиловый эфир диметиламида
цианфосфорной кислоты (IX)—было синтезировано
различными способами. В одном случае исходным
77. Табун
123
сырьем служила хлорокись фосфора [7]:
р0С1з (СНз)2 Npoci2
C2HsO, /.Q
--> /Р<
(CH3)2NZ xc=n
IX
Известно, что в конце войны в Германии функциониро-
вал завод мощностью 100 т табуна в месяц. Это же со-
единение было получено автором еще до того, как стали
известны работы немецких химиков, но другим спосо-
бом.
(С2Н5О)2 РС1 + 2 (СН3)2 NH —>
—> (С2Н5О)2 PN (СН3)2 + (СН3)2 NH • НС1
Л (СН3)2
(С2Н5О)2 PN (СН3)2 + JCN —> С2Н5О—Р—CN + C2HSJ
Холмстед [8] изучал скорость гидролиза производных
цианфосфорной кислоты. Прежде всего следует отме-
тить, что гидролиз диэтилового эфира цианфосфорной
кислоты [9] протекает быстро при pH = 7,2 в буферном
растворе, давая возрастание концентрации циан-ионов.
В течение 1 часа при значении pH = 7,2 это соединение
гидролизуется на 90%. Примерно в таких же условиях
табун гидролизуется на 80% за 12 час. Таким образом,
токсичность его снижается по мере гидролиза. Даже в
дистиллированной воде наблюдается отщепление около
50% циан-ионов через 9 час. Такая неустойчивость этого
соединения, по-видимому, позволяет считать его мало-
эффективным при использовании в больших масштабах.
В кислых растворах гидролиз протекает быстро с от-
щеплением диметиламидной группы:
но-М
>(СНз>’ .ОН
С,Н5О-Р~ CN —-С2НаО-Р^СМ +(CH3)2NH
о
Наряду с отщеплением диметиламидной группы,
разумеется, идет процесс гидролиза, приводящий
124 Глава V. I. Диамиды фторфосфатов. II. Табун и зарин
к разрыву связи Р—CN, причем этот процесс обусловлен
присутствием воды. Хлорная известь разрушает табун,
однако это приводит к образованию хлорциана, который
также токсичен.
II. Зарин
Этот эфир — фторангидрид изопропилового эфира
метилфосфиновой кислоты (X) — представляет собой
бесцветную жидкость. Он намного токсичнее ДФФ, хотя
тоже проявляет весьма сходные токсические свойства:
вызывает сильный миоз, загрудинный эффект и обладает
мощной антихолинэстеразной активностью. В жидком
состоянии он быстро проникает через кожу.
Известно, что в конце второй мировой войны в Гер-
мании строились два завода большой мощности для
производства этого соединения.
Зарин представляет собой бесцветную, без запаха
гигроскопичную жидкость, которая смешивается с водой
в любых отношениях. Гидролиз протекает с заметной
скоростью; при этом отщепляется фтор, а образовав-
шееся соединение практически нетоксично. Для боль-
шинства животных зарин примерно в три раза токсич-
нее табуна. Его температура кипения 147° с разложе-
нием, поэтому его относят к классу полустойких отра-
вляющих веществ.
Зарин очень быстро гидролизуется в разбавленных
водных растворах едкого натра и соды с образованием
нетоксичных продуктов. Первая стадия гидролиза может
быть представлена следующим образом:
ОСН (СН3)2 ОСН (СН3)2
СН3—P-F + 2NaOH —> СН3—P-ONa + NaF
^О ^О
X
Затем гидролизуется эфирная группа, и гидролиз за-
канчивается на соединении СН3РО(ОН)г. Для разрыва
связи Н3С—Р требуются более жесткие условия. В от-
личие от табуна и ДФФ, конечным продуктом гидролиза
которых является фосфорная кислота, дающая положи-
II. Зарин
125
тельную качественную пробу с молибденовокислым ам-
монием, конечным продуктом гидролиза зарина .является
метил фосфиновая кислота, которая такой пробы не дает.
Сильные окислители — горячая азотная кислота и
персульфат аммония —разрушают связь С — Р, а обра,-
зующаяся фосфорная кислота может быть обнаружена
молибденовокислым аммонием. Зарин можно синтезиро-
вать несколькими методами [10]; наиболее важные из
них приводятся ниже.
(СН3О)2Р^° — -> [(СН3О)2 РО]- Na+
ХН
О
—> СН3-Р-ОСН3 —> (1)
хосн3
XI
/7° /7°
CHj-p Ai СН. Г-ОС.Н,
ХС1 ХР
Диметиловый эфир фосфиновой кислоты XI можно
получить при помощи перегруппировки Арбузова из три-
метил фосфита [1'1]:
(СН3О)3 Р сн3-р-дсн3
хосн3
XI
7^ г Н 0Н ' hf " /ОСзН?
СН3Р-С1 > Сн3—Р-ОС3Н7--> СН3р/ (2)
ХС1 хос3н7 F
00 п
С113оч /.О зооо II- II РА-
—-> сн3—р—о—р—сн3 —сн3—р-ci —>
сн3о/ хн || 5 \
ОН ОН а
/О ?
—-* СН3—Р—F -CsH^0H^ СН3—Р—ОС3Н7 (3)
126 Глава V. I. Диамиды фторфосфатов. II. Табун и зарин
Соединение, родственное зарину, зоман (XII)—пи-
наколиновый эфир фторангидрида метилфосфиновой
кислоты. Это соединение еще более токсично, чем зарин.
О С(СН3)3
II /
СН3—Р—ОСН
I \
F СНз
XII
ЛИТЕРАТУРА
1. Burg, private communications of 19 February and 15 March 1943.
2. Англ. пат. 602446. Ministry of Supply, McCombie, Saun-
ders, Chapman, Heap, 17 April 1944.
3. Dixon, Mackworth, Report to Ministry of Supply, 23 April
1942.
4. December 1943; see also McCombie, Saunders, Nature
(London), 157, 776 (1946).
5. Ber. dtsch. chem. Ges., 27, 2574 (1894).
&. * Report № 15 on fluorphosponates to Ministry of Supply, by
McCombie and Saunders, 9 December 1943.
7. Gordon, Information on poison gas manufacture in Germany,
Report № 12; U. S. Department of Commerce, Washington,
D. C. (1945).
8. Acta physiol, scand,, 25, suppl. 90, 1951.
9. For preparation see p. 97 below, and Saunders, Stacey,
Wild, Wilding, J. Chem. Soc., 1948, 699.
10. Schrader, В. I. O. S., 714, 41 (1947).
11. Saunders, Stacey, Wild, Wilding, J. Chem. Soc.,
1948, 702.
Глава VI
ВАЖНЕЙШИЕ РЕАКЦИИ ЭФИРОВ,
СОДЕРЖАЩИХ ФОСФОР
Данная глава не представляет собой полного обзора
реакций эфиров, содержащих фосфор. Подробная биб-
лиография по этому вопросу приведена ниже.
Большинство примеров в этой главе имеют или могут
иметь отношение к главной теме данной монографии,
а именно к изучению фтор- и фосфорорганических со-
единений, обладающих сильными токсическими свой-
ствами.
Реакция Арбузова
Реакция Арбузова [1] была открыта в 1906 г. и на-
шла широкое применение. Если галоидалкил нагревать
с триалкилфосфитом, то имеет место взаимодействие:
R° о
RO-P + RX1 —> К—P-OR + RC1
RC/ 4OR
I
Если R “ R', то реакция становится как бы катали-
тической и тогда малые количества R'Cl способны пре-
вратить значительные количества фосфита в алкилфос-
фонат (I) [2]. 0,01 мл йодистого метила могут изомери-
зовать весь триметилфосфит [3]. йодистый метил можно
заменить диметилсульфатом.
Арбузов и позднее Косолапов [4] предположили, что
реакция протекает следующим образом:
R0\
RO—Р + R'ci —>-
ROX
(R°)2x+ ,R’
R-Oz СГ
I_______I
ROX+/R’
RO-P
ROZ '*СГ
RO4
ZP~ R' + RCI
RO I!
О
(fl)
Гб;
12$ Глава VI. Важнейшие реакции эфиров, содержащих фосфор
В этом процессе стадия (б) определяет скорость
всей реакции.
Реакция Арбузова применима к различным типам
галоидных соединений, например к полигалоидалканам
[5], эфирам галоидкарбоновых кислот [6], арилалкил-
галоидам [7] и некоторым гетероциклическим галоидо-
производным [8]. Ацетил- и бензоилхлориды взаимодей-
ствуют при комнатной температуре и дают эфиры со-
ответствующих ацетил- и бензоилфосфиновых кислот [9].
Интересно отметить, что Сондерс, Стеси, Уилд и
Уилдин [10] осуществили эту реакцию между триэтил-
фосфитом и бромфторэтаном (II) и получили диэтил-2-
фторэтилфосфонат (III); таким образом, было впервые
синтезировано соединение с 2-фторалкильной группой,
связанной непосредственно с фосфором.
Z
Р (ОС2Н5)3 + BrCH2CH2F —> FCH2CH2P—OC2HS + С2Н5Вг
чос2н5
II III
Эта реакция основана на большом различии в реакцион-
ной способности атомов брома и фтора в бромфторэтане.
Прочность связи С — F обсуждается в главе VII.
Аналогичным образом был получен диэтилбензил-
фосфонат С6Н5СН2РО(ОС2Н5)2 (IV) путем применения
хлористого бензила вместо бромфторэтана.
Нами были синтезированы диэтил-2-фторэтилфосфо-
нат (III) и диэтилбензилфосфонат (IV) из диэтилфос-
фита натрия и соответствующего галоидопроизводного:
С2Н6ОЧ /О
>р/ Na+ + BrCH2CH2F •—>
L с2н5о/ J
С2Н5О
—> Ц-NaBr
C2HSOZ XCH2cH2f
III
Этот тип реакции был первоначально осуществлен
с йодистым этилом (II) и расширен на другие галоидные
алкилы [12], эфиры галоидкарбоновых кислот [13] и ал-
Реакция Арбузова
129
килгалоидарсины [14]. При взаимодействии и-толуол-
сульфохлорида и 2-нафталинсульфохлорида с диэтил-
фосфитом натрия с низким выходом получаются соот-
ветствующие дисульфоны [15].
С небольшим выходом был получен диэтилцианфос-
фат (V) при действии цианистого калия на соответ-
ствующий хлорфосфат. Диэтилцианфосфат удалось
также получить при действии йодциана на фосфит [15].
Это, по-видимому, видоизмененная реакция Арбузова:
С2Н5°\ С2НВОХ /.О
С2Н5О-Р + СШ —> >Р^ +C2H5J
сн</ ^о/ Xc=N
V
Косолапов [16] осуществил эту видоизмененную реак-
цию Арбузова с триэтилфосфитом и триметилендиброми-
дом и получил тетраэтилтриметилендифосфонат (VII,
п = 3) и диэтил-3-бромпропилфосфонат (VI, п = 3).
С2Н5СХ /уО
C2HBOZ Х(СН2)„Вг
VI
с2н5оХруэ о^р/ос2н6
С2Н5О/ Ч(СН2)У XOC,HS
VII
Подобные соединения (VI и VII; п —2) были полу-
чены Форд-Муром и Уильямсом, которые показали, что
соединение VI (п = 2) реагирует с триэтиламином по
уравнению
(С2НВО)2 РОСН2СН2Вг -ф N (С2Н5)3 —►
—► (С2НВО)2 РОСН-СН2 ф- (С2Н5)3 NHBr-
Эта реакция подобна соответствующему отщеплению
хлористого водорода от сульфона иприта, которое при-
водит к образованию дивинилсульфона [18]:
SO2 (СН2СН2С1)2 + 2N (С2Н5)3 —>
-—> SO2 (СН=СН2)2 + 2NH (С2Н5), СГ
Взаимодействие с триарилфосфитом протекает медленно
и это позволяет выделить промежуточное «фосфониевое»
соединение [19].
130 Глава VI. Важнейшие реакции эфиров, содержащих фосфор
Райдон [20] получил алкилйодиды из йодметилата
трифенилфосфита по уравнению
/СН3
(С6НБО)3 Р/ + ROH —> RJ ф- С6Н5ОН + СНзРО (ОС6Н5)2
Используя этот метод, этиллактат легко превратить
в этил-а-йодпропионат. При этом нет необходимости
выделять фосфониевое соединение и взаимодействие
можно представить уравнением
(С6Н5О)3 Р + ROH + R'J —> RJ + R'PO (ОС6Н5)2 + С6Н5ОН.
Механизм реакции Арбузова окончательно еще не
установлен; Райдон [20] высказал свои предположения
относительно этого механизма.
Образование эфиров фосфористой и фосфорной
кислот
Прямая этерификация спиртов фосфорной кислотой
известна уже давно, однако этот метод малоудобен.
Диазометан и замещенные диазометана гладко реаги-
руют с фосфористой кислотой с образованием соответ-
ствующих эфиров. Таким путем Атертон, Говард и Тодд
[21] получили диэфиры фосфористой кислоты (которые
содержат только две эфирные группы):
2RR'CN2 -ф (НО)2Р^° —> (RR'CHO)2 Р^° + 2N2
Фосфорная кислота склонна только к монозамеще-
нию [22].
Гликольмонофосфат был синтезирован взаимодей-
ствием окиси олефина с динатриевой солью фосфористой
кислоты [23]:
/°\
СН2—СН—СН2ОН + НОРО (ONa)2
—> НОСН2—СН (ОН) СН2ОРО (ОН)2
Образование эфиров фосфористой и фосфорной кислот 131
Эта реакция имеет общий характер. Фосфорная кислота
этерифицируется окисью этилена частично или полно-
стью. Фосфористая кислота даже при «полной» этерифи-
кации дает только диалкилфосфит [24]:
/ \ Л, О У,О
2СН2—СН2 4- (НО)2 —> (НОСН2СН2О)2
хн хн
Треххлористый фосфор (но не пятихлористый) таки
гладко реагирует с окисью этилена [25]:
/°\
РС13 ф- СН2—СН2 —>
CL
)Р—О—СН2СН2С1
Си
VIII
/°\
VIII + СН2—СН2 —> Cl—Р (ОСН2СН2С1)2
IX
/°\
IX + СН2—СН2 —> Р (ОСН2СН2С1)з
Триариловые эфиры могут быть получены различ-
ными методами: например, путем взаимодействия в те-
чение нескольких часов 3 молей фенола с 1 молем хлор-
окиси фосфора. В этой реакции для поглощения хлори-
стого водорода использовались органические основания:
анилин, диметил анилин, пиридин [26]. Фенол можно пре-
вратить в фенолят натрия [27] и затем обрабатывать его
хлорокисью фосфора.
('мешанные эфиры, такие, как диэтил-п-хлорфенил-
фосфат, легко получаются при добавлении по каплям
дпэтилхлорфосфата к /г-хлорфеноляту натрия [28].
Трифенилфосфит можно получить постепенным доба-
влением треххлористого фосфора к смеси фенола и пи-
ридина [29]. Имеются указания, что вместо пиридина
можно использовать хлористый магний [30].
132 Глава VI. Важнейшие реакции эфиров, содержащих фосфор
Ангидриды
Моносеребряная соль фосфорной кислоты легко
взаимодействует с ацилхлоридами с образованием сме-
шанного ангидрида [31, 32]:
RCOC1 + AgO—Р-ОН —► RCO—О—Р-ОН + AgCl (в)
ХОН ХОН
Кетен с фосфорной кислотой дает аналогичный ре-
зультат:
СН2=С—О + НОРО (ОН)2 —> СНзСООР-он
чон
Дибензиловый эфир соединения X образуется
взаимодействии кетена с дибензилфосфатом [33].
Истинные «фосфорные» ангидриды образуются по
реакции, аналогичной (в), т. е. при действии диалкил-
хлорфосфата на его моносеребряную соль (см. стр. 64):
RO. /О Ок ZOR RO4 ..О Ok /OR
+ >Р< —► /Р< /Р< + AgCl
ROZ ХС1 AgOz XOR ROZ \0/ XOR
Таким же способом можно легко получить и тетра ал-
килпирофосфаты [34]. Этот процесс может быть исполь-
зован и для получения трифосфатов [35]:
ROk /О Ок /OR Ок /OR
RO/ \о/ XOAg СК XOR
О
ROk /О II
RO/ Хо/| |
OR OR
Алкилирование при помощи фосфорсодержащих эфиров 133
Алкилирование при помощи фосфорсодержащих
эфиров
Уже давно известно [36], что при нагревании три-
фенилфосфата с этилатом натрия образуется фенетол.
Возможно, что первоначально имеет место взаимодей-
ствие между триарилфосфатом и этилатом, приводящее
к образованию триэтилфосфата, а этот эфир в свою оче-
редь уже далее алкилирует фенол. Все эти превращения
в общем виде можно представить уравнением
(С6Н5О)3 РО + 3C2H6ONa —> (С2Н5О)2 POONa +
SCgHjONa С6Н5ОС2Н5
Теперь известно [37], что триалкилфосфат действительно
алкилирует фенолы. Это представление было перенесено
па образование метиловых эфиров из спиртов и триме-
тилфосфата [38], а также бутилового эфира по уравнению
(С2Н6О)3 РО + C4H9ONa —>
—> (С2Н5О)2 POONa ф-C4H9OC2HS
Третичные амины можно получать взаимодействием
триалкилфосфата с амином [39] при высокой темпера-
туре:
2 (С2Н5О)3 РО + 3C6H5NH2 —> 3C6H5N (С2Н5)2 + 2Н3РО4
Трибензилфосфат и тетрабензилпирофосфат яв-
ляются «гипералкилирующими» средствами и образуют
четвертичные соли аминов:
О
С6Н5СН2О. II
>P-OCH2C6H5 + N (СН3)з —►
с6н5сн2о/
С6Н5СН2О.
—> )РО~ - C6H5CH2N+(СНз)з
С6Н5СН2О/ II
О
Эта реакция имеет большое значение при синтезе аде-
позпптрифосфата [40].
134 Глава VI. Важнейшие реакции эфиров, содержащих фосфор
Другие реакции треххлористого фосфора г)
Помимо важных реакций треххлористого фосфора
со спиртами (см. стр. 66), следует упомянуть и другие
реакции.
Треххлористый фосфор реагирует с бензальдегидом
по уравнению [41]:
/С1
C6HSCH=O + PCI3 —► С6Н5—СН—ОРС12
Треххлористый фосфор взаимодействует с олефинами
в присутствии перекиси ацетила (42]:
R—СН=СН2 + РС13 —> RCHCI—СН2—РС12
Эта реакция — приложение работ Караша со свобод-
ными радикалами. Караш для объяснения этой реакции
выдвигает радикальный механизм.
Как уже отмечалось (см. стр. 131), окись этилена реа-
гирует с треххлористым фосфором с образованием три-
(2-хлорэтил)-фосфита Р(ОСН2СН2С1)з [42]. Аналогично!
этому фенилдихлорфосфит и дифенилхлорфосфит будут
давать соответствующие смешанные эфиры.
Соответствующими реакциями хлорокиси фосфора [43]
в присутствии хлористого алюминия и других катализа-
торов, таких, как хлорное железо и йод, можно синтези-
ровать трихлорэтилфосфат. Это и ему подобные соеди-
нения обладают способностью уменьшать горючесть ор-
ганических материалов, поэтому они рекомендуются для
пропитки спецодежды. Триарилфосфаты, как уже упо-
миналось, являются огнестойкими веществами и их
можно также использовать как пластификаторы для
эфиров целлюлозы и синтетических смол, таких, как по-
листирол и поливиниловые эфиры [44].
Взаимодействие пятихлористого фосфора
со спиртами
Обычно взаимодействие PCls со спиртами выра-
жается уравнением
. . .. - РС1е + ROH —> RC1 + РОС13 + HCI.
’) См. стр. 131.
&фиры метафосфорной кислоты
Геррард [45] взаимодействием PCI5 с первичными спир-
тами в определенных условиях получал дихлор- и моно-
хлорфосфаты, причем с такой же легкостью, с какой
получаются алкилхлориды. Механизм реакции, предло-
женный Геррардом, включает образование гипотетиче-
ского соединения ROPCI4.
RO, +
ROPC14 + ROH -> XPCI3 -> CI"+(RO)2PCI2 RCI + ROPC12
/° i
ROH + RO, ,.О
(RO)3 PC12 > СГ + (RO)3PC1----> RCI 4- >pf
ROZ XCI
Вследствие большого смещения электронов в произ-
водных со вторичными алкилами из вторичных спиртов
образуются олефины, вероятно, по следующему меха-
низму:
/С!
Л 61 С1
—С—Н С1>С1
| + на + рось
Эфиры метафосфорной кислоты
Метафосфаты были синтезированы действием фосфор-
ного ангидрида на сухой эфир, а также алкилирова-
нием [46]:
AgPO3 Ц- C2H5J —> С2Н5РО3 AgJ.
Фосфорный ангидрид превращает нейтральный фос-
фат в метафосфат [46,47]:
2R3PO4 Р4О10 —> 6RPO3.
Метафосфаты представляют собою нестабильные
жидкости, которые используют для отщепления воды
136 Глава VI. Важнейшие реакции эфиров, содержащих фосфор
или аммиака в органических синтезах; ацетон, напри-
мер, может быть дегидратирован и превращен в окись
мезитила при комнатной температуре [48].
Эфиры пирофосфорной кислоты
Эти эфиры можно синтезировать различными спосо-
бами, важнейшие из которых следующие:
1) взаимодействие пирофосфата серебра [49] с га-
лоидным алкилом [46]:
Ag4P2O7 r 4RJ —> R4P2O7 + 4AgJ;
2) взаимодействие эфиров ортофосфорной кислоты
с фосфорным ангидридом [46,47]:
8R3PC>4 + Р4О10 —* 6R4P2O7; ‘
3) тетраэтилпирофосфат («ТЕПФ») был синтезиро-
ван Тойем [50] с выходом 73% при контролируемом
гидролизе диэтилхлорфосфата в присутствии третичного
основания:
0 0
О И
2 (С2Н5О)2 Р0С1 + Н20 (С2Н5О)2 Р—О-P (ОС2Н5)2
4) Косолапов [51] получил ТЕПФ действием хлора
на смесь диэтилфосфата натрия и диэтилхлорфосфата
с последующим добавлением избытка спирта;
5) реакцией диалкилхлорфосфата с диалкилфосфа-
том серебра, как указывалось выше (стр. 132);
6) тетраметил- и тетраэтилпирофосфаты можно по-
лучить с хорошим выходом по реакции [52]:
(СН3О)2 Р0С14- (СН3О)3 РО—> [(СН3О)2 Р0]20.
Эти вещества неустойчивы к действию воды.
ТЕПФ считают системным инсектицидом, неустойчи-
вым к воде (см, главу IX);
7) дибензилфосфат при нагревании с оксалилхлори-
дом выделяет хлористый водород и образует бш>дибен-
Эфиры пирофосфорной кислоты
137
зилфосфорилоксалат (XI), который при нагревании до
температуры плавления дает тетрабензилпирофосфат [53]:
О
2 (С6НБСН2О)2 Р—ОН + С1СОСОС1 —>
о о
II о
—> (С6Н6СН2О)2 Р—ОСОСООР (ОСН2С6Н5)2 —>
XI
о о
11 II
—> (С6Н5СН2О)2 Р—О—Р(ОСН2СЙН5)2-}- 2СО
Дибензилфосфат при взаимодействии с тионилхлоридом
с небольшим выходом образует пирофосфат;
8) этот же пирофосфат [54] может быть получен
с хорошим выходом и в течение короткого времени дей-
ствием дибензилфосфата на тетрафенилпирофосфат при
комнатной температуре в безводном растворителе в при-
сутствии третичного основания. Следует отметить, что
такие условия являются идеальными для работы с ну-
клеотидами. Механизм этой «обменной» реакции основан
на диспропорционировании тетрафенилпирофосфата по-
средством дибензилфосфата;
9) весьма эффективным агентом для получения [54]
некоторых пирофосфатов из фосфатов является ангид-
рид трифторуксусной кислоты [55];
10) было установлено [56], что карбодиимиды при
взаимодействии с • карбоновыми кислотами (а) дают
ангидриды и диалкилмочевину или N-ацилмочевину (б).
Корана и Тодду [57] удалось превратить дибензилфосфат
в пирофосфат при помощи дициклогексилкарбодиимида.
О
II
2 (C6H5CH2O)2 Р --ОН 4- CeHuN=C=NCeH11 —>
О о
II II
—> (С6НБСН2О)2 Р-О-Р (ОСН2С6Н5)2 + СО (NHCeHu)2
Реакция протекает мгновенно при комнатной темпера-
туре в инертном растворителе и даст очень высокий вы-
ход.
138 Глава VI. Важнейшие реакции эфиров, содержащих фосфор
Недавно Тодд с сотрудниками показал, что пирофос-
фаты получаются при действии имидоилфосфата на
кислый фосфат [58]:
О О
II II
1^0—Р—о—С—R 4- НО—Р—OR3 —>
I II I
R20 NR' OR4
О О
II ’ II
—> RjO—Р— О—Р—0R3-ф О=С—R
I I I
R20 OR4 NHR'
Имидоилфосфат можно получить из имидоилхлорида
и серебряной (или органической) соли фосфата:
О О
II II
RjO—P- OAg + Cl—С—R —> R[0—Р—О—С—R 4-AgCl
I II I II
R20 N—R' r2o N—R'
1
Методы фосфорилирования
Выше (см. стр. 66 и 79) упоминалось о действии
хлора [59] и N-хлорсукцинимида [60] на диалкилфосфит
при получении диалкилхлорфосфатов.
Целесообразность применения N-хлорсукцинимида
при синтезе различных эфиров и амидов фосфорной кис-
лоты показана на многих примерах (стр. ПО). В сущно-
сти, все эти процессы представляют собой фосфорилиро-
вание спиртов или аминов.
В синтезах в ряду фосфорных соединений, особенно
в области нуклеотидов, большое значение имеют моно-
алкилфосфаты (XIII), для получения которых прямая
реакция фосфорилирования спиртов R'OH еще недоста-
точно разработана, поэтому важными являются методы
омыления средних фосфатов (XII):
RO4 /7О НО
ROZ XOR' HOZ XOR'
XII хш
Методы фосфорилирования
139
Тодд [61] с сотрудниками весьма успешно разработал
процессы фосфорилирования.
Треххлористый фосфор и бензиловый спирт с 2 мо-
лями третичного основания дают дибензилфосфит (XIV),
который при обработке хлором или хлорирующим аген-
том (например, сульфурилхлоридом) [62] образует хлор-
фосфат (XV). Соединение XV не было выделено, но
почти определенно можно сказать, что оно образуется
при обработке XIV полигалоидными углеводородами,
так как реакция в присутствии спирта или первичного
или вторичного амина дает триалкилфосфат (XVI) или
соответствующий амиД:
РС1з + ЗС6Н5СН2ОН^^--> СбН=СН2°\р^°
с6н5сн2о/ \н
XIV
CeHsCH2Ox /.О
С6НБСН2о/ "С1
XV
Обе бензильные группы отщепляются из соединения XVI
при гидрировании в присутствии палладия:
С6Н5СН2О. г,О н но.
>Р< —+2С6Н6СН3
C6H5CH2OZ "OR' НО/ \OR'
XVI
Удаление одной бензильной группы из соединения XVI
можно осуществить двумя методами: 1) действием тре-
тичного амина, атакующего одну бензильную группу
с образованием четвертичной аммониевой соли дифос-
фата (XVII) [63] (см. стр. 133) и 2) при помощи соли,
например хлористого лития [64].
В обоих случаях монодебензилированный эфир по-
лучается в виде аниона и поэтому устойчив ко второму
дебензилированию, которое требует образования
дважды заряженного аниона.
,140 Глава V/. Важнейшие реакции эфиров, содержащих фосфор
Эти весьма важные процессы можно выразить сле-
дующей схемой:
СвН6СН2О
I ЫС1
ф
C6H5CH2C1 + C6HSCH2O4 zzO
С8Н5СН2О. /.О
/ ! NR,
-Lie:
CcH5CH2(\ /,0
С6Н5СН2О, /.О
Li+o-/ XOR'
СН2С6Н5
XVII
Недавно нами было показано, что ди-трет-бутил-М-фе-
ниламидофосфат разлагается следующим образом [65]:
(СН3)3СО^^,О Следы Щ >
(СНз)зСо/ XNHC6H5
НО О
—> + (СН3)2С~СН2 —>
(СНз)зСО/ xnhc6h5
(В виде четвертичной соли)
Н°Хр/'° + (СН3)2 С СН2
НО/ xNHCeH5
Таким методом осуществляется новый вид фосфорилиро-
вания анилина; этот метод может найти другие приме
нения.
Диалкилйодфосфаты
Если добавлять йод к эфирному раствору триалкил-
фосфита, то реакция протекает быстро, причем йод всту-
пает во взаимодействие количественно в соответствии
с уравнением [66]:
(С2Н5О)3Р-ф J2 —> (С2Н5О)2р/ 4-с2нн
«I
Получение алкил- ц ацилфосфиновых Кислот 141
Йодфосфат разлагается при перегонке, однако его
количественное образование можно доказать путем пре-
вращения его с теоретическим выходом при действии
анилина в кристаллический устойчивый анилид и выде-
ления йодгидрата анилина:
(C2H5O)aP^ + 2C6H5NH2 —>
—► (С2НБО)2 Р^° + CfiHBNH2 • HJ
XNHC6H5
Таким способом можно получить различные диалкил-
фосфамиды.
Диалкилбромфосфаты
Эти соединения могут быть получены действием
брома на триалкилфосфит [67], однако более удовлетво-
рительный метод, разработанный недавно Голдуайтом и
Сондерсом [68], состоит в обработке диалкилфосфита
N-бромсукцинимидом. Диметил-, диэтил-, н-пропил- и
изопропилбромфосфаты были получены этим методом
и после перегонки при очень низкой температуре пред-
ставляли собой чистые жидкости. Перегонка при обыч-
ной температуре сопровождается разложением с выде-
лением алкилбромидов.
Получение алкил- и ацилфосфиновых кислот
Для гидролиза диалкил- и алкилфосфонатов до ал-
килфосфиновых кислот Косолапов [69] обычно применял
горячую концентрированную соляную кислоту, а в более
трудных случаях — 48%-ную бромистоводородную кис-
лоту. Таким же способом можно удалять ацильную
группу из диалкилацилфосфонатов.
Другим возможным способом удаления алкильных
групп из эфиров фосфористой и фосфорной кислот яв-
ляется взаимодействие этих эфиров с сухими галоидо-
водородами. Скорость деалкилирования падает в ряду
142 Глава VI. Важнейшие реакции эфиров,- содержащих фосфор
HJ > HBr > НС1; увеличить скорость реакции можно
путем повышения температуры по крайней мере до 100°.
Кук, Геррард и Грин [70] использовали этот способ для
получения алкил- и ацилфосфиновых кислот:
O=PR (OC2Hs)2 + 2НХ —> O=PR (ОН)22С2Н5Х.
Сухой галоидоводород пропускают в эфир; галоид-
этил улавливают при температуре —78° и по его при-
весу судят о степени завершения реакции. Деалкилиро-
вание протекает полностью, когда легколетучая фракция
полностью отогнана из остатка под уменьшенным давле-
нием. Таким способом в отсутствие влаги были получены
«сырые» кислоты. Результаты, подобные результатам
реакции при 100°, были получены и при 25°, однако для
завершения реакции требовалось гораздо большее время.
Связь углерод — фосфор
Кроме реакции Арбузова, можно отметить следую-
щие методы образования связи С—Р (см. стр. 127):
1) Связь углерод — фосфор может быть образована
при действии диалкилфосфита или алкилфосфината на
активированное этиленовое соединение [71]:
О ОХ
ч /X II II I I
>С=С( + Н—Р (OR)2 —> (RO)2 р—с—сн
7 х II
X может быть COOR или C = N, и реакция протекает
против правила Марковникова.
2) Синтез дихлорангидрида этилфосфиновой кислоты.
Среди удобных методов синтеза дихлорангидрида этил-.
фосфиновой кислоты С2Н5 — Р^-С1 (наиболее ценного
ХСГ
полупродукта для получения эфиров этой кислоты)
следует обратить внимание на два следующих метода:
а) треххлористый фосфор, хлористый этил и хлористый
алюминий образуют комплекс СгНбС! • РС1з • А1С1з,
который затем разлагается соляной кислотой [72],
Связь углерод — фосфор 143
б) тетраэтилсвинец превращает треххлористый фосфор
в этилдихлорфосфин [73], который затем окисляют суль-
фурилхлоридом до дихлорангидрида этилфосфиновой
кислоты [74].
Первый метод быстрее, однако неизбежное в этом
способе фильтрование представляет опасность вслед-
ствие токсичности паров. Если необходимо получить ле-
тучее радиоактивное вещество, т. е. ввести Р32 в моле-
кулу, то предпочтительнее второй способ. Кроме того,
в первом способе имеется еще одна опасность, связанная
с давлением в закрытом реакционном сосуде, содержа-
щем хлористый этил. Следует отметить, что все операции
с легколетучими радиоактивными веществами (имею-
щими температуру кипения ниже 1507760 мм) необхо-
димо выполнять в полностью изолированной системе.
Это можно осуществить по второму методу, а дополни-
тельно затраченное время уменьшит радиоактивность
только на 15% по сравнению с первым способом [75].
Треххлористый фосфор, дихлорангидрид этилфосфи-
новой кислоты и сульфурилхлорид — летучие соедине-
ния, поэтому их можно количественно перегонять в вы-
соком вакууме. Превращение соединения Р (ПТ) в со-
единение Р (V) можно также осуществить в замкнутой
системе [75].
Для синтеза радиоактивного СзН5РОС12 (а следова-
тельно, различных радиоактивных производных, со-
держащих связь С—Р) можно рекомендовать второй
метод. Ниже приводится краткая пропись.
Возможными примесями в радиоактивном треххло-
ристом фосфоре являются хлористый водород и фосфо-
ристая кислота. Следовательно, треххлористый фосфор
может быть очищен фракционированной разгонкой в вы-
соком вакууме. Чистый дихлорангидрид этилфосфини-
стой кислоты получают согласно уравнению
РЬ (С2Н5)4 + ЗРС13 —> ЗС2Н5РС12 + С2Н5С1 Д РЬС12.
Реакционный сосуд соединен с вакуумной системой,
и треххлористый фосфор перегоняется без всякого риска и
без потерь. Для уменьшения опасности применяют мощную
магнитную мешалку. Дихлорид окисляют в бензоле в со-
суде, непосредственно соединенном с вакуумной системой.
144 Глава VI. Важнейшие реакции эфиров, содержащих фосфор
Полифосфорйые соединения
Хотя данная монография посвящена в основном со-
единениям, содержащим один атом фосфора, необходима
остановиться и на эфирах полифосфорных кислот (см.
также стр. 136). Главное внимание следует уделить не-
давним исследованиям Толкмита в области химии поли-
фосфорных соединений.
Толкмит [76] синтезировал декаметилпентамидтри-
фосфат (XX) по реакции:
0 0 о
(CH3)2N II II /N(CH3)S II ,N(CH3)2
\р_о—.р/ + СГ-Р<
(CH3)2NZ ХОС2Н5 XN(CH3)2
XVIII
XIX
ООО
(CH3)2N. II II II /N(CH3)2
)Р—О—Р—О—P<f + С2Н5С1
(CH3)2N/ I XN(CH3)2
N(CH3)2
XX
Этот способ является видоизменением реакции Арбу-
зова. Соединение XVIII было получено Шрадером [77].
Получение соединения XIX описано на стр. 120.
Другой метод синтеза соединения XX основан на
реакции:
О О
II
(СН3)2 N-Р (ОС2Н5)24-2С1Р [N (СН3)2]2 —>
ООО
(СН3)2ГД II II II /N(CH3)2
)Р—о— Р—О— Р< +2С2Н5С1
(CH3)2n/ | XN (СН3)2
N (СНзЬ
XX
Соединение XX является системным инсектицидом. Ана-
логичным способом были получены изомерные додека-
Полифосфорные соединения
145
метилгексаамидотетрафосфаты:
С2н5о, II /ОС2Н5 11 N (СН3)г
>Р~О—Р< 4-2С1—Р<
(CH3)2NZ xn(ch3)2 XN(CH3)2
(CH3)2Nx
(CH3)2n/
° о о
//° II II II /N (CH3)2
P O—P-О— P—О—P ( 2C2H5C1
I \ XN(CH3)2
N(CH3)2 N(CH3)2
XXI
о о о
(CII3)2N... il II ZOC2H5 II ,N(CH3)2
>P—O—P< + 2C1—P<
(CHa)2N/ XOC2H5 XN(CH3)2
ООО
(CH3)2N. II II II
P—....p
(CH3)2N/ I
/N(CH3)2
XN (CH3)2
+ 2C2H5C1
О
(CH3)2 N-P-N (CH3)2
II
О
XXII
По отношению к «Aphis fabae» «линейный» изомер
XXI вдвое активнее «пирамидального» (XXII). Как будет
указано далее (см. стр. 224), ОМПА — октаметилтетр-
амид пирофосфорной кислоты (XXIII) — использовался
в Англии как селективный системный инсектицид, не
действующий на насекомых-хищников [78]. Кроме того,
он значительно более безопасен, чем другие холинэрги-
ческие фосфорорганические инсектициды [79]. Метод по-
лучения ОМПА в больших масштабах описан на
стр. 224 [80].
Различные синтезы фосфорорганических соединений
были разработаны по аналогии с реакцией перефосфо-
146 Глава VI. Важнейшие реакцца эфиров, содержащих фосфор
рилирования полифосфамидов [81]:
ООО т
(CH3)2N. II II II Л(СНз)2 <СН3)2
)Р—О—О-Р< + 2 (СНз)2 N—Р=О —>
(CH3)2N N(CH3)2 (CH3)2N//
1 /N(CH3)2
О=Р<
XN(CH3)2
о о
(CH,)2N. II II ,N(CH3)2
—> 3 >р—о—р<
(СН3)2 ЬИ XN (СН3)2
XXIII
Эта изящная реакция протекала при 150° в течение
1,5 часа, причем выход соединения XXIII соста-
влял 49%.
Соединение XXII можно получить с количественным
выходом по реакции:
О
(СН3)2 N II
з }Р-С1 + (С2Н5О)3 РО —>
(СН3)2 N/
О
(CH3)2N. II
>Р—о
(CH3)2N/
о
II
=Р + ЗС2Н5С1
3
XXII
Толкмит [82] объединил обе реакции в общий способ:
о
(CH3)2N4 II (CH3)2NX
3 >Р-С1 + 2 (СН3)2 N-P=O + (С2Н5О)3 Р=О —>
(CH3)2n/ (СНз)^7
О о
(CH3)2NV II II /N(CH3)2 •
—> 3 >Р-О-Р< + ЗС2Н5С1
(CH3)2N/ XN(CH3)2
XXIII
Таким путем Толкмит получил соединение XXIII
(ОМПА) с 67%-ным выходом.
Литература
14?
В заключение необходимо упомянуть о недавно раз-
работанном синтезе перфторалкилфосфорорганических
соединений [83]. Исходное вещество — трифторметилйо-
дид CF3J был получен из трифторуксусной кислоты и
йода. Взаимодействие трифторметилйодида и фосфора
при температуре около 200° привело к образованию
1*(CF3)3; Р(СРз)гЗ и P(CF3)J2. Первое из этих соедине-
ний— невоспламеняющаяся жидкость, которая гладко
реагирует с хлором при —40° и дает (CF3)3PC12 с коли-
чественным выходом. Если P(CF3)J2 подвергать окисли-
тельному гидролизу [84], то получается трифторметил-
фосфоновая кислота:
Р (СРз) J2 -И’0, Нз CF3PO (ОН)2 + 2HJ.
Свойства этих соединений и их производных в настоя-
щее время изучаются [85].
ЛИТЕРАТУРА
1. Арбузов И., ЖРФХО, 38, 687 (1906).
2. Арбузов, Разумов, Изв. АН СССР, Отд. хим. наук, № 167
(1945).
3. Landauer, Rydon, J. Chem. Soc., 1953, 2224.
4. J. Am. Chem. Soc., 66, 109 (1944).
5. К 0 s о 1 a p 0 f f, J. Am. Chem. Soc., 69, 1002 (1947); Арбу-
зов, Кушкова, ЖОХ, 6, 283 (1936).
6. Арбузов, Данин, ЖРФХО, 46, 295 (1914).
7. К о s о 1 а р о f f, J. Am. Chem. Soc., 67, 2259 (1945).
8. Kosolapoff, J. Am. Chem. Soc., 69, 1002 (1947).
9. Кабачник, Российская, Изв. АН СССР, Отд. хим. наук,
364 (1945).
Ю. J. Chem. Soc., 1948, 699.
11. Michaelis, Bedser, Ber. dtsch. chem. Ges., 30, 1003 (1897).
12. Kosolapoff, J. Am. Chem. Soc., 67, 1180, 2259 (1945).
13. Nylen, Ber. dtsch. chem. Ges., 57, 1023 (1924); 59, 1119 (1926).
14. К а м а й, Белорозова, Изв. АН СССР, Отд. хим. наук, 141
(1947).
15. Saunders, Stacey, Wild, Wilding, J. Chem. Soc.,
1948, 699.
14& Глава Vi. Важнейшие реакции эфиров, содержащих фосфор
16. J. Am. Chem. Soc., 66, 1511 (1944).
17. J. Chem. Soc., 1947, 1^65.
18. A 1 e x a n d e r, McCombie, J. Chem. Soc., 1931, 1913.
19. Michaelis, K-ahne, Ber. dtsch. chem. Ges., 31, 1048 (1898).
20. J. Chem. Soc., 1953, 224.
21. J. Chem. Spd., 1948, 1106; Pallazo and Maggiacomo, Gazetta,
38, II, 115 (1908).
22. R e c h s t e i n, Schindler, Helv. chim. acta, 23, 669 (1940).
23. Bailly, Ann. Chim., 6, 133 (1916).
24. Adams, Shoemaker, пат. CHIA 2372244.
25. Кабачник, Российская, Изв. АН СССР, Отд. хим. наук,
295 (1946).
26. Англ. пат. 322036.
27. Герм. пат. 246871.
28. Пат. США 2504121.
29. Milobendski, Szulgin, Chem. Polski, 15, 66—75 (1917).
30. Пат. СССР 34555, 28/11 1934.
31. Lip ma nn, T u 111 e, J. Biol. Chem., 153, 571 (1944).
32. Lehainger, J. Biol. Chem., 153, 146 (1944); 162, 333 (1946).
33. В e n 11 e y, J. Am. Chem. Soc., 70, 2183 (1948); L у n e n, Ber.
dtsch. chem. Ges., 73, 367 (1940).
34. В a d d i 1 e у, T о d d, J. Chem. Soc., 1947, 648.
35. Baddiley» Michelson, Todd, Nature (London), 161,
761 (1948).
36. Morel, C. R. Acad. Sci., Paris, 128, 507 (1899).
37. Noll er, Dutton, J. Am. Chem. Soc., 55, 424 (1933).
38. Toy, J. Am. Chem. Soc., 66, 499 (1944).
39. Billman, R a d 1 i k e, Mundy, J. Am. Chem. Soc., 64, 2977
(1942).
40. Baddiley, Michelson, Todd, Nature (London), 161,
761 (1948).
41, Atherton, Clark, Todd, Rec. Trav. chim. Pays-Bas, 69,
295 (1950).
42. К h a r a s ch, Jenson, Ur.r y, J. Am. Chem. Soc., 67, 1862
(1945).
43. Англ. пат. 473523.
44. Англ. пат. 497174.
45. Gerrard, Phillips, Chem. & Ind. (Rev.), 1952, 540.
46. Adler, Woodstock, Chem. Ind., 51, 516, 657 (1942).
Литература
146
47. Пат. США 2402703.
48. L а п g h е 1 d, Ber. dtsch. chem. Ges., 43, 1857 (1910).
49. Mellor, A Comprehensive Treatise on Inorganic and Theore1
tical Chemistry, 8, 911.
50. Пат. США 2504165.
51. Пат. США 2503204.
52. Toy, J. Am. Chem. Soc., 71, 2268 (1949); Nature (London),
163, 379 (1949).
53. Mason, T о d d, J. Chem. Soc., 1951, 2267.
54. С о r b y, Kenner, Todd, J. Chem. Soc., 1952, 1234.
55. В о n n e, Stacey, T at I о w, Tedder, J. Chem. Soc., 1949,
2976.
56. Z e t c h e, Ber. dtsch. chem. Ges., 71, 1088 (1938).
57. J. Chem. Soc., 1953, 2257.
58. Atherton, Morrison, Cremlyn, Kenner, Todd,
Webb, Chem. & Ind., 1955, 1183.
59. M с С о m b i e, Saunders, Stacey, J. Chem. Soc., 1945, 380.
60. G о 1 d w h i t e, Saunders, J. Chem. Soc., 1955, 2040.
61. Atherton, Openshaw, Todd, J. Chem. Soc., 1945, 382.
62. Atherton, Howard, Todd, J. Chem. Soc., 1948, 1106.
63. Baddiley, Clark, Michalski, Todd, J. Chem. Soc.,
1949, 815; Clark, Todd, J. Chem. Soc., 1950, 2023.
64. Clark, Todd, J. Chem. Soc., 1950, 2031.
65. G о 1 d w h i t e, Saunders, Chem. & Ind. (in press).
66. McCombie, Saunders, Stacey, J. Chem. Soc., 1954, 921.
67. Gerrard, Jeacocke, J. Chem. Soc., 1954, 3647.
68. J. Chem. Soc., 1955, 3564.
69. J. Am. Chem. Soc., 67, 1180 (1945); Organophosphorus Compo-
unds, 1950 (New York, Wiley).
70. Chem. & Ind. (Rev.), 1953, 351.
71 .Bochwic, Michalski, Nature (London), 167, 1935 (1951).
72. С1 a y, J. Org. Chem., 16, 1892 (1951); К • n n e a r, Perren,
J. Chem. Soc., 1952, 343.
73. Khar as c h, Janson, Weinhouse, J. Org. Chem., 15,
429 (1949).
74. К h a r a s c h, personal communication.
75. S a u n d e r s, Worthy, J. Chem. Soc., 1953, 2115.
76. J. Am. Chem. Soc., 75, 5270 (1953).
77. Die Entwicklung neuer Insektizide auf Grundlage organischer
Fluor- und Phosphorverbindungen (Verlag Chemie, Wein-
heim), 1951.
150 Глава VI. Ёажне&шиё реакций эфиров, содержащих фосфор
(1950).
80.
81.
82.
83.
Haszeldine,
Е m е 1 ё u s,
85.
78. Ripper, Greenslade, Hartley, Bull. Ent. Res., 40, 481
(1950).
79. Dubois, D о u 11, Coon, J. Pharmacol., 99, 376
Pound, Saunders, англ. пат. 631549.
T о 1 к m i t h, J. Am. Chem. Soc., 75, 5273 (1953).
J. Am. Chem. Soc., 75, 5276 (1953).
Bennett,
1565.
В e n e 11,
3598.
Bennett,
3898.
J.
J.
J.
Chem. Soc., 1953,
Chem. Soc., 1954,
Chem. Soc., 1954,
84.
Е m е 1 ё u s,
Haszeldine,
Е m е 1 ё ц s,
Haszeldine,
Глава VII
ФТОРАЦЕТАТЫ
Метилфторацетат (МФА) и подобные
ему соединения
Исследования, описанные в этом разделе, были про-
ведены в Кембридже во время войны и впервые пред-
ставлены на рассмотрение Министерству снабжения
в сообщениях, озаглавленных «Фторапетаты и их произ-
водные». С самого начала работы эти сообщения были
доступны для американских исследователей. В настоя-
щем разделе в основном дается характеристика метил-
фторацетата CH2FCO2CH3 и некоторых других произ-
водных фторуксусной кислоты.
В гл. IV описана токсичность фтористых соединений,
\ //Q
содержащих группировку • Эти соединения
обладают общим быстрым «нокаутирующим» действием,
и многие из них обладают сильными мистическими свой-
ствами. Соединения «фторацетатного» ряда характери-
зуются наличием группы CH2F. Большое число соедине-
ний из этого ряда токсичны, при введении в организм
обладают скрытым периодом действия, полностью ли-
шены мистических свойств и их действие характерно
для «судорожного» яда (см. стр. 179).
Метилфторацетат был впервые в небольших количе-
ствах получен Свартсом [14] путем действия фтористого
серебра или фтористой ртути на метилйодацетат. Для по-
лучения метилфторацетата в больших масштабах этот
метод неприменим, поэтому были проведены детальные
исследования по изысканию других способов его получе-
ния. Вместо дорогостоящего метилйодацетата был ис-
пользован метилхлорацетат, а кроме того, было под-
нергнуто широкому испытанию большое число фтори-
рующих агентов. Было обнаружено, что фторирование
152
Глава VII. Фторацетаты
метилхлорацетата может быть эффективным при нагре-
вании его с фтористым калием во вращающемся авто-
клаве при температуре' 220° в течение 4 час. Фтористый
натрий при этих условиях в реакцию почти не вступал.
Существуют другие доступные методы получения
МФА без применения автоклава, но обладают ли они
преимуществом перед автоклавным методом в отноше-
нии качества продукта и выхода является сомнительным.
Метилфторацетат (МФА)—жидкость почти без за-
паха с температурой кипения 104° и температурой плав-
ления около —32°. Во время 10-минутной затравки мел-
ких животных смертельными концентрациями паров
МФА видимых признаков отравления не наблюдалось.
Приблизительно через 30—60 мин. после затравки
(в зависимости от концентрации) развивались слабо
выраженные симптомы поражения. Развитие симптомов
в какой-то степени также зависело и от вида животных.
У всех подопытных животных отмечались судороги,
после которых только в отдельных случаях наблюдалось
выздоровление.
LC5o МФА для кроликов, крыс и морских свинок со-
ставляет около 0,1 мг/л. Мыши оказались более устой-
чивыми. При внутривенном введении МФА кроликам
LD5 о составляла 0,25 мг/кг. При подкожном введении
его мышам LD50 была порядка 6—10 мг/кг. МФА обла-
дает также токсическим действием при нанесении его
на кожу, но в меньшей степени, чем при введении в орга-
низм другими путями. При нанесении капель вещества
на выстриженную спину кролика LD50 составляла около
20 мг/кг, при этом допускалось свободное испарение
капель. У подопытных животных наблюдались обычные
симптомы поражения.
Заслуживает внимания, что большие концентрации
паров’метилхлорацетата (1/1000; 4,85 мг/л) не вызы-
вают гибели животных.
МФА практически не обладает запахом. Когда чет-
веро из нас подвергались воздействию концентрации
1/1 000000 в камере объемом в 10 лг3, мы не смогли
определить запаха вещества. Даже при концентрации
1/100 000 (была взята 30-секундная экспозиция из со-
ображения безопасности) обнаруживался лишь слабый
Метилфторацетат (МФА) 153
фруктовый запах, который неотличим от запаха, при-
сущего многим безвредным эфирам, не содержащим
фтора.
Атом фтора в метилфторацетате (как и во многих
других соединениях, содержащих группу CH2F) связан
очень прочно. Если смешать метилфторацетат с 10%-ным
водным раствором едкого кали, то в течение 1 часа
в смеси нельзя обнаружить свободного иона фтора.
В самом начале этой работы было установлено, что
фтор во «фторацетатах» и фторфосфатах можно опре-
делить с удовлетворительной точностью. При нагревании
фторсодержащих соединений со смесью концентриро-
ванной серной кислоты и бихромата калия образуются
«маслянистые капли» 1).
Было обнаружено, что в ряду фторфосфорных со-
единений эфиры вторичных спиртов намного токсичнее
по сравнению с эфирами первичных спиртов. Так, напри-
мер, диизопропилфторфосфат (I) оказался соединением
с более выраженными токсическими свойствами. По-
этому совершенно естественно возник интерес к синтезу
различных эфиров фторуксусной кислоты и к определе-
нию их токсических свойств по сравнению с метиловым
эфиром. С этой целью были получены этил-, пропил- и
изопропилфторацетаты путем нагревания соответствую-
щих эфиров хлоруксусной кислоты во вращающемся
автоклаве с фтористым калием. Токсичность их оказа-
лась равной токсичности метилфторацетата.
I(CH3)2CH-O]2POF (СНз) FGHCOa (СН3) (СН3)2 FCCO2 (СНЭ)
I II Ш
При изучении соединений фторфосфорного ряда
обнаружено, что дифениловый эфир (стр. 75) был отно-
сительно нетоксичен. Фенилфторацетат, однако, ока-
зался токсичным соединением, и при подкожном введе-
нии мышам LD50 равнялась 6—10 мг(кг. Симптомы по-
ражения при этом были такие же, как при введении
метилфторацетата.
’) См. также приложение, стр. 275.
154 Глава Vll. ФторацетатЫ
В дальнейшем было интересно и важно определить,
насколько влияет изменение групп, соседних с атомом
фтора, на токсичность соединений. С этой целью полу-,
чены метил-а-фторпропионат (II) и метил-а-фторизобу-
тират (III). Оба соединения оказались относительно не-
токсичными. Первое, например, в концентрации
1/20 000 (0,24 мг[л) не вызывало гибели подопытных жи-
вотных в группе, состоящей из 3 кроликов, 4 морских
свинок, 6 крыс и 10 мышей. Второе соединение при той
же концентрации вызывало гибель только 2 животных
из такой же группы.
В сообщении № 5 по фторацетатам Министерству
снабжения описано получение метил-1,3-дифторацето-
ацетата CH2FCOCHFCO2CH3 с 10%-ным выходом
путем действия металлического натрия на метилфтор-
ацетат. Позже сообщалось, что если конденсацию про-
водить в присутствии метилового спирта, выход метил-
дифторацетоацетата можно повысить до 23% и воз-
врат непрореагировавшего метилфторацетата составит
около 35%.
Фторацетилхлорид CH2FCOC1 был получен дей-
ствием пятихлористого фосфора на свободную фторуксус-
ную кислоту (стр. 158) [1]. Новое соединение оказалось
чрезвычайно полезным агентом для фторацетилирования
при синтезах. Вследствие его важности недавно были
проведены дополнительные исследования по получению
этого соединения другими методами [2]. Они могут быть
суммированы следующим образом: 1) прямой способ
получения из фторацетамида (стр. 164) путем действия
хлорокиси фосфора с последующим разложением водой;
2) действие хлорокиси фосфора либо на фторацетат нат-
рия, либо на фторацетат бария (стр. 160). Хороший вы-
ход продуктов получался в обоих случаях, и в каждом
из них исходные материалы были более легко доступны,
чем фторуксусная кислота.
Интересно сравнить токсичность фторацетилхлорида
и его изомера — хлорацетилфторида. Первый обладал
токсичностью, сравнимой с токсичностью метилфтораце-
тата, тогда как второй был относительно нетоксичен. Это
можно легко объяснить тем, что фторацетилхлорид при
гидролизе дает токсичную фторуксусную кислоту, тогда
Метилфторацетат (МФА)
155
как хлорацетилфторид гидролизуется до хлоруксусной
кислоты и до относительно нетоксичного (в допустимых
концентрациях) фтористого водорода. Фторацетилфто-
рид также обладал токсичностью, сравнимой с токсич-.
ностью фторацетилхлорида или метилфторацетата; это
CZ
подтверждает, что группа “' \ практически не
повышает токсичности. Ацетилфторид также оказался
нетоксичным соединением.
Госвами и Саркар [3] получили метил- и этилфтор-
формиаты путем действия фтористого ..таллия на соот-
ветствующие хлорформиаты. Эти фторформиаты были
описаны как сильные лакриматоры. Нами показано, что
реакция между фтористым калием и этилхлорформиа-
том в кипящем четыреххлористом углероде или нитро-
бензоле протекает очень медленно. Этилфторформиат,
однако, был легко получен действием фтористого калия
на этилхлорформиат в автоклаве. Лакриматорных
свойств обнаружено не было, и соединение оказалось
нетоксичным по сравнению с МФА. Это отсутствие ток-
сичности предполагалось заранее, так как фторформиат
содержит не группу CH2F, а группу COF.
Хлорметиловые эфиры были очень легко получены
путем действия параформальдегида на соответствующие
хлорангидриды кислот в присутствии небольшого коли-
чества хлористого цинка как катализатора [4]. Поэтому
казалось заслуживающим внимания изучение действия
параформальдегида на фторацетилфторид. В резуль-
тате было выделено низкоплавящееся твердое соеди-
нение, которое оказалось метилен-бнс-фторацстатом
CH2(OCOCH2F)2. Соединение было подвергнуто токси-
кологическим испытаниям, которые показали, что при
подкожном введении этого вещества мышам LDS0 со-
ставила около 10 мг/кг. Подкожное введение этого веще-
ства крысам в дозах 2,5, 5 и 10 мг/кг вызывало гибель
подопытных животных (1/1).
Фторацетат натрия [5] был синтезирован с целью
получения стабильного водорастворимого соединения, со-
держащего группу CH2F—СО, и удобного для проведения
экспериментов. Метод получения этой соли по-
156
Глава Vlf. Фторацетаты
дробно описан ниже. Сущность метода состоит в до-
бавлении холодного водного раствора едкого натра
к метилфторацетату с последующим упариванием рас-
твора. Полученный в результате этой работы фтораце-
тат натрия был рекомендован, а затем использован в ка-
честве родентицида.
Ангидрид фторуксусной кислоты был легко получен
действием фторацетилхлорида на фторацетат натрия.
Он является подвижной жидкостью с температурой кипе-
ния 89° при 12 мм. Это соединение удобно для фтораце-
тилирования. При ингаляционных затравках оно ока-
залось несколько токсичнее, чем МФА.
Как было показано ранее, триалкилсвинцовые соли
при распылении их в воздухе обладают определенно
выраженным раздражающим действием [6]1). Поэтому,
желая получить комбинацию раздражающего действия
триалкилсвинцовых солей с «фторацстатоподобной ак-
тивностью», был синтезирован фторацетат триэтил-
свинца CH2FCO2Pb(C2Hs)3. Это устойчивое и кристал-
лизующееся соединение было легко получено путем дей-
ствия фторуксусной кислоты на тетраэтилсвинец в при-
сутствии силикагеля. Его раздражающее действие ока-
залось сходным с действием большинства других
триэтилсвинцовых солей органических кислот. Восемь
человек из числа работающих по данной теме были под-
вергнуты в течение 10 мин. воздействию концентрации
1 часть на 10000 000 (1,7 мг/м3), которая была полу-
чена путем распыления спиртово-эфирного. раствора
этого вещества. Все, кто находился в камере, испыты-
вали сильное раздражение слизистых оболочек носа и
горла в течение первой минуты, а пять человек жало-
вались на боль в груди. Подкожное введение этого ве-
щества мышам показало, что LDgo составляет около
15 мг/кг, и наблюдающаяся картина отравления харак-
теризовалась «фторацетатоподобными» симптомами.
Гликоль-бнс-фторацетат был получен с целью син-
теза токсичного фторсодержащего соединения (содер-
жащего группу CH2FCO), которое имело бы высокую
') Поражаются верхние дыхательные пути и трахея и возни-
кает затруднение при вдохе. - .
Метилфторацетат (МФА)
157
температуру кипения и было бы растворимо в маслах и
жирах. При концентрации 1/40 000, созданной путем
распыления вещества в камере, 4 из 13 животных
(крысы, морские свинки и кролики) погибли в течение
10 мин. с появлением судорог, характерных для дей-
ствий МФА. Эта низкая токсичность могла быть резуль-
татом низкой летучести вещества. Было также обнару-
жено, что вещество очень хорошо растворимо в горячем
оливковом масле и использовалось в виде холодного
раствора в концентрациях, достаточных для проведе-
ния экспериментов на животных путем добавления
в пищу. Установлено, что при введении раствора этого
вещества (5 мг/см3) в желудок через катетер LD50 для
крыс составила около 2,2 мг(кг.
Фторацетат холестерина был получен с целью син-
теза соединения, в котором фторуксусная кислота соче-
талась бы с биологически важным субстратом, и с тем,
чтобы проверить, обладают ли подобные соединения по-
вышенной токсичностью. Однако в результате ограни-
ченной растворимости этого соединения в нетоксичных
растворителях оно оказалось крайне неудобным для про-
ведения токсикологических экспериментов. При испыта-
нии его токсичность оказалась значительно ниже, чем
токсичность МФА.
Принимая во внимание хорошо известное фармако-
логическое действие аспирина, возникла мысль получить
фторированный аналог — О-(фторацетил)-салициловую
кислоту, которая представляла значительный интерес.
Соединение было легко синтезировано путем ацилиро-
вания салициловой кислоты фторацетилхлоридом в при-
сутствии пиридина. При подкожном введении мышам
этого вещества LD50 составила приблизительно 15 мг!кг.
При этом у мышей соединение вызывало наркотический
сон, и они погибали в течение первых суток. *
Метилфторацетат!) [7] получали следующим путем.
Метилхлорацетат (108,5 а, 1 моль) смешивали с ней-
тральным безводным фтористым калием (70 г, 1,2 моля)
и нагревали в наклонно вращающемся автоклаве (со
стеклянными шарами) при постоянной температуре.
Ч См. также стр. 151.
158
Глава Vll. Фторацетаты
Скорость вращения автоклава около 280 об/мин, что
обеспечивало полное смешение реагентов. После окон-
чания реакции автоклаву давали остыть, содержимое
извлекали и промывали эфиром, а неорганические соли
отфильтровывали. Фильтрат затем помещали в колбу
с колонкой для фракционирования длиной 80 см. Эфир
медленно отгоняли. Затем температуру быстро повы-
шали до 104° и собирали фракцию с температурой кипе-
ния 104—110° (метилфторацетат). Затем температуру
вновь быстро повышали до 125° и собирали фракцию
с температурой кипения 125—132° (непрореагировавший
метилхлорацетат). Ниже приводятся (табл. 9) резуль-
таты экспериментов, проведенных при различных тем-
пературах и времени реакции. Условия эксперимента
№ 5 рекомендуются как наилучшие.
Фракция с температурой кипения 104—110° при по-
вторной перегонке отгонялась почти полностью при тем-
пературе 104,5°. (Найдено: F 20,65%. Вычислено для
C3H5O2F 20,65%’.) Метилфторацетат — подвижная
жидкость с температурой плавления — 32°, d^ = 1,1744,
Яр = 1,3679, растворимость в воде до 15%. Было най-
дено, что при комнатной температуре гидролиз, согласно
уравнению
CH2FCO2CH3 + Н2О —> CH2FCO2H + СН3ОН,
протекает на 50% примерно в течение 14 дней. МФА
полностью смешивается со спиртом, эфиром, ацетоном,
петролейным эфиром (температура кипения 40—60°),
четыреххлористым углеродом, бензолом, ледяной уксус-
ной кислотой, 2,2'-дихлордиэтилсульфидом и частично
растворим в сероуглероде.
Фторуксусную кислоту получали следующим спосо-
бом. К смеси метилфторацетата (46,0 г, 0,5 моля) и воды
(100 мл) добавляли несколько капель раствора фенол-
фталеина, затем добавляли небольшими порциями по-
рошкообразный октагидрат гидроокиси бария (78,9 г,
0,25 моля) и смесь механически перемешивали (после
каждой добавленной порции) до тех пор, пока не ис:
чезала щелочная реакция. Реакционная смесь должна
*) См. также приложение (стр. 268) и [8].'
Таблица 9 Примечания Давление около 2 ат Давление около 10 ат Давление около 12 ат, в конце реакции около 1 ат, на холоду Давление около 30 ат', в конце реакции 4 ат, на холоду 1 д) С учетом выделения исходного метилхлорацетата. Наибольший фактический выход при 220°. Наибольший чистый bhxojj при 190“ (ио, конечно, требуется большее количество КГ на 1 г МФА). Ввиду токсичности и отсутствия запаха МФА очистку автоклава после реакции нужно проводить в противогазе.
Выход (чистый)а), %. r-к со О Ь* СО е, *» л м со ш сч о г-н СЧ со Ю С»э
Выход (факти- ; ческий), | % ео о О 45 оо и г-4 СО‘ <0 СО ’’Ф Ь- СО Ю СО
Вес неоргани- ческих отфиль- трованных солей, г О О) 9) ф CJ5 . ОО Ь Ъ Ъ ОО 0>
Остаток с т* кип. > 132°, г Ч Ы-. ь-. т-1 со Ю Ь- «5 С» <75 СТ>
Фракция с т. кнп. 125—132°, г П М N ф Ф 00 Щ оэ о -г -Ф ОО ОО Ь- "Ф
Вй .о" S3 Но И Stf М’Т* ** «S I СЧ <О СО r-ч оо г-и CQ Ю UJJ gS го
Продолжи- тельность, часы Й Я ° * СЧ СЧ 1—< т~»
Темпе- ратура, °C Q Q о О О о ю со <5 см 1й у С'*‘1 С*ч
Номер экспе- . римента w 04 со м* to о
160
Глава Vll. ФторацетатЫ.
иметь кислую реакцию (если это необходимо, путем до-
бавления нескольких капель метилфторацетата); смесь
фильтровали и фильтрат упаривали на водяной бане до
объема примерно 100 мл. Жидкость охлаждали и доба-
вляли метиловый спирт (500 мл) для осаждения фтор-
ацетата бария, который затем отфильтровывали, отжи-
мали и сушили, но не перекристаллизовывали; выход
69,0 г (95%). Сухой фторацетат бария (58 г, 0,2 моля)
медленно добавляли к 100%-ной серной кислоте (122,5 г,
1,25 моля). При перегонке под пониженным давлением
с использованием широкого воздушного холодильника
фторуксусная кислота перегонялась в интервале 83—
100°/17 мм и немедленно кристаллизовалась. Ее можно
перегонять при атмосферном давлении; температура ки-
пения 167—168,5°; выход 29,5 г (94,2%). Фторуксусная
кислота представляет собой бесцветные игольчатые кри-
сталлы с температурой плавления 31—32°. (Найдено:
F = 24,3%, вычислено для C2H3O2F : F = 24,4%.) Эти
выходы значительно выше тех, которые получены при
использовании метода Свартса.
Фторацетат натрия синтезировали следующим спо-
собом [9]. К метилфторацетату (46,0 г, 0,5 моля), суспен-
дированному в воде (100 мл, содержащих несколько ка-
пель фенолфталеина), медленно добавляли едкий натр
(0,5 моля, 20 г в 100 мл воды). Смесь хорошо переме-
шивали, а скорость добавления едкого натра регулиро-
вали по исчезновению красной окраски. После добавле-
ния едкого натра прибавляли несколько капель МФА
для создания кислой среды. Смесь упаривали на водя-
ной бане до тех пор, пока не начиналась кристалли-
зация, а затем раствор охлаждали и выпавшие кри-
сталлы отфильтровывали. При добавлении спирта кри-
сталлов выпадало больше. Общий выход 45,5 г (91 %).
(Найдено: F= 19,0%, вычислено для C2H2O2FNa:F =
= 19,0%.) n-Нитробензилфторацетат был получен сле-
дующим образом: п-нитробензилбромид (0,9 г) раство-
ряли в спирте (10 мл) и добавляли к раствору фтораце-
тата натрия (0,3 г), растворенного в минимальном коли-
честве воды. Смесь нагревали с обратным холодильни-
ком в течение 2 час. и затем охлаждали; твердое веще-
ство отфильтровывали и кристаллизовали из спирта.
2-Фторэтанол (ФЕА) и его производные 161
n-Нитробензилфторацетат представляет собой длинные
игольчатые кристаллы с температурой плавле-
ния 76°.
2-Фторэтанол (ФЕА) и его производные
При проведении исследований с соединениями, со-
держащими связь С — F, было крайне желательно полу-
чить 2-фторэтанол как для токсикологических испыта-
ний, так и в качестве полупродукта для синтеза других
фторсодержащих соединений. Свартсу [10] не удалось
получить 2-фторэтанола путем действия фтористого се-
ребра или фтористой ртути как на этиленхлоргидрин, так
и на этиленбромгидрин. В каждом случае он получал
ацетальдегид. Однако он получил фторэтанол в очень
небольшом количестве косвенным методом, гидролизуя
фторацетин (полученный из бромацетина и фтористой
ртути) в течение 80 час. с разбавленной минеральной
кислотой.
В 1943 г. был описан очень простой и эффективный
способ получения фторэтанола (ФЕА) путем нагревания
этиленхлоргидрина с фтористым калием во вращаю-
щемся автоклаве при температуре 135° в течение
4 час. [11].
Фторэтиловый спирт был получен также и без при-
менения автоклава [12], но в этом случае продукт был
менее чистым.
Фторэтанол растворим в воде и устойчив к действию
влаги. При ингаляционной затравке смертельными кон-
центрациями фторэтанола у животных возникают такие
же судороги, как и при действии метилфторацетата
(МФА). Концентрация 0,29мг)л (при 10-минутной экспо-
зиции) вызывает гибель 62% животных из группы,
состоящей из кроликов, морских свинок и крыс;
концентрация 0,14 .мг!л вызывает гибель только 38%
животных, причем во всех случаях гибель животных на-
блюдалась В' течение 12 час. Мыши оказались намного
устойчивее; так, например, LCso для них равнялась
приблизительно 1,1 мг]л.
162
/*лава VII. ФторацвтатЫ.
1-Хлор-2-фторэтан был легко получен из фторэта-
нола [11]. Он оказался нетоксичным соединением. Так,
концентрация 0,184 мг/л оказалась несмертельной, тогда
как подобная концентрация фторэтанола или метил-
фторацетата должна была вызвать гибель- 50% живот-
ных в опытной группе, состоящей из кроликов, морских
свинок и крыс. Было показано, что атом хлора в хлор-
фторэтане обладает низкой реакционной способностью
по отношению к различным реагентам, и это, несо-
мненно, объясняет нетоксичность 1-хлор-2-фторэтана;
маловероятно также, чтобы в животном организме
1-хлор-2-фторэтан мог легко превращаться до токсич-
ного фторэтанола.
При условиях, соблюдавшихся в наших эксперимен-
тах, реакция между хлорфторэтаном и фталимидом ка-
лия или тиоцианатом калия не наблюдалась. Магний
(в виде суспензии в эфире) не реагировал обычным
образом с образованием реактива Гриньяра, хотя при
длительном нагревании определенное количество ме-
талла переходило в раствор с образованием продукта,
который при добавлении воды затвердевал в гелеобраз-
ную массу.
Попытка получения 2,2'-дифтордиэтилсульфида дей-
ствием сульфида натрия на хлорфторэтан привела к по-
лучению дитиана и других полимерных веществ. Анилин
не реагировал вовсе или реагировал в жестких усло-
виях с образованием N, И'-дифенилпиперазина и N, N'-
дифенил этилендиамина.
Однако фенолят натрия реагировал с хлорфторэта-
ном при нагревании их в спиртовом растворе с образо-
ванием фенил-2-фторэтилового эфира. Это — твердое ве-
щество, которое при токсикологическом испытании ока-
залось менее токсичным соединением, чем МФА.
Попытка получить 1-бром-2-фторэтан путем частич-
ного фторирования этилендибромида при помощи трех-
фтористой сурьмы была неудачной.
Лучше всего это соединение получать путем действия
трехбромистого фосфора на фторэтанол. Соединение
относительно нетоксично. Атом брома в этом соедине-
нии малоподвижен, но все же значительно реакционно-
способнее, чем атом хлора в хлорфторэтане. Например,
2-Фторэтанол (ФЕА) и его производные
163
бромфторэтан легко превращался в 2-фторэтилтиоциа-
нат при действии тиоцианата калия. При ингаляционной
затравке животных смертельными дозами токсичность
2-фторэтилтиоцианата оказалась ниже токсичности
МФА. Однако токсичность его при внутривенном введе-
нии оказалась более высокой.
При применении метода, подобного тому, который
Джонсон и Дуглас [13] использовали для превращения
группы SCN в группу SO2C1, фторэтилтиоцианат был
легко превращен действием хлорной воды в стабильный
жидкий 2-фторэтилсульфонилхлорид. При затравке мел-
ких животных парами этого вещества концентрация
0,5 мг/л при экспозиции 10 мин. вызывала у животных
только раздражение и слезотечение с последующим пол-
ным выздоровлением всех животных.
2-Фторэтилксантогенат FCH2CH2SCSOC2H6— желтое
масло, получающееся действием ксантогената натрия на
бромфторэтан. LD.50 при подкожном введении мышам
составляла 50 мг/кг. Таким образом, оно оказалось зна-
чительно менее токсичным, чем МФА.
Было исследовано действие сульфурилхлорида на
фторэтанол, главным образом с целью получения
2,2,-дифтордиэтилсульфата. Это соединение должно
было найти применение, аналогичное диэтилсульфату.
Для его получения в первом опыте был использован
2-фторэтанол, который медленно добавляли к избытку
охлажденного сульфурилхлорида, однако единственным
выделенным продуктом был 2-фторэтилхлорсульфонат
C1SO2OCH2CH2F; во втором опыте условия были изме-
нены, и сульфурилхлорид добавляли к несколько боль-
шему, чем требовалось по расчету, количеству фторэта-
нола. На этот раз был получен дифтордиэтилсульфат,
но с небольшим выходом.
При затравке различных видов животных хлорсуль-
фонатом в концентрации 0,327 г/.и3 при экспозиции
10 мин. наблюдалось раздражение, а у крыс отмечался
такой же тип судорог, как при затравке их МФА. Од-
нако только 2 из 13 животных (кролики, морские свинки
и крысы) погибло в течение 24 час. Дифтордиэтилсуль-
фат не обладал раздражающим действием и был менее
164
Глава VII. Фторацетаты
токсичным. Он оказался хорошим фторэтилирующим
агентом.
2-Нафтил-2-фторэтиловый эфир был легко получен
путем нагревания щелочного раствора 2-нафтола с 2,2'-
дифтордиэтилсульфатом. LD50 при подкожном введении
мышам раствора этого вещества в пропиленгликоле при-
близительно равнялась 60 мг/кг, поэтому оно оказалось
значительно менее токсичным, чем МФА.
Реакция между фторэтанолом (ФЕА), двуокисью
марганца и серной кислотой вначале была исследована
с целью получения соответствующего фторированного
ацеталя. Скоро стало очевидным, что в этом. экспери-
менте возможно выделение до сих пор неописанного
фторацетальдегида, поэтому его получению было уде-
лено соответствующее внимание.
По аналогии с хлоралем и монохлорацетальдегидом
ожидалось, что фтор ацетальдегид может легко образо-
вывать гидрат. В этой форме он и был получен путем
вышеописанного окисления ФЕА, но с небольшим вы-
ходом.
Определение токсичности образца, содержащего 80%
фторацетальдегида, путем подкожного введения его мы-
шам, показало, что LD50 составляла 6 мг/кг. Так как
LD50 для МФА равна также 6 мг/кг, это означало, что
оба соединения имеют одинаковую токсичность (моляр-
ную), принимая во внимание наличие в альдегиде 20%
воды. Таким образом, эта степень токсичности пол-
ностью соответствовала ожидаемой.
Фторацетамид и его производные
Фторацетамид впервые был получен Свартсом [14],
но он не привел подробностей его синтеза. В 1943 г. это
соединение было получено с высоким выходом путем
действия аммиака на метилфторацетат. Это легко кри-
сталлизующееся устойчивое соединение с резкой темпе-
ратурой плавления нашло применение для идентифика-
ции метилфторацетата (МФА). Благодаря его устойчи-
вости, а также потому, что оно может быть получено
Фторацетамид и его производные
165
в очень чистом виде, фторацетамид представляет боль-
шую ценность как аналитический стандарт органических
соединений, содержащих фтор [15]'1). Его. преимуществом
является также и то, что он содержит азот, который мо-
жет быть определен независимо. Фторацетамид — твер-
дое вещество, поэтому было трудно определить его инга-
ляционную токсичность в сравнении с МФА, но внутри-
венное введение кроликам показало, что эти два со-
единения обладали примерно одинаковой токсичностью
и вызывали у пораженных животных один и тот же тип
судорог.
Фторацетамид был также получен при нагревании
смеси фтористого калия и хлорацетамида при 135° с от-
гонкой в вакууме фторацетамида и непрореагировав-
шего хлорацетамида [16]. Реакция протекала также
в растворе в ксилоле при обычном давлении [1.7], но вы-
ход в этом случае составил только 55%. Недавно, этот
метод был усовершенствован, хотя продукт все же со-
держал непрореагировавший хлорацетамид [18].
Посредством перегонки амида с окисью фосфора при
обычном давлении был получен фторметилцианид в виде
бесцветной подвижной жидкости. Это соединение ранее
было получено Свартсом [19], который отмечал, что при
этой реакции необходимо перегонять амид с окисью
фосфора при пониженном давлении и собирать продукт
перегонки при —50°. Сондерс показал, что соблюдение
этих условий не является обязательным. Токсичность
фторметилцианида при ингаляции оказалась ниже ток-
сичности метилфторацетата, однако цианид обладает
интересным свойством — он намного более токсичен по
отношению к кроликам, чем к морским свинкам, кры-
сам и мышам. О токсичности других фторалкилциани-
дов см. стр. 213.
Получение свободной фторуксусной кислоты из ме-
тилфторацетата через бариевую соль описано на
стр. 160. Наиболее удобный метод получения свободной
фторуксусной кислоты состоит в обработке фторацет-
амида окислами азота [20]. Выход чистой кислоты
1) См. также стр. 268.
166
Глава VII. Фторацетаты
составлял 90%. Оба метода могут быть пояснены сле-
дующим образом:
FCH2CO2CH3 (FCH2CO2)2 Ва
(Неочищенный)
—> FCH2CO2H (Общий выход 75%)
(Чистый)
fch2co2ch3 fch2conh2
(Неочищенный)
—> FCH2CO2H (Общий выход 90,0%)
(Чистый)
Заслуживает внимания, что LD50 при внутривенном
введении фторуксусной кислоты, метил фтор ацетата и
амида фторуксусной кислоты почти одинакова и состав-
ляет 0,25 мг]кг (для кроликов).
N-Метилфторацетамид и его N-нитрозопроизводные
были получены обычными методами; оба соединения
оказались токсичными благодаря тому, что в организме
животного легко протекает гидролиз этих соединений до
фторуксусной кислоты.
Известно, что кожно-нарывное действие азотистых
ипритов обусловлено присутствием группы >N—СН2—
—-СН2—С1, например в CH3N(CH2CH2C1)2. Поэтому
было решено ввести эту группу в молекулу фтор-
ацетамида в надежде скомбинировать нарывное дей-
ствие с замедленным судорожным действием, харак-
терным для фторацетатов. С этой целью был получен
N-2-оксиэтилфторацетамид (IV) действием моноэтанол-
амина на метилфторацетат с последующим легким пре-
вращением его в N-2-хлорэтилфторацетамид (V) при
действии тионилхлорида:
CH2FCO2CH3 + NH2CH2CH2OH —>
—► CH2FCONHCH2CH2OH —>
IV
—> CH2FCONHCHaCH2Cl
V,
N-2-Хлорэтилфторацетамид был также получен nyivm
прямого действия двух молей фторацетилхлорида на
Фторацетамид и его производные
167
этаноламин, хотя вначале эта реакция была проведена
с целью получения р-(фторацетамидо)-этилфторацетата
CH2FCO2CH2CH2NHCOCH2F.
При инъекции мышам соединения V было обнару-
жено, что LD50 примерно такая же, как и для фтор-
ацетамида и фторуксусной кислоты, при одинаково
выраженных симптомах поражения животных. Кожно-
нарывным действием полученное вещество не обладало.
Поэтому всего вероятнее было предположить, что гид-
ролиз этого вещества в организме приводил к образова-
нию фторуксусной кислоты и относительно безвредного
2-хлорэтиламина.
Путем описанных выше типов реакций были также
получены М,Ь1-ди- (2-оксиэтил) -фторацетамид и_ Ы,М-ди-
(2-хлорэтил) -фтор ацетамид.
Можно было предполагать, что при действии рас-
твора брома и едкого кали на фторацетамид можно по-
лучить фторметиламин. Однако при определенных усло-
виях был получен не фторметиламин, а кристаллическое
твердое вещество, содержащее как фтор, так и азот [20].
Анализ и общий характер реакций показали, что полу-
ченное вещество представляет собой Ы-фторацетил-М'-
фторметил мочевину
FCH2CONHCONHCH2F.
В таком виде эта реакция является точной аналогией
Гофмановской перегруппировки для соответствующих
хлорсоединений из хлорацетамида [21]. LD50 этого со-
единения при введении мышам составляет около
60 жа/ка.
На основании теоретических предпосылок можно
предположить, что фторметилцианид должен быть
склонен к реакциям присоединения. Действительно,
спирт и сухой хлористый водород легко превращают
его в солянокислый фторацетиминоэтиловый эфир (VI)
с дальнейшим превращением его в амидин (VII)
при помощи спиртового раствора аммиака. Подобная
реакция конденсации цианида с 2-фторэтанолом и
фенолом привели к получению солянокислого фтор-
ацетимино-2-фторэтилового эфира (VIII, R = CH2CH2F)
168
Глава VII. Фторацетаты
и соответствующего солянокислого фенилиминоэфира
(VIII, R==C6H5). Аналогичные опыты были проведены
с метилцианидом, в результате чего было установлено,
что скорость образования солянокислого иминоэфира
была намного ниже, чем у фторзамещенного аналога.
Эта разница в реакционной способности была также
более заметной и при конденсации с фенолом.
Г-СН2—C(OC2H5)=NH2G1
VI
F—С Н2—С (N H2)=N Н 2С1
VII
F-CH7-C(OR)=NH2CI
VIII
-a +-S -а
F —СН2*- С—N
IX
Это повышение реакционной способности у фторме-
тилцианида, несомненно, является следствием индуктив-
ного эффекта атома фтора, который оттягивает элек-
троны от атома углерода, связанного с азотом, и, ве-
роятно, увеличивает полярность углерод-азотной связи.
Это электронное смещение изображено в формуле IX.
Повышенная полярность связи углерод — азот будет,
очевидно, способствовать присоединению хлористого во-
дорода и спиртов (или фенолов) по ионному механизму.
Таблица 10
Соединение
VI
VIII (R = С6Н5)
VII
VIII
(R-CH2CH2F)
Токсичность (определение на мышах)
Подобна метилфторацетату
» »
» 2-фторэтилфторацетату
Соединения VI, VII и VIII (R = CH2CH2F) были
подвергнуты токсикологическим испытаниям путем под-
кожного введения их мышам. Полученные результаты
приведены в табл. 10. Казалось, что солянокислый ими-
ноэфир должен в живом организме гидролизоваться
2-Фторэтилфторацетат и его производные 169
с образованием соответствующего фторацетата и хлори-
стого аммония, поэтому токсичность должна быть при-
мерло такой же, как у фторацетатов. Результаты экс-
периментов' подтвердили это предположение. Соедине-
ние VIII (R = CH2CH2F), как ожидалось, было более
токсичным, чем другие соединения, так как, по-види-
мому, в организме оно гидролизовалось до 2-фторэтил-
фторацетата, который, как известно, вдвое токсичнее, чем
метил- или этилфторацетат [22], о чем будет упомянуто
ниже.
2-Фторэтилфторацетат и его производные
Исходя из того, что фторэтанол имеет такую же ток-
сичность, как й метилфторацетат (или как фторуксусная
кислота), представлялось интересным синтезировать-
соединения, в которых «активные» части этих молекул
были"бы «скомбинированы» в единой молекуле с целью
получить соединения с более высокой токсичностью. Та-
ким соединением является 2-фторэтилфторацетат, впер-
вые полученный и описанный автором в 1943 г. [23].
Этот эфир был легко получен действием фторацетилхло-
рида на фторэтанол. Он представляет собой устойчивую
подвижную жидкость, обладающую чрезвычайно сла-
бым запахом.
2-Фторэтилфторацетат обладал несколько повышен-
ными токсическими свойствами. Так, LC50 для кроликов
при ингаляции составляла 0,05 мг/л. Следовательно,
фторятилфторацетат примерно в 2 раза токсичнее (вес
ни вес), чем фторэтанол или метилфторацетат. Это го-
ворит о том, что токсичность 2-фторэтилфторацетата не
может быть обусловлена только токсичностью продук-
та его гидролиза, который протекает по уравнению
CH2FCO2CH2CH2F + Н2О —> CH2FCO2H + CH2FCH2OH,
тнк как если бы это имело место, то LC50 должна была
бы быть приблизительно равна токсичности либо фтор-
-папола', либо метилфторацетата. Поэтому казалось, что
2 фторэтилфторацетат обладал токсическими свой-
ствами как таковой, и это могло быть связано с двумя
♦ активными» частями молекулы. Подкожное введение
170
Глава VII. Фторацетаты
мышам также показало, что соединение примерно в два
раза токсичнее метилфторацетата. Для других видов жи-
вотных это различие было уже не так сильно выражено.
Для того чтобы определить, насколько связано по-
вышение токсичности такого соединения с присутствием
в его молекуле двух атомов фтора, был получен и испы-
тан целый ряд эфиров подобного строения [24]. Полу-
ченные результаты суммированы в табл. 11.
Таблица 11
Эфир Формула Токсичность в сравне- нии с токсичностью метилфторацетата
Этилфторацетат 2-Хлорэтилфторацетат . . 2-Фторэтилацетат 2-Фторэтилхлорацетат . . 2-Фторэтилфторацетат . . Фенилфтортиолацетат . . . 2-Хлорэтилфтортиолацетат Аллилфторацетат CH2FCO2C2H5 ch2fco2ch2ch2ci ch3co2ch2ch2f ch2cico2ch2ch2f ch2fco2ch2ch2f ch2fcosc8h5 ch2fcosch2ch2ci ch2fco2c3h5 Такая же Несколько выше. Ниже Несколько выше Вдвое выше Низкая При инъекции ни- же, при ингаля- ции значительно ниже Незначительно ниже
ЗД'-Дифтордиэтилэтилендитиогликоль1)
Учитывая сильное нарывное действие 2,2'-дихлорди-
этилэтилендитиогликоля («полуторный иприт»), в 1943 г.
был получен соответствующий фторированный аналог
[25]. Ранние работы по синтезу этого соединения не при-
вели к желаемым результатам. ’ Способ получения
этого продукта, примененный автором, состоял в обра-
ботке бромфторэтана гидросульфидом натрия. Получаю-
щийся в процессе распада фторэтантиол (IX) не выде-
лялся, а прямо превращался в меркаптид натрия (X).
') Неточное название. — Прим. ред.
Фторсодержащие аммониевые соли
171
Конечный продукт 2,2/-дифтордиэтилэтилендитиогли-
коль (1, 8-дифтор-З, 6-дитиооктан) (XI) был получен пу-
1ем нагревания меркаптида натрия со спиртовым рас-
твором бромфторэтана.
CH2FCH2SH —> CH2FCH2SNa
IX X
2CH2FCH2SNa -J- CH2FCH2Br —>
—> FCH2CH2SCH2CH2SCH2CH2F
XI
Эта реакция представляла большой интерес с точки зре-
ния поведения атомов галоида в бромфторэтане, в част-
ности отсутствия у них реакционной способности по от-
ношению ко многим реагентам. Очень возможно, однако,
что реакция протекает сложнее, чем это изображено на
схеме, приведенной выше.
Чтобы доказать строение соединения XI, оно было
синтезировано другим способом. Этилендибромид был
превращен в этилендитиол, который был затем нагрет
с бромфторэтаном в присутствии едкого натра. Выход
соединения XI при этом методе был небольшим. Соеди-
ненно XI, иначе называемое «полуторным фтористым
пиритом», является жидкостью, которая не обладает
нарывным действием, а также не вызывает симптомов
поражения, которые обычно наблюдаются при отравле-
нии фторацетатами.
FCH2CH2Br + HSCH2CH2SH -ф BrCH2CH3F
fch2ch2ch2sch2ch2sch2ch2f
XI
Фторсодержащие аммониевые соли
Хорошо известно, что амино- и ацетамидная группы,
а также четвертичные аммониевые группировки часто
целают соединения физиологически активными. Подроб-
ны»' сведения о токсическом действии четвертичных ам-
мониевых солей [26] приведены в работе Гаворта и его
сотрудников.
172
Глава VII. ФторацеТатЫ.
В связи с этими фактами, а также имея в виду ток-
сическое действие «фторацетатов», по-видимому, заслу-
живали внимания исследования по синтезу соединений,
которые содержали бы как фтор, так и вышеупомянутые
группировки. Первое такое азотистое соединение —
этилфторацетамидоацетат CH2FCONHCH2CO2C2H5 (XII)
было получено в 1943 г. Это бесцветное кристаллическое
твердое вещество при введении мышам имело
LD50 = 20 мг/кг. Соответствующее значение для метил-
фторацетата равно 6 мг/кг. В обоих случаях симптомы
поражения были одинаковыми (замедленное судорож-
ное действие).
Солянокислый 2-фторэтиламиноацетат (XIII) был
легко получен путем этерификации глицина фторэтано-
лом (ФЕА) по методу Фишера •— Спейера:
NH2CH2CO2H + ch2fch2oh —
—> [N,H3CH2CO2CH2F]+ СП
хш
Подобной реакцией бетаина с фторэтанолом ожидае-
мый эфир не получился; бетаин был выделен неизме-
ненным. Однако при реакции между безводным триме-
тиламином и фторэтилхлорацетатом был получен соля-
нокислый 2-фторэтилбетаин (XIV) с хорошим выходом:
N (СН3)3 + CH2C1CO2CH2CH2F —>
—> [N (СН3)3 CH2CO2CH2CH2F]+СП
XIV
Солянокислый 2-фторэтиламиноацетат при подкож-
ном введении его мышам имел LD50 около 10 мг/кг. Со-
ответствующая доза для солянокислого 2-фторэтилбе-
таина составляла 45 мг/кг. Оба соединения (XIII и
XIV) вызывали «фторацетатоподобные» симптомы
отравления.
При синтезе других соединений, содержащих фтор и
четвертичные аммониевые группировки, важную роль
сыграло то, что из двух галоидов в 1-бром-2-фторэтане
атом брома является более реакционноспособным, чем
атом фтора (см. стр. 128, 162). Так, например, реакция
Фторсодержащие аммониевые соли 173
трпметиламина и бромфторэтана протекала при комнат-
ной температуре с образованием триметил-2-фторэтил-
аммонийбромида (XV). Подобным образом триэтиламин
давал 2-фтортетраэтиламмонийбромид при нагревании
г бромфторэтаном.
[N (СН3)3 CH2CH2F]+ Вг“ [CsH5NCH2CH2F]+ Вг"
XV XVI
[(СН3)2 NHC6H4CH2CH2C6H4NH (СН3)2]2+ 2Вг"
XVII
При нагревании пиридина с бромфторэтаном в колбе
с. обратным холодильником был получен 2-фторэтилпи-
ридинийбромид (XVI).
При реакции диметиланилина с бромфторэтаном
ожидаемого фенилдиметил-2-фторэтиламмонийбромида
выделить не удалось, но было получено в небольшом
количестве соединение XVII. Это, по-видимому, можно
объяснить тем, что в данном случае местом атаки явля-
лись атомы водорода диметиланилина, находящиеся
в /шра-положении. Такое течение реакции вначале каза-
лось странным, так как атом фтора в бромфторэтане
был относительно мало реакционноспособным, но затем
оказалось возможным объяснить это тем, что вначале
реакции образуется соединение XVIII, у которого атом
фтора намного более реакционноспособен, чем в исход-
ном бромфторэтане.
[CH2FCH2C6H4NH (СН3)2]+ ВГ
XVIII
В дальнейшем атом фтора в соединении XVIII реа-
гировал с атомом водорода, находящимся в пара-поло-
жснии во второй молекуле'диметиланилина. Получен-
ные фторчетвертичные бромиды были относительно не-
токсичны и имели LD50 порядка 300 мг/кг.
Принимая во внимание биологическую важность ни-
котиновой кислоты, было решено синтезировать ее чет-
вертичную аммониевую соль путем взаимодействия кис-
лоты или ее эфира с бромфторэтаном. Был получен
1?4
Глава VI/. Фторацетаты
3-карбэтокси-Х-2-фторэтилпиридинийбромид (XIX):
^\-СО2СгН5
_ сн2—ch2f _
XIX
При подкожном введении его мышам оказалось, что
LD50 составляла 200 мг/кг, т. е. соединение XIX оказа-
лось малотоксичным по сравнению с метилфторацетатом.
Теперь можно сделать определенные выводы из вы-
шеприведенных данных по токсичности полученных со-
единений, Следует отметить, что этилфторацетамидо-
ацетат (XII), очевидно, гидролизуется в живом орга-
низме до свободной фторуксусной кислоты и что соеди-
нения XIII и XIV будут также давать 2-фторэтанол (ко-
торый может окисляться в организме до фторуксуспой
кислоты). Действительно, эти три соединения обладают
такой же токсичностью, что и метилфторацетат (или
фторуксусная кислота); соединение XIV, однако, оказа-
лось менее токсичным, чем ожидалось.
Отсутствие биологической активности у четвертич-
ных бромидов является, вероятно, следствием того, что
в организме не происходит разрыва связи С—N в труп-
4- /
пировке FCH2—CH2—N~ . Тем не менее данные о сте-
пени токсичности полученных соединений представляют
интерес. Например, при подкожном введении мышам
2-фтортетраэтиламмонийбромида в физиологическом
растворе следующие дозы вызывали гибель мышей:
500 мг/кг — ‘/i ’) в течение 10 мин.; 400 жа/ка — 4/4 в те-
чение 90 мин; 300 мг/кг — 2/4 в течение 2,5 час. и
200 мг/ка и 100 мг/кг соответственно — °/4 и %. Эти
данные указывают на очень быстрое действие 2-фтор-
тетраэтиламмонийбромида при введении его в больших
дозах, поэтому, вероятно, токсичность скорее обуслов-
лена четвертичноаммониевым ионом, нежели 2-фтор-
этильной группой.
9 Vi —- гибель одного животного в группе, состоящей из одного
животного, 4/< — гибель четырех из четырех и т. д.
Химическая структура и физиологическое действие
175
Зависимость между химической структурой
фторацетатных соединений и их
физиологическим действием [27]
Ранее в этой главе было описано большое число со-
единений, содержащих связь С—Д’, и дана их краткая
токсикологическая характеристика. На основании этих
данных казалось возможным классифицировать полу-
ченные соединения в соответствии с их физиологическим
действием. Оценка токсичности описанных веществ
н основном проводилась двумя способами, а именно:
а) путем ингаляционной затравки животных с опре-
делением токсичности по LC50 (мг/л)-,
б) путем подкожных и внутривенных инъекций, при-
чем токсичность выражали LD50 (мг/кг веса тела).
LC50 метилфторацетата (МФА) и фторэтанола
(ФЕА) для кроликов, морских свинок и крыс составляет
0,1 мг/л. LDS0 метилфторацетата, фторэтанола и фтор-
уксусной кислоты при внутривенном введении их кроли-
кам составляет около 0,25 мг/кг, а при подкожном их
введении тем же животным — около 6 мг/кг. Во всех
случаях при такой затравке у животных развивались
характерные симптомы поражения, типичные для судо-
рожного яда со скрытым периодом действия. Таким об-
разом, каждое из этих веществ может быть принято за
эталон токсичности. Как уже известно, в этих соедине-
ниях атом фтора в химическом отношении мало реак-
ционноспособен по отношению ко многим реагентам,
поэтому, например, атом фтора во фторуксусной кис-
лоте не взаимодействует с водой, а при кипячении
с 10%-ным водным раствором едкого натра происходит
лишь очень медленное отщепление иона фтора.
Для сравнения величины токсичности полученные со-
единения были разбиты на четыре группы: в группу Б
вошли соединения, у которых степень токсичности была
равной токсичности фторуксусной кислоты; в группу А—
соединения, у которых токсичность оказалась выше
юксичности группы Б; в группу В вошли те соедине-
ния, у которых степень токсичности была ниже, чем
в группе Б (примерно ’Д токсичности монофторуксусной
176
Глава VII. Фторацетаты
кислоты); группа Г — соединения с очень низкой токсич-
ностью «фторацетатного» типа.
В класс Б вошли все эфиры фторуксусной кислоты
с общей формулой CH2FCO2R, где R = СНз, С2Н5, С3Н7,
нзо-СзН7, C6Hs и т. д.
Ранее было отмечено, что при замещении во фтор-
уксусной кислоте атомов водорода в a-положении дру-
гими радикалами токсичность падает, как, например,
это имеет место для метил-а-фторпропионата или метил-
а-фторизобутирата. Это указывает на важность нали-
чия незамещенной фторметильной группы. Выше (см.
стр. 165) отмечалось, что фторацетамид и различные за-
мещенные амиды, такие, как СНгРСОМНСН2СН2С1,
имеют токсичность, равную токсичности фторуксусной
кислоты (при сравнении их моль на моль). Поэтому
в данном случае 2-хлорэтильная группа ни в коей мере
не повышает токсичность молекулы. Большинство эфи-
ров, например,' таких, как 2-фторэтилхлорсульфонат
CH2FCH2OSO2CI, ди-(2-фторэтил)-сульфат и солянокис-
лый 2-фторэтилглицин, обладали токсичностью, равной
токсичности 2-фторэтанола.
Токсичность фторацетальдегида такая же, как ток-
сичность фторуксусной кислоты. Поэтому можно пред-
положить, что все упомянутые выше соединения в жи-
вом организме либо гидролизуются, либо окисляются
до фторуксусной кислоты •). В этой связи следует отме-
тить, что 1-хлор-2-фторэтан оказался относительно не-
токсичным: атом хлора в этом соединении мало реак-
ционноспособен, и, следовательно, гидролиз этого соеди-
нения в живом организме не мог привести к токсичному
фторэтанолу.
Соединения, в которых атом фтора связан непрочно,
оказались относительно нетоксичными. Таким образом,
группа —СС не является токсофорной, что было по-
XF
казано на примере ацетилфторида, хлорацетилфторида
и этилфторформиата. К нетоксичному классу соедине-
]) См. работу по фторцитрату, который образуется в орга-
низме из фторацетата (стр. 186).
Химическая структура и физиологическое действие, 177
ппй относятся также четвертичные аммониевые соли,
описанные на стр. 173, 174. «Полуторный фторированный
иприт» FCH2CH2SCH2CH2SCH2CH2F (см. стр. 170) в от-
личие от своего хлористого аналога оказался также не-
токсичным соединением и не обладал нарывным дей-
ствием. 2-Фторэтилсульфонилхлорид CH2FCH2SO2C1 был
также относительно нетоксичен при ингаляционном вве-
дении. Все упомянутые факты позволяют предполагать,
что организм животного не способен к разрыву в дан-
ных соединениях связей углерод — азот и углерод—
сера, поэтому токсичного фторэтанола в организме не
образуется.
Однако имеется и другой фактор, который также
должен быть учтен. В высокотоксичных соединениях
игом фтора связан прочно и токсическое действие
может быть некоторым образом обусловлено этим
явлением. В соединениях, содержащих атом N или S
и положении 2 к атому фтора, последний может в ка-
кой-то степени потерять эту прочность. В подтвержде-
ние этого имеются некоторые качественные доказатель-
ства, однако этот вопрос требует дальнейшего исследо-
вания.
Соединения, относящиеся к - группе В, проявляют
•фторацетатоподобную активность», но являются ме-
нее токсичными, чем соединения из группы Б.
2-Фторэтилфторацетат является соединением с высо-
кой токсичностью. ЬС50 при ингаляции для кроликов со-
ставляет 0,05 мг/л, т. е.' это вещество примерно в два
раза токсичнее МФА, поэтому его относят к группе А.
Помимо гидролиза этого соединения в организме до
фторэтанола и фторуксусной кислоты, имеются и дру-
гие независимые факты, указывающие на то, что моле-
кула 2-фторэтилфторацетата токсична как таковая.
Родственное соединение—хлоргидрат фторацетилимино-
фторэтилового эфира [CH2FC (—NH2) OCH2CH2F]+C1~
Iниже по своей токсичности относится к группе А.
Предполагают, что это соединение легко гидролизуется
водой до 2-фторэтилфторацетата. Хлоргидрат фтораце-
|цлпминоэфира, содержащий, однако, в молекуле
юлько один атом фтора, относится уже к группе Б, как
и хлоргидрат фторацетамидина.
178
Глава VII. Фторацетаты
Получение «комбинированных» соединений с вклю-
чением в них «фторацетатноактивных» группировок
привело к синтезу различных веществ, таких, как про-
изводные аспирина (снотворное действие), триэтилсви-
нецфторацетат (раздражающее действие), дифторэтил-
фторфосфат (мистическое действие, но не сильное).
Вообще, четвертичные аммониевые группы, а также
группы SCH2CH^C1 и N'CH2CH2C1 не влияют в заметной
степени на токсические свойства «комбинированного»
вещества. Иногда введение группы СН2СН2С1, по-види-
мому, все же оказывает некоторый эффект на повыше-
ние токсичности, как это видно на примере 2-хлорэтил-
фторацетата.
Помимо химических свойств, играющих значитель-
ную роль в определении токсического действия данного
соединения, имеют значение и другие факторы, напри-
мер скорость проникновения вещества через клеточную
оболочку.
Итак, согласно вышеприведенной классификации,
можно распределить все вещества в определенные
группы. Безусловно, этот список не является исчерпы-
вающим.
Класс А: 2-фторэтилфторацетат.
Класс Бх: 2-хлорэтилфторацетат.
Класс Б: фторуксусная кислота и ее соли, например
фторацетат натрия, триэтилсвинецфторацетат; все про-
стые эфиры фторуксусной кислоты; фторацетамид и за-
мещенные амиды; солянокислый фторацетамидин; фтор-
ацетилхлорид и фторацетилфторид; фторэтанол и его
простые эфиры; фторацетальдегид.
Класс В: фторметилцианид (по отношению к кроли-
кам более токсичен); некоторые 2-фторэтиловые Эфиры;
фенилфтортиолацетат CH2FCOSC2H5.
Класс Г: алкилфторформиаты; четвертичные аммо-
ниевые соли CH2FCH2N+R3X-; хлорфторэтан; серусодер-
жащие соединения, например CH2FCH2SR; эфиры 1-ал-
килфторуксусной кислоты CHRZFCO2R и CR'R'TCC^R;
ацетил- и хлор ацетил фторид.
В следующей главе описан синтез других, более ток-
сичных соединений, содержащих связь С—F,
Токсическое действие «фторацетатов»
179
Более подробное рассмотрение токсического
действия «фторацетатов»
Как было указано выше, токсичность фторацетатов
значительно изменяется в зависимости от видов живот-
ных; кроме того, отмечается и различное фармакодина-
мическое действие их. Эти соединения в организме
действуют в основном на центральную нервную систему
пли на сердце или на то и другое одновременно. Смер-
тельный исход, по-видимому, наступает в результате:
1) задержки дыхания во время судорог, 2) остановки
сердца или фибрилляции желудочков или 3) от по-
степенного угнетения центральной нервной системы,
вызванного либо расстройством дыхания, либо наруше-
нием сердечной деятельности [28]. Развитие клиниче-
ской картины поражения всегда наступало после скры-
того периода.
Вообще говоря, у травоядных животных (за исклю-
чением морских свинок) проявляются более выражен-
ные сердечиые симптомы, а у хищных животных — рез-
кое раздражение центральной нервной системы или ее
угнетение; у всеядных животных поражается как сер-
дечно-сосудистая, так и центральная нервная система.
Холоднокровные позвоночные обычно менее чувстви-
тельны к фторацетатам, хотя отмечается некоторая се-
йш пая чувствительность, например лягушки более чув-
ствительны летом, чем зимой [29]. Рыбы оказались нечув-
ствительными к фторацетатам [30]. Насекомые легко по-
гибают при воздействии на них фторацетата, поэтому
фторацетат натрия применяется в качестве системного
инсектицида (см. стр. 237).
В табл. 12 приведен ряд данных по токсичности
МФА при внутривенном введении [31, 32]. Следует только
отметить широкое различие в токсическом действии на
различные организмы, а также два типа действия — на
центральную нервную систему и на сердце.
В гл. VIII (стр. 197) обсуждается вопрос о р-окисле-
ппи ю-фторкарбоновых кислот в живом организме. Тем
не менее имеются некоторые указания, что ^-фторбути-
рат (но не 7-фторкротонат) даже если и не под-
вергается р-окислению, то действует как таковой.
180
Т лава V11. Фторацетаты
Например, прогрессирующее сердечное расстройство без
фибрилляции желудочков отмечалось у обезьян резус,
отравленных фторбутиратом. При отравлении кроликов
фторбутиратом наблюдалась фибрилляция желудочков
и слабые судороги, а также отмечено определенно вы-
раженное раздражение парасимпатической нервной си-
стемы. По-видимому, этот нетипичный случай пораже-
ния фторбутиратом требует дальнейшего детального
исследования.
Таблица 12
Животное LDso Поражение сердца Поражение центральной нервной системы
Кролик ..... 0,20—0,24 Фибрилляция желудочков Нет
Коза Паукообразная 0,6 То же
обезьяна . . . 14,0
Кошка 0,5 Слабая фибрилля- ция желудочков Выраженное
Обезьяна резус . 4,0 Фибрилляция желудочков Слабое
Собака 0,06 Нет Заметные судороги
Крыса (белая) . . 5,0 (внутримышеч- ное введение) Фибрилляция желудочков Судороги
Морская свинка . 0,30 (введение в брюшную полость) Нет Заметные судороги
Лягушка .... 150 (подкожное введение) » Судороги
Все имеющиеся данные показывают, что фторацетат,
вероятно, выделяется с мочой в неизмененном виде.
Токсическое действие «фторсщётатбв» 181
Как уже отмечалось, наблюдается повышенная устой-
чивость мышей и крыс к фторацетатам (ниже леталь-
ной дозы) [33], хотя толерантность, по-видимому, носит
неустойчивый характер.
Для всех «фторацетатов» имеет место скрытый пе-
риод действия, предшествующий ответной реакции ор-
ганизма. Это наблюдается даже при введении больших
доз. При предварительном введении больших количеств
бикарбоната натрия, фумарата натрия или хлористого
натрия наблюдается более быстрое наступление фиб-
рилляции желудочков сердца, хотя общий скрытый пе-
риод при этом не сокращается [34].
Большие дозы фторацетата натрия, введенные внутрь
боковых желудочков мозга кошек, вызывают повышение
электрической активности зрительного бугра и гипота-
ламуса [35] с повышением уровня глюкозы в крови до
400 мг на 100 мл.
Окисление ацетата дрожжами при добавлении
0,001 моля фторацетата ингибируется на 95% [36], хотя
этого не наблюдается при добавлении хлорацетата,
йодацетата, фторбутирата и фторкротоната.
Фторацетат натрия (но не метилфторацетат) прак-
тически не действует на изолированный препарат мозга
и нерва лягушки. Метилфторацетат снижает потенциал
возбуждения седалищного нерва лягушки и снижает
скорость проведения нервного импульса [37]. Отсутствие
указанной активности у фторацетата натрия может
быть в какой-то степени объяснено его плохой клеточ-
ной проницаемостью.
При пропускании через изолированное сердце кро-
лика смертельных концентраций фторацетата натрия
пли метилфторацетата наблюдается резкая фибрилля-
ция сердца при общем снижении моторной функции
миокарда в период систолы [38]. (В этой связи можно
упомянуть, что фторэтанол не обладает подобным дей-
ствием на изолированное сердце: это, вероятно, можно
объяснить тем, что этот орган не способен окислять
фторэтанол до фторацетата.) Добавление ацетата на-
трия к перфузату, пропускаемому через сердце, вызы-
вало значительную защиту от воздействия МФА, хотя
подобное защитное действие ацетата натрия на целом
182
Г лава VI/. Фторацетаты
организме кролика не проявляется. Однако при введе-
нии ацетата натрия (2—3 г/кг) мышам наблюдалась
некоторая защита от действия фторацетата [39]. При
одновременном введении этанола и ацетата их защитная
эффективность увеличивалась более чем вдвое по срав-
нению с их раздельным введением, что говорит о синер-
гизме их действия. В связи с этим были предприняты
исследования соединений, содержащих два атома угле-
рода; среди многих веществ, которые были испытаны
как в Англии, так и в США, обнадеживающие резуль-
таты показал глицерилмоноацетат [40].
Сам фторэтанол оказался безвредным агентом по
отношению к различным тканевым гомогенатам и к ряду
дыхательных ферментов, содержащихся в кашице пе-
чени, почек, сердца и мозговых срезах [41]. Но после
определенного периода инкубации фторэтанола в тканях,
содержащих фермент алкогольдегидрогеназу, например
в печени и почках, окисление пировиноградной кислоты
сильно угнетается. Отмечается также, что после пе-
риода инкубации фторэтанола с дрожжами резко бло-
кируется в дрожжевом гомогенате окисление уксусной
кислоты. Эти явления были 'подобны тем, которые на-
блюдались при воздействии фторацетатов на различны»
тканевые гомогенаты, и могут быть лучше всего объяс
йены тем, что в данных опытах фторэтанол при помощи
алкогольдегидрогеназы подвергался окислению до фтор-
уксусной кислоты.
В опытах, поставленных in vitro с очищенной дегид-
рогеназой, оказалось, что фторэтанол в отличие от эта-
нола окисляется намного слабее, причем скорость окис-
ления составляла скорости окисления эта-
нола. Тем не менее скорость оказалась вполне доста-
точной для выявления типичного фторацетатного отрав-
ления. Достаточно длительный скрытый период в раз-
витии фторацетатных симптомов, возможно, связан со
временем, необходимым для окисления фторэтанола.
Действие фторацетата натрия на ферменты
В 1951 г. Петерс [42] отмечал: «Большое число экс-
периментов, проведенных различными исследователями,
Действие фторацетата натрия на ферменты
183
в том числе и нами, не привело к открытию индиви-
дуального фермента, который бы угнетался фторацета-
том натрия в опыте in vitro». Для пируват-окислитель-
пой системы (гомогенат мозга голубя) были получены
определенные данные при использовании в качестве суб-
стратов пирувата натрия и фумарата натрия.
Поглощение О2, у. л за 30 мин.
Без добавления...............426
NaF (24 .нмоля).............. 262 (38%-ное угнетение)
FCHaCOONa (75 .нмолей) ... 439 (без угнетения)
Причина фторацетатного отравления
В 1947 г. Бартлет и Баррон [43], используя тканевые
срезы, показали, что фторацетат конкурентно блокирует
окисление ацетата, чем и объяснили токсический эффект,
наблюдаемый на животных при введении им фтораце-
тата. Лиебиг и Петерс затем обнаружили, что фтораце-
тат блокирует окисление фумарата в гомогенате почки
морской свинки, но без накопления ацетата.
Результаты Лиебига и Петерса [44], приведенные
в табл. 13, также показывают, что имеет место накопле-
ние цитрата.
Таблица 13
ДЕЙСТВИЕ FCHjCOONa (3,3 лгмоля) НА ДЫХАНИЕ ГОМОГЕНАТА ПОЧКИ
В ПРИСУТСТВИИ ФУМАРАТА НАТРИЯ
(ДОБАВЛЕНИЕ Mg и АТФ)
Поглощение Оа, [М Угнетение, % Уксусная кислота, мг Лимонная кислота, мг
Без добавления . . . 436 0 0,11 0,18
l'CH2COONa . . . . 246 40 0,13 0,75
Затем Буффа и Петерс [45] продемонстрировали
в опыте на живом организме накопление цитрата в тка-
нях. Фторацетат натрия вводили крысе в смертельной
дозе. Были получены результаты, приведенные
в табл. 14.
Потер и Буш [46] подтвердили накопление цитрата;
они также показали, что в раковой ткани накопления
цитрата не происходит,
184 Глава VII. Фторацетаты
Необходимо более подробно остановиться на цикле
Кребса, или, как его еще называют, цикле трикарбоно-
вых кислот (рис. 18). В настоящее время хорошо из-
вестно, что окисление в организме углеводов и жирных
кислот, включая и уксусную кислоту, происходит через
цикл трикарбоновых кислот. Схема этого процесса
в упрощенном виде показана на рис. 18.
Таблица 14
Лимонная кислота, р-г на 1 г
веса ткани
контрольная крыса отравленная крыса
Почка 14 1036
Сердце 25 677
Селезенка 0 413
Желудок 37 386
Тонкая кишка 36 368
Толстая кишка .... 21 248
Легкое 9 257
Мозг 21 166
Кровь 3 50
Печень . . 0,8 31
Диафрагма 0 400
Матка (девственная) . . 217 207
Пируват-оксидазную систему (см. стр. 182) в настоя-
щее время можно рассматривать как пируват-дегидро-
геназу вместе с другими ферментами цикла трикарбоно-
вых кислот.
Фторацетат натрия сам по себе не поражает фермен-
тов цикла трикарбоновых кислот (стр. 182); основы-
ваясь на этом, Лиебиг и Петерс предположили, что фтор-
ацетат включается в цикл синтеза трикарбоновых кис-
лот и каким-то путем приостанавливает дальнейшее
окисление цитрата. Мартьюс [47] независимо от других
авторов пришел к такому же выводу. Существенная
роль в открытии этого явления принадлежит также Кал-
митскому и Баррону [48], которые еще в 1948 г. наблю-
Действие фторацётата натрия на ферменты
18 6
дали накопление цитрата in vitro. Вначале они пред-
полагали, что это должно быть связано с повышенной
репродукцией цитрата и не связывали это явление
с угнетающим действием фторацетата.
Остаток ' С2
НООС—СО—СН2—СООН
^^Х^^^^Кофермент
А
Щавелевоуксусная кислота
| -2Н
НО—СН-СООН
I
сн2—соон
|+Н2О
сн-соон
II
сн-соон
С(ОН)СООН
I
сн2соон
|-Н2О
сн2соон
с—соон
II
сн-соон
|н2о
СН2СООН
-2Н
СН2СООН
I
СН2СООН
СН—СООН
I
СН(ОН)СООН
Взгляд Лиебига и Петерса совпадает с нашими вы-
водами [49], которые будут изложены ниже (стр. 197), и
заключается в том, что только те соединения, которые
способны в процессе ^-окисления превращаться до
186 Г лава V1I. Фторацетйты
Сг-фрагмента, содержащего атом фтора, могут вводить-
ся в систему трикарбоновых кислот. Точно так же Петерс
полагает, что пируват-оксидазная система гомогената
мозга, по-видимому, не поражается вследствие того, что
тканевый гомогенат не катализирует окисления ацетата,
а следовательно, не может синтезироваться и «запираю-
щее» соединение.
Работая с гомогенатами почки морских свинок, Пе-
терс выделил какое-то ингибирующее вещество, содер-
жащее связь С—F; это вещество образовывалось в ре-
зультате ферментативного воздействия почечной ткани
на фумарат и фторацетат. По-видимому, этот ингибитор
является фторцитратом; это подтверждается следую-
щими данными:
1) на бумажной хроматограмме ингибитор переме-
щается вместе с трикарбоновой кислотой;
2) фторацетат является более слабым ингибирую-
щим агентом в контрольной системе.
Аконитаза, являющаяся нестабильным ферментом1)»
участвует в превращении ^uc-аконитовой кислоты либо
до лимонной, либо до изолимонной кислоты. Необхо-
димо отметить, что вся система ферментов цикла три-
карбоновых кислот находится в митохондриях. Кроме
того, было найдено, что ферменты, выделенные из ми-
тохондрий, отличаются от других ферментов тем, что
первые для своей активности не требуют добавления
ДПН (кофермента I) или ТПН (кофермента II). Петерс
полагает, что накопление цитрата вызывается конкурент-
ной реакцией между фторцитратом и аконитазой, кото-
рая, как уже отмечалось, необходима для превращения
лимонной кислоты в изолимонную. Подобное нарушение
цикла трикарбоновых кислот, естественно, должно
привести к нарушению нормальной функции клеток,
а накопление цитрата в тканях — к развитию симп-
томов поражения. Давно было известно, что введение
лимонной кислоты в кровяной поток вызывает токсиче-
ское действие [50].
*) Аконитаза может быть стабилизирована лимонной кислотой;
ионы Fe2+ и цистеин активируют ее.
Действие фторацетата натрия на ферменты 187
С другой стороны, Хеновет [51] не наблюдал увели-
чения концентрации лимонной кислоты в мозгу в пред-
смертный судорожный период после введения метил-
фторбутирата.
При накоплении лимонной кислоты и взаимодействии
ее с ионами кальция наблюдалось нарушение физиоло-
гических процессов в нерве и мышце. В связи с этим
интересно отметить, что фторацетат относительно неток-
сичен для растений (о его использовании в качестве
системного инсектицида см. стр. 237).
Следует добавить, что хотя ферментативно получен-
ный фторцитрат [52] является конкурентным ингибито-
ром очень высоко очищенной аконитазы [53], синтетиче-
ски полученный фторцитрат [54] (см. ниже) обладает
некоторыми отличительными свойствами, так, например,
он является более токсичным для раствора аконитазы.
Предполагают, что это объясняется стереохимическими
различиями. '
'Го, что фторцитрат является токсичным веществом,
было показано в опыте на анестезированном голубе пу-
тем введения ему 30 мг ферментативно приготовленного
фторцнтрата внутрь черепа. Через 10 мин. последовали
судороги и смерть. С другой стороны, внутричерепное
введение фторацетата даже в больших количествах не
вызывает судорог. Этот факт указывает на то, что ткань
мозга неспособна синтезировать фторцитрат из фтор-
ацетата, а отсюда было сделано предположение, что су-
дороги, наблюдавшиеся в результате внутрибрюшинного
введения фторацетата, обусловлены синтезом фторцит-
рата в других тканях и проникновением его в мозг как
такового.
Вышеприведенные наблюдения, а также факты, из-
ложенные на стр. 175—178, подтверждают мнение о том,
что «фторацетатное» отравление вызывается фермента-
тивным превращением фторуксусной кислоты во' фторли-
мопную кислоту в самом организме.
Защитное действие против «фторацетатного» отрав-
ления, оказываемое соединениями, содержащими два
атома углерода (см. работу Хеновета, стр. 216), объ-
ясняется тем, что соединения, содержащие два атома
188
Глава VII. Фторацетаты
углерода, вмешиваются в процесс превращения фтор-
ацетата во фторцитрат.
Примеры синтеза в организме более токсичных со-
единений из менее токсичных или нетоксичных наблюда-
лись также и для эфиров фосфорной кислоты (см.
стр. 226).
В заключение необходимо добавить, что образование
фторцитрата в организме влияет и на обмен жирных
кислот, что подтверждается быстрым появлением в моче
кетоновых тел [55]. В отличие от фторацетата, внутри-
брюшинное введение синтетического фторцитрата
(20 мг/кг) хотя и приводило к повышению содержания
цитрата в мозгу, но судорог не наблюдалось в тече-
ние 2 час.
Шервуд-Джонс и сотрудники [56] показали, что в ре-
тикулоцитах млекопитающих осуществляется цикл три-
карбоновых кислот, что подтверждается накоплением
цитрата в присутствии фторацетата натрия (табл. 15).
Эти авторы также наблюдали выраженное угнетение
дыхания в присутствии фторцитрата.
-Таблица 15
РЕТИКУЛОЦИТЫ КРЫС, ИНКУБИРОВАННЫЕ
в ПРИСУТСТВИИ FCH,COONa (0,02 моля)
Количество поглощенного кислорода, р. моли Накопление цитрата а), |J. моли
в присутствии фторацетата в отсутствие фторацетата
5,9 17,3 3,0
6,7 18,2 2,5
5,4 13,4 2,9
а) Накопление цитрата равно разнице в количестве цитрата
в контрольной пробе и пробе с фторацетатом.
Синтетическая фторлимонная кислота, о которой
упоминалось выше, была получена с небольшим выхо-
Фторацетат калия в природе
189
дом (12%) [57] из этилфторацетата 9 следующим обра-
зом:
С2Н5ОСОСООС2Н5 + H2CFCOOC2H6 —>
.—> C2H5OCOCOCHFCOOC2H5 Zn+BrCHC00CJI^
—> С2Н5ОСОСН2С (ОН) (СООС2Н5) CHF—СООС2Н5
Синтетическая натриевая соль фторпировиноградной
кислоты FCH2COCOONa [59] намного менее токсична,
чем фторуксусная кислота, и вопреки ожиданиям не
включается в цикл трикарбоновых кислот.
Фторацетат калия в природе
В Южной Африке, главным образом в области Пре-
тория, растет ядовитое растение «гифблар (gifblaar)»
(l)ichapetaltim. cymosum) (рис. 19). Это растение с глу-
боко сидящими корнями длиной до 18м дает ранние рост-
ки летом перед наступлением первых дождей. Зеленые
участки гифблара очень привлекательны для скота в су-
хих южноафриканских степях. Стейн так описывает при-
знаки поражения у животных после поедания ими гиф-
блара [60]: «Гифблар является сердечным ядом, зани-
мающим одно из .первых мест среди ядовитых растений
мира. Чем моложе листья этого растения, тем они ток-
сичнее, и это является одной из причин большой гибели
скота в весеннее время года (с августа по ноябрь) в ре-
зультате поедания гифблара. Очень редко можно на-
блюдать развитие симптомов отравления у животных,
поевших гифблар; большинство из них погибает сразу
после поедания растения, особенно если они вскоре по-
сле этого пьют воду. Имеются только отдельные случаи,
когда у животных можно было наблюдать развитие
признаков отравления. Заболевание, как правило, про-
являлось в мышечных подергиваниях, затрудненном ды-
хании и сердечной слабости. Бык может погибнуть при
явлениях коллапса вскоре после поедания гифблара».
]) О синтезе этилфторацетата см. {58].
Рис. 19. Растение „гифблар
(Dlchapetalum cymosum).
а — общий вид растения; б — листья (чередующиеся) и плод.
Фторацетат калия в природе 191
Стейн отмечал, что при вскрытии животных, погиб-
ших от отравления гифбларом, специфических измене-
ний в органах не отмечается. Известно, что менее 28 г
свежих листьев вполне достаточно для того, чтобы убить
барана.
Имеется другое более крупное растение D. toxica-
rium, растущее в Западной Африке, которое также со-
держит токсичное вещество [61], вызывающее паралич
нижних конечностей и исчезновение сухожильных реф-
лексов у человека.
Автору данной монографии было передано интерес-
ное письмо из Южной Африки, в котором сообщалось,
что D. cymosum произрастает в Трансваале к северу
от Претории (т. е. в области, где нет морозов).
Весной эти растения благодаря своей глубокой кор-
невой системе (вследствие чего им доступны глубо-
кие водоносные слои) первыми появляются в зеленом
убранстве южноафриканской степи. Истощенный и полу-
голодный скот, который обычно их не ест, начинает
поедать эти растения, которые настолько ядовиты, что
половины листа достаточно для того, чтобы убить быка.
Корпи этого растения вплетаются в валуны, и удалить
их можно только с помощью динамита. «Поль Эванс
попытался вырыть одно такое растение. Он вырыл яму
глубиной в 3 ж1) и даже тогда не смог извлечь расте-
ние неповрежденным. Он советовал фермерам оградить
те области, где это растение произрастает. Особенно
1Ч'о заинтересовало утверждение Сондерса о том,
что токсическим началом является фторсодержащее
соединение. Действительно, растение встречается именно
там, где имеется повышенное содержание фтора в почве
и в воде, особенно вокруг Вармбатса, у жителей
которого отмечается разрушение зубов и заболевание
десен».
Эннис писал: «В протекторате Бсчуаналенд, рядом
е границей Южной Родезии, было найдено большое
число растений, относящихся к виду D. veneatum. Рас-
тение и этой области называется «макоу (Makow)» и по
своей ядовитости оно не уступает D. cymosum».
) В оригинале 100 футов. — Прим. ред.
192 Глава. VII, ФторацетатЫ
Токсичное начало D. cymosum было выделено Ма-
раисом и представляет собой фторацетат калия [62].
Это еще раз подтверждает, что фторацетат калия яв-
ляется сердечным ядом, на что указывал Стейн.
Фторацетат калия может быть также выделен из экс-
тракта семян D. toxicarium (отрава для крыс). В отли-
чие от южноафриканского D. cymosum истинная токсич-
ность этого, растения, по-видимому, обусловливается
содержанием в нем фторированных высших кислот, изу-
чение которых еще не закончено [63].
Стабильность связи С— F
Большой интерес представляет образование в расте-
нии фторацетата, и, естественно, возникает вопрос, как
растения образуют связь С—F и какие ферменты в этом
участвуют. Не меньший интерес представляет механизм,
при помощи которого происходит разрушение фтораце-
тата. На протяжении тысячелетий растения синтезиро-
вали фторуксусную кислоту, и накопление последней
в окружающей среде должно бы быть гораздо большим,
чем это есть в действительности. Отсюда можно сделать
два предположения. Одно из них состоит в том, что, по-
видимому, токсичная фторуксусная кислота декарбокси-
лируется ферментными системами некоторых растений
(более вероятно — почвой) до летучего и нетоксичного
фторметана:
FCH2COOK —► РСН2СООН —> FCH3 4- со2.
Второе предположение состоит в том, что, по-види-
мому, в растениях имеются ферментные системы,
способные. разрывать связь С—F, что приводит к раз-
рушению токсичного начала. До сих пор не обнаружена
ферментная система, которая осуществляла бы такой
разрыв, поэтому целесообразно в этой связи еще раз
подчеркнуть отсутствие реакционной способности атома
фтора во многих соединениях, содержащих связь С—F.
Тем не менее имеется несколько примеров, когда все же
наблюдалась отчетливая лабильность атомов фтора по
отношению'к некоторым реагентам. Ниже приведено
несколько таких реакций; дальнейшее изучение их мо-
Стабильность связи C—F
193
жет послужить ключом к разгадке возможного способа
разрыва связи С—F во «фторацетатах» вообще.
а) Действие реактива Гриньяра; например, при дей-
ствии фенилмагнийбромида на метилфторацетат, по-
мимо ряда разнообразных продуктов, образуются
(С6Н5)2СНСН(ОН)С0Н5 и дезоксибензоин [64].
б) Действие фенилмагнийбромида на этил-2-фтор-
этоксипропионат неожиданно приводит к дифенил-2,2'-
фторэтоксиэтилкарбинолу и в дальнейшем к образова-
нию бромсоединения (стр. 210) [65].
в) Фторбромэтан, реагируя с диметиланилином, дает
+
с небольшим выходом (СН3)гМН—СвН4—СН2—-СН2—
-C6H4NH(CH3)2 2ВГ (стр. 173) [66].
г) Фторбромэтан, взаимодействуя с триэтилфосфи-
tOM, дает O = P(OC2H5)2CH2CH2F, а также некоторое
количество (С2Н5О)2РОСН2СН2ОР (ОС2Н5)2 (стр. 128)
[67].
д) Фторбромэтан, реагируя с фторэтилмеркаптидом
натрия, дает «полуторный фторированный иприт»
FC1 l2CH2SCH2CH2SCH2CH2F [68].
с) Ион фтора очень медленно появляется в растворе
при действии 10%-ного водного раствора едкого натра
па фторуксусную кислоту (стр. 24). Однако недавно
было показано, что при кипячении фторуксусной кис-
лоты с 30%-ным водным раствором едкого натра ион
фтора можно количественно определить уже через
30 мин. [70]. Это может найти широкое применение, осо-
бенно при аналитических работах (см. также стр. 268).
ж) Фенилмагнийбромид отщепляет атом фтора в ме-
тил-^-фторбутирате (стр. 197) [69].
Ферментативный разрыв связи С—F
До сих пор еще не найден фермент, который разры-
вал бы связь С—F во фторуксусной кислоте FCH2COOH
пли в ее производных. Однако интересно отметить, что
в процессе исследований по пероксидазнокаталитиче-
скому окислению автор наблюдал ферментативный
разрыв связи С—F в /г-фторанилине [71]. В ацетатном
буфере (pH 4,5) и при комнатной температуре амин
104
Глава Vi!. ФторацетатЫ
окисляется перекисью водорода и пероксидазой с обра-
зованием в качестве главного продукта красного кри-
сталлического 2-амино-5-п-фторанилинобензохинона ди-
п-фторанила (XX)
n-FC6H4—N
II
lj//\ NHj
n-FC6H4NH—'^2
II
NC6H4F-n
XX
При образовании соединения XX из четырех молекул
амина удаляется один атом фтора. Фтор выделяется
в виде иона фтора; ферментативная реакция тормо-
зится ионами фтора, поэтому процесс является само-
угасающим. Как и следовало ожидать, реакция проте-
кает на 30% (ионы фтора обнаруживались по измене-
нию смачивающей способности стенок сосуда).
По-видимому, окисление п-фторанилина является
впервые наблюдаемым случаем ферментативного раз-
рыва связи С—F.
ЛИТЕРАТУРА
1. Saunders, Stacey, J. Chem. Soc., 1948. 1773.
2. Mirosevic-Sorgo, Saunders, J. Chem. Soc., 1957 (in
press).
3. J. Indian Chem. Soc., 1933, 537.
4. U 1 i c h, Adams, J, Am. Chem. Soc., 43, 662 (1921).
5. Reports to Ministry of Supply (1943).
6. McCombie, Saunders, Nature (London), 159, 491 (1949);
Saunders, Stacey, J. Chem. Soc., 1949, 919; Heap,
Saunders, J. Chem. Soc., 1949, 2983; Saunders,
J. Chem. Soc., 1950, 684; Heap, Saunders, Stacey,
J. Chem. Soc., 1951, 684.
7. Saunders, Stacey, J. Chem. Soc., 1948, 1773.
8. Chapman, Heap, Saunders, Analyst, 73, 869 (1948).
9. Saunders, Stacey, J. Chem. Soc., 1948, 1773.
10. Chem. Zbl., I, 1551 (1914).
11. Saunders, Stacey, Wilding, J. Chem. Soc., 1949, 773.
Литература
195
12. Hofmann, J. Am. Chem. Soc., 70, 2596 (1948).
13. J. Am. Chem. Soc., 61, 381 (1939).
14. Bull. Soc. chim. Belg., 15, 1134 (1896).
15. Chapman, Heap, Saunders, Analyst, 1948, 869.
16. Bacon, Bradley, Hoeberg, Tarrant, Cassady, J.
Am. Chem. Soc., 70, 2653 (1948). .
17. Пат. США 2403576.
18. Phillips, Ind. Chem., 1954, 122.
19. Bull. Soc. chim. Belg., 31, 364 (1922).
20. Buckle, Heap, Saunders, J. Chem. Soc., 1949, 912.
21. Ber. ditsch. chem. Ges., 18, 2735 (1885).
22. McCombie, Saunders, Nature (London), 158, 382 (1946).
23. Report № 4 on fluoroacetates to the Ministry of Supply, 15 April
1943.
24. Saunders, Stacey, №. Chem. Soc., 1949, 916.
25. Report № 8 on fluoroacetates to the Ministry of Supply.
26. J. Chem. Soc., 1946, 176, 182
27. S a u n d e r s, J. Chem. Soc., 1949, 1279.
28. Chenoweth, J. Pharmacol., 97, 383 (1949).
29. В о у a r s к i, Rosenblatt, P i s t e 1, Gerrard, Am. J.
Physiol., 157, 291 (1949).
30. [loonier, Jones, I n c h o, J. Econ. Ent., 39, 459 (1946).
31. Taken mainly from Chenoweth, Gilman, J. Pharmacol.,
87, 90 (1946).
32. Chenoweth, J. Pharmacol., 97, 383 (1949).
33. Quin, Clark, Onderstepoort, J. Vet. Sci., 22, 77, (1947).
31. Chenoweth et al., Fed. Proc.., 8, 280 (1949).
35. Ward, J. Neurophysiol., 10, 105 (1947).
36. Kalnitsky, Barron, J. Biol. Chem., 170, 83 (1947).
37. Boyarski, Piste 1, Rosenblatt, Fed. Proc., 7, 11 (1948).
38. C h e n о w e t h, Gilman, Fed. Proc., 5, 171 (1946).
39. T о u r t e 11 о t e, Coon, Fed. Proc., 8, 339 (1949).
40. Chenoweth, Scott, Sebi, Fed. Proc., 8, 250 (1949).
41. Bartlett, Report to Office of Naval Research, 1952.
42. Proc. Roy. Soc., В 139, 143 (1952).
43. J. Biol. Chem, 170, 67 (1947).
44. Biochim. biophys. Acta, 3, 215 (1949).
45. J. Physiol, 110, 488 (1949).
46. Cancer Res, 10, 353 (1950).
47. Liebigs Ann, 561, 227 (1949).
48. Arch. Biochem, 19, 75 (1948).
196
Глава VJI. Фторацетаты
49. Saunders, Nature (London), 160, 179 (1947).
50. S о 1 a n t, v a n Hecht, Am. J. Physiol., 36, 126 (1915).
51. Kan del, Johnson, Chenoweth, Fed. Proc., 10, 312 (1951).
52. Peters et al., Proc. Roy. Soc., В 140, 457 (1953).
53. Morrison, Biochem. J,, 56, 99 (1954).
54. R i v e 11, J. Chem. Soc., 1953, 3710.
55. Gal, Peters, Wakelin, Biochem. J., 58, XLIJ (1954).
56. Ann. Trop. Med. Parasit., 47, 431 (1953).
57. Rivett, J. Chem. Soc., 1953, 3710.
58. Saunders, Stacey, J. Chem. Soc., 1948, 1773.
59. M a g e r, Blank, Nature (London), 173, 126 (1954).
60. Steyn D. G„ Fmg in S. Afr. July 1939.
61. Renner W„ Brit. Med., J„ 1, 1314 (1904).
62. Onderstepoort J„ Vet. Sci. An., 18, 203 (1943); 20, 67
(1944).
63. Peters et al., Biochem. J., 58, XL (1954).
64. Mirosevic-Sorgo, Saunders, J. Chem. Soc. (in press).
65. Buckle, Saunders, J. Chem. Soc., 1949, 2774.
66. Saunders, Wilding, J. Chem. Soc., 1949, 1279.
67. Saunders, Stacey, Wild, Wilding, J. Chem. Soc., 1948,
699.
68. Saunders, Stacey, J.,Chem. Soc., 1949, 916.
69. Mirosevic-Sorgo, Saunders, J. Chem. Soc. (in press).
70. D a n i e 11 s, Saunders, J. Chem. Soc., 1953, 822.
71. Hughes, Saunders, Chem. & Ind. (Rev.), 1954, 1265.;
Hughes, Saunders, J. Chem. Soc., 1954, 4630.
Глава VIII
ДРУГИЕ СОЕДИНЕНИЯ, СОДЕРЖАЩИЕ
ФТОРУГЛЕРОДНУЮ связь
"‘-Фторкарбоновые кислоты и их производные
Ранее было отмечено, что различные соединения, ко-
торые могут превращаться в организме во фторуксусную
кислоту (или фторацетат-ион) путем гидролиза или
окисления (а также тем и другим одновременно), яв-
ляются токсичными соединениями. Таким образом, груп-
пировка CH2FCO является носителем токсичности и лю-
бое замещение в этом радикале уничтожает токсич-
ность, поскольку дело касается сравнительно простых
соединений. К этому выводу автор пришел в мае 1943 г.
Выло показано, что эфиры (З-фторпропионовой кислоты
по обладают токсичностью, в то время как эфиры
рфтормасляной кислоты, как это было показано амери-
канскими химиками, токсичны. В 1944 г. автором
был описан синтез этил-5-фторпентанкарбоксилата
Г(СН2)5СО2С2Н5(1) [1]. Это вещество представляет собой
устойчивую бесцветную жидкость, обладающую высокой
токсичностью «фторацетатного» типа. При подкожном
введении его мышам в растворе пропиленгликоля LD50
равнялась 4 мг/кг. Метилфторацетат (II) можно при-
нять в качестве стандарта (стр. 152), его LD5o равна
около 6 мг/кг в водно-солевом растворе и 15 мг/кг в рас-
творе пропиленгликоля. Следовательно, этиловый эфир
Г» фторпентанкарбоновой кислоты в 7 раз токсичнее ме-
1 нлфторацетата (молярное соотношение) [2].
Выше (см. стр. 169) было показано, что 2-фторэтил-
фюрацетат почти вдвое токсичнее метилфторацетата при
его введении путем ингаляции. По аналогии, 2-фторэтило-
1Н.1Й эфир 5-фторпентанкарбоновой кислоты (III), по-ви-
дпмому, должен быть соединением предельно высокой
•юксичности. Это мнение оказалось справедливым. Так,
при подкожном введение ?того вещества мышам
198 Глава VI !1. Другие соединения с фторуглеродной связью
равна 2,5 мг/кг, т. е. оно примерно в 11 раз токсичнее
метилфторацетата (молярное соотношение) при введе-
нии в растворе пропиленгликоля
Сравнительная токсичность соединений I, II и III при
внутривенном введении их кроликам подтверждает по-
добную закономерность:
LD5o, мг/кг
Метилфторацетат (II)..................0,25
Этиловый эфир 5-фторпентанкарбоновой
кислоты (I)...........................0,2—0,5
2-Фторэтиловый эфир 5-фторпентанкарбо-
новой кислоты (III)...................0,1—0,2
Очень высокая токсичность этилового эфира 5-фтор-
пентанкарбоновой кислоты и его производных, а также
специфичные «фторацетатные» симптомы, наблюдав-
шиеся у животных, имеют особое значение, так как пу-
тем р-окисления в живом организме 5-фторпентанкарбо-
новая кислота может быстро превратиться в токсичную
фторуксусную. Аналогичные соображения справедливы
по отношению к т-фтормасляной кислоте и ее производ-
ным, полученным американскими учеными. С другой
стороны, нетоксичность p-фторпропионовой кислоты и ее
производных может объясняться неспособностью дан-
ной кислоты переходить во фторуксусную кислоту в про-
цессе р-окисления ее в организме.
С целью доказательства, что токсическое действие
соединений I и II обусловлено присутствием атома
фтора, были синтезированы и испытаны в отношении их
токсических свойств соответствующие бромированные
эфиры. Этиловый эфир 5-бромпентанкарбоновой кислоты,
как это было обнаружено, оказался нетоксичным, ток-
сичность же 2-фторэтилового эфира была весьма низкой
(LD50 около 75 мг/кг). В дальнейшем была предпринята
попытка определить, наблюдается ли и для других
ю-фторкарбоновых кислот подобное изменение в их ток-
сическом действии.
Этиловый эфир 3-фторвалериановой кислоты (IV)
оказался совершенно нетоксичным соединением и при
подкожном введении его мышам в дозе 160 мг/кг не вы-
зывал никаких симптомов отравления, При внутримы-
ю-Фторкарбоновые кислоты и их производные 199
щечном введении его крысам (40 мг/кг) также не на-
блюдалось никаких симптомов отравления [3].
В противоположность этому этиловый эфир 7-фтор-
гептанкарбоновой кислоты (V) был сильно токсичен;
несколько большей токсичностью обладал 2-фторэтило-
вый эфир этой кислоты (VI).
Этиловый эфир 9-фторнонанкарбоновой кислоты
(VII) оказался более токсичным соединением, чем эти-
ловый эфир 5-фторпентанкарбоновой кислоты, его LD3o
для кроликов равнялась 0,2 мг/кг (в растворе пропилеи-
гликоля) 9. Мыши и крысы оказались несколько более
устойчивыми, однако и у них при отравлении этим со-
единением наблюдались характерные «фторацетатные»,
судороги. Вследствие высокой температуры кипения эти-
лового эфира 9-фторнонанкарбоновой кислоты действие
ингаляционных затравок не исследовалось. Было также
обнаружено, что 2-фторэтиловый эфир 9-фторнонанкар-
боповой кислоты (VIII) обладал почти такой же токсич-
ностью, как и соответствующий этиловый эфир; при вве-
дении мышам LD50 оказалась для этих веществ равной
приблизительно 10 мг/кг. Это аномальное явление обсу-
ждается ниже. Этиловый эфир 10-фторДеканкарбоновой
кислоты (IX) не оказывал токсического действия на мы-
шей в дозе 100 мг/кг, следовательно, он был нетоксичен.
В соответствии с ожиданиями этиловый эфир 11-фтор-
ундеканкарбоновой кислоты (X) оказался токсичным
соединением.
Результаты токсикологических исследований (на мы-
шах) этиловых эфиров соответствующих кислот приве-
дены в табл. 16.
Таким образом, в ряду эфиров ш-фторкарбоновых
кислот при нечетном п соединения проявляют высокую
токсичность, в то время как при четном п указанные
производные практически нетоксичны. Такие резкие раз-
личия в токсических свойствах являются подтвержде-
нием теории р-окисления жирных кислот в организме
животных.
Теория р-окисления была впервые выдвинута Кноп-
пом [4] и базируется на следующих экспериментальных
') Эфир VII, по-видимому, более токсичен в водно-солевом
purl воре.
200 Глава VIU. Другие соединения с фторуглеродной связью
доказательствах. со-Фенильные производные жирных
кислот, содержащих от одного до пяти атомов углерода,
вводили собакам, после чего анализировали пробы мочи
на присутствие производных этих кислот. Во всех слу-
чаях конечным продуктом разложения были соответ-
ствующие производные глицина. Производные жирных
кислот, имевших нечетное число атомов углерода, выво-
дились из организма в виде гиппуровой кислоты, а про-
изводные кислот с четным числом атомов углерода —
в виде фенацетуровой кислоты C6H5CH2CONHCH2COOH.
На основе этих результатов Кнопп пришел к выводу,
что жирные кислоты окисляются в организме таким пу-
тем, что на каждой стадии происходит потеря двух ато-
мов. углерода вследствие окисления, протекающего
у р-атома углерода.
Таблица 16
Значение п в кислоте Р(СЩ)Я СООН LD5„ метилового или ЭТИЛОВОГО эфира (раство- ритель — про- пиленгликоль), мг/кг ——. . Токсичность LD60 2-фторэтилО- вого эфира (раство- ритель — пропи- леигликоль), мг/кг
1 15 а) Токсичен 8,5
2 > 200 Нетоксичен —
3 — Токсичен б) —
4 > 160 Нетоксичен —
5 4 Токсичен 2,5
7 9 7
9 10 10
10 > 100 Нетоксичен —
11 20 Токсичен —
а) Для метилового эфира.
б) Данные американских исследователей для метилового эфира.
Кнопп предположил, что р-окисление протекает сле-
дующим образом:
RCH2CH2—-СООН —RCH=CHCOOH
RCOCH2COOH RCOOH + СНзСООН
ву-Фторкарбоновые кислоты и их производные
201
В ряду w-фторкарбоновых кислот, как это нетрудно
заметить, если п — нечетное число, то (3-окисление при-
водит к токсичной фторуксусной кислоте, а если п —•
четное, то окисление заканчивается практически на не-
токсичной (3-фторпропионовой кислоте1). Полученные
токсикологические данные находятся, таким образом,
в полном соответствии с этой гипотезой, что в свою оче-
редь является еще одним доказательством р-окисления
в живом организме.
Вейнхауз, Медее и Флойд [5], обрабатывая тонкие
срезы печени крысы одной или двумя жирными кисло-
тами, содержащими изотоп углерода, получили также
некоторое подтверждение протекания процессов (3-окис-
ления.
Данные, полученные в настоящей работе, хотя и не
опровергают теорию [3-окисления со-фторкарбоновых кис-
лот, но все же позволяют предполагать, что [3-окисление
не является единственным фактором, обусловливаю-
щим чередование токсичности в ряду со-фторкарбоно-
ных кислот.
В соответствии с ожиданиями этиловый эфир 9-фтор-
попанкарбоновой кислоты токсичен, однако его токсич-
ность (LD5o при инъекции кроликам = 0,2 мг/кг) выше
(в молярных соотношениях) токсичности метилфтораце-
тата (LD5o = 0,25 мг/кг). Исходя только из теории
р-окисления, токсичность первого соединения должна
быть ниже токсичности второго благодаря большей
длине цепи, т. е. более замедленному образованию фтор-
уксусной кислоты. Однако возможно, что вследствие
влияния длины цепи высшие эфиры должны иметь более
высокие коэффициенты распределения жир/вода, а сле-
довательно, могут проникать быстрее, нежели низшие,
через клеточные мембраны и, претерпевая при этом из-
менения, давать более высокие внутриклеточные концен-
трации фторуксусной кислоты.
Было указано, что при введении мышам 2-фторэтило-
вый эфир 9-фторнонанкарбоновой кислоты обладает
) Далее, р-окисление этой кислоты должно привести к неиз-
вестной фтормуравьиной кислоты, которая будет немедленно раз-
лагаться с образованием СО и HF, которая при используемых кон-
центрациях нетоксична.
202 Глава VIII. Другие соединения с фторуглеродной связью
примерно такой же токсичностью, что и этиловый эфир
той же кислоты. Это обстоятельство находится в проти-
воречии с ожиданиями и требует особого изучения.
Группе мышей вводили этиловый эфир 9-фторнонан-
карбоновой кислоты; другой группе мышей вводили та-
ким же способом точно такое же количество этого эфира
и почти одновременно вводили 2-фторэтанол в таком
количестве, которое выделилось бы в организме при
гидролизе эквимолярного (по отношению к этиловому
эфиру, введенному мышам) количества 2-фторэтилового
эфира 9-фторнонанкарбоновой кислоты. Следовательно,
мыши второй группы получили такое количество фтора,
как если бы им был введен 2-фторэтиловый эфир
9-фторнонанкарбоновой кислоты в эквимолярном коли-
честве. Результаты опыта приведены в табл. 17.
Таблица 17
Соединение Количество погибших мышей
доза эфира, мг/кг
20 8 б
Этиловый эфир 9-фторнонанкарбо- новой кислоты Этиловый эфир 9-фторнонанкарбо- новой кислоты 2-фторэтанол . . 6 из 6 6 из 6 4 из 6 5 из 6 4 из 6 1 из 6
Эти результаты позволяют считать, что 2-фторэтанол
не обладает ярко выраженным влиянием и что как
этиловый, так и 2-фторэтиловый эфиры 9-фторнонан-
карбоновой кислоты имеют примерно одинаковую
токсичность.
Ранее были предложены две гипотезы для объясне-
ния этого явления [6].
1) При переходе к более высшим гомологам со-фто-
рированных кислот количество 2-фторэтанола, выделяю-
щегося в организме, уменьшается, и для некоторого
ы-Фторкарбоновые кислоты U их производные
203
члена гомологического ряда это количество станет на-
столько малым, что не будет играть заметной роли в об-
щей токсичности.
При LD50 2-фторэтилового эфира 9-фторнонанкарбо-
новой кислоты в организме мыши освобождается около
0,05 мг 2-фторэтанола. Известно, что такое количество
2-фторэтанола практически безвредно.
2) Было обнаружено, что 2-фторэтиловый эфир
5-фторпентанкарбоновой кислоты почти вдвое токсичнее
этилового эфира той же кислоты (по весу), но если бы
его действие было обусловлено только гидролизом in
vivo, то токсичность была бы одинаковая. Аналогичные
рассуждения справедливы и для 2-фторэтилового эфира
фторуксусной кислоты. Таким образом, молекула может
действовать, по-видимому, и как таковая, независимо от
последующих превращений. Далее, если токсическое
действие этих 2-фторэтиловых эфиров действительно
зависит от молекулы в целом (что определяется по про-
дуктам гидролиза), то это можно отнести за счет конеч-
ных атомов фтора в молекуле. Если это так, то должен
быть оптимум расстояния между атомами фтора, при
котором будет наблюдаться максимальная токсичность.
Важно то, что разница в токсичности этиловых и 2-фтор-
этиловых эфиров увеличивается по мере укорочения
углеродной цепи. Для 7-фторгептанкарбоновой кислоты
эта разница очень незначительна, а для 9-фторнонанкар-
боновой кислоты полностью исчезает.
Хотя наши результаты подтверждают теорию ^-окис-
ления, имеется еще один факт,' который нельзя обойти,
а именно, что не сама фторуксусная кислота является
истинным токсичным агентом, а лишь продукт ее пре-
вращения— фторцитрат (см. стр. 186). Следует также
отметить, что американские исследователи показали
(частное сообщение), что метиловые эфиры 7-фтормасля-
ной кислоты и 7-фторкротоновой кислоты
F—СН2—СН=СН—СООСНз
весьма токсичны. Более того, нам удалось показать, что
кротоновый эфир действует значительно быстрее, чем
фторацетат в эквивалентной концентрации.
204 Глава VII!. Другие соединения с фторуглеродной связью
Методы синтеза
Так как прямое хлорирование и бромирование кар-
боновых кислот приводит обычно к а-галоидкислотам,
эти процессы неприменимы для получения ы-фторкарбо-
новых кислот. Таким образом, для получения каждой
ы-фторкарбоновой кислоты и ее производных необхо-
димо было подыскивать специальный метод.
Этиловый эфир 8-фторвалериановой кислоты (IV)
получали из этилового эфира 8-бромвалериановой кис-
лоты, но продукт содержал примеси. В чистом виде это
соединение было получено из этилового эфира 8-йодва-
лериановой кислоты и фторида серебра. Следует отме-
тить, что имеются экспериментальные затруднения
в превращении аллилуксусной кислоты в 8-бромвалериа-
новую. Условия реакции варьировали в широких преде-
лах как в присутствии, так и в отсутствие перекисей;
были получены результаты, расходящиеся с данными
других авторов [7]. 8-йодвалериановая кислота была по-
лучена по методу Картера [8], который превращал ее
в этиловый эфир в растворе сухого хлористого водорода
в спирте. Нами было найдено, что в этих условиях зна-
чительная часть йодкарбоновой кислоты превращается
в эфир 8-хлорвалериановой кислоты.
Далее, была осуществлена этерификация при по-
мощи серной кислоты и показано, что если брать точные
молярные соотношения серной кислоты, йодвалериано-
вой кислоты и спирта, то имеют место лишь незначи-
тельные побочные реакции. Фторирование производи-
лось сухим чистым фтористым серебром в отсутствие
растворителя.
Исходным продуктом для синтеза эфиров 5-фторпен-
танкарбоновой кислоты служил циклогексанон, который
окисляли до 5-оксипентанкарбоновой кислоты по усо-
вершенствованному методу Робинзона и Смита [9].
Далее этот продукт превращали в го-бромкарбоновую
кислоту действием серной кислоты и бромистого водо-
рода [10].
5-Бромпентанкарбоновая кислота была превращена
в соответствующие эфиры по следующей схеме:
ь-Фторкарбоновые кислоты и их производные
Вг (СН2)5 СООН
CH2FCH2OH + H2SO4 | СгН5ОН + H2SO4
Вг (СН2)5 COOCH2CH2F
| AgF
F (CH2)5 COOCH2CH2F
Br (CH2)5 COOC2H5
I AgF
F (CH2)g COOC2H5
CHNa (СООСДН6), ?
Na OH
+ кислота
Нагревание
7-Фторгептанкарбоновая кислота была синтезиро-
вана из гексаметилендибромида в соответствии со схе-
мой:
Вг (СН2)6 Br c"Hs°Na-> Вг (СН2)6 ОС6Н5
—► СН (СООС2Н5)2 (СН2)6 ОС6Н5
—> СН(СООН)2-(СН2)6ОС6Нд -
XI
—> НООС (СН2)7 OC6HS — ->
XII
—> J (СН2)7 СООН ---.
CH2FCH2OH + H2SO4 1 С2Н5ОН + H2SO4
J (СН2)7 COOCH2CH2F
XIII
AgF
F (CH2)7 COOCH2CH2F
VI
J (CH2)7 COOC2H5
XIV
f AgF
F (CH2)7 COOC2H5
V
Расщепление продукта XII при действии постоянно-
кипящей йодистоводородной кислоты протекает гладко
и приводит к образованию чистой йодкарбоновой кис-
лоты. Фторирование продукта XIII происходило легче
чем фторирование продукта XIV. В последнем случае
имело место отщепление йодистого водорода и образо-
206 Глава Will. Другие соединения с фторуглеродной связью
ванне этилового эфира гептен-(6)-карбоновой кислоты,
который был полностью удален переводом в дибромид
(при действии брома) и последующей разгонкой.
Этиловые и 2-фторэтиловые эфиры 9-бром- и 9-фтор-
нонанкарбоновых кислот были приготовлены из 9-бром-
нонанкарбоновой кислоты обработкой бромистым водо-
родом и серной кислотой 9-ацетоксинонанкарбоновой
кислоты, которая была получена четырехстадийным син-
тезом из себациновой кислоты.
Этиловый эфир 10-фтордеканкарбоновой• кислоты
был синтезирован сравнительно легко фторированием
соответствующего бромированного аналога, полученного
этерификацией кислоты спиртом в присутствии серной
кислоты.
Этиловый эфир 11-фторундеканкарбоновой кислоты
был синтезирован из 10-бромдеканкарбоновой кислоты
следующим способом:
Вг(СН2)10СООН — —Вг(СН2)10СОС1
—> Вг (СН2)10 cochn2
AgNO3, NH3
—> Br (CH2)uCONH2-f-N2
С.ЩОН, HjSO,
XV
—> Вг(СН2)иСО2С2Н5 —F (СН2)И COOC2H5
XVI
X
Алкоголиз XV —>XVI осуществлялся при кипячении
в абсолютном спирте в присутствии серной кислоты.
Фторирование производилось обычным способом.
Другие доказательства ^-окисления ы-фторкарбоновых
кислот in vivo
Ранее было обращено внимание на резкое чередова-
ние физиологических свойств эфиров ю-фторкарбоновых
кислот общей формулы F(CH2)„COOR. Если п — нечет-
ное, то эфиры сильно токсичны для животных, в то
время как при четном п соединения нетоксичны. Все
токсичные соединения являются сильными судорожными
ядами и вызывают симптомы «фторацетатного» типа.
т-Фторкарбоновые кислоты и их производные 207
Далее, нам удалось подтвердить теорию ^-окисления
независимым методом [11]. Он заключался в синтезах
ю-фторсоединений, которые содержали «скелет» токсич-
ных членов ряда, но не подвергались р-окислению в ор-
ганизме. Если бы эти соединения были токсичными,
теорию р-окисления следовало бы отвергнуть. Действи-
тельно, эти соединения оказались нетоксичными по срав-
нению с «родоначальником», и таким образом было по-
лучено новое подтверждение. *
Структурно, предотвращение р-окисления было до-
стигнуто двумя путями: а) ингибированием соединения
путем введения в него боковых цепей и б) ингибирова-
нием путем включения в него цикла.
а) р-Окисление высокотоксичного этилового эфира
7-фтормасляной кислоты может быть предотвращено
«блокированием» p-положения в цепи. Соединением, кото-
рое удовлетворяет этому условию, был этиловый эфир
7-фтор-р, р-диметилмасляной кислоты:
FCHaC (СН3)2 СНаСООС2Н5
XVII
Обнаружено, что это соединение полностью лишено ток-
сических свойств.
б) а- и p-Углеродные атомы метилового эфира 7-фтор-
масляной кислоты были «фиксированы» включением их
в цикл. Предполагалось, что в живом организме такие
соединения не могут укорачивать свои углеродные цепи
в процессе р-окисления. Были синтезированы и изучены
следующие соединения, которые оказались нетоксич-
ными: метил-2-фторметил-4, 5-диметил-Д4-тетрагидробен-
зоат (XVIII); метил-2-фторметил-4,5-диметилгексагидро-
бензоат (XIX); метил-2-фторметил-З,6-эндометилен-Д4-
тетрагидробензоат (XX) и метил-2-фторметил-3,6-эндо-
метиленгексагидробензоат (XXI).
В этой связи следует отметить еще одно соединение,
имеющее «скелет» высокотоксичной 5-фторпентанкарбо-
новой кислоты (XXIII), а именно н-фторфенилуксусную
кислоту (XXII). Казалось невероятным, что соединение
XXII может превратиться в организме во фторуксусную
кислоту. Действительно, оно оказалось нетоксичным.
Необходимо также отметить, что ароматические
208 Глава VIII. Другие соединения € фторуглеродной связью
---------——.— ........... у.— --------------------
соединения склонны к некоторым видам окислительного
разрушения в организме животного. Яффе [12], например,
выделил из мочи собак и кроликов некоторое количе-
ство муконовой кислоты после введения им значитель-
ных количеств бензода.
сн—сн сн2—сн2
// / \
F—С С—СН2СООН fch2 СН2 »--СН2СООН
сн=сн
XXII ххш
Синтетические методы, р, р- Ди метил глутаровую кис-
лоту (полученную из окиси мезитила) переводили в се-
ребряную соль, которую по усовершенствованному ме-
тоду Виндауса и Кланхардта [13] превращали в р, р-ди-
метил-у-бутиролактон. Последний в постояннокипящей
бромистоводородной кислоте в присутствии серной кис-
лоты давал т-бром-р,р-диметилмасляную кислоту, из ко-
торой легко синтезировали этиловый эфир. Чистый фто-
рированный эфир получался (но с низким выходом) при
нагревании бромированного аналога с фтористым се-
ребром.
Синтезы соединений XVIII, XIX, XX и XXI из ме-
тилового эфира фторкротоновой кислоты были прове»
дены в соответствии со схемой. Предварительно синте-
зированный метиловый эфир ^-фторкротоновой кислоты
был описан Карашем и сотрудниками [14] и представлял
собой высокотоксичное соединение. Он обладает угле-
родной структурой метилового эфира 7-фтормасляной
кислоты, а наличие двойной связи в а, ^-положении, не-
сомненно, облегчает окисление. Американские исследо-
ватели получили метиловый эфир 7-фторкротоновой кис-
лоты изящным пятистадийным методом из эпифторгид-
рина. Для синтезов указанных выше соединений был
получен метиловый эфир 7-фторкротоновой кислоты пря-
мым фторированием фтористым серебром метилового
эфира 7-бромкротоновой кислоты. Бронированный эфир
был получен следующими способами: 1) из метилового
эфира кротоновой кислоты при действии N-бромсукцин-
имида [15] и 2) присоединением брома К метиловому
<т>-Фторкарбоновые кислоты и их производные
209
эфиру винилуксусной кислоты и последующим отщепле-
нием бромистого водорода при помощи этилата нат-
рия [16].
гсщ-сн=сн~-со2сн?
СНа = С (СН.,) - С (СНа) = СНа | Циклопентадиен
СН2 /СН
СНг-с' \н-сн,Р н5( CH-CIW’
СН3-С^ /СН—СОаСНа НС ^/СН—СОгСНз
СН2 XX
XVIII
н
'Л, Pd
СН,
/ \
СН3—НС СН—CHJr
СН8-НС /СН—СО2СН3
сн2
XIX
/си\
Н2С I СН—CH,F
I сн, I
H2c | СН—СО2СНз
чснх
XXI
Конденсация по Дильсу и Альдеру метилового
эфира 7-фторкротоновой кислоты с 2, 3-диметилбутадие-
ном-1,3 и циклопентадиеном была осуществлена при
нагревании (ПО—120°) реагентов в течение 3 час. в за-
паянных трубках. Восстановление ненасыщенных про-
дуктов (XVIII и XX) проводили при комнатной темпе-
ратуре в присутствии палладия. В обоих случаях проис-
ходило поглощение теоретического количества водорода,
хотя гидрирование диметильных производных протекало
медленнее, чем эндометиленовых производных. п-Фтор-
фенилуксусная кислота была получена Диппи и Уиль-
ямсом [17] довольно сложным способом. Нами этот про-
дукт был синтезирован, исходя из п-фтортолуола.
л-Фтортолуол обрабатывали сульфурилхлоридом
в присутствии следов перекисей; - при этом получали
п-фторбензилхлорид (новый пример хлорирования по
210 Г лава VIII. Другие соединения t фторуглеродной связью
радикальному механизму, впервые описанному Карашем
и Брауном) [18]. и-ФторбДнзилхлорид превращали в циа-
нид, а затем в кислоту.
ш-Фторкарбоновые кислоты и их производные,
содержащие атом кислорода
в цепи
С целью предотвращения ^-окисления (основываясь
на теории р-окисления in vivo) путем «блокирования»
а и ^-положений было решено изучить влияние введения
атома кислорода в цепь в наиболее подходящее место.
С этой целью было синтезировано и испытано 11 соеди-
нений [19].
При обработке 2-фторэтанола винилцианидом
(1 моль) и водным едким кали был получен с хорошим
выходом 2, 2/-фторэтоксиэтилцианид F(CH2)2—О—
— (CH2)2CN. Это соединение гидролизовали соляной
кислотой в p-2-фторэтоксипропионовую кислоту, хлоран-
гидрид которой при обработке большим избытком ди-
азометана давал диазометил-2,2'-фторэтоксиэтилкетон
F(CH2)2O(CH2)2CO—CHN2. Вещество представляло со-
бой желтое масло, которое было устойчиво до 60° и тре-
бовало осторожности в обращении. При попытках пере-
гнать его часто происходило взрывоподобное разложе-
ние. Это соединение было немедленно переведено
в этиловый эфир р-2-фторэтоксимасляной кислоты
F(CH2)2O (СН2)зСООС2Н5 путем нагревания его с абсо-
лютным спиртом в присутствии сухой окиси серебра.
Этерификацией фторэтоксипропионовой кислоты был
получен этиловый эфир g-2-фторэтоксипропионбвой кис-
лоты, который при взаимодействии с фенилмагнийбро-
мидом давал вопреки ожиданиям не дифенил-2, 2'-фтор-
этоксиэтилкарбинол, а бромпроизводное
Вг (СН2)2 О (СН2)2 С (С6Н6)2 он
как результат обмена галоидов.
Образование бромпроизводного было неожиданным,
рак как в литературе не встречается, по-видимому, при-
<л-Фторкарбоновые кислоты и их производи, с атомом кислорода 211
меров такого обмена галоидов в реакции Гриньяра.
Даже при недостатке реагента единственным продуктом,
который можно выделить, был бромэтоксикарбинол. За-
мещение инертного фтора более подвижным бромом
заслуживает особого исследования1). Восстановление
2,2/-фторэтоксиэтилцианида водородом в присутствии
никеля Ренея проводилось в самых разнообразных усло-
виях. Часто , имело место отщепление фтора, но все же
были найдены условия, позволяющие перевести tCN
в CH2NH2 без отщепления фтора. Таким образом уда-
лось получить 3,2'-фторэтоксипропиламин в виде жид-
кости, устойчивой при перегонке.
Этил-2-фторэтоксиацетат F(CH2)2OCH2COOC2H5 не
удалось получить действием этилдиазоацетата на чи-
стый свежеперегнанный 2-фторэтанол; не помогло при
этом и добавление небольших количеств концентриро-
ванной соляной кислоты, что кажется странным, прини-
мая во внимание каталитическое действие кислот на
разложение диазоуксусного эфира. Однако неочищен-
ный фторэтанол реагирует с этилдиазоацетатом очень
быстро с энергичным выделением азота; при этом очень
быстро исчезает желтая окраска, характерная для ди-
азоэфира.
При взаимодействии 2-фторэтанола с этилхлорфор-
миатом при 100° в течение 10 час. образуется чистый
этил-2-фторэтилкарбонат F(CH2)2OCO2C2Hs.
Нагреванием 2,5 моля 2-фторэтанола с 1 молем
окиси этилена в присутствии концентрированной сер-
ной кислоты был получен с 25%-ным выходом
2,2/-фторэтоксиэтанол (2-фтор-2/-оксидиэтиловый эфир
F(CH2)2O(CH2)2OH); при этом не наблюдалось образо-
вания более высокомолекулярных продуктов. Однако
при большом избытке 2-фторэтанола (5 молей) и
при нагревании в автоклаве (140°) в течение 4 час.
с безводным сульфатом натрия (катализатор) выход
2,2'-фторэтоксиэтанола повысился до 70%,. наряду
с этим был получен с 15%-ным выходом 2-окси-2/,2//-
0 О недавно проведенных исследованиях по удалению атома
фтора из МФА см. стр. 192—193.
212 Глава УШ. Другие соединения с фторуглеродной связью
фторэтоксидиэтиловый эфир (XXIV)'.
СН2—СН2 + fch2ch2oh —> HOCH2CH2OCH2CH2F
\0/
СН2—СН2 + HOCH2CH2OCH2CH2F —>
\0/
—> HOCH2CH2OCH2CH2OCH2CH2F
XXIV
По несколько видоизмененной методике из 3-фтор-
пропанола были синтезированы следующие гомологи:
2,З'-фторпропоксиэтилцианид Р(СН2)зО(СН2)2СХ, [3-3-
фторпропоксипропионовая кислота, ее хлорангидрид,
диазометил-2,3'-фторпропоксиэтилкетон и этиловый
эфир 3-фторпропоксимасляной кислоты.
Токсикологические испытания
Вышеуказанные соединения в подходящем раствори-
теле вводили подкожно мышам. В качестве контроля
в стандартных условиях одной группе мышей вводили
метиловый эфир фторуксусной кислоты.
^-Углеродный атом в |3-2-фторэтоксипропионовой и
(3-3-фторпропоксипропионовой кислотах связан с эфир-
ным атомом кислорода, поэтому при р-окислении этих
соединений in vivo должен образоваться [3-фторэтилкар-
бонат. Можно ожидать, что это соединение должно
иметь приблизительно такую же токсичность, как спирт,
так как последний образуется либо при гидролизе, либо
при декарбоксилировании [3-фторэтилкарбоната.
F (СН2)2 О (СН2)2 СООН
3-Окисление
-> F (СН2)2 ОСООН —> F(CH2)2OH
В подтверждение этого было показано, что этил-2-фтор-
этилкарбонат обладает такой же токсичностью, как и
2-фторэтанол. Более того, мы обнаружили, что [3-2-фтор-
этоксипропионовая кислота токсична, в то время как
|3-3-фторпропоксипропионовая кислота нетоксична (3-
фторпропанол нетоксичен).
LD50 для 3-2-фторэтоксипропионовой кислоты равна
около 70 мг/кг, т. е. значительно меньше, чем для
<0-Фторкарбоновые кислоты и их производи, с атомом кислородс&13.
фторэтилового эфира, тогда как нитрил этой кислоты
имеет LDso = Ю—20 мг/кг, следовательно, порядок
тот же, что и для спирта. Причина этого различия мо-
жет заключаться в различных скоростях проникновения
2,З'-Фторпропоксиэтилцианид действительно оказался
нетоксичным соединением.
В этой связи был испытан этил-2-цианэтиловый эфир
С2Н5О(СН2) 2CN и было найдено, что он сравнительно
нетоксичен; таким путем было показано, что токсич-
ность фтористого аналога обусловлена исключительно
присутствием атома фтора (как фторэтоксила) и не за-
висит от другой части молекулы.
3-Окисление этиловых эфиров 7-2-фторэтоксимасля-
ной кислоты и 7-3-фторпропоксимасляной кислоты при-
водит не к образованию фторэтилкарбоната, а к 2-фтор-
алкоксиуксусной кислоте. По этой причине был
синтезирован и испытан этиловый эфир 2-фторэтокси-
уксусной кислоты. Было обнаружено, что он не ток-
сичен, а также (в соответствии с ожиданиями) были не
токсичны и два эфира масляной кислоты.
2-Фтор- и 2-ОКСИ-2', 2"-фторэтоксидиэтиловые эфиры
токсичны; первый имел LDSo, равную 15—20 мг/кг,
а второй — 30—40 мг/кг. Если первый легко окисляется
в живом организме до соответствующей кислоты, то он
должен быть нетоксичным вследствие нетоксичности
этилового эфира 2-фторэтоксиуксусной кислоты (см.
выше). Следует заключить, что эфиры спиртов про-
являют некоторую токсичность и как таковые. Моноэти-
ловый эфир этиленгликоля был подвергнут токсикологи-
ческим испытаниям; при этом было обнаружено, что он
нетоксичен, следовательно, активность 2-фтор-2'-окси-
диэтилового эфира опять-таки была обусловлена нали-
чием 2-фторэтоксигруппы в молекуле.
LD50 3,2/-фторэтоксипропиламина равна около
50 мг/кг.
Дальнейшие подтверждения процесса р-окисления
кислот были получены иными способами, например,
с соединениями, описанными на стр. 197—209. Некото-
рые дополнительные факторы, помимо р-окисления,
по-видимому, влияющие на токсичность, обусловлены
наличием простой эфирной связи.
514 Глава V11I. Другие соединения с фторуглеродной связЫд
Другие примеры чередования токсичности
Описанные выше открытия, связанные с чередова-
нием токсичности в ряду w-фторкарбоновых кислот и
их производных, были недавно подтверждены испыта-
нием других членов этого ряда F(CH2)„COOR (при
п = 6 или 8 — нетоксичны, при п = 15 или 17 — ток-
сичны) [20]. Никаких исключений обнаружено не было.
Действительно, было бы весьма удивительно обнару-
жить сейчас такое соединение, которое не укладыва-
лось бы в правило «чередующейся токсичности».
В соответствии с ожиданиями, «-фторированные спирты
Р(СН2)ЯОН токсичны, если п — четное, и нетоксичны,
если п — нечетное. Нитрилы фторированного соедине-
ния, по-видимому, претерпевают in vivo следующие пре-
вращения:
F (СН2)4 CN —> F (СН2)з СООН + HCN.
Токсична Токсична
Амины этого типа, как можно предполагать, превра-
щаются следующим путем:
F (СН2)5 CH2NH2 —> F (СН2)5 CH=NH —>
—> F (СН2)5 СН-0 —> F (СН2)5 СООН.
Было испытано несколько алифатических фторнитро-
соединений, и оказалось, что соединение было токсично,
если п — нечетное. Принимая во внимание, что расслаб-
ление гладких мышц происходит независимо от
типа иннервации при действии иона нитрита, автор по-
лагает, что необходима осторожность в заключениях,
касающихся токсического действия фторнитросоедине-
ний.
На стр. 163 описано [21] получение 2-фторэтилтиоциа-
ната по реакции:
FCH2CH2Br + KSCN —> FCH2CH2SCN.
LD50 этого соединения для мышей равна 15 мг)кг.
Для некоторых из высших членов наблюдается чередо-
вание токсичности, так же как и для меркаптанов, по-
лученных восстановлением тиоцианатов литийалюминий-
гидридом. Так, F(CH2)nSH токсичны, если п — четное,
Другие примеры чередования токсичности
215
Выше (см. стр. 163) был описан метод получения
2-фторсульфонилхлорида:
FCH2CH2SCN CU Н'°-> fch2ch2so2ci.
По такому методу были получены высшие члены
этого ряда [22], а также соответствующие сульфонил-
фториды. Наличие токсических свойств у некоторых из
них нарушило в какой-то степени общую картину. Од-
нако следует быть очень осторожным в слишком опре-
деленных выводах, основанных на величинах токсично-
сти, в тех случаях, когда речь идет о соединениях,
имеющих более чем один биологически активный центр
и где лабильность атома фтора in vivo не может быть
строго учтена.
Некоторые кислоты, хотя и не содержащие фтора,
были испытаны Уайном [23] и проявили интересное че-
редование биологической активности. При оценке актив-
ности стимуляторов роста растений типа
С1—о (СН2)Я СООН
было обнаружено чередование этой активности, что
было показано по удлинению колеоптилей пшеницы,
повышению кривизны стебля гороха и эпинастии листьев
томатов.
Если п — нечетное, то соединение активно, а если
п—четное, соединение неактивно. Такое чередование
может быть связано с расщеплением боковой цепи
в результате р-окислительных процессов, аналогичных
тем, которые были продемонстрированы на примере
ю-фторкарбоновых кислот.
Однако недавно было показано, что если изменить
заместители в бензольном кольце феноксикислоты, то
чередование активности наблюдается на колеоптилях
пшеницы, тогда как на кривизне гороха и на эпинастии
листьев томатов активность проявляет только первый
член ряда. Это значит, что р-окислительные системы,
присутствующие в тканях гороха и томатов, неспособны
разрушать боковые цепи этих особо замещенных фено-
ксикислот. Это открывает возможность избирательной
борьбы с сорняками [24].
216 Глава VIII. Другие соединения с фторуглеродной связью
Антагонизм ю-фторкарбоновых кислот
Было установлено, что перистальтика кишечника
поддерживается специфическими жирными кислота-
ми [25]. Это дало основание для очень важной работы
Ченовета [26], который исследовал влияние фторацетата,
7-фторбутирата и е-фторгексаната натрия в присутствии
ацетата, бутирата и гексаната как источников энергии.
Метод состоит в выдерживании отрезка тонкой кишки
кролика в соответствующем растворе при 38°, через ко-
торый пробулькивает смесь 95% кислорода и 5% дву-
окиси углерода. Сокращения фиксировались кимогра-
фом на закопченной бумаге. Субстрат (например,
ацетат натрия) добавляли к среде до начала экспери-
мента, а ингибитор (т. е. фторсодержащее соедине-
ние) — после соответствующего периода контроля.
Время, необходимое для уменьшения амплитуды до 50%
ее контрольной величины, принимается в качестве кри-
терия способности ингибирования для данного фторсо-
держащего соединения (в виде его натриевой соли).
Было найдено, что для ацетата характерен макси-
мум антагонизма (в сравнении с бутиратом и гексана-
том) по отношению к фторацетату, минимум антагонизма
(в сравнении с бутиратом и гексанатом) по отношению
к фторбутирату или к фторгексанату. Бутират и гекса-
нат одинаково эффективны и обладают слабым антаго-
низмом по отношению к фторацетату, однако гексанат
превосходит бутират в антагонизме по отношению и
к фторбутирату и к фторгексанату (рис. 20).
Какой-либо один субстрат является антагонистом
в равной степени по отношению к фторбутирату и фтор-
гексанату. Далее, гексанат будет антагонистом по отно-
шению к фторбутирату и фторгексанату в значительно
большей степени, чем по отношению к фторацетату, в то
время как ацетат ведет себя как раз наоборот. Бути-
рат может или не может быть антагонистом фторбу-
тирата и фторгексаната в большей степени, чем фтор-
ацетата в зависимости от используемой концентрации
ингибитора.
Другие исследователи установили специфичность
антагонизма среди фторированных кислот. Кдлницкий И
Ацетат
Бутират
Гексанат
1.0мМ
а
Ацетат
Бутират
Гексанат
0,1 <мМ
Ацетат
Бутират
Гексанат
Рис. 20. Влияние
фторацетата.
(1,0 мМ) (а), фторбу-
тирата (0,1 лтЛ1) (о) и
фторгексаната (0,1 ,иЛ1)
(в) в присутствии аце-
тата, бутирата и гекса-
ната [30].
0.1<мМ
218 Глава VIJf. Другие соединения с фторуглеродной сеяЗь/д
Баррон [27] нашли, что ингибирование фторбутиратом
окисления бутирата должно быть более глубоким,) чем
ингибирование фторацетатом. Кэндел и Ченовет [28]
смогли предотвратить или устранить токсическое дей-
ствие фторацетата при помощи глицерилмоноацетата,
а фторбутирата — при помощи глицерилмонобутирата
in vivo, однако им не удалось продемонстрировать пере-
крестную защиту с помощью этих соединений.
Такая высокая избирательность интересна тем, что
она, по-видимому, не может быть объяснена исключи-
тельно на основе утверждения о прекращении фториро-
вания радикала в положении 2 во фторцитрат (см.
стр. 186).
Ченовет утверждает, что вышеупомянутые результаты
можно объяснить на основе реакций, протекающих до
внедрения антиметаболитов жирных кислот в цикл ли-
монной кислоты. Активированный ацетат, т. е. ацетилко-
фермент А (АсСоА), является конечным продуктом ме-
таболизма жирных кислот, предшествующим его конден-
сации с оксалатом, приводящей к образованию цитрата.
Возможно, что фторированные жирные кислоты ведут
себя как обычные нефторированные жирные кислоты.
Конечный продукт до оксалатной конденсации может
быть одним и тем же для всех трех фторированных ин-
гибиторов (фторацетилкофермент А—FAcCoA). Фторци-
трат может образоваться благодаря конденсации эфира
щавелевоуксусной кислоты с FAcCoA и тем самым бло-
кировать цикл лимонной кислоты. Специфический анта-
гонизм должен иметь место еще до вступления метабо-
литов в цикл лимонной кислоты.
Фторуглероды
Нет особой необходимости подробно описывать эти
соединения, так как они не имеют большого значения
для изучения токсических фторсодержащих соединений.
Фторуглероды в известном смысле «аналогичны» угле-
водородам и представляют интерес благодаря их физи-
ческим свойствам и все возрастающему промышленному
значению.
Фторуглероды
219
Самые низшие члены ряда CF4 и C2F6 представляют
собою бесцветные не обладающие запахом газы с очень
низкой токсичностью. Можно сказать, что по сравнению
с фторацетатами они нетоксичны. Это понятно, если при-
нять во внимание насыщенный характер фторуглеродов,
а также и то, что они не содержат группировки FCH2CO
и неспособны образовывать ее в организме. Однако не-
давно было обнаружено, что перфторизобутилен
(CF3)2C = CF2 токсичен, хотя его действие отличается от
действия фторацетатов.
Фторуглероды имеют относительно низкие темпера-
туры кипения (табл. 18), т. е. отличаются аномально
низким межмолекулярным притяжением и очень малой
склонностью к ассоциации, что обусловливает их физи-
ческие свойства, весьма близкие к свойствам идеальных
газов.
Низшие фторуглероды (CgFi2 и др.) представляют
собой бесцветные жидкости с высоким удельным весом
(от 1,5 до 2,0) и очень низким показателем преломле-
ния; высшие фторуглероды — бесцветные твердые тела.
Таблица 18
Фторуглероды Углеводороды
формула мол. вес. т. кип., °C формула мол. вес. т. кип., °C
cf4 88 —128 сн4 16 -161
C2F 6 138 —78 СгНв 30 —88
C3F 8 188 —38 CgHg 44 —42
C4F 10 238 —5 с4н10 58 —0,5
C7F 1в 388 82 С7н16 100 98
Химически они крайне инертны, причем намного ме-
нее реакционноспособны, чем фторацетаты. Инертность
фторуглеродов и их «совершенные» физические свойства
обусловлены прочностью фторуглеродной связи и «ком-
пактностью» их строения. Эффективный атомный радиус
фтора в ковалентной связи 0,64 А, который хотя и
больше, чем для водорода (0,ЗОА), но меньше, чем для
220 Глава V/77. Другие соединения с фторуглеродной связью
других элементов, например для хлора (0,99 А) и брома
(1,14А).
Фторуглероды устойчивы к действию сильных кислот
и водных щелочей, они негорючи и взаимодействуют
только с такими реагентами, как расплавленные едкие
щелочи.
Полимеризованный тетрафторэтилен — «тефлон» (ср.
с политеном — полимером С2Н4) можно формовать
в трубы, листы, им также можно футеровать аппараты
для защиты от коррозии. Жидкие фторуглероды («fluo-
rolubes») используются там, где обычные углеводород-
ные смазочные масла недостаточно устойчивы; негорю-
честь фторуглеродов делает эти смазочные средства
особенно полезными.
Фторхлоруглероды — это продукты замещения ато-
мов водорода в метане, этане и т. д. частично на фтор
и частично на хлор. В США они известны под названием
«фреоны», а в Англии — «арктоны». Температура кипе-
ния их ниже, чем соответствующих полностью хлориро-
ванных углеводородов. Производные метана составляют
группу негорючих соединений с температурами кипения
от —81° (CCIF3) до +25° (CCI3F). Соединение CCI2F2
кипит при —29° и используется как охлаждающий агент
благодаря своей химической инертности и нетоксич-
ности.
Интересно отметить, что некоторые дифторуглеводо-
роды типа F(CHa)„F высоко токсичны [28]. Испытаны
соединения, где п = 4, 5 и 18. Таким образом, чередова-
ние токсичности не всегда подтверждается. Прежде чем
делать какие-либо определенные выводы, следует иссле-
довать возможно большее число соединений. Однако,
по-видимому, здесь играет роль подвижность атомов
фтора.
ЛИТЕРАТУРА
1. Saunders, Nature (London), 160, 179 (1947).
2. Buckle, Pattison, Saunders, J. Chem. Soc., 1949, 1471.
3. 011, Piller, Schmidt, Helv. Chim. Acta, 39, 682 (1956);
04 t, Chimia, 10, 112 (1956).
4. Beitr, them., physiol. Path., 6, 150 (1904); 11, 411 (1906).
Литература
221
5. J. Biol. Chem., 153, 689 (1944).
6. Buckle, Pattison, Saunders, J. Chem. Soc., 1949, 1471.
7. Boorman, Linstead, R у d о n, J. Chem. Soc., 1933, 568,
1974; Kharasch, McNab, Chem. & Ind. (Rev.), 54, 98
(1935).
8. J. Am. Chem. Soc., 50, 1968 (1928).
9. J. Chem. Soc., 1937, 373.
10. Barger, Robinson, Smith, J. Chem. Soc., 1937, 718.
11. Pattison, Saunders, J. Chem. Soc., 1946, 2745.
12. Hoppe-Seyl Z., 62, 58 (1909).
13. Ber. dtsch. chem. Ges., 54B, 581 (1921).
14. Private communication.
15. Zeigler, Liebigs Ann., 551, 103 (1942).
16. Glattfeld, Rietz, J. Am. Chem. Soc., 62, 976 (1940).
17. J. Chem. Soc., 1934, 1466.
18. J. Am. Chem. Soc., 61, 2142 (1939).
19. Buckle, Saunders, J. Chem. Soc., 1949, 2774.
20. Pattison, Nature (London), 172, 1139 (1953).
21. Saunders, Stacey, Wilding, J. Chem. Soc., 1949, 773.
22. Pattison, Nature (London), 174, 737 (1954).
23. Selective Weed Control: some new developments at Wye
(M.I.M.E.O. Report), 1954.
24. W a i n, Wightman, Proc. Roy. Soc., В 142, 525 (1954).
25. F u r c h gо 11, Shorr, Proc. Soc. Exp. Biol., N. Y., 61, 280
(1946).
26. Hendershot, Chenoweth, J. Pharmacol., 110, 344 (1934).
27. Arch. Biochem., 19, 75 (1948).
28. Pharmacol. Rev., 1, 383 (1949).
29. Pattison, Nature (London), 174, 737 (1954).
30. Hendershot, Chenoweth, J. Pharmacol., 110 (1934).
Глава IX
СИСТЕМНЫЕ ИНСЕКТИЦИДЫ
Во время проведения первых опытов по затравке не-
больших животных ДФФ и его производными отмеча-
лось, что чрезвычайно малые концентрации этих веществ
в воздухе вызывали гибель мух в комнате. Это наблю-
дение натолкнуло на мысль об использовании некоторых
фосфорных соединений в качестве инсектицидов [1]. Мно-
гие фосфорсодержащие соединения были получены
Шрадером [2] в Германии, а также в результате работ
английских исследователей. Однако «системные» инсек-
тициды типа фосфорорганических соединений впервые
были выпущены в продажу в Англии [3].
Термин «системный» инсектицид относится к тем
соединениям, которые способны всасываться расте-
ниями, а затем «распределяться» в отдельных частях
растения в таких количествах, которых вполне доста-
точно для проявления инсектицидного действия [4].
Риппер [5] классифицирует системные инсектициды
на следующие три группы в соответствии со скоростью
их разложения в растении:
1) стабильные инсектициды, например такие, как
соединения селена [6], которые оказывают инсектицид-
ное действие, не подвергаясь в растении какому-либо
химическому изменению;
2) эндолитические, после всасывания растениями и
последующего «перераспределения» эти соединения дей-
ствуют как инсектициды до тех пор, пока находятся
в растениях в своей неизмененной первоначальной
форме по меньшей мере в количестве 98%;
3) эндометатоксичные инсектициды, например си-
стокс. Эти вещества всасываются, «перераспределяются»
в растениях, а затем превращаются в новые токсичные
соединения, которые и действуют как инсектициды. Эти
Системные Инсектициды 223
вновь образовавшиеся инсектициды постепенно также
разрушаются в растениях.
Системные инсектициды превосходят контактные ин-
сектициды во многих отношениях. Так, например, вслед-
ствие всасывания и последующего «перераспределения»
их в растении они могут воздействовать на насекомых,
которые обычно' остаются защищенными от непосред-
ственного воздействия контактных инсектицидов. Кроме
того, многие системные инсектициды являются более
специфичными для определенных вредителей благодаря
тому, что инсектицид содержится в самом растении.
Можно думать, что эти инсектициды будут с большей
вероятностью поглощены вредителями растений, нежели
нерастениеядными насекомыми. Таким путем осуще-
ствляется экологический отбор [7].
Хартли [8], изучая эффективность действия инсекти-
цидов с точки зрения их физических свойств, предъяв-
ляет к ним следующие требования:
1) инсектицид должен растворяться в соке растения,
а следовательно, в воде;
2) инсектицид должен быть достаточно устойчивым
в водном растворе в пределах pH растения (4,5—6,5);
3) инсектицид должен обладать способностью про-
никать вместе с соком посредством диффузии через обо-
лочку листа или корня. Поэтому желательно, чтобы
инсектицид обладал некоторой степенью липидной
растворимости. Большие размеры молекул инсектицидов
нежелательны;
4) инсектицид, если он применяется на пищевых
культурах, должен быть нетоксичным для млекопитаю-
щих или к моменту сбора урожая он должен разру-
шиться.
Так кай селен и все его соединения являются в ка-
кой-то степени токсичными, что не соответствует одному
из требований, то в качестве системных инсектицидов
они использоваться не могут. Исходя из вышеизложен-
ных условий, паратион (см. стр. 231) как вещество
с низкой растворимостью в воде и тетраэтил пирофосфат
(ТЕПФ) (см. стр. 236), который легко гидролизуется во-
дой, также не отвечают всем вышеизложенным
требованиям. Поэтому некоторые исследователи не
224 Глава IX. Системные инсектициды
относят их к числу классических системных инсектици-
дов, хотя эти вещества и обладают сильным инсекти-
цидным действием.
Октаметилтетра амидопирофосфат (ОМПА)
Одним из наиболее важных системных инсектицидов
является октаметилтетраамидопирофосфат (ОМПА,
или шрадан, или пестокс III) (I).
(CH3)2NXp^O O^p/N (СН3)2
(CH3)2N// \о/ XN(CH3)2
I
Это соединение было получено Шрадером следующим
путем:
О
II
ЦСН3)2 N]2 РОС1 + С2Н5ОР [N (СН3)2]2 —> I -ф С2Н5С1.
Промышленный способ получения («Pest Control Ltd.»)
состоит в прямом синтезе. Эта общая реакция может
быть изображена следующим уравнением:
О О О
(CH3)2NX II (CH3)2N4 II 11 yN(CH3)2
2 фр. + нон —► >р. хр< + на
(CH3)2NZ ХС1 (CH3)2NZ XN(CH3)2
И I
Выделяющаяся соляная кислота связывается сильным
третичным основанием — метилдибутилампном, соляно-
кислая соль которого растворима в воде. В английских па-
тентах 631549 и 652981 указывается, что соединение II
может быть получено действием диметиламина на
РОС13 в хлороформе, содержащем избыток метилди-
бутиламина. Дальнейшая реакция с водой очень легко
проводится в этой же системе при добавлении избытка
водного раствора едкого натра. Слой хлороформа со-
держит третичный амин и соединение I. Затем раство-
ритель и амин отделяются отстаиванием продуктов.
Вследствие побочных реакций промышленный продукт
Октаметилтётраамидопирофосфат (ОМПА)
225
содержит некоторое количество пентадиметиламидо-
трифосфата (IA) и небольшие количества других фос-
форных амидов. Соединение IA само по себе является-
также хорошим системным инсектицидом.
ООО
(CH3)2N4 II II II /N(CH3)2
>Р—О—Р—О—Р<
(Ch3)2n/ I XN(CH3)2
N (СНз)2
I А
Важным вопросом применения системных инсектици-
дов является безопасность продуктов урожая при упо-
треблении их человеком или животными. Системные
инсектициды должны находиться в растениях и сохра-
нять свою токсичность в течение некоторого периода
времени. ОМПА медленно разрушается в растении под
действием ферментов, но за 6-недельный период актив-
ного роста растения инсектицид почти полностью раз-
рушается. Это было установлено с помощью инсекти-
цидных проб и методом меченых атомов (стр. 228).
Дэвид и сотрудники [9] сообщили, что LD50 для
ОМПА составляет 8—22 мг[кг, поэтому для человека
весом 70 кг при приеме с пищей опасная доза будет
порядка 560 мг.
При заболевании злокачественной миастенией при-
нимают ОМПА ежедневно по 25 мг в течение 3 мес.
с хорошими результатами и отсутствием токсических
явлений. Было также установлено, что в нейтральных
водных растворах период полураспада этого соединения
составляет около 100 лет [10]. Гидролиз катализируется
кислотами с разрывом связи N—Р, и полупериод гидро?
лиза вещества в 1 н. растворе кислоты равен 200 мин.
Гидролиз также катализируется щелочью с разрывом
связи Р—О—Р, и полупериод гидролиза вещества в 1 н.
растворе едкого натра составляет 70 дней. При биологи-,
ческих значениях pH это соединение, очевидно, доста-
точно устойчиво, но, как будет показано ниже, в усло-
виях организма, помимо значения pH, играют роль и
другие Факторы.
226
Глава IX. Системные инсектициды
Как указывалось выше (стр. 86), часто отмечается
корреляция между антихолинэстеразной активностью
соединений in vitro и их. токсичностью для млекопитаю-
щих. Однако токсичность ОМПА ненамного ниже ток-
сичности табуна, ДФФ и ТЕПФ, хотя антихолинэстераз-
ная активность ОМПА in vitro очень незначительна
(50 %-ное угнетение при 4,5- 10-2 М). С другой стороны,
при введении ОМПА у животных развиваются все симп-
томы отравления, которые характерны для отравления
ацетилхолином. Более того, холинэстераза сыворотки
подопытных животных почти полностью ингибирована.
Другой особенностью действия ОМПА является то, что
симптомы поражения развиваются гораздо медленнее,
чем при действии ДФФ или табуна, а именно — в тече-
ние нескольких часов (о действии ДФФ см. стр. 12),
Окисление ОМПА
Описанные выше факты навели на мысль, что ОМПА
в тканях организма животного, по-видимому, превра-
щается в другое вещество, которое и является действую-
щим началом со всеми свойствами эстеразного ингиби,-
тора. Эта теория подтверждается тем, что ОМПА в при-
сутствии срезов печени и кислорода превращается в со-
единение, ингибирующее холинэстеразу [11]. Повышение
активности этого соединения в крови кролика было под-
тверждено при использовании радиоактивного ОМПА,
содержащего Р32 [12].
Некоторые исследователи [13] утверждают, что такое
повышение антихолинэстеразной активности в орга-
низме животных является следствием образования ами-
нооксида [I Б].
О О
(CH3)2Nx II II /N(CH3)2
>рч ,р<
(CH3)2N/ xOz XN(CH3)2
ф
о
1Б
Хартли [14] показал, что окисление ОМПА можно
осуществить перманганатом калия; при этом имеет ме-
Октаметилтетраамидопирофосфат (ОМПА) 227
сто перенос одного атома кислорода в молекулу ОМПА.
Таким способом было получено неустойчивое к действию
щелочей соединение, обладающее повышенной антихо-
линэстеразной активностью.
Октаметиламидопирофосфат также подвергается фер-
ментативному окислению in vivo, превращаясь в высоко-
активное антиэстеразное соединение [15].
ОМПА также хорошо окисляется бихроматом, гипо-
хлоритом, бромной водой и надуксусной кислотой, в ре-
зультате чего образуются продукты, которые после об-
работки кислотой дают формальдегид [16]. Продукты
окисления гипохлоритом и надуксусной кислотой были
разделены посредством хроматографии, и оказалось, что
они различны. Биологически окисленный шрадан и ве-
щество, полученное в результате окисления гипохлори-
том, были более полярны, чем неокисленный шрадан, и
угнетали холинэстеразу на 50% при концентрации
7-Ю-6 М. Вещество же, полученное после окисления
надуксусной кислотой, было менее полярно, чем ОМПА,
и угнетало холинэстеразу при концентрации 5-Ю-4 М.
Появление этого очень неустойчивого продукта, отли-
чающегося от продуктов биологического, перманганат-
ного или гипохлоритного окисления, было подтверждено
с помощью различия в их растворимости при разделе-
нии на хроматографической колонке. В подтверждение
того, что имеется структурное различие между началь-
ным очень неустойчивым продуктом окисления и продук-
том биологического окисления, говорит также различие
в инфракрасных спектрах поглощения, разная антихо-
линэстеразная активность, растворимость и неодинако-
вая устойчивость этих соединений.
При изучении химических и физических свойств био-
логически окисленного продукта оказалось, что он яв-
ляется тем же продуктом, который получается и при
действии перманганата и, вероятно, представляет собой
moho-N-оксид октаметилтетраамидопирофосфат (1Б)!).
Соединение 1Б легко подвергается перегруппировке так,
как это показано на примере соединения III. В водных
) Возможно, что продукт первоначального окисления 'содер-
жит группу СН2ОН.
228
Глава IX. Системные инсектициды
растворах в слабощелочной среде это превращение про-
исходит быстро, так же быстро оно протекает и в без-
водном хлороформе при нагревании или в присутствии
уксусной кислоты. Это объясняет, почему окисление над-
уксусной кислотой дает замещенный гидроксиламин.
Продукт перегруппировки (III) более устойчив, но ме-
нее активен в антихолинэстеразном отношении, чем
N-оксид (1Б), и может разлагаться до формальдегида и
гептаметиламидопирофосфата (IV).,
О
И /СН3 о It t ,сн3
—Р—N( ——Р—N<
| ХСН3 I ХСН3
I 1Б
!!
—Р—N
I
/ОСН,
ХСН3
III
II /Н
—► _р—N< + НСНО
I ХСН3
IV
Это превращение может внести некоторую ясность
в те экспериментальные трудности, которые возникают
при изучении амидофосфатов. Ферментативное превра-
щение N-оксидов может также способствовать удлине-
нию периода угнетения холинэстеразы in vivo, что часто
наблюдается при отравлении животных амидофосфа-
тами.
Радиоактивный ОМПА
Дэвид [17], применяя метод изотопов, определял кон-
центрации «неразрушенного» ОМПА, необходимого для
полного уничтожения Aphis fabae на бобах (50 мг на
1 кг веса растения). При опылении ОМПА других насе-
комых, например божьих коровок и пчел, указанная
концентрация их не уничтожала [18], тогда как гибель
тлей при этом наблюдалась.
Кроме того, детально изучалось явление перераспре-
деления ОМПА внутри растения. С этой целью Дэвид
использовал радиоактивный ОМПА. В опытах на кон-
ских бобах, капусте, хмеле, горохе и землянике Дэвид
показал, что инсектицид проходит преимущественно в мо-
лодые и верхние части растений, причем более быстрое
Октаметилтетраамидопирофосфат (ОМПА) 229
перераспределение наблюдалось вверх, хотя отмечалось
поступление инсектицида и в нижние части растений.
В связи с этим была сделана экспериментальная попытка
использовать системные инсектициды для борьбы с кор-
невыми тлями.
Кроме того, было сделано еще два интересных на-
блюдения [19] при использовании радиоактивного ОМПА.
Первое состоит в том, что радиоактивные вещества не
обнаруживались в продуктах испарений тех растений,
корневая система которых всасывала инсектицид. Вто-
рое наблюдение состояло в том, что тли, погибшие в ре-
зультате кормления на таких растениях, а также выде-
лявшаяся этими тлями медвяная роса содержали радио-
активные вещества.
Риппер предложил следующие допустимые дозы со-
держания инсектицида в фруктах и овощах:
ОМПА . ....................Менее 3 ч. на 1 млн.
Ганнан1)...................... 0,2 ч. на 1 млн.
При введении таких доз с фруктами и овощами не
наблюдается каких-либо симптомов отравления, так как
в человеческом организме происходит инактивация ин-
сектицида вследствие детоксикационных процессов.
Для каждого системного инсектицида рекомендуется
вводить определенный «запретный» период, во время
которого в растении протекают процессы естественной
детоксикации. Этот период различен для каждого расте-
ния и зависит от климатических условий. Так, например,
для земляники в северном полушарии рекомендуемый
интервал представляет собой период между опылением
и уборкой ягод, для брюссельской капусты, фруктовых
деревьев и хмеля этот период составляет около 5 недель.
Применение системных инсектицидов открыло пер-
спективы также и для борьбы с вирусными заболева-
ниями посредством уничтожения тех насекомых, кото-
рые являются переносчиками болезней (стр. 223). Кон-
тактные инсектициды и в этих случаях оказались менее
эффективными, так как насекомые обычно скрыты от их
) См. стр. 230.
230
Глава IX. Системные инсектициды
действия. Пестокс III с успехом применяется (Pest Con-
trol Ltd.) для борьбы с распространением земляничного
вируса путем 100%-ного уничтожения земляничных тлей.
Тетраметилдиамидофторфосфат
Соединение V (стр. 119)—менее активный ингиби-
тор холинэстеразы in vitro, чем следовало бы ожидать
[20]. Как уже отмечалось, оно является быстродействую-
щим ядом. Окисление этого соединения при помощи пер-
манганата происходит очень медленно; при этом хотя и
образуется продукт с повышенной антихолинэстеразной
активностью и нестойкий к действию щелочи, но с не-
большим выходом.
(CH3)2N .О
/Р\
(CH3)2N/ xF
V
Соединение V используется в качестве инсектицида.
50%-ный раствор его поступает в продажу под назва-
нием «ганнан», который, кроме того, содержит и
5% ОМПА. Ганнан, размещенный надлежащим образом
у корней деревьев какао, вызывает гибель вредителей из
семейства Pseudococcus, гнездящихся на верхушках де-
ревьев, в то время как полезные насекомые, например
муравьи, способствующие опылению, при этом не гибнут.
500 опытных деревьев, на которых находилось боль-
шое число таких вредителей, были обработаны ганна-
ном [21]; 10% деревьев, выбранных наугад, были сруб-
лены перед обработкой и после обработки. При по-
мощи бинокулярного микроскопа подсчитывалось число
вредителей. На обработанных деревьях после 6-недель-
ного периода было найдено только 35 вредителей,
тогда как на необработанных деревьях насчитыва-
лось до 42 971 вредителя, т. е. снижение составляло
99,9%. Хорошо известно, что некоторые виды этого се-
мейства вредителей, особенно Psetidococcus ujalensis,
передают вирус, вызывающий опухоль растений, которая
уничтожает дерево какао в 2—4 года. Успешную борьбу
с распространением этой болезни (см. стр. 223) можно
вести путем применения системных инсектицидов.
Диэтил-п-нйтрофенилфосфат (параоксан)
Диэтил-п-нитрофенилфосфат (параоксан)
Это соединение, названное Шрадером Е-600 [22],
было синтезировано путем действия п-нитрофенолята
натрия на диэтилхлорфосфат в растворе ксилола:
(С2Н5О)2 РОС1 + NaOCeH4NO2-n —►
—> (С2Н5О)2 POOC6H4NO2.
Соединение может быть также получено путем ни-
трования диэтилфенилфосфата при температуре нижеО0.
Параоксан — красная жидкость, почти нерастворимая
в воде; он был рекомендован Шрадером в качестве ин-
сектицида против тлей. Болл и Аллен [23] показали, что
он обладает также активностью против комнатных мух,
жуков-молочанов, тараканов и двупятнистого паутин-
ного клещика.
0,0'-Диэтил-0"-/1-нитрофенилтионофосфат
(паратион)
Это достаточно устойчивое соединение (VI), назван-
ное Шрадером Е-605, было получено следующим обра-
зом:
S
II
PSC13 + 2C2H5ONa —> (С2Н5О)2 Р + 2NaCl - (А)
I
С1
S S
II II
(С2Н5О)2 PCI + NaOC6H4NO2 —> (С2Н5О)2 Р—О— C6H4NO2 -J- NaCl
(Б)
При проведении реакции на стадии Б немецкие иссле-
дователи предпочитали использовать в качестве раство-
рителя хлорбензол.
В чистом виде Е-605 — слабожелтая, почти
без запаха маслянистая жидкость, растворимая
232
Глава IX. Системные инсектициды
в органических растворителях и почти нерастворимая
в воде.
c2H5°Xp^S _
С2Н5о/ хо—^~no2
vT
Аверелл и Норрис [24] описали следующий способ
определения небольших количеств паратиона (20 цз)
в виде тумана и в пылеобразном состоянии. Соединение
восстанавливается цинком с последующим диазотирова-
нием и сочетанием с амином; при этом образуется ин-
тенсивная фуксиновая окраска. Это соединение эффек-
тивно (в концентрации 25—600 ч. на 1 млн.) против
многих видов насекомых и, конечно, подобно большин-
ству фосфорорганических инсектицидов, токсично для
человека и животных.
Хорошо очищенный паратион имеет низкую антихо-
линэстеразную активность in vitro по сравнению с ак-
тивностью его in vivo. Дигл и Гэйдж [25] считают,
что это обусловлено изомеризацией его до S-эти-
лового эфира, но это может быть также связано с обра-
II
зованием Параоксана как такового [(С2Н5О)2Р—О—
—СбН4ХО2] [26]. Характер угнетения, вызванного пара-
тионом, точно такой же, как и при действии параоксана.
Систокс
Среди других инсектицидов, впервые синтезирован-
ных Шрадером, следует упомянуть систокс [27].
Риппер указывал на необходимость осторожного ис-
пользования этого инсектицида на пйщевых культурах
до тех пор, пока не будут более подробно изучены его
токсичные метаболиты.
Активной составной частью этого инсектицида яв-
ляется О, 0,-диэтил-Ол'-этилмеркаптоэтилтионофосфат:
S
II
(C2H&0)2 P-OC2H4SC2H6
VII
Систокс
233
’ Паратион (О, 0/-диэтил-0"-п-нитрофенилтионофос-
фат), как известно, при нагревании изомеризуется до
О.З-диэтил-О'-п-нитрофенилтиофосфата [28]; реакция '
S—Р—О-----> О=Р—S—
является довольно общей. Паратион обычно содержит
небольшой процент S-этилового изомера, который яв-
ляется более токсичным для млекопитающих, чем род-
ственные соединения, и является намного более сильным
ингибитором холинэстеразы. Поэтому многие ранние ра-
боты по изучению токсичности и антихолинэстеразной ак-
тивности паратиона оказались недостаточно точными [29].
Естественно, это наводит на мысль, что по анало-
гии и систокс может также содержать S-эфир или оба
изомера вместе (VIII и IX) [30].
С2Н5О Z/O
>р/
C2H5OZ XSC2H4SC2H5
0,СУ-Диэтил-5-этилмеркапто-
этилтиолофосфат (VIII)
CaHgSy /,0
)Рф
C2H5OZ XOC2H4SC2H5
О.Б-Диэтил-О'-этилмер-
каптоэтилтиолофос-
фат (IX)
Исследование этой проблемы в целом было прове-
дено Гарднером и Хитом. Применяя диэтилхлорфосфат.
содержащий Р32, они получили соединение VIII:
(С2Н5О)2 POC1 + NaC2H4SC2H5 —>
—> (С2Н5О)2 РО (SC2H4SC2H5) ф- NaCl
VIII
и доказали его структуру путем щелочного гидролиза
до 2-меркаптоэтилэтилсульфида, причем ни соединение
VII, ни соединение IX не были выделены. Выделение
меркаптосоединения является прямым доказательством
структуры и косвенным образом указывает, какая связь
при этом разрывается.
Соединение VII, содержащее Р32, было получено сле-
дующим образом:
pSCl3 + 2NaOC2H5 —> (С2Н5О)2 PSC1 + 2NaCl
(С2Н5О)2 PSC1 + NaC( 2H4SC2H5 —>
—> (С2Н5О)2 PS (OC?H4SC?H5) ф- NaCI
234
Глава 1Х. Системные инсектициды
В инфракрасном спектре имелась полоса поглощения
при длине волны, рассчитанной для связи P = S.
При нагревании соединения VII до температуры 130°
в течение 2,5 час. оно изомеризуется до О, О'-диэтил-S-
этилмеркаптоэтилтиолофосфата (VIII). Это было пока-
зано последовательным распределением нагретого про-
дукта между соответствующими растворителями; при
этом коэффициент распределения определялся по радио-
активному фосфору после каждой экстракции. Если бы
имелось одно соединение, то все коэффициенты распре-
деления оказались бы одинаковыми; при наличии же
двух или более соединений коэффициенты распределе-
ния должны были бы изменяться с какой-то определен-
ной закономерностью.
Оказалось, что систокс действительно содержит 0,0'-
диэтил-Б-этилмеркаптоэтилтиолофосфат (VIII) и 0,0'-
диэтил-0"-этилмеркаптоэтилтионофосфат (VII). (Соеди-
нение IX отсутствовало, и в некоторой степени это затруд-
няло полную характеристику.) Оказалось, что при ком-
натной температуре соединение VII изомеризуется до со-
единения VIII (полупериод изомеризации примерно около
трех лет). Кроме того, оказалось, что соединение с груп-
пировкой P = S является значительно менее эффектив-
ным инсектицидом, чем соединение с группировкой Р = 0.
0,0'-Диэтил-8-₽ -диэтиламиноэтилтиолофосфат
Среди фосфорных инсектицидов, содержащих также
азот или серу, следует упомянуть О,О'-диэтил-5-|3-ди-
этиламиноэтилтиолофосфат (X). Это соединение было
синтезировано следующими способами: 1) из диэтил-
хлорфосфата (см. стр. 66) и натриевой соли (3-диэтил-
аминоэтилмеркаптида, 2) из диэтилфосфита натрия и
|3-диэтиламиноэтилтиоцианата и 3) путем изомеризации
0,0'-диэтил-0"-(3-диэтиламиноэтилтионофосфата (XI),
который был получен из р-диэтиламиноэтоксида и ди-
этилхлортионофосфата.
Соединение X и его соли являются эффективными
систе,мдыми инсектицидами для различных видов крас-
б,б'-Диэтил-$-$-диэтиламиноэтиЛтиолофосфат 235
ных паутинных клещиков. Всасывание листьями, по-ви-
димому, происходит быстро; для различных видов насе-
комых и клещей требуется различная доза вещества
[31]. LD50 для крыс составляет 1,5 мг/кг.
(С2Н5О)2Р^
xSCH2CH2N (С2Н5)2
X
(С2Н5О)2Р^
xOCH2CH2N (C2Hs)2
XI
«American Cyanamid Company» выпускает О,О'-диэтил-
S-(этилтиометил)-дитиофосфат под названием тимет.
LD50 для крыс равняется 1,5 мг/кг. Это соединение,
по-видимому, можно использовать в качестве протравы
для обработки растений при пересадке их из парника
в поле.
Итальянские исследователи синтезировали следующее
соединение:
С113О. /ZS
/Рх
CH3OZ SCII2CONHC3H7
Этот инсектицид убивает маслинных мух, которые пора-
жают плоды оливковых деревьев. Соединение принимает
участие в метаболизме в растениях и, по-видимому, дает
мало токсичных остатков.
Подобно тому как ОМПА окисляется ферментативно
до высокоактивного ингибитора холинэстеразы (стр. 226),
то же самое происходит с систоксом (стр. 233), тиметом
и некоторыми другими подобными серусодержащими
фосфорорганическими соединениями.
Продукт, выпущенный «Shell Company» под шифром
O.S. 2046 (0,0'-диметил-2-карбометокси-1-метилвинил-
фосфат), является водорастворимым инсектицидом и,,
по-видимому, в организме не претерпевает изме-
нений. Его токсичная доза для крыс per os. соста-
вляет 4 мг/кг.
236
Глава IX. Системные инсектициды
Тетраэтилпирофосфат (ТЕПФ)
Той [32] получил это соединение (как и другие эфиры) -
(см. также стр. 136) при помощи управляемого гидро-
лиза диэтилхлорфосфата (2 моля) :
.2 (С2Н5О)2 РОС1 + Н2О —>
О о
11 II
—> (С2Н5О)2 Р—О—Р (OC2HS)2 + 2НС1
Хлористый водород при этом удалялся под пониженным
давлением или путем образования соли с пиридином
или бикарбонатом натрия; при использовании послед-
него метода был получен высокий выход чистого эфира.
Той также определил скорости гидролиза и сравнил
токсичность ряда тетраалкилпирофосфатов.
ТЕПФ — бесцветная, без запаха, водорастворимая
жидкость с более выраженными токсическими свой-
ствами, чем паратион, и с более высокой способностью
проникновения через кожу. Соединение быстро гидроли-
зуется водой даже в отсутствие щелочи до нетоксич-
ного кислого диэтилфосфата. Вещество нашло примене-
ние в борьбе с насекомыми путем распыления его в виде
аэрозоля в теплицах для овощей и цветочных оранже-
реях. (Остаточная токсичность в растениях невелика.)
Шрадер [33] действием триэтилфосфата (3 моля) на
хлорокись фосфора (1 моль) получил соединение, кото-
рое, по его мнению, должно быть гексаэтилтетрафосфа-
том (ГЕТФ):
ОРО (ОС2Н5)2
О=Р^-ОРО(ОС2Н5)2
ХОРО (ОС2Н6)2
Продукт представлял собой смесь и содержал неко-
торое количество ТЭПФ. Следует отметить, что нами
было также показано [34], что основное действие три-
этилфосфата на хлорокись фосфора заключается в обра-
зовании С2Н5ОРОС12 и (С2Н5О)2РОС1, поэтому образую-
щаяся сложная смесь подобна той смеси, которая полу-
чилась бы при отщеплении хлористого этила при взаимо-
действии первичного продукта и исходного этилфосфата.
Фторацетат натрия
237
Фторацетат натрия
В процессе исследования токсичности фторацетата
натрия проводились опыты по вскармливанию крыс с до-
бавкой в пищу фторацетата натрия, и оказалось, что это
соединение можно использовать в качестве родентицида;
подобные наблюдения были сделаны и другими авто-
рами [35]. Указывалось на опасности, которые могут воз-
никнуть при использовании фторацетата натрия в каче-
стве родентицида, но этому не следует придавать осо-
бого значения вследствие стабильности соединения.
Необходимо остановиться несколько подробнее на
данных, полученных Дэвидом [36] по применению им
фторацетата натрия в качестве как системного, так и
контактного инсектицида. Биологические наблюдения
проводились на конских бобах при температуре воздуха
15—25°. Испытуемым объектом была Aphis fabae. Са-
мой низкой концентрацией, которая приводила к пол-
ному уничтожению A phis fabae, была 0,001 % (вес/объем);
эта концентрация эффективна 2 дня, а на пятый день
растение полностью теряло свои токсические свойства.
Было найдено, что фторацетат натрия является высоко-
эффективным системным инсектицидом. По крайней
мере добавление 1 мг на 400 г почвы освобождает расте-
ние от тлей в течение 5 дней.
Полное уничтожение тлей наступает при обработке
растений 100 мл 0,00005%-ного (вес/объем) раствора
или 0,005 мг на 1 г веса растения.
Оказалось, что по отношению к Aphis fabae фтораце-
тат натрия более токсичен, чем ОМПА.
Все же следует подчеркнуть, что до сих пор нет пол-
ной ясности о всех опасностях, связанных с использова-
нием в качестве инсектицидов фторацетата натрия или
других соединений, содержащих группу FCH2CO.
Сравнительное действие фосфорорганических
соединений на млекопитающих и насекомых
Лорд и Поттер [37] отмечали, что необходимо
разграничивать антихолинэстеразную активность фос-
форорганических инсектицидов при их действии на
238 Глава IX. Системные инсектициды
млекопитающих и насекомых. Вышеупомянутые ав-
торы не нашли специфической холинэстеразы в двух
видах насекомых, хотя и в этом случае имело место об-
щее эстеразное угнетение данными инсектицидами.
Поэтому Хопф [38] сделал вывод, что хотя нервные
ткани насекомых и вырабатывают «субстанции», подоб-
ные ацетилхолину и холинэстеразе, из которых послед-
няя угнетается фосфорорганическими инсектицидами, но
все же эти «субстанции» (во всяком случае, в саранче)
не проявляют антагонизма к атропину. Кроме того, ту-
бокурарин не является ядом для насекомых, хотя, как
известно, он активен в отношении теплокровных живот-
ных и действует на нервно-мышечные соединения (см.
стр. 55, 56). Короче говоря, механизм действия инсекти-
цидов на насекомых с физиологической точки зрения ока-
зался иным. Особенно интересно то, что ацетилхолин при
введении его различным насекомым не оказывал на них
выраженного токсического действия.д В данном случае
казалось, что у некоторых насекомых ацетилхолинэсте-
разная система не участвует в передаче нервных импуль-
сов в синапсах и что фермент, угнетаемый ТЕПФ, ДФФ
и другими соединениями, является у насекомых «общей
эстеразой»,
В этой связи хотелось бы вновь подчеркнуть, что,
хотя часто и наблюдается соответствие между токсиче-
ским действием фосфорорганических инсектицидов и их
антихолинэстсразной активностью (стр. 92), все же эта
зависимость не всегда является такой простой. Так, на-
пример, паратион (стр. 231), не являющийся сам по себе
ингибитором эстераз, в организме превращается в эсте-
разный ингибитор [39]. С другой стороны, Олдридж [40]
показал, что ингибитор параоксан может ферментативно
гидролизоваться с потерей его ингибирующих свойств.
Таким образом, выводы, которые были сделаны из
результатов испытания инсектицидов на млекопитаю-
щих, нельзя считать вполне правильными по отношению
к насекомым, ибо это может иногда повести к недора-
зумениям [41]. Например, американские тараканы имеют
выраженную высокую устойчивость к ацетилхолину [42],
но, с другой стороны, при отравлении мух и тараканов
ДДТ у них накапливаются вещества, в фармакологиче-
Действие фосфорорганических соединений
239
ском отношении сходные с ацетилхолином. Точно так же
и Хопф, работающий с саранчой, не смог получить ника-
кого повышения токсичности эзерина или ТЕПФ в ре-
зультате последующего введения ацетилхолина. Основы-
ваясь на этом, Лорд и Поттер считают, что действие
фосфорорганических соединений не связано прямым об-
разом с ацетилхолиновым обменом, и ферменты, гидро-
лизующие ацетилхолин, не угнетаются в сколько-нибудь
значительной степени in vivo, или4 что функции ацетил-
холина у насекомых и млекопитающих различны.
Поэтому Лорд и Поттер утверждают, что нельзя
с уверенностью предположить, что токсическое действие
фосфорорганических инсектицидов на насекомых дол-
жно состоять в угнетении холинэстеразы, хотя у некото-
рых видов насекомых имеется фермент, способный гид-
ролизовать ацетилхолин, а поэтому он может играть
важную роль в токсическом действии фосфорорганиче-
ских инсектицидов {43]. Очевидность этой точки зрения
"в дальнейшем была подтверждена тем наблюдением [44],
что в результате воздействия ДФФ, ГЕТФ и физостиг-
мина угнетение гидролиза ацетилхолина в нервной це-
почке американского таракана развивалось параллельно
с токсичностью вводимых веществ. Насекомые, обрабо-
танные этими веществами, погибали, когда угнеталось
90% или более «холинэстеразной» активности. Это ука-
зывает на важность угнетения холинэстеразной активно-
сти, но положение очень осложняется тем обстоятель-
ством, что те же исследователи [44] показали, что ни аце-
тилхолин, ни ацетил-р-метилхолин не действовали на
насекомых, независимо от того, применялись ли они
с холинэстеразными ингибиторами или без них.
Фосфорорганические соединения и борьба с мухами
Некоторые фосфорорганические соединения приме-
нялись для уничтожения мух в тех местах, где поколе-
ния мух становились устойчивыми к хлорированным
углеводородам, таким, как ДДТ [45]. Соединения приме-
нялись в форме сахарной приманки, которая привлекала
мух и таким образом увеличивала эффективность
отравы,
240
Глава IX. Системные инсектициды
ЛИТЕРАТУРА
1. Англ. пат. 602446.
2. В. I. О. S. Final Report.
3. Ripper Third International Congress on Crop Protection, Paris,
17 September 1952.
4. Martin, Important new discoveries in plant protection, Grower,
26 April 1947.
5. Third International Congress on Crop Protection, Paris, 17
September 1952.
6. Karr er H, J. Agric. Res., 54. 601 (1937).
7. Ripper, Greenslade, Hartley, J. Econ. Ent., 44, 448
(1951).
8. XVth International Chemical Congress, New York, 1951.
9. David, Hartley, Heath, Pound, J. Sci. Fd. Agric., 7,
310 (1951).
10. D u Bois et al., J. Pharmacol., 99, 376 (1950).
11. Aldridge, Davidson, Biochem. J., 52, 663 (1952); Du
Bois, Doull, Coon, J. Pharmacol., 99, 376 (1950);
Gardiner, Kilby, Biochem. J., 46, XXXII (1950).
12. Gardiner, Kilby, Biochem. J., 51, 78 (1952).
13. C a s i d a, Allen, S t a h m a n n, J. Am. Chem. Soc., 74, 5548
(1952).
14. XVth International Congress for Pure and Applied Chem., Abstr.,
1951.
15. C a s i d a, Allen, S t a h m a n n, Nature (London), 170, 243
(1953); J. Biol. Chem., 210, 607 (1954).
16. Tsuyuki, Stahmann, Casida, Biochem. J., 59, IV
(1954).
17. Ann. Appl. Biol, 38, 508 (1951).
18. Greenslade, Grower, December 1951, 1948.
19. David W. A. L, Nature (London), 166, 72 (1950).
20. Heap, Saunders, J. Chem. Soc, 1948, 1313.
21. Hanna, Heatherington, Jaderko, Nature (London),
169, 334 (1952).
22. B. I.O. S. Final Report, p. 714.
23. J. Econ. Ent, 42, 394 (1949).
24. Analyt. Chem, 20, 753 (1948).
25. D i g g 1 e, Gage, Biochem. J, 49, 491 (1951).
26. Gersmann et al. Nature (London), 170, 805 (1952).
27. Schrader, Die Entwicklung neuer Insektizide q. s, w. (Berlin,
Verlag Chemie), 1952,
Литература
241
28. Torley, Chem. & Ind., 1950, 5859.
29. A I d r i d g e, Davidson, Biochem. J., 52, 663 (1952);
D i g g 1 e, Gage, Biochem. J., 49, 491 (1952).
30, Gardner, Heath, Analyt, Chem., 25, 1849 (1953).
31. Ghosh, Newman, Chem. & Ind., 1955, 118.
32. J. Am. Chem. Soc., 70, 3882 (1948).
33. Герм. пат. 720577; пат. США 2336302.
34. McCombie, Saunders, Stacey, J. Chem. Soc., 1945,
380—382.
35. Schrader, Rep., 714; Brit. Intell. Obj. Subcomm., 1948;
Dicke, Richter, Pub. Hlth. Rep., 61, 672 (1946).
36. Nature (London), 165, 493 (1950).
37. Ann. Appl. Biol., 38, 495 (1951).
38. Ann. Appl. Biol., 39, 193 (1952).
39. Gage, Biochem. J., 54, 426 (1953).
40. Biochem. J., 53, 117 (1953).
41. Lord, Potter, Chem. & Ind. (Rev.), 1954, 1214.
42. T о b i a s, К о 11 г о s, S a v i 11, J. Cell. Comp. Physiol., 28,
159 (1946).
43. Metcalf, March, J. Econ. Ent., 42, 721 (1949); Chamber-
lain, Hoskins, J. Econ, Ent., 44, 177 (1951); Dubois,
Mangun, Proc. Soc. Exp. Biol., N. Y„ 64, 137 (1947).
44. C h a d w i c k, Hill, J. Neurophysiol., 10, 235 (1947).
45. Robson, Milne, Vet. Rec., 66, 415 (1954).
Глава- X
МЕХАНИЗМ БИОХИМИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
АНТИХОЛИНЭСТЕРАЗНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
И ПРИМЕНЕНИЕ ИХ В МЕДИЦИНЕ
После того как мы познакомились со свойствами
различных фосфорорганических соединений (см. стр. 54
и далее, 84 и далее), можно более подробно рассмотреть
действие этих соединений на ферменты.
Следует подчеркнуть, что фосфорорганические соеди-
нения вызывают угнетение не только холинэстераз, но и
ферментов, обладающих карбоксилэстеразной актив-
ностью. Все упомянутые ниже ферменты (табл. 19) гид-
ролизуют эфиры карбоновых кислот, однако не все фер-
менты — эстеразы угнетаются фосфорорганическими
соединениями, например А-эстераза, гидролизующая
фенилацетат.
Таблица 19
Фермент
Ингибиторы
Химотрипсина)..............
Трипсин................ .
Холинэстераза (истинная и
ложная)..................
Эстераза печени ...........
Эстераза молока . . .......
ДФФ, ТЕПФ, Е-600 и др.
ДФФ, ТЕПФ, Е-600 и др.
ДФФ, ТЕПФ и др.
ДФФ
ДФФ
а) Химотрипсин — протеолитический фермент, выделяемый под-
желудочной железой. Он является эндопептидазой и катализирует
гидролиз природных белков до пептонов, полипептидов и амино-
кислот с разрывом пептидных связей карбоксильных групп тирозиад
И фенилаланина. ... . ....
Механизм биохимического действия
243
При использовании в качестве ингибитора холинэсте-
разы ДФФ, меченного по фосфору, оказалось, что инги-
бированный фермент содержит прочно связанный фос-
фор.
Олдридж [1] изучил кинетику ингибирования истин-
ной холинэстеразы эритроцитов и обнаружил, что реак-
ция является бимолекулярной; энергия активации
10—И ккал/моль. Эта величина не соответствует про-
стому процессу сорбции, и было высказано предположе-
ние, что, по-видимому, при ингибировании фермента
имеет место образование химической связи, т. е. фос-
форилирование фермента.
Олдридж также показал, что добавление эзерина
к интактным эритроцитам вызывает падение холинэсте-
разной активности до 20% и что холинэстеразная актив-
ность может быть восстановлена отмыванием эритроци-
тов при 0°. Подобное падение холинэстеразной активно-
сти наблюдается и при воздействии на эритроциты
диметил-л-нитрофенилфосфата, но отмывание эритроци-
тов при 0° в этом случае не приводило к восстановлению
холинэстеразной активности; однако отмывание при 37°
оказалось эффективным.
Многие исследователи, работающие в области фос-
форорганических соединений, предлагали различные
теории для объяснения антихолинэстеразной активности
[2]. Эти теории в какой-то мере отличаются друг от
друга, но некоторые положения являются общими.
Однако полная ясность в этот вопрос будет внесена
только тогда, когда холинэстераза' будет получена в чи-
стом виде.
Структура фосфорорганических соединений
и их антихолинэстеразная активность
При решении этого вопроса необходимо учитывать
следующие основные положения:
1) фосфорные соединения всегда являются эфирами
(или производными эфира, например амидами). На
многих примерах было показано [3], что ДФФ (I) яв-
ляется сильным антихолинэстеразным веществом, в то
время как диаммониевая соль (II) фактически лигнеиа
1R*
§44
Глава X. Механизм биохимического действии
такой активности.
(СН3)2 С НО. ,.о H4NO4 /zO
(СН3)2СНО/ XF h4noz xf
1 II
2) кроме того, эфир должен содержать определенную
группировку, которая была бы «инициативной» при при-
ближении эфира к поверхности фермента. В этой связи
следует отметить, что диизопропилхлорфосфат (III,
X = хлор), в котором атом хлора в химическом отноше-
нии очень реакционноспособен [4], не обладает ни токси-
ческими, ни миотическими, ни антихолинэстеразными
свойствами.
(СН3)2СНО. ..О
(СНз^СНО/ хх
III
В этом соединении хлор очень быстро гидролизуется
водой, и поэтому, вероятно, оно чрезвычайно быстро бу-
дет разрушаться в организме. Автор показал, что в не-
полярных растворителях диизопропилхлорфосфат легко
фосфорилирует спирты и амины [5], тогда как фторфос-
фат этим свойством не обладает. Поэтому биологиче-
ский процесс фосфорилирования является более слож-
ным и специфическим процессом, чем простое ацилиро-
вание in vitro;
3) на большом числе соединений было показано [6],
что, если X = Н, С2Н5, С2Н5О, С1СН2СН2О, FCH2CH2O,
H3CNH, NH2, C6H5NH, FCH2, FCH2CH2, CN, CNS или
морфолино, то токсичность «фосфата» или незначи-
тельна, или совсем ничтожна;
4) помимо соединений, в которых X = F, токсичность
и антихолинэстеразная активность наблюдалась также и
у тех соединений, в которых X — «ангидрид», например
алкилпирофосфат (ТЕПФ) и я-нитрофениловые эфиры.
Некоторые вопросы теории
Из анализа вышеизложенного можно предполагать,
что фермент имеет активные участки, один из которых
несет отрицательный заряд„ а другой, близко пасполо
Механизм биохимического действия
245
женный от него участок содержит подвижный атом во-
довода (возможно, группу ОН или NH) (см. рис. 21а).
На рис. 216 показано образование водородной связи
и последующее присоединение положительного атома
фосфора к отрицательному участку с выделением HF
Рис. 21.
(рис. 21в). На рис. 21а показана возможность дефос-
форилирования. Ингибитор гидролизуется в конце реак-
ции. Вполне вероятно, что (КО)гРО(ОН) не образуется,
причем процесс регенерации состоит прежде всего в де-
алкилировании. Это способствует последующему дефос-
форилированию фермента [7].
Нельзя безоговорочно утверждать, что начальная
стадия реакции заключается в образовании водородной
связи между атомом фтора (или атомом кислорода
в ТЕПФ, см. ниже) фосфорного соединения и подвиж-
ным атомом водорода фермента. В подтверждение этого
следует отметить, что эфиры хлорангидрида фосфорной
246
Глава X. Механизм биохимического действия
кислоты, являющиеся нетоксичными соединениями, не
могут образовывать водородной связи. Конечно, можно
предполагать, что связь Р—С1 так быстро гидроли-
зуется, что соединение не достигает активного участка
на поверхности фермента. Поэтому было бы интересно
исследовать также хлорфосфаты, в которых связь Р—С1
была бы устойчива к гидролизу. Следует отметить, что
диметилфторфосфат имеет очень легко гидролизующуюся
связь Р;—F, и все же он является высоко токсичным со
единением.
Анионный
участок
а
Эстеразный
участок
Анионный
участок
б
Эстеразный
участок
Рис. 22.
Если приемлема гипотеза образования йодородной
связи F"H, то можно предположить, что сильно поло-
жительный атом фосфора непосредственно атакует
«основную группу G» эстеразного участка с последую-
щим выделением HF (рис. 226).
Возможно, что оба этих процесса протекают одновре-
менно, как показано на рис. 22а. Исходя из аналогич-
ных представлений о взаимодействии молекулы фтор-
фосфата с ферментом, как показано на рис. 216 или на
рис. 22а, можно предположить, что и такие антихолин-
эстеразные соединения, как ТЕПФ или п-нитрофенило-
вые эфиры алкилфосфорной кислоты, располагаются на
поверхности фермента так же, как это показано на
рис. 23. При этом, возможно, имеет место образование
Механизм биохимического действия
247
связи Н"’О, подобно образованию связи H“‘F. При
любом механизме атаки фосфорного соединения фер-
мента в конечном счете происходит фосфорилирование
фермента вместо обычного ацетилирования при реакции
фермента с ацетилхолином. Ацетильная группа легко
удаляется путем гидролиза при обычных условиях, в то
время как «фосфорильная» группа связана прочно. Для
правильной оценки механизма действия антидотов при
отравлении нервным газом всегда следует учитывать
прочность этой образовавшейся связи. В экспериментах
in vitro было обнаружено, что сердце, пораженное ДФФ,
Рис. 23.
восстанавливает свою деятельность после добавления
к перфузату гидроксиламина. Уилсон [8] эксперимен-
тально проверил действие производных гидроксиламина
и добился значительного успеха в реактивации фер-
мента с помощью йодметилата никотингидроксамовой
кислоты (IV). Рассматриваемая реакция является ну-
клеофильной атакой йодметилата никотингидроксамовой
кислоты атома фосфора в фосфорилированном ферменте
(рис. 24а), в результате чего происходит восстановление
фермента (рис. 246). Если гидроксиламинное соедине-.
ние реагирует именно так, как указано на рис. 24, и если
фосфорилированная гидроксамовая кислота (V) сама по
себе нетоксична, то можно предполагать, что при по-
мощи соединения IV можно реактивировать ингибиро-
ванную холинэстеразу.
Работы Уилсона в этом отношении представляют
большую ценность. В 1951 г. им было показано, что фер-
мент, угнетенный ТЕПФ, может быть быстро реактиви-
рован холином или гидроксиламином (или даже очень
медленно водой) [9]. В 1953 г. Уилсон также наблюдал,
248
Глава X. Механизм биохимического действия
что различные нуклеофильные реагенты дефосфорили-
ровали фермент, ингибированный ТЕПФ и диэтилфтор-
фосфатом. Такими дефосфорилирующими агентами яв-
лялись соединения, содержащие амино-, гидроксильную,
Н OR OR
V
Рис. 24.
тиол-, гуанидино- и амидиногруппы, а также остаток пи-
ридина [10]. Реакция с гидроксил амином, по-видимому,
протекает следующим образом:
Н G О+Н
। ।
НО—N : 4- Р—О HONH—Р—0“ —>
I /\ /\
Н Н6С2О ОС2Н5 Н5С2О ОС2Н5
Н5С2О
—> HO4-HONH—Р О
Н6С2О
При ингибировании фермента ДФФ эта реакция проте-
кала намного хуже, что побудило Уилсона ввести гидро-
ксиламинную группу в соответствующую азотсодержа-
щую молекулу. Оксимы должны также восстанавливать
активность ингибированной холинэстеразы [11].
Механизм биохимического действия
№
Другие исследователи [12] недавно показали, что
гидроксамовая кислота R—CONHOH при pH 7,7 уско-
ряет гидролиз ДФФ и зарина. Они предполагают, что
реакция протекает по следующей схеме (хотя соедине--
ние VI не было выделено):
R—CONHOH + FP (О) (OR)2 —> RCONHO—Р (О) (OR)2 + HF
VI
VI —> RNCO + HOP (О) (OR)2.
В присутствии гидроксамовой кислоты время
50%-ного гидролиза ДФФ сокращается с 3000 мин. до
30 мин., а для зарина с 300 мин. до 5 мин.
Ниже приведена цитата из работы Виттакера [13]:
«...При образовании субстрат-ферментного комплекса
возникают различные типы связей: от электровалент-
ных, ковалентных и водородных связей до различных
видов межмолекулярных сил, таких, как вандервааль-
совы дисперсионные силы. Полинг указывал, что силы
Ван-дер-Ваальса могут играть значительную роль в об-
щей энергии связи, если имеется большая поверхность
контакта между субстратом и ферментом. Можно пола-
гать, что необходимость стереоспецифичности вытекает
из точного пространственного соответствия между
взаимодействующими группами фермента и субстрата.
Неблагоприятная ориентация молекулы субстрата мо-
жет отрицательно повлиять на активность фермента, так
как при этом не смогут взаимодействовать определенные
реагирующие группы, а также в результате того, что
пространственные и электростатические препятствия за-
трудняют подход молекулы субстрата к поверхности
фермента».
Активный центр в химотрипсине
Химотрипсин, помимо протеолитической активности,
обладает свойствами эстераз [14]. Он инактивируется
ДФФ и другими соединениями (стр. 242). После инги-
бирования ДФФ эстеразы содержат прочно связанный
атом фосфора. Реакция ДФФ с химотрипсином является
бимолекулярной. В полученном кристаллическом произ-
водном на одну молекулу белка приходились две
250
Глава X. Механизм биохимического действия
изопропоксигруппы и один атом фосфора (атом фтора
отсутствовал) [15].
Недавно соединение химотрипсина с ДФФ было
гидролизовано, и, как .оказалось, гидролизат содержал
/-серилфосфорную кислоту [16]. В серине, как известно,
фосфорилируется гидроксильная группа [17].
Следует отметить, что 1 моль химотрипсина содер-
жит около 27 остатков серина и что большинство бел-
ков, несмотря на содержание в них серина, не реагируют
с ДФФ. Следовательно, ДФФ атакует только один очень
специфический активный центр.
Однако недавно было высказано предположение, что
ДФФ вначале атакует остаток гистидина или тирозина,
а не серина [18]. По-видимому, фосфорилированный
остаток гистидина нестабилен, и в дальнейшем происхо-
дит трансфосфорилирование на гидроксильную группу
одного из сериновых остатков фермента. Миграция мо-
жет также иметь место во время кислотного гидролиза.
Необратимый холинэстеразный ингибитор в белом
клевере
При изучении продуктов разложения радиоактивного
октаметиламидопирофосфата в белом клевере (Frifolium
repens, strain S100) Хит и Парк [19] случайно обнаружили,
что экстракты из белого клевера угнетают холинэстеразу
in vitro, независимо от того, было растение предвари-
тельно обработано фосфорными соединениями или нет.
В дальнейшем этими исследователями было выде-
лено из клевера «вещество», которое обладало антихо-
линэ.стеразным действием. Можно было предполагать,
что у животных, поедающих большое количество белого
клевера, будут наблюдаться симптомы отравления. За-
болевание овец и рогатого скота, которое наблюдается
при поедании некоторых разновидностей клевера, при-
писывается образованию в организме циан-соединений
[20]. Совершенно очевидно, что угнетение холинэстеразы
экстрактами из’ белого клевера не связано с образова-
нием цианида, так как 1/100 М цианида калия вызы-
вает угнетение холинэстеразы плазмы только на 20%.
Однако это не исключает возможности, что холинэсте-
Антихолинэстеразные соединения с четвертичным азотом 251
разный ингибитор является в то же самое время и циан-
образующим соединением. Таким образом, белый кле-
вер может в некоторых случаях вызывать признаки как
холинэстеразного отравления, так и признаки отравле-
ния цианидами. Можно думать, что эти наблюдения
в какой-то степени служат объяснением этого заболе-
вания у овец.
Антихолинэстеразные соединения, содержащие
четвертичный атом азота
Ценный вклад в изучение связи между структурой и
активностью антихолинэстеразных соединений, содержа-
щих четвертичные атомы азота, был сделан Ависо-
ном. Размеры настоящей монографии, а также то, что
она в основном посвящается соединениям фосфора и
фтора, не позволяют более подробно останавливаться на
этих исследованиях [21]. Однако некоторое внимание
следует уделить соединениям, содержащим как атом фос-
фора, так и четвертичные аммониевые группы [22]. Не-
которые из этих соединений приведены в табл. 20, где
указывается их антихолинэстеразная активность по
сравнению с тетраметилпирофосфатом. В этой таблице
для сравнения в скобках показана активность соответ-
ствующих третичных оснований. Эти данные указывают
на особую роль четвертичной аммониевой группировки,
так как во всех случаях третичное основание по своей
активности в 100 раз слабее четвертичной соли. В равной
степени это справедливо и к воздействию таких соеди-
нений на псевдохолинэстеразу, в которой, как предпола-
гают некоторые исследователи, отсутствует анионная
группа. Ависон считает, что это не столь противоречиво,
как может показаться на первый взгляд, так как можно
предполагать, что наличие положительно заряженной
группы в бензольном ядре увеличивает электрофильный
характер фосфора. Это означает, что взаимодействие
с эстеразным участком фермента и последующий
гидролиз или фосфорилирование должны протекать
легче.
252 Глава X. Механизм биохимического действия
Таблица 20
Соединение R Антихолинэстеразная активность в сравнении с простигмином ( = 1)
истинная холинэстераза ложная холин- эстераза 1
О II /OR W 1 СН3 С2н5 изо-СэН7 вяго/?-С4Нэ 1,5 (0,014) 1,4 (0,015) 0,5 (0,085) 0,7 ПО (2,0) 575 (1,1) 230 (3,3) 77
+ N(CH3)3 О z\/4/°-p< 1 II + । /ОС2Н5 ос2н5 290 (1,4) 575 (180)
1 СН3 О 11 /ОС2Н5 О—р/ /\ ХОС2Н5 II 1 1,6 1100
Il 1
+N (СН3)з О О НБС2О. II II ,ОС2Н5 >Р—О—Р< Н5С2О/ хос2н5 (тетраэтилпирофосфат) 9,2 870
Применение в медицине ДФФ и подобных
соединений
Мы уже упоминали о применении ДФФ при глау-
коме, послеоперационной кишечной непроходимости и
злокачественной миастении. Применение при глаукоме
Применение в медицине ДФФ и подобных соединений 253
ДФФ в виде раствора в арахисовом масле давало за-
метное снижение внутриглазного давления (стр. 59).
Такое использование ДФФ практикуется в некоторых
странах.
Ниже рассматривается применение ДФФ при после-
операционной паралитической непроходимости и злока-
чественной миастении.
Применение ДФФ при послеоперационной
кишечной непроходимости [23]
Лечение паралитической кишечной непроходимости
долгое время являлось предметом дискуссии, что объ-
ясняется следующими обстоятельствами: 1) степень па-
ралича перистальтики кишечника по своей интенсивно-
сти и продолжительности может быть очень различной;
2) это состояние может возникать как осложнение'при
многих различных заболеваниях и процедурах; 3) мне-
ние большинства исследователей сводится к тому, что
какое-либо однотипное лечение не будет одинаково
успешно помогать во всех случаях, несмотря на то, что
причины заболевания могут быть очень близкими.
Послеоперационную паралитическую кишечную не-
проходимость можно определить как «нарушение прохо-
ждения каловых масс или скопление газов в течение
60 час. после окончания хирургической операции
в брюшной полости». Подобное состояние может возник-
нуть в случае большой механической закупорки в ки-
шечнике. Хорошо известно, что при операциях, во время
которых хирургу приходится прикасаться руками к ки-
шечнику или брюшине, особенно часто возникает ослож-
нение в виде паралитической кишечной непроходимости.
Перитонит и неправильное применение морфия при после-
операционных болях также способствуют паралитиче-
ской кишечной непроходимости. При пневмонии, менин-
гите и резко выраженной пониженной функции щито-
видной железы может также встречаться как осложне-
ние кишечная непроходимость.
Поэтому средства, усиливающие перистальтику, за-
нимают значительное место в лечении как развитой, так
и развивающейся кишечной непроходимости. Вследствие
254
Глава X. Механизм биохимического действия
этого ДФФ был выбран как потенциально полезное фар-
макологическое средство [23]. ДФФ применялся в не-
скольких случаях паралитической кишечной непроходи-
мости, наступавшей в послеоперационный период у лиц
с различными патологическими состояниями.
Лечение проводилось путем внутримышечного введе-
ния 1,5 мл 0,1%-ного раствора ДФФ в стерильном ара-
хисовом масле, что приводило к висцеро-стимулирую-
щему действию. По данным Квиллиан, ДФФ оказался
более эффективным средством, чем простигмин или пи-
туитрин (экстракт задней доли гипофиза).
Применение ДФФ при злокачественной миастении
Одна из отличительных черт злокачественной миа-
стении состоит в том, что при введении больным нео-
стигмина у них наступает некоторое, но временное
ослабление симптомов болезни. Действие неостигмина
обычно связывается с его способностью ингибировать
активность холинэстеразы; если это объяснение справед-
ливо, то при использовании диизопропилфторфосфата
(ДФФ)—сильного и необратимого ингибитора —
можно было бы ожидать более длительного клиниче-
ского действия. Уилсон, Моу и Джигеган [24] сравни-
вали ингибирующее действие ДФФ и неостигмина на
холинэстеразу крови больных злокачественной миасте-
нией и пытались установить связь между антихолинэсте-
разным и лечебным действием этих двух препаратов
при их введении. С этой целью проводили три вида на-
блюдений:
1) сравнивали быстро проявляющееся лечебное дей-
ствие с изменением активности холинэстеразы крови при
внутримышечном введении неостигмина и ДФФ;
2) быстро наступающие изменения в потенциале дей-
ствия ‘) небольших мышц руки сравнивали с последую-
щими изменениями активности холинэстеразы при вве-
дении неостигмина и ДФФ в плечевую артерию;
') Об изменениях в электрическом потенциале активной клетки
или ткани см. гл. III, стр. 46; см. также литературу на стр. 280.
Применений в медицине ДФФ и подобных соединений 255
3) Дфф вводили в небольших количествах в течение
длительного времени; при этом изучали лечебное дей-
ствие и параллельно фиксировали изменения активности
холинэстеразы крови.
Полученные результаты можно суммировать следую-
щим образом:
1) изучали потенциал действия небольших мышеч-
ных групп, верхних конечностей. Утомление мышц дости-
галось путем раздражения нервов электрическим током.
При этом эффект от введения ДФФ и неостигмина реги-
стрировался на обеих руках. Оказалось, что ДФФ
восстанавливал потенциалы действия мышц до такого
состояния, которое было перед утомлением, но только
на той стороне, где вводился ДФФ. Активность истинной
холинэстеразы венозной крови, взятой из обеих рук,
угнеталась примерно на 20%. Потенциалы' действия
мышц при этом могут наблюдаться в течение 4 дней
после введения ДФФ. Неостигмин восстанавливал по-
тенциалы действия мышц на обеих руках, но это дей-
ствие продолжалось около 80 мин. Активность истинной
холинэстеразы венозной крови угнеталась при этом на
3%;
2) ДФФ вводили внутримышечно в небольших дозах
10 пациентам в периоды от двух недель до 2,5 лет. Ре-
зультаты наблюдений показывают, что ДФФ является
малоудачным препаратом для повседневного лечения
злокачественной миастении, так как он не воздействовал
на симптомы болезни так эффективно и стабильно, как
неостигмин;
3) во время лечения больных ДФФ однократная доза
неостигмина, даваемая либо per os, либо перэнтерально,
вызывала у пациента всегда более заметное улучшение,
чем при применении одного ДФФ. Такое комбинирован-
ное применение было особенно эффективным при снятии
глазо-бульбарных симптомов, и особенно в тех случаях,
когда один ДФФ был малоэффективен. При этом на-
блюдалось заметное улучшение мышечной силы и умень-
шался птоз, однако заметного изменения в активности
холинэстеразы эритроцитов не наблюдалось.
Автор хотел бы отметить, что такие выводы пра-
вильны только по отношению к ДФФ, и вполне вероятно,
256
Г лава X. Механизм биохимического действия
что другие фторфосфаты могут оказаться более удач-
ными препаратами для данного типа исследования. На-
пример, можно указать, что дициклогексилфторфосфат,
который устойчив к гидролизу (стр. 74), может быть
также рекомендован для клинических целей, хотя он
еще не испытывался.
Защита холинэстеразы in vitro от действия
фосфорорганических соединений
Проводились исследования по отысканию соедине-
ний, защищающих холинэстеразу от угнетения ее табу-
ном, зарином и ДФФ [25]. С этой целью было испытано
16 аминокислот и только ДОПА (3,4-диоксифенилала-
нин) в высокой концентрации устранял угнетение хо-
линэстеразы in vitro после ингибирования ее зарином.
Было найдено, что в основном производные катехола
способны к защите холинэстераз in vitro. Как ложная
холинэстераза сыворотки крови лошади, так и истинная
холинэстераза мозга крысы защищались от вышеука-
занных ингибиторов,- Можно предполагать, что в основе
механизма защиты лежит реакция между катехолом и
ингибитором.
Аугустинсон [26] предположил, что адреналин и нор-
адреналин могут защищать холинэстеразу. Однако
адреналин в концентрации ниже 0,1 мМ не оказывает
защитного действия на холинэстеразу, поэтому малове-
роятно, что такое содержание адреналина, которое
имеется в крови у отравленных животных, может защи-
щать холинэстеразу от ингибирования.
Защита от действия бензоилхолина путем
введения псевдохолинэстеразы
Бензоилхолин является субстратом ложной холин-
эстеразы. Он угнетает истинную холинэстеразу человека
в концентрации 0,1 М на 30% и в концентрации 0,3 М
на 85°/о- Через 40—120 сек. после внутривенного введе-
ния бензоилхолина кроликам в дозе 8—14 мг на 1 кг
веса тела наблюдается паралич шейных мышц и паде-
ние, головы. Если жё сразу после введения бензоилхо-
Применение в медицине ДФФ и подобных соединений 257
лин а ввести псевдохолинэстеразу, то степень токсиче-
ского действия бензоилхолина снижалась.
Можно предполагать, что дальнейшие исследования
в этом направлении могут привести к интересным .ре-
зультатам в случаях поражения фосфорорганическими
соединениями [27].
Демиэлинизация нервных волокон
В гл. III было отмечено, что некоторые нервные во-
локна имеют миэлиновую оболочку. Было высказано
предположение, что псевдохолинэстераза центральной
нервной системы может иметь отношение к обмену ве-
ществ в миэлиновой оболочке и что угнетение псевдохо-
линэстеразы, по-видимому, вызывает демиэлинизацию
нервов с последующим поражением центральной нерв-
ной системы [28]. ДФФ и изопестокс (VII) вызывают
демиэлинизацию и паралич центральной нервной си-
стемы у цыпленка [29]; тем не менее остается неясным,
какая зависимость существует между угнетением псев-
дохолинэстеразы и демиэлинизацией [30].
u3<?-C3H7NH\
iwo-CsH7Nh/
VII
Проницаемость нервных волокон
Как уже сообщалось [31], ингибиторы холинэстераз
(такие, как диизопропилфторфосфат) увеличивают про-
ницаемость гигантских аксонов по отношению к натрию
или калию. Имеются также сведения о том, что эритро-
цитам, помимо других факторов, необходима соответ-
ствующая ацетилхолин-холинэстеразная система для
того, чтобы концентрация натрия в них не увеличива-
лась, а концентрация калия не уменьшалась [32]. Од-
нако Стрикланд и Томпсон [33] высказали сомнение
в правильности вывода о том, что проницаемость эри-
троцитов связана с активностью холинэстеразы.
258
Глава X. Механизм биохимического действий
ДФФ и рост клеток
Мендель с сотрудниками получили некоторые инте-
ресные данные о ДФФ. Они наблюдали, что прораста-
ние и рост семян может угнетаться такими антиэстераз-
ными соединениями, как ДФФ, диэтил-п-нитрофенилфос-
фат (Е-600) и диэтил-и-нитрофенилтиофосфат (Е-605)
[34]. Было показано, что существует прямая зависимость
между степенью угнетения эстераз и степенью угнетения
роста. Эти исследователи наблюдали также, что рост
туберкулезной палочки (которая вызывает заболе-
вание у человека) угнетается ДФФ в концентра-
ции 10 мг/мл.
Кроме того, авторы отметили, что в тканевых культу-
рах рост злокачественных клеток (лимфобластов) мы-
шиной лимфосаркомы угнетается Е-600 в такой концен-
трации, которая угнетает эстеразную активность. При
этом рост незлокачественных фибробластов такой же
лимфосаркомы, лимфоидных клеток и фибробластов
в лимфатических железах, а также незлокачественных
разновидностей лимфобластов, взятых из мышечной
лимфосаркомы, как правило, не угнетался.
Полученные результаты могут послужить основой
для нового и успешного подхода к рациональной химио-
терапии туберкулеза и заболеваний, связанных с ново-
образованиями.
Холинэстераза в сетчатке глаза
Френсис [35] с успехом использовал ДФФ в гистоло-.
гических исследованиях для установления локализации
холинэстераз в сетчатке глаза.
Известно, что сетчатку глаза можно рассматривать
как одну из составных частей мозга. Она развивается
в виде выпячивания из переднего мозга и, будучи со-
ставной частью мозга, имеет те же анатомические и фи-
зиологические особенности, как и другие отделы цен-
тральной нервной системы. Относительно четкое про-
странственное отделение сина-псов от тел_а клеток делает
сетчатку глаза очень удачным объектом для изучений
Применение в медицине ДФФ и подобных соединений 259
локализации биохимических структур как в самих клет-
ках, так и в аксонах, дендритах и синапсах. Полученные
таким путем сведения можно, по-видимому, перенести и
на другие отделы центральной нервной системы, где
клетки и синапсы сложно переплетены друг с другом,
что затрудняет проведение подобных анализов.
Френсис помещал срезы сетчатки различных живот-
ных для осаждения холинэстеразы in situ в сульфат нат-
рия. Некоторые срезы были инкубированы с ацетилтио-
холином, другие перед инкубацией помещали в раствор
ДФФ. Затем после предварительной отмывки ткани
обрабатывали соответствующими реактивами, в резуль-
тате чего происходило осаждение медных производных
тиохолина. Полученные таким путем препараты были
окрашены в темный цвет в тех местах, где фермент со-
хранился; если фермент был ингибирован ДФФ, то тем-
ная окраска отсутствовала. В результате применения
такой методики Френсису удалось установить, что у всех
изученных им животных, за исключением лягушки,
истинная холинэстераза имеется только во внутреннем
синаптическом слое.
Применение фосфорорганических соединений
в качестве радиосенсибилизирующих средств
при радиотерапии злокачественных опухолей
Первые работы в этой области были проведены Мит-
челлом [36]; Цель исследования заключалась в нахожде-
нии радиосенсибилизирующего соединения, которое бы
блокировало вступление клеток в митоз и вызывало
разрыв хромосом. Соединение должно быть малотоксич-
ным.
Среди многих фосфорных соединений, отобранных
Митчеллом и его сотрудниками, можно упомянуть
о тетранатриевой соли 2-метил-1,4-нафтогидрохинонди-
фосфата (VIII). Это соединение в концентрации
4- 10~6 М вызывало 50%-ное угнетение митоза в ткане-
вой культуре фибробластов цыпленка. Можно предпо-
лагать, что угнетение вступления клеток в митоз зави-
сит от блокирования клеточных процессов синтеза,
260
Глава X. Механизм биохимического действия
связанных с фосфорилированием.
ONa
О—Р=О
ONa
О—Р-0
XONa
VIII
Следует отметить, что само соединение не обладает
терапевтической эффективностью в отношении злокаче-
ственных опухолей. Описаны случаи комбинированного
лечения больных с неоперабельной формой карциномы
бронхов R-терапией и соединением VIII [37]. На осно-
вании предварительных клинических данных можно по-
лагать, что в этих случаях, а также при злокачествен-
ных опухолях другого типа внутривенное введение со-
единения VIII имеет небольшой, но положительный
радиосенсибилизирующий эффект.
ЛИТЕРАТУРА
1. Chem. & Ind. (Rev.), 1954, 473.
2. Saunders, Ministry of Supply Meetings, London, 1941—1950;
Aldridge, Chem. & Ind. (Rev.), 1954, 473; Kilby, Chem.
& Ind. (Rev.), 1953, 856; Nachmansohn, Wilson,
Advanc. Enzymol., 12, 290 (1951).
3. McCombie, Saunders, Nature (London), 157, 776 (1946).
4. McCombie, Saunders, Nature (London), 157, 287 (1946).
5. McCombie, Saunders, Stacey, J. Chem. Soc., 1945, 380;
Cook, McCombie, Saunders, J. Chem. Soc., 1945,
873.
6. Cook, Saunders, Smith, J. Chem. Soc., 1949, 635.
7. Todd, Webb, private communication (1955).
8. Chem. and Eng. News, 1955, 136.
9. Wilson, J. Biol. Chem., 190, 111 (1951).
10. Wilson, M e i s 1 i c h, J. Am. Chem.’Soc., 75 , 4629 (1953).
11. Childs, Davies, Green, Rutland, Brit. J. Pharmacol.,
10, 462 (1955).
Литература
261
12. Hackle у, Pl a pi ng er, S to I berg, Wagner-Jauregg,
J. Am. Chem. Soc., 77, 3651 (1955).
13. «Stereospicificily of enzyme reactions», in Progress in Stereo-
chemistry (Butterworths Scientific Publications, London), 318
(1954).
14. Kaufmann, Schwert, Neurath, Arch. Biochem., 17, 203
(1948).
15. Jansen et at, J. Biol. Chem., 185 , 209 (1950).
16. Schaffer, May, Summerson, J. Biol. Chem., 202, 67
• (1953).
17. Levene, S ch о r m ti I 1 e r, J. Biol. Chem., 105, 547 (1944).
18. Wagner-Jauregg, Hackle y, J. Am. Chem. Soc., 75,
2125 (1953).
19. Nature (London), 172, 206 (1953).
20. Mel vi 11, Doak, N. Z. J. Sci. Tech., 22B, 674 (1944); Evans,
Rees, Evans, Nature (London), 163, 373 (1949).
21. Chem. & Ind. (Rev.), 1954, 288.
22. Andrews, Atherton, Berge 1, Morrison, J. Chem. Soc.,
1952, 780.
23. Quilli.am, Q it i Hi am, Med. Pr., 1947, CCXVIII, № 5659.
24. Quart. J. Med. (n. s.), 20, № 77, January 1951, 21.
25. Berry, Fellowes, Fraser, Rutland, Todrick, Bio-
chem. J., 59, 1 (1955).
26. Acta Chem. Scand., 6, 959 (1952).
27. Lehmann, Silk, Biochem. J., 59, VII (1955).
28. Earl, Thompson, Brit. J. Pharmacol., 7, 261, 685 (1952).
29. В a r n e s, D e n z, J. Path. Bact., 65, 597 (1953).
30. Davison, Chem. & Ind. (Rev.), 1954, 985.
31. Rothenberg, Biochim. biophys. Acta, 4, 96 (1940).
32. Lindvig, Greig, Peterson, Arch. Biochem. Biophys., 30,
241 (1951).
33. Biochem. J., 58, XX (1954).
34. Mendel, Myers, Uyldert, Ruys, de Bruyn, Brit.
J. Pharmacol., 8, 217 (1953).
35. J. Physiol., 120, 435 (1953).
36. Mitchell, Simon-Reuss, Brit. J. Cancer, 6, 317 (1952).
37. Mitchell, Brit. J. Cancer, 7, 313 (1953).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В предыдущих главах приведены некоторые данные
по химии и фармакологии соединений, содержащих фос-
фор и фтор. Как уже отмечалось в гл. I, многие из этих
соединений были впервые получены в Кембридже
в 1939—1945 гг. как вещества, имеющие военно-химиче-
ское значение. В качестве таковых они не нашли при-
менения, но вскоре стало очевидно, что благодаря своей
определенно выраженной биологической активности они
найдут широкое применение в ферментологии, а также
в качестве инсектицидов, родентицидов и в клинической
медицине. Успехи в данных областях представляют со-
бой замечательный пример, о котором можно сказать
«перекуем мечи на орала».
В результате исследований, проведенных в Кембрид-
же в 1941 —1942 гг.’), было установлено, что фосфор-
органические соединения являются сильными ингибито-
рами холинэстераз, что в свою очередь объясняет их па-
расимпатомиметическое действие на организм. Эти
первоначальные открытия подтверждены и расширены
другими исследователями в разных странах, причем наи-
более ценный вклад был сделан исследователями в США.
Автору хотелось бы подчеркнуть, что, хотя многие сим-
птомы отравления фосфорорганическими соединениями
достаточно хорошо объясняются нарушением перифери-
ческой нервной системы, нельзя при этом не учитывать
дисфункцию центральной нервной системы, где холин-
эргические центры могут также поражаться. Было бы
!) Едва ли есть необходимость упоминать, что во время войны
английские и немецкие исследования в области химии и токсиколо-
гии отравляющих веществ проводились совершенно независимо друг
от друга.
Заключение
263
ошибкой также принимать во внимание только устано-
вившиеся понятия о холинэргических центрах. Вполне
вероятно, что ДФФ оказывает непосредственное действие
на промежуточный мозг и другие отделы головного мозга.
Точно так же и в отношении проблемы фторацетатов
могут быть найдены другие факторы дополнительно
к общеизвестному нарушению цикла Кребса. Одно из
таких интересных направлений может состоять в изуче-
нии с помощью химических и ферментативных методов
изменчивости «прочной связи» атома фтора с углеродом
в этих соединениях. Действительно, растение может
синтезировать эту связь, и вполне вероятно, что раскры-
тие сущности этого явления и обратного процесса *) не
может быть делом далекого будущего. Многое остается
еще сделать, но даже то, что уже сделано в изучении
фосфора и фтора, помогло открыть, подтвердить и уста-
новить некоторые биологические механизмы.
Автор считает себя счастливым, что, начав в 1939 г.
работу с некоторыми токсичными соединениями, ему
пришлось- затронуть много вопросов, выходящих далеко
за пределы этой области.
*) Связь С—F в некоторых ароматических аминах разрывается
с помощью пероксидазы, см. стр. 193.
ПРИЛОЖЕНИЕ
А. Определение фтора в органических
соединениях
Для исследователей, работающих в области органи-
ческих соединений, содержащих фтор, чрезвычайно
важно иметь надежный метод определения фтора.
Были описаны макрометоды [1], которые считались под-
ходящими для соединений, подвергавшихся изучению.
В исследованиях, проведенных автором, встречались
соединения двух типов: а) соединения со связью Р—F,
т. е. фторфосфаты и фторфосфонаты, и б) соединения,
содержащие связь С—F, с общим названием фторацетаты.
Для каждого типа соединений проблему определе-
ния фтора можно разбить на две части:
1) разрушение органического соединения в опреде-
ленных условиях, когда фтор количественно переходит
в водном растворе во фтор-ион;
2) определение концентрации ионов фтора.
В результате исследования различных методов раз-
рушения органических соединений были предложены
специальные, отличающиеся друг от друга методики
разрушения фторфосфатов и фторацетатов, хотя
в обоих случаях получался фтористый натрий. После
многочисленных предварительных экспериментов было
найдено, что для макроопределения очень удобно про-
водить осаждение ионов фтора в виде фторхлорида
свинца PbCIF [2] с последующим растворением его
в разбавленной азотной кислоте и определением хлора
по Фольгарду. При этом весьма тщательно были изу-
чены условия количественного осаждения хлорфторида
свинца.
Следует подчеркнуть, что работа велась с высоко-
токсичными веществами, поэтому требовалась крайняя
осторожность, чтобы избежать попадания в атмосферу
Определение фтора во фторфосфатах и (рторфосфонатах 265
даже следов исследуемых веществ. Таким образом, были
неприемлемы все методы, при которых операции прово-
дились в открытых сосудах.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФТОРА ВО ФТОРФОСФАТАХ И ФТОРФОСФОНАТАХ
О
С2Н5Ох II
Диэтилфторфосфат рР—F —типичный фтор-
C2H5OZ
фосфат. Задача заключалась, во-первых, в нахождении
количественного метода перевода фтора во фтор-ион и,
во-вторых, в точном определении количества фтор-иона
в присутствии фосфорсодержащих веществ.
Разложение фторфосфата
Гидролиз алкил фтор фосфатов при действии разбав-
ленных водных растворов едкого натра протекает по
следующему уравнению:
О О
11 II
(RO)2 Р—F ф- 2NaOH —> (RO)2 Р—ONa ф- NaF ф- Н2О
Хотя гидролиз фторфосфорных соединений обычно
протекает быстро, необходимо было подобрать общие
для фторфосфатов и фторфосфонатов условия, обеспе-
чивающие а) полный гидролиз наиболее устойчивых
веществ, б) гомогенность среды, так как иначе воз-
можны механические потери, в) гидролиз, не затраги-
вающий эфирные группы, т. е. в избранных условиях не
образуется фосфит, который может мешать определению
фтора.
Таким условиям удовлетворяла обработка раство-
ренного в спирте фторфосфата пятикратным количе-
ством натрия:
О О
2 (RO)2 P-F ф- 2Na + 2С2Н6ОН —> 2 (RO)2 Р-ОС2Н6 ф- 2NaF ф- Н2
266
Приложение
Дальнейшая обработка этилатом натрия могла бы
превращать триэтилфосфат в натриевую соль диэтил-
фосфата, однако известно, что в безводном спирте это
превращение практически не идет и поэтому образова-
ние фосфат-иона в заметных количествах не имеет
места.
Не исключено, что в начале реакции натрий дей-
ствует как восстановитель:
(RO)2 POP + 2Na + C2HSOH —► (RO)2 РОН + NaF C2H5ONa
При этом образуется кислый фосфит, однако и это со-
единение вряд ли будет разрушаться этилатом натрия
в значительной степени. Следовательно, концентрация
фосфат-иона должна быть весьма мала.
По этому методу (подробное описание приведено
ниже) необходимо нагревание в течение 45 мин.; однако
для чистого диизопропилфторфосфата достаточно 5-ми-
нутного нагревания.
После обработки натрием реакционная масса была
разбавлена водой и pH среды был доведен до величины,
необходимой для определения фтора.
Фторхлорсвинцовый метод
Определение фтора в виде хлорфторида свинца было
впервые описано Штарком [2] и подробно разработано
Гофманом и Ланделлом [3], Хоули [4], Фишером и Пей-
скером [5] и Капфенбергером [6]. Гофман и Ланделл
определяли истинный pH и концентрацию хлор-иона для
осаждения. Время, необходимое для полного осаждения,
и влияние различных количеств фторида на строение
осадка были исследованы' Хоули; эти же факторы
весьма детально изучены автором.
Особенно тщательно были изучены влияние концен-
трации фторида на время осаждения и продолжитель-
ность нагревания осадка и время контакта с маточным
раствором до фильтрования,
Определение фтора во фторфосфатах и фторфосфонатах №
Определение фтора в диизопропилфторфосфате
Навеску вещества, содержащую около 0,05 г фтора,
растворяют в 10 мл абсолютного спирта и добавляют
металлический натрий в количестве около 0,5 а (т. е. по
крайней мере 5-кратный избыток). После тощ как нат-
рий растворился, смесь нагревают с обратным холо-
дильником в течение 5 мин., выливают в 100 мл воды и
доводят до кислой реакции (по бромфенолу синему)
разбавленной азотной кислотой, а затем подщелачи-
вают 10%-ным раствором едкого натра. Добавляют
3 мл 10%-ного раствора хлористого натрия и доводят
объем раствора до 250 мл. Затем добавляют 1 мл кон-
центрированной соляной кислоты и раствор нагревают
на водяной бане до '~80°. После этого добавляют при
перемешивании при 80° 5,0 г тонкоизмельченного ни-
трата свинца. Как только нитрат свинца растворится,
добавляют 5,0 г ацетата натрия (при интенсивном пере-
мешивании). Затем смесь нагревают 15 мин. на водя-
ной бане- и охлаждают льдом, осадок отфильтровывают,
промывают один раз водой и четыре раза насыщенным
раствором фторхлорида свинца и еще раз водой. Осадок
вместе с фильтром переносят в стакан, обрабатывают
100 мл 5%-ной азотной кислоты, бумагу мацерируют и
добавляют измеренный избыток 0,1 н. раствора нитрата
серебра. Смесь нагревают 30 мин. на водяной бане,
охлаждают в темноте, фильтруют через тигель Гуча
(№ 4), а затем фильтрат титруют 0,1 н. раствором тио-
цианата калия в присутствии 10 мл насыщенного рас-
твора железоаммиачных квасцов (раствор индикатора
становится прозрачным при добавлении азотной кис-
лоты).
Навески: 0,8459 г и 0,8166 г
Найдено фтора (без поправки): 10,43% и 10,58%
Среднее значение: 10,5+0,1 %
Исправленное1) среднее значение: 10,3±0,15%
Вычислено фтора для (CaHjOKPOF : 10,32%
‘) О методах определения поправки см. [7].
268
Приложение
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФТОРА ВО ФТОРАЦЕТАТАХ
В этом случае фтор определялся также в виде фтор-
хлорида свинца, однако минерализация органического
вещества намного труднее, чем в случае фторфосфатов
и фторфосфонатов. Может быть рекомендовано два ме-
тода *):
1) сплавление с металлическим натрием в запаян-
ной вакуумированной трубке при 400° [8];
2) сплавление в стальной бомбе с перекисью натрия
[9, Ю].
Детальное описание этих методов будет приведено
ниже. Что касается минерализации в бомбе, то в этом
случае нельзя применять свинцовые прокладки, так как
свинец будет плавиться в процессе минерализации.
Медь, как было обнаружено, также оказалась неудовле-
творительной. Золото, напротив, было наиболее устой-
чиво; оно достаточно мягко и прочно (при температуре
определения), не плавится и не разрушается под дей-
ствием фтора, фторидов и щелочей.
Фторацетамидный стандарт
Для стандартизации определения фтора во фтораце-
татах требуется соединение очень высокой чистоты, со-
держащее группу CH2F. Важно выбрать устойчивое со-
единение, которое содержало бы другие элементы, при-
ходные для независимого определения. Этим требова-
ниям удовлетворяет фторацетамид. Он может быть
получен в очень чистом виде, щ перекрестным методом
контроля может служить определение в нем азота через
аммиак.
Чистый образец фторацетамида был получен сле-
дующим способом [11]. Метилфторацетат (39 а) встря-
хивали с 30 мл водного раствора аммиака (уд. вес 0,89).
Происходило выделение, тепла, и после выдерживания
в течение ночи выпадала первая порция почти чистых
]) Недавно Мирозевик-Сорго и Сондерс обнаружили, что фтор-
уксусная кислота и ее производные быстро разлагаются при кипя-
чении с 30%-ным раствором едкого натра. Это наблюдение может
послужить основой для разработки третьего метода.
Определение фтора во фторацетатах 269
кристаллов. Они были отфильтрованы и высушены (вы-
ход 16 г). Посредством концентрирования фильтрата
в вакууме была получена еще порция кристаллов (вы-
ход 5 г). Обе порции были объединены и перекристал-
лизованы либо из хлороформа (мелкие иглы), либо из
ацетона (призмы). Автор использовал сухой хлороформ,
и каждая перекристаллизация давала выход около 75%.
После трехкратной перекристаллизации выход чистого
вещества был 8,7 г (т. пл. 108°). Амид может быть
очищен также и сублимацией.
Азот в чистом продукте был определен обычным ме-
тодом медленной перегонки вещества с избытком раз-
бавленного раствора едкого натра. Образующийся
аммиак поглощали в течение 4 час. стандартной кисло-
той и определяли его титрованием в присутствии метил-
оранжа. Выход аммиака соответствовал 18,19% азота
в данном образце. Рассчитано для фторацетамида
FCH2CONH2: N == 18,18%, следовательно, стандартный
фторацетамид был 100%-ный.
Определение фтора в метилфторацетате сплавлением
с натрием
Образец метилфторацетата (т. кип. 104,5°) был под-
вергнут анализу на фтор, как описано ниже [12]. Жид-
кость (0,25 а) была взвешена в маленькой запаянной
стеклянной ампуле, которую затем помещали в толсто-
стенную стеклянную трубку, содержащую 0,4 г натрия
и 5 мл эфира. Трубку эвакуировали и запаивали (после
удаления эфира), не отключая водоструйного насоса;
затем нагревали в течение часа при 400° в печи Кари-
уса. После охлаждения трубку вскрывали, содержимое
обрабатывали спиртом и промывали водой. Избыток
спирта удаляли путем испарения до малого объема и
жидкость разбавляли до 100 мл, фильтровали и объем
доводили до 250 мл. Затем определяли фтор через фтор-
хлористый свинец по методу, описанному выше.
Найдено: F=20,80% (без поправки) или 20,65% (с поправкой)
Вычислено для CH2FCOOCH3 : F = 20.64%
wo
Приложение
Стандартизация метода «пероксидной бомбы»
с помощью чистого фторацетамида
Для определения фтора по данной методике тре-
буется навеска, содержащая приблизительно 0,06 г
фтора. В случае фторацетамида навеска будет соста-
влять 0,24 г. Навеску помещают в бомбу, добавляют
около 2,5 г перекиси натрия и 0,05 г тростникового
сахара (иногда это не требуется). Бомбу нагревают
до начала горения веществ. После охлаждения бомбы
продукты реакции растворяют в 200 мл горячей воды
и кипятят до полного разрушения перекиси водорода.
Затем определяют фтор через фторхлорид свинца по
методике, описанной выше; при титровании по Фоль-
гарду используют кривую поправок, полученную ранее.
Если осадок фторхлорида свинца стоял 15 мин. и не-
медленно был охлажден льдом, то результаты анализа
таковы:
Навеска: 0,2380 г
Объем 0,1 и. раствора нитрата серебра: 31,20 мл
Содержание фтора: 24,91%
Поправка: 0,991
Исправленное содержание фтора: 24,69%
Вычислено для FCH2CONH2: F=24,68%
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФТОРА В РАДИОАКТИВНОМ ДФФ ПРИ ПОМОЩИ
НИТРАТА ТОРИЯ
Выход радиоактивного ДФФ при получении его полу-
ми^рометодом (см. стр. 102) очень мал. Поэтому лучше
титровать фториды (полученные после разложения
ДФФ) нитратом тория в присутствии ализаринсульфо-
кислого натрия в качестве индикатора [13]. Однако пре-
жде всего необходимо удалить фторид при помощи ди-
стилляции (стр. 271). Этот метод дает точность опреде-
ления около ±1% при работе с 50 мг ДФФ. Такую сте-
пень точности для полумикрометода можно считать
удовлетворительной !).
1) О микрометоде определения фтора (3 рг) см. работу Джил-
лисона и Ньюкомби [14].
Определение фтора в радиоактивном ДФФ 271
Реактивы
1. Раствор нитрата тория. 13,80 г Th(НОз)л• 4НгО
растворяют в 500 мл воды и объем доводят до 1 л.
2. Раствор ализарине улъфокислого натрия. 0,1 г али-
заринсульфоната натрия встряхивают с 200 мл воды и
фильтруют.
3. Монохлорацетатный буфер. 9,45 г хлоруксусной
кислоты и 2,00 г едкого натра растворяют в 100 мл
воды.
4. Соляная кислота. Раствор ’/гоо в капельнице.
5. Едкий натр. 2%-ный раствор в капельнице.
6. Порошок стекла пирекс.
Метод определения
Раствор фторида разбавляют водой до объема
100 мл, добавляют 8 капель индикатора, а возникшую
розовую окраску обесцвечивают соляной кислотой
(’/гоо); прибавляют 1 мл буферного раствора и титруют
раствором нитрата тория до появления светло-розовой
окраски. Наблюдать конец титрования легче, если фто-
рид тория осядет на дно колбы. Необходимо вести ти-
трование на ярком солнечном свете или при свете ртут-
ной лампы, так как иначе зафиксировать конец титро-
вания невозможно.
Контрольную реакцию с индикатором следует прово-
дить с теми же растворами, но в отсутствие фторида.
Результат этого титрования должен быть вычтен из
результата титрования раствора фторида; таким путем
вводится «поправка титрования».
Найдено, что после того как глаз «привыкнет» к ко-
нечной точке титрования, ошибка обычно не превышает
±1% при содержании фтора 5—10 мг в пробе.
Стандартизация раствора нитрата тория
фтористым натрием
К карбонату натрия (2 г), содержащемуся в плати-
новой чашке, добавляют раствор плавиковой кислоты
(10 мл 10%-ного раствора). Раствор упаривают досуха.
212
Приложение
затем добавляют еще порцию плавиковой кислоты
(3 мл). Снова упаривают досуха и нагревают до 500°,
чтобы удалить излишек фтористого водорода.
Стандартизация. Фтористый натрий (25 мг) раство-
ряют в воде и титруют раствором нитрата тория.
Результаты
Навески фтористого натрия: 32,62 мг; 16,04 мг.
Раствор нитрата тория (с поправкой): 8,292 мл;
4,095 мл. 1 мл раствора нитрата тория эквивалентен
1,782 мг F; 1,774 мг F. Среднее = 1,778 мг F.
Определение фтора в ДФФ
Существенным моментом при определении фтора
данным методом является удаление мешающих опреде-
лению элементов. Это достигается разрушением ДФФ
натрием и спиртом и последующей отгонкой фтора
в виде H2SiF6.
Метод. ДФФ (около 50 мг) взвешивают в ампуле,
закрытой каучуковой муфтой и стеклянным стержень-
ком. Ампулу помещают в маленькую колбу, содержа-
щую спирт (10 мл), затем разбивают при помощи стек-
лянного стерженька. Добавляют натрий (0,5 г) и смесь
после полного растворения натрия нагревают с обрат-
ным холодильником в течение 30 мин. Раствор количе-
ственно переносят в двугорлую колбу, добавляют не-
большое количество стеклянной пыли (пирекс) и 15 мл
концентрированной серной кислоты. Смесь нагревают,
при удалении паров необходимо избегать толчков. Ско-
рость нагревания и отгонки регулируют, поддерживая
температуру 135—140°. Отгонка продолжается до тех
пор, пока не соберется 250 мл дистиллата (2 часа).
Титруют стандартным раствором нитрата тория.
В процессе дистилляции может попасть немного серной
кислоты, поэтому добавляют несколько капель 2%-ного
раствора едкого натра до появления розовой окраски*
индикатора (добавляют предварительно). Затем по кап-
лям добавляют соляную кислоту до исчезновения розо-
вой окраски. Титрование нитратом тория описано выше
(стр. 270),
Б. Свойства типичных фторорганических соединений 273
Результаты. Радиоактивный ДФФ, ттолученный из
радиоактивного фосфора.
Навески ДФФ: 53,13 мг; 55,74 мг
Раствор нитрата тория (испр.): 3,058 мл; 3,157 мл
1 мл раствора нитрата тория соответствует: 17,4; 17,7 мг ДФФ
Среднее: 17,55 мг ДФФ
1 мл раствора нитрата тория = 17,25 мг чистого ДФФ
Чистота ДФФ-98,5%.
Б. Свойства типичных фторорганических
соединений
В табл. 21 приведены свойства типичных фторорга-
нических соединений:
1) данные о температуре плавления, температуре
кипения и показателе преломления приведены для
чистых веществ. Определение температуры кипения про-
изводилось микрометодом (с одной каплей вещества);
2) действие раствора едкого натра (графа 6) лучше
всего наблюдать при нагревании с обратным холо-
дильником небольшого количества вещества с 10%-ным
раствором едкого натра. Пробы производятся с учетом
щелочной среды раствора. Фторацетаты образуют фтор-
анион при кипячении с 30%-ным раствором едкого
натра;
3) данные, приведенные в графе 7, получены с горя-
чей хромовой смесью.
Проба на пропускание отравленного воздуха в хро-
мовую смесь (графа И) осуществлялась следующим об-
разом. Воздух очищали и осушали пропусканием через
колонку 1 (рис. 24, а), содержащую активированный
уголь и хлористый кальций. Очищенный воздух поступал
в сосуд 2 (8 X 2,5 см) и барботировал через исследуемую
жидкость, которая налита в этот сосуд или нанесена на
стеклянную вату. Для повышения летучести вещества
сосуд можно нагревать. Затем отравленный воздух по-
ступал в дрексель 3 с соответствующим реактивом. От-
ходящие газы пропускали через колонку 4 с активиро-
ванным углем для очистки от ядовитых паров. Дрексель
изображен на рис. 24, б.
274
Приложение
Соединение Т. кип., °C (графа 1) Т. пл., °C а» Растворимость в воде Запах Действие 10 /0-ного вод- ного раствора NaOH
ДФФ 180 -80 1,07 Растворимость — F~
1(СН,Ь СНОБ POP (75/17 ММ) 1,5%; очень
медленный
гидролиз
Табун 240 -50 1,08 Растворим, Циа- CN“
N (СН3)3 быстро гидро- нидный
С»НВ-О-Р-<СМ 44 о (120/10 мм) лизуется
Зарин 147 -57 1,10 Смешивается — F~
ОСН (СНа)а Я ГИДрОЛИ’
СН3Р^Р ХХ0 (56/16 мм) зуется
МФА 104 -32 1,174 Растворимость Слабый He даёт F " J
15% афирный образуется FCH^OONa,
токсичность
остается
FCHaCH3OH 104 -43 1,1095 Смешивается — —
СвНпОч мО 127/0,6 ММ Нерастворим •—• Дает F~
/Р \ СЩнО/ V (крайне медленно)
Реактивом в данном случае (графа 11) служили кон-
центрированная серная кислота и чистый порошок би-
хромата калия. После пропускания зараженного воз-
духа через хромовую смесь дрексель нагревали и встря-
хивали, чтобы определить, смачивает или не смачивает
жидкость стенки сосуда (см. стр. 153). Положительную
пробу дают также фторацетаты, однако они требуют
значительно более длительного кипячения, нежели легко
разлагающиеся соединения типа зарина и ДФФ;
4) результаты испытаний, приведенные в графе 8,
надежны только для чистых веществ;
5) результаты проб, приведенные в графе 9, полу-
чены при нагревании исследуемого вещества с молибда-
том аммония и концентрированной азотной кислотой.
При сильном нагревании в зарине разрывается даже
связь С—Р и образуется желтый осадок фосформолиб-
дата аммония;
Б. Свойства типичных фторорганических соединений 275
Таблица 21
Обработка II,SO4+ |-К2СгаО7 Спла- вление с нат- рием Обработка НН03+молиб- дат аммония Заражен- ный воздух и молибдат аммония Заражен- ный воздух и хромовая смесь Проба на нервные газы Фармакология (графа 13)
Масляни- стые капли F Желтый осадок при нагревании + (медленно) + (медленно) + Парасимпато- миметическое действие
— N Желтый осадок прн нагревании + — + (мешает HCN) То же
Масляни- стые капли F Желтый осадок при СИЛЬНОМ нагревании + + » >
То же F — — + — Блокирует цикл три- карбоновых кислот То же
» » F — + — Парасимпато-
» » F Желтый осадок при сильном нагревании + миметическое действие
6) в графе 10 приведены результаты пропускания за-
раженного воздуха через 10%-ный раствор молибдата
аммония, смешанного с равным объемом раствора бен-
зидина (приготовлен растворением 0,05 г бензидина
в 10 мл ледяной уксусной кислоты, после'чего объем
раствора был доведен до 100 мл добавлением дистилли-
рованной воды). ДФФ и табун гидролизуются до фос-
фата, при этом появляется характерное зеленое или
сине-зеленое окрашивание.
Зарин гидролизуется только до метилфосфиновой
кислоты и не дает такого окрашивания. Однако если
сначала пары зарина пропустить через раствор персуль-
фата аммония и нагреть с целью разрыва связи С—Р
(который протекает с заметной скоростью), то после
этого гидролизат дает положительную пробу;
7) данные графы 11 — проба на несмачиваемость
стекла;
Приложение
8) в графе 12 приведен результат официально при-
нятой пробы на нервные газы. Для этой пробы исполь-
зуются специальные реактивы, состав которцх пока не
опубликован. Отметим, что 0,1 цг нервного газа дает
розово-коричневое окрашивание. Окислители (пары
хлора, брома) дают аналогичную окраску. Синильная
кислота ингибирует эту реакцию;
9) табун можно определить, пропуская пары его че-
рез раствор сернокислого закисного железа, к которому
В. Первая помощь При отравлениях нервными газами 277
добавлено несколько капель 10%-ного раствора едкого
натра. Смесь нагревают до кипения, затем подкисляют
разбавленной серной кислотой и фильтруют. На фильтре
остается пятно берлинской лазури.
Могут быть использованы и другие пробы на
цианиды, например появление розовой окраски при дей-
ствии смеси хлорамина Т, раствора барбитуровой кис-
лоты и 7-бензилпиридина в ацетоне.
В. Первая помощь при отравлениях нервными
газами
Симптомы поражения нервными газами были по-
дробно описаны ранее. Ниже приводится лишь краткий
перечень:
а) мускариноподобное действие, вызывающее брон-
хоспазм. Атропин й эфедрин являются антагонистами;
другие явления (например, миоз) снимаются атропином;
б) никотиноподобное действие, парализующее дыха-
тельные мышцы;
в) действие на центральную нервную систему. В не-
которой степени снимается атропином.
Первая помощь должна состоять в следующем.
Сильное поражение. Инъекции атропина (2 мг), по-
вторяющиеся через определенные интервалы; искус-
ственное дыхание по методу Нильсона.
Среднее поражение. 0,5%-ный раствор атропина —
в глаза, аспирин — как аналгетик и эфедрин — для сня-
тия бронхоспазма.
При попадании капель на кожу—промывание боль-
шим количеством воды (кожу нельзя вытирать).
Фторацетатное отравление. Каких-либо надежных
средств рекомендовать нельзя. По-видимому, можно
использовать глицерилмоноапетат.
ЛИТЕРАТУРА
1. Report to the Ministry of Supply, 31 December 1943.
2. Stark, Z. anorg. Chem., 70, 173 (1911).
3. Bur. Stand. J. Res., Wash., 3, 581 (1929).
4. Ind. Eng. Chem., 18, 573 (1926).
5. Z. anal. Chem., 95, 225 (1933).
6. Aluminium, 24, 428 (1942); Chem. Abstr., № 5333 (1943).
7. Chapman, Heap, Saunders, Analyst, 73, 869 (1948).
2?8
Общая латеpatурй
8. Ind. Eng. Chem. (Anal, ed.), 14, 452 (1942).
9. Reports to the Ministry of Srepply, 7 June 1943.
10. Trans. Ill. Acad. Sci., 29 [II], 89 (1936).
11. McCombie, Saunders, Report № 2 on fluoroacetates to
the Ministry of Supply, 17 February 1943; Buckle, Heap,
Saunders, J. Chem. Soc., 1949, 912.
12. El vi ng, Ligett, Ind. Eng. Chem. (Anal. Ed.), 14, 452 (1942).
13. Willard, Winters, Ind. Eng. Chem. (Anal, ed.), 5, 7 (1933).
14. Gil lie son, Newcombe, Biochem. J., 50, XIV (1952).
ОБЩАЯ ЛИТЕРАТУРА
ГЛАВА I
Sartori M. G., New developments in the chemistry of war gases,
Chem. Rev., 48, 225 (1951).
Saunders В. C., Toxic fluorophosphonates and related compounds,
Chem. & Ind. (Rev.), 1.17 (1947).
Saunders В. C., Toxic Organic Compounds containing Fluroine.
Lecture to Xlth International Congress of Pure and Applied
Chemistry (1947).
Saunders В. C., Some aspects of the organic chemistry of fluorine
and phosphorus, Sch. Sci. Rev., 320 (1962).
Saunders В. C., Chemistry and Toxicology of Organic Fluorine
and Phosphorus Compounds. Lecture given to the Royal Insti-
tute of Chemistry, № 1 (1953).
ГЛАВА II
Nomenclature of Compounds containing one Phosphorus Atom.
September 1952. London, The Chemical Society.
ГЛАВА III
Dale Sir Henry, A chemical phase in the transmission of
nervous effects, Endeavour, 47, 117 (1953).
Gaddum J. H., Pharmacology, Oxford Medical Publications
(1953).
Ranson S. W., Clark S. L., Anatomy of the Nervous System,
W. B. Saunders Co. (1953).
Wilson A., Schild H. O., Applied Pharmacology, J. and A. Chur-
chill Ltd. (1952).
ГЛАВА VI '
Atherton F. R., Some aspects of the organic chemistry of deri-
vatives of phosphorus oxyacids, Quart. Rev. Chem. Soc., Ill,
146 (1949).
Friend, Newton (ed.). Text-book of Inorganic Chemistry, Vol. 6,
part II, Phosphorus. Vol. 11, part III, Derivatives of phospho-
rus, C. Griffin and Co. (1929).
Общая литература
279
К о s о 1 а р о f f G. М., Organo Phosphorus Compounds, Wiley and
Sons (1950).
Mann F. G., Heterocyclic Derivatives of Phosphorus, Interscience
Publischers Inc. (1950).
Si dg wick N. V., Chemical Elements and their Compounds, 1,
725, Phosphorus, Oxford, Clarendon Press (1950).
Todd Sir A. R„ Phosphates in vital processes, Chem. & Ind. (Rev-}',
802 (1956).
ГЛАВЫ VII и VIII
Chenoweth M. В., Review of Monofluoroacetic Acid and Related
Compounds, in Pharmacol., 97, 383 (1949).
Gilman H., Organic Chemistry, Vol. 1, Aliphatic Fluorides, by
A. L. Henne. John Wiley and Sons (1944).
Haszeldine R. N., Perfluoroalkyl compounds, Ann. Rep. Chem.
Soc., 279 (1955).
Haszeldine R. N„ S h a r p e A. G., Fluorine and its Compounds.
Methuen and Co. (1951).
Musgrave W. K. R., Reactions of organic fluorine compounds,
Quart. Rev. Chem. Soc., 8, 331 (1954).
Peters Sir R. A., Biochemical light upon an ancient poison,
a lethal synthesis, Endeavour, 51, 115 (1954).
Sidgwick N. V., Chemical Elements and their Compounds,
Vol. 2, 1097, Fluorine, Oxford, Clarendon Press (1950).
Simmonds J. H., Fluorine Chemistry, Vols. 1 and 2, Academic
Press (1950, 1954).
Г Л А В A IX
F i n g e r G. G., R e e d F. H., Tehon L. R., Aromatic Fluorine
Compounds as Fungicides, Illinois State Geological Survey
(1955).
ГЛАВА X
Feld E. A., Grundfest H., Nachmansohn D., Rothen-
berg M. A., Effect of D. F. P. on action potential and
cholinesterase of nerve, IV. J. Neurophysiol., 11, 125 (1948).
Martin Hubert, Review of Organo-phosphorus Insecticides, in
Mfg Chem., 20, 158 (1949).
Metcalf R. L., Organic Insecticides, Interscience Publischers, Inc.
(1955).
Ripper W. E., Systemic Insecticides, Lecture to Hird International
Congress of Crop Protection, Paris (1952).
Schrader G., Development of New Insecticides. Final Report,
British Intelligence Objectives Sub-Committee, H. M. Sta-
tionery Office (1947).
Schrader G., Die Entwicklung neuer Insektizide auf Grundlage
organischer Fluor- und Phosphor-Verbindungen, G. M. В. H,
Weinheim, Verlag Chemie (1952).
280
Общая литература
приложение
Allen R. J. L., Micro-determination of phosphorus (Colorimetric
estimation, molybdate blue), Biochem. J., 34, 858 (1940).
Bellamy L. J., Infra-red Spectra of Complex Molecules, Methuen
and Co. (1954).
Bellamy L. J„ Beecher L., Infra-red data, J. Chem. Soc., 475,
1701 (1952).
Bellamy L. J., Beechef L., Infra-red data, J. Chem. Soc.,
728 (1953).
Bergmann F., Segal R., The separation and determination of
microquantities of lower aliphatic acids, including fluoroacetic
acid, Biochem. J., 62, 542 (1956).
Chapman N. B., Heap R., Saunders В. C., Determination
of fluorine in organic compounds, Analyst, 73, 434 (1948).
Dupee L. F., Heath D. F„ Otter I. К. H., Determining traces
of tetramethylphosphorodiamidic fluoride (dimefox) in crops,
Agric. and Food Chem., 4, 233 (1956).
Godfrey P. R., Shrewsbury C. L., Determination of fluorine
in minerals and bones, J. Ass. Off. Agric. Chem., 28, 335
(1945).
Heath D. F., Cleugh J„ Otter I. К. H., Park P. 0., Deter-
mining traces of octamethylpyrophosphoramide (О. M. P. A.,
shradan) in crops, Agric. and Food Chem., 4, 230 (1956).
Holmst e ad B., Larson L., Infra-red spectra of some organic
phosphoryl compound Acta Chem. Scand., 5, 1179 (1951).
Lamar W., Determination of F~ in water. A modified zirconium-
alizarin method, Ind. Eng. Chem. (Anal, ed.), 17, 148 (1945).
Medical Manual of Chemical Warfare 1955, London, Her Majesty’s
Stationery Office.
Meyrick C. J., Thomson H. W., Infra-red data, J. Chem. Soc.,
225 (1950).
Simmons W. R., Robertson J. H., Spectrophotometric deter-
mination of phosphorus in organic phosphates, Analyt. Chem.,
22, 1177 (1950).
Simons j. H., Fluorine Chemistry, Vol. 2, Analytical Chemistry
of Fluorine, Academic Press (1954).
Walker P. J., Gainer G. C., Determination of fluorides in
water by means of a photoelectric colorimeter, Canad. J. Res.,
23 B, 275 (1945).
Willard H. H., Winter О, B., Volumetric method for determi-
nation of fluorine using thorium nitrate, Ind. Eng. Chein.
(Anal, ed.), 5, 7 (1953).
ОБЗОР
СОВРЕМЕННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПО ХИМИИ И ТОКСИКОЛОГИИ
ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИХ
ИНГИБИТОРОВ ХОЛИНЭСТЕРАЗ
Составили
Н. А. Лошадкин и В. В. Смирнов
Под редакцией
академика И. Л. Кнунянца
и
канд. хим. наук С. М. Маркова
А. СИНТЕЗЫ И СВОЙСТВА ХОЛИНОВЫХ
ПРОИЗВОДНЫХ
В. Смирнов
Фосфорилированные холины впервые были получены
Гошем и Ньюманом [1].
Метод синтеза этих соединений очень похож на ме-
тод синтеза зарина.
//°
СН3—Р—С1 + НО—СН—(СН2)Л—N (СН3)2 —►
О
||
—> СНа—Р—ОСН (СН2)„ N (СН3)г —>
F R
I
О
СНз-Р—О-СН (CH2)n-N (СНа)з J, где R = СН3, п = 1
F R
II
Соединения типа I — высококипящие жидкости (табл. 1);
при хранении они неустойчивы и через несколько дней
превращаются в твердые вещества.
Аналогичным способом были синтезированы тиохоли-
новые производные [2]:
О
,/) /СН3 R14 /СН3
>ptf +hsch2ch2n< —► >p-sch2ch2n< +НС1
R/ ХС1 хСНз R/ хсн3
где Ri = Рг — алкоксил или Ri — алкоксил, Rz — метил.
Выделяющийся хлористый водород нейтрализуют
третичным амином или же в реакции используют натрие-
вое производное спирта или меркаптана.
А. Синтезы и свойства холановых производных 285
о
Of
a?
c
s
3
в
4
о
n
го
S
О
о.
С
X
3
м
о
к
S
ч
о
X
3
в
<
к
о
bf
Ы
s
*
s
S
e
с М
у
Т. пл. а), °C т—< г—1 1—‘ r-i Y-М г—*
И OCH2CH2N (СН3)2 OCH2CH2N (СНз)2 OCH2CH2N (СН3)2 OCH2CH2N (СНз)2 SGH2CH2N (СН3)2 SCH2CH2N (СН3)2 SCH2CH2N (СН3)2 SCH2CH2N(CH3)2 F F SCH (СН3) CH2N (C2Hs)2 SCH2CH2CH2N(C2Hs)2 SCH2CH2N (CH2CH2)2 ch2 SCH2CH2N(CH2CH2)2
£ C2H5O (CH3)2 CHO C2HSO (CH3)2CHO C2H5O (CH3)2CHO C2H5O (CH3)2 CHO OCH2CH2N (CH3)2 OCH (CH3) CH2N (CH3)2 C2H5O C2H5O C2H5O C2H5O
Of г о о X! X о о Од? Од? оооо ю 1Л ео Ю ш 1Л 1ft J-н Д- tM - Д* Дч о| » « Д’* Д* сч сч сч су 000^,000^.000000
1—И т—f гН гН
X
ЕС
0)
ч
ей
Обработка йодистым метилом приводит к образова-
нию соединений типа II.
При метилировании холиновых эфиров не было за-
мечено каких-либо побочных реакций. Указанные эфиры
представляют собой жидкости, поэтому характеризовать
их можно по температурам кипения и показателю пре-
ломления; их можно также титровать и определять ве-
личину pKtt-
Весьма интересной в процессе синтеза тиоловых эфи-
ров является перегруппировка изомерных тионовых со-
единений, которые могут быть получены из хлоранги-
дридов диалкилтионфосфорной кислоты действием ди*
алкиламиноэтилмеркаптанов [1,53].
Таблица 2
ЧАСТОТЫ И ДЛИНЫ ВОЛН ДЛЯ НЕКОТОРЫХ СВЯЗЕЙ
(инфракрасный спектр)
Связь Частота, см 1 Длина волны, р.
Р—Н 2325—2440 4,1-—4,3
РО—н 2500—2700 3,7-—4,0
Р—ОН 950—1035 9,7—10,5
Р=О 1170—1310 7,6—8,5
РО—С (алифатач.) 1110—1190 8,4—9,0
РО—С (ароматич.) 1190—1240 8,1—8,4
Р—ОС 720—750 . 13,3—13,9
950—1050 9,5—10,5
P=S 700—840 11,9—14,3
PS—С 625—645 15,5—16,0
Р—sc 570—605 16,5—17,5
/С
PN< хс 990—1010 9,9—10,1
Р—ыс2 700—760 13,2—14,3
Р—с 650—910 11,0—15,4
PC=N 2230 4,5
Р—F 800—980 10,2—12,5
Р—CI 430—600 16,7—23,2
286
А. Синтезы и свойства холиновых производных
В одной из работ [2] структура соединения, получив-
шегося после перегруппировки, была подтверждена
инфракрасными спектрами по полосе поглощения связи
Р = О, которая отсутствует в тионовых соединениях
(см. табл. 2). Хроматография на бумаге дала идентич-
ные величины Rf для продуктов, полученных а) пря-
мым синтезом из p-диметиламиноэтилмеркаптана и
б) перегруппировкой соответствующего тионового сое-
динения. Оба этих соединения в результате щелочного
гидролиза давали ₽-диметиламиноэтилмеркаптан.
Механизм перегруппировки рассматривается в рабо-
тах Фукуто и Стаффорда [3] и Таммелина [2]. Таммелин
полагает, что реакция идет через промежуточное обра-
зование иммониевого иона:
S
С2НБО. II /СНз
>Р—OCH2CH2N<
C2HSOZ хсн3
СНз
СНз
о
С2Н5О II I
)Р—sch2ch2n<
Необходимо отметить, что синтезы этих соединений
путем фосфорилирования со-диалкиламиноэтилмеркап-
тана, по-видимому, не являются достаточно1 удобными,
однако дают продукты весьма высокой чистоты. В тех
случаях когда высокая степень чистоты не является не-
обходимой (например, при получении инсектицидов),
более применим способ получения, включающий пере-
группировку. Кроме этого, в 1956 г. Михальский и Вы-
жорковский описали способ, основанный на реакции
алкилтиоцианатов с эфирами кислот трехвалентного
фосфора [4].
Для анализа, очистки и разделения холиновых эфй-
ров, предназначенных для биологических и токсикологи-
ческих испытаний. Уиттэйкер и Гардинер [5—7] приме-
няли хроматографию на бумаге и хроматографию
в ионообменной колонке.
Гидролиз
287
Гидролиз
Весьма детально был изучен гидролиз ДФФ и ряда
других фосфорорганических соединений [8—13]; подробно
исследовано влияние различных добавок —хелатов,
хлора и анионов. Изучено взаимодействие фосфорорга-
нических соединений с перекисью водорода [14, 15], раз-
работаны различные методы количественного определе-
ния их при помощи фенолов, амино- и гидроксамовых
кислот, оксимов. Реакция с оксимами использована для
количественного определения малых количеств фосфор-
органических веществ.
Главной целью многих исследований было определе-
ние точной константы скорости гидролиза. Большое вни-
мание было уделено изучению механизмов реакции и
влияния различных заместителей на реакционную спо-
собность [9—19].
Изучение гидролиза проводилось самыми различ-
ными методами: при помощи радиоактивного фосфора
[8], титрованием кислот, образующихся в результате
гидролиза [20], колориметрически, обратным титрова-
нием [21, 22] и манометрическим методом Варбурга (не-
смотря на то, что этот метод можно использовать только
в узком интервале pH) [23—27].
Особое внимание было обращено на спектроскопиче-
ские методы [1, 2].
В табл. 2 приведены частоты и длины волн для раз-
личных связей фосфорорганических соединений.
Гидролиз ряда фосфорорганических веществ в ще-
лочной среде протекает настолько быстро, что метод
обратного титрования не может быть использован.
При применении буферных растворов было обнару-
жено, что ряд ионов влияет на скорость гидролиза фос-
форорганических веществ. По этим причинам для кине-
тических измерений весьма удобным оказался метод
автоматического титрования [16]. Принцип метода за-
ключается в том, что образующаяся в результате гидро-
лиза кислота нейтрализуется добавкой щелочи, причем
pH среды поддерживается все время на определенном
уровне. Таким образом, объем добавленной щелочи
является функцией времени.
288 А. Синтезы и свойства холиновых производных
С помощью этого метода удалось избежать погреш-
ностей, возникающих в результате каталитического
влияния различных ионов буферных растворов. Точность
этого метода весьма высока, что было подтверждено на
примере гидролиза ацетилхолина (&2° = 104 л-молы'-
• мин'1 при 20°, методом обратного титрования получено:
&2°= 105 л • моль~1 • мин'1).
Кинетика гидролиза изучалась в интервале pH от
3 до И (вне этого интервала проявляется влияние бу-
ферной емкости воды). Если в результате реакции обра-
зуется слабая кислота, то предел кислотности среды
определяется константой диссоциации этой кислоты.
Чувствительность в данном случае лимитировалась бу-
ферной емкостью образовавшейся кислоты и все умень-
шающимся количеством кислоты, которая может быть
оттитрована при переходе к меньшим величинам pH.
Было выяснено, что измерения можно проводить при
значениях pH, не превышающих рКя образующейся ки-
слоты более чем на 2 единицы. Следует отметить, что
при изучении быстро протекающих реакций отклонения
pH (которые обычно составляли ±0,02 единицы) резко
возрастали и тем самым снижалась точность результатов.
Скорость очень быстрых реакций удалось изучить,
применяя косвенные методы, например вводя инертную
фазу, в которой хорошо растворимо фосфорорганическое
соединение (гидролиз эфира хлорангидрида метил фос-
финовой кислоты) [12].
Скорость медленных реакций может быть определена
при больших концентрациях реагента; при этом кон-
станта скорости рассчитывается для начала реакции.
В этом случае будут получаться лишь приблизительные
величины. Такая методика очень удобна как для про-
стых [1:1, 13, 17], так и для более сложных реакций [12,
15]. В последнее время появилось сообщение Грина, по-
священное этому вопросу [27].
Исследование каталитического влияния некоторых
ионов на скорость гидролиза зарина проводилось мето-
дом Варбурга [17].
В ряде случаев для анализа продуктов реакции были
использованы хроматографические методы [5, 7, 10].
Гидролиз
ж
Гидролиз фосфорорганических соединений катализи-
руется как ионами водорода, так и ионами гидроксила.
Достаточно подробно изучено и взаимодействие с во-
дой [13].
Уравнение константы скорости первого порядка для
постоянного pH имеет следующий вид:
(1)
В кислой среде можно пренебречь последним чле-
ном, а в щелочной — вторым; иными словами, в двух
областях pH не будет наложения реакций. Между этими
областями находится средняя область, где скорость бу-
дет линейной функцией [Н+] и [ОН-], a k2 и k2 можно
легко определить. &но может быть легко найдено экстра-
полированием из результатов обоих экспериментов.
Кроме гидролиза, катализируемого ионами водорода и
гидроксила, следует упомянуть о гидролизе, катализи-
руемом протолитами [17]. Уравнение (1) применимо и
в данном случае, но члены его следует заменить на
£НЛ [НА] и [А-]. Вообще только основание, соответ-
ствующее протолиту, является активным катализатором.
При помощи измерения скорости реакции при постоян-
ном pH в той области, где величинами /гНз0 и k'2 можно
пренебречь, константа &А_ может быть вычислена из
уравнения:
^ = ЩОН-]+4а-4ЕЦ^-. (2)
Влияние ионной силы на скорость реакции в соот-
ветствии с теорией переходного состояния определяется
уравнением:
В случае реакции между нейтральными молекулами,
например при самопроизводном гидролизе какого-либо
соединения, можно ожидать, что влияние ионной силы
будет очень малым, поэтому все коэффициенты актив-
ности можно принять равными единице. Если один
Таблица 3
ДАННЫЕ ЩЕЛОЧНОГО ГИДРОЛИЗА ДЛЯ СОЕДИНЕНИЙ ТИПА
R1R2P (О) X и R,R2P (S) X (отмечены звездочкой)
№ п/п R, R, X 7/ л-моль~ 1-се/с~1 Еа’ ккал/моль Е. U.
1 СН3 СНзО F 106 10,5 —16
2 СН3 С2Н5О F 60,7 11,2 —15
3 СН3 С2Н5О (СНз)з NC2H4O 0,033 —
4 СН3 С2Н5О (СНз)з NC2H4S 0,17 — —
5 СН3 ВгС2Н4О F 162 11,3 —13
6 СН3 (СНз)з NC2H4O F 935 9,0 —17
7 СН3 С3Н7О F 54,0 10,4 —18
8 СНз (СНз)з NC3H6O F 305 11,6 —10
9 СН3 (CHS)2CHO F 25,8 9,1 —24
10 СН3 (СНз^СНО Cl 1,2.10s — —
11 СНз (СНз)з NCH2CH (СНз) О F 381 10,1 —15
12 СНз (СН3)зСС2Н4О F 49,3 12,0 —13
13 СНз C2H5S F 1,95 • 10* 6,2 —22
14 СНз (СНз)2 N F 1,04 11,9 —12
15 С2Н5 (СН3)2 сно F 9,35 10,7 —20
16 (СНзЬСН (СН3)2 сно F 2,03 9,2 —28
17 с2н5о С2Н5О (СНз)з NC2H4O 0,030 — —
18 с2н5о С2Н5О (СНз)з NC2H4S 0,52 — —
19 С2Н5О С2Н5О o2nc6h4o 9,8 • 10-3 13,2 —25
20* C2HSO С2Н5О o2nc6h4o 10,3 10-4 16,6 —19
21 c2Hso с2н5о o2nc6h4o 0,67 — —
22* c2Hso c2Hso C2H5SC2H4O 3,5 • IO’5 — —
23 С2Н5О C2HSO C2H5SC2H4S 1,36 • 10"2 — —
24 С2Н5О C2HSO (C2H5O)2 P(O)O 2,63 — —
25 С2Н5О (CH3)2N CN 7,49 10,1 —23
26 (СНз)2 сно (CH3)2 сно F 0,83 —
27 (СНз)2 N (CH3)2N F 5,7 • 10-5 14,7 —31
292
А. Синтезы и свойства холиновых производных
реагент представляет собой нейтральную молекулу, <
другой — ион, как, например, в случае щелочного гидро
лиза, солевой эффект в разбавленных растворах будет
незначительным, так как коэффициент активности
иона приблизительно равен коэффициенту активности
заряженного активированного комплекса. Было пока-
зано, что для щелочного гидролиза зарина его величина
по крайней мере равна р = 0,5 [11]. Если оба реагента —
ионы, как это имеет место в случае щелочного гидролиза
холиновых производных, изменения ионной силы будут
весьма существенно сказываться на константе скорости.
Вводя уравнения Дебая — Хюккеля для коэффициентов
активности в уравнение (2), для разбавленных раство-
ров при 25° (ц<0,1) будем иметь
lg k.2 = lg k°2 +1,02Z4г ZB (4)
При более высоких значениях ионной силы следует при-
менять более строгие выражения для коэффициента
активности или вводить эмпирические поправки.
В табл. 3 приведены величины констант скорости не-
которых холиновых производных без учета поправок на
ионную силу (при р = 0,10).
Известно, что изменение диэлектрической постоянной
среды, в которой протекает реакция, влияет на скорость
реакции таким образом, что скорость реакции между
ионами и нейтральной молекулой или между двумя
ионами противоположного знака будет уменьшаться
с увеличением диэлектрической постоянной. В опытах
по гидролизу зарина в различных смесях диоксана и
воды не наблюдалось значительного изменения скорости
реакции, если концентрация диоксана не превы-
шала 2,5%.
Температурная зависимость гидролиза фосфорорга-
нических соединений подчиняется закону Аррениуса
_£«_
k2 — Z-e (5)
из которого можно рассчитать энергию активации.
Энтропия энергии активации в свою очередь может быть
Гидролиз
293
рассчитана по Эйрингу из уравнения
ът
k^ = e ~ • е RT- е * .
(6)
Наиболее широкие исследования были проведены
в области щелочного гидролиза. В противоположность
кислотному гидролизу щелочной гидролиз, строго говоря,
не является истинным каталитическим процессом, так
как ионы гидроксила расходуются в процессе реакции.
Было найдено, что скорость щелочного гидролиза
прямо пропорциональна концентрации ионов гидроксила
и практически не зависит от ионной силы [11]. Эти факты
показывают, что щелочной гидролиз представляет собой
простую одностадийную реакцию замещения, включаю-
щую нуклеофильную атаку ионом гидроксила атома
фосфора, причем в результате этой атаки рвется связь
между атомом фосфора и основным остатком.
Ларсон приводит для этой реакции следующее
уравнение:
НО: +
R2Z хх
0 1
(I
но-..p....x
НО. ,.о
R/ R2
+ х-
(7)
Дальнейший, т. е. более глубокий, гидролиз в щелочной
среде, как это подчеркивается в ряде исследований[11],
в сколько-либо значительной степени не идет.
Константы скорости реакций второго порядка и энер-
гии активации для щелочного гидролиза некоторых
соединений приведены в табл. 3.
Из данных табл. 3 следует, что только связи Р—С
и Р—N, по-видимому, устойчивы в условиях щелочного
гидролиза. Однако, как недавно было показано, электро-
отрицательные заместители в алкильной группе сильно
понижают гидролитическую стабильность связи Р—С [8].
Известны исключения из схемы (7). Например, при
щелочном гидролизе 0,0-диэтил-0,2-диэтиламиноэтил-
тиофосфата вместо связи Р—О рвется связь С—О и вы-
деляется 2-диэтиламиноэтанол [3]. Было показано, что
в этом случае мономолекулярное образование иммоние-
вого иона является стадией, определяющей скорость
всего процесса гидролиза. Гидролиз изомерного соеди- «
294
А. Синтезы и свойства холиновых производных
нения 0,0-диэтил-8,2-диэтиламиноэтилтиофосфата про-
текает нормально, давая 2-диэтиламиноэтилмеркаптан.
Для ДФФ, кроме щелочного и кислотного гидролиза,
изучено непосредственное взаимодействие с молекулами
воды. Эта реакция протекает с отщеплением основного
остатка, что справедливо и для ряда других фосфорорга-
нических соединений [8]. Недавно при изучении щелоч-
ного гидролиза табуна было показано, что самопроиз-
вольный гидролиз в заметной степени начинает проте-
кать при pH = 10(13]. Константа скорости данной реакции
равна 0,40 • 10-4 секгх при 25°. В более ранних исследо-
ваниях измерение константы скорости реакции, приво-
дящей к разрыву связи Р—CN, для буферного раствора,
имеющего pH = 5, дало величину, равную 1,1 • 10-4 сек~х
[10]. Эта величина, возможно, несколько завышена вслед-
ствие каталитических влияний ионов буферного раствора.
На основании изучения гидролиза зарина и его ана-
логов Ларсон [И, 13] сделал вывод, что для этих соеди-
нений спонтанный гидролиз не имеет места. Однако
Эпштейн [25] и Грин с сотрудниками [27] отметили, что
эта реакция начинает протекать с заметной скоростью
лишь при pH = 7. Ларсону не удалось точно установить
степень взаимодействия хлорного аналога зарина с мо-
лекулами воды. Однако он отметил, что скорость гидро-
лиза резко возрастает при увеличении концентрации
ионов гидроксила.
Достровский и Галман [28] полагают, что механизм
спонтанного гидролиза подобен механизму других соль-
волитических реакций и заключается (по аналогии со
щелочным гидролизом) в нуклеофильной атаке молеку-
лой растворителя атома фосфора, что очень похоже на
схему (7).
Механизм спонтанного гидролиза алкилфосфатов
Ларсону выяснить не удалось; в случае щелочного
гидролиза разрыв связи имеет место между атомами
фосфора и кислорода и представляет собой бимолеку-
лярную реакцию замещения; в отличие от этого при
спонтанном или кислотном гидролизе разрыв происходит
между атомами углерода и кислорода [20, 29]. Остается
открытым вопрос, протекает ли взаимодействие по би-
молекулярному или по мономолекулярному механизму,
Гидролиз
295
включающему образование кар8оний-иона. Высокие ве-
личины энергии и энтропии активации говорят в пользу
последнего механизма [29], однако для строгого обосно-
вания необходимы дальнейшие исследования. При спон-
танном гидролизе соответствующих серусодержащих
соединений, как и при щелочном гидролизе, рвется
связь между атомами серы и фосфора, а это указывает
на то, что механизм гидролиза аналогичен [20, 29]. Это
находится в полном соответствии с большей энергией
связи углерод — сера и меньшей энергией связи фос-
фор— сера по сравнению с соответствующими энерги-
ями связей углерод — кислород и фосфор — кислород.
В случае кислотного гидролиза очень большое зна-
чение имеет природа заместителей. Соединения, содер-
жащие аминогруппу, такие, как табун и даймфокс
[(СНз)2М]2Р(О)Р, как уже было показано, легко отщеп-
ляют указанные группы в кислом растворе [9, 10]. По
Ларсону [10], реакция протекает следующим образом:
н
(R)2N ,о но (R)2N. ,.о +н+ r2n+ /.О+ню
нх-ф фру >ру с—>ру —>
R2z хОН R/ ХХ -н+ R/ \х
г Н О
I II
(R)2N--.P-.-.OH2
r/xx
(8)
Добавление ионов водорода на первом этапе реакций,
который, вероятно, является равновесным, уничтожает
положительный мезомерный эффект атома азота, по этой
причине атом фосфора становится более доступным для
нуклеофильной атаки молекулой воды. В результате
этого происходит разрыв ослабленной связи атома фос-
фора с положительно заряженной аминогруппой. Вполне
вероятно допустить, что эта реакция на данном этапе
представляет собой простую бимолекулярную реакцию
замещения (такую же, как и в случае спонтанного
гидролиза) и что именно этим этапом определяется ско-
рость общей реакции. Нетрудно показать, что если
константа диссоциации заряженного комплекса,
образовавшегося на первом этапе реакции, намного
296
А. Синтезы и свойства холиновых производных
больше концентрации ионов водорода, то общая ско-
рость реакции будет прямо пропорциональна концентра-
ции ионов водорода. Это было продемонстрировано на
примере даймфокса.
Вопрос, будет или не будет отщепляться циангруппа.
табуна в условиях кислотного гидролиза, пока еще не
решен. Также нет никаких экспериментальных данных
относительно того, что гидролиз связи фосфор — фтор
даймфокса катализируется ионами водорода.
Эдвардс показал, что скорость нуклеофильного за-
мещения у атома углерода связана с окислительно-
восстановительным потенциалом и с основностью ре-
агента [30]. Однако было найдено, что тиосульфат-ион не
ускоряет гидролиз зарина [25] и табуна [31], хотя по
Эдвардсу он обладает очень высокой нуклеофильностью.
С другой стороны, связь между скоростью и основ-
ностью реагента установлена для нуклеофильного заме-
щения у атома фосфора [17, 26, 27].
Одним из наиболее эффективных катализаторов гид-
ролиза зарина и О, О, S-триэтилтиофосфата, как было
показано Эпштейном [25, 22], является гипохлорит-анион.
Было постулировано, что эти реакции представляют
собой прямое замещение атома фтора на гипохлорит-
анион. Этот процесс определяет скорость общей реак-
ции, так как после этого следует быстрый гидролиз про-
межуточного соединения. Предполагается, что высокая
реакционная способность гипохлорит-аниона обусловлена
«бифункциональной» атакой фосфорорганического со-
единения, в силу чего увеличивается поляризация атома
фосфора, что в свою очередь облегчает замещение фтора.
Константа скорости йд- гидролиза, катализируемого ги-
похлорит-анионом, для зарина равна 10 л «-лсоль-1 • сект1
при 25°, а для тиофосфата — 0,040 л • м.олъ~х • секгх. Сле-
дует подчеркнуть, что реакция с тиофосфатом намного
сложнее и что течение ее зависит от pH раствора. В ще-
лочных растворах эта реакция протекает как и в случае
гидролиза зарина, катализируемого гипохлорит-анионом,
однако в кислой и нейтральной средах требуется допу-
щение атаки атома серы молекулярным хлором. Реак-
ция протекает через стадию гипотетического промежу-
точного комплекса и , заканчивается образованием
Гидролиз
297
диэтилфосфата и этансульфокислоты. Аналогичные ре-
зультаты, если не принимать во внимание некоторые
различия в представлениях о промежуточном состоянии,
были получены Стерлингом при изучении взаимодей-
ствия галоидов с тиофосфатами [32].
Хромат-, молибдат- и вольфрамат-анионы также
ускоряют гидролиз зарина [17]. Было найдено, что ката-
литический эффект возрастает по мере увеличения ос-
новности анионов. Этот эффект был приписан главным
образом комплексообразованию аниона с молекулой за-
рина, что должно облегчать нуклеофильную атаку атома
фосфора молекулой воды. Очень интересен параллелизм
между эффективностью этих анионов как катализаторов
и их способностью образовывать нерастворимые ком-
плексы с фосфат-анионом. Некоторые константы, отно-
сящиеся к упомянутым ионам, приведены в табл. 4.
Гидролиз алкилфосфатов также катализируется ря-
дом неорганических анионов [33], однако в противопо-
ложность гидролизу зарина и подобных ему соединений
эффективность этих ионов закономерно изменяется с из-
менением окислительно-восстановительных потенциалов
и совсем не связана с их основностью. Это явление
можно объяснить тем, что в случае фосфатов замещение
происходит у атома углерода, а не у атома фосфора [30].
Вагнер-Яурегг [34] и Кортней [35] обнаружили, что
многие хелатные соединения катализируют гидролиз
фосфорорганических соединений. Наиболее эффектив-
ными катализаторами являются хелаты двухвалентной
меди, хотя хелаты UO2, ZrO, Th и М0О2 также обладают
высокой каталитической активностью. Хелаты меди с ди-
пиридилом [34] и тетраметилэтилендиамином [35]
являются наиболее эффективными катализаторами.
Каталитическое влияние хелатов обусловлено обра-
зованием промежуточного комплекса:
;-Ме++< 1
R/ ХХ--' \ £/
XN/ х
Таблица 4
КОНСТАНТЫ СКОРОСТИ КАТАЛИЗИРУЕМОГО ГИДРОЛИЗА ЗАРИНА
И КОНСТАНТЫ СКОРОСТИ РЕАКЦИЙ ЗАРИНА С НЕКОТОРЫМИ
НУКЛЕОФИЛЬНЫМИ РЕАГЕНТАМИ ПРИ 25°
№ п/п Катализатор или реагент РКНА *А~> л-моль~1 -сек~1
1 сю-1 7,40 10
2 СгО" . 3,52а) 0,0952
3 МоО^" ~ 3,88 а> 0,133
4 ШО4— 4,05 а> 0,146
5 Перекись водорода 11,53 1340
6 Пирокатехин 9,42 9,82
7 2, 3,4-Триоксиацетофенон 7,62 0,295
8 3-Нитропирокатехин 6,66 0,025
9 Гидроксиламин ....>. 6,03 0,021
10 Пирувальдоксим 8,30 4,2
11 Диацетилмонооксим 9,30 6,8
12 Изонитрозоацетилацетон ..... 7,38 1,3
13 Салицилальдоксим 9,17 24,8
14 Пиридин-2-альдоксим 10,10 28,2
15 1-Метилпиридоний-2-альдоксим- йодид 7,82 2,0
16 Бензгидроксамовая кислота .... 8,75 17,0
17 Салицилгидроксамовая кислота . . 7,43
18 Бензгидроксамовая кислота . . . 8,8 26,1
19 О-Оксибензгидроксамовая ки- слота 7,8 4,6
20 О-Диметиламинобензгидроксамо- вая кислота б) 9,05 37,5
а’ Дано значение константы диссоциации,
б) При 30,5°,
Гидролиз холиновых производных 2ЭЙ
В этом комплексе электрофильный ион металла увели-
чивает поляризацию связей Р = О и Р—F, чем и облег-
чается нуклеофильная атака атома фосфора гидроксил-
анионом.
Было найдено, что скорости гидролиза возрастают
с увеличением концентраций катализатора и гидроксил-
аниона, однако не прямо пропорционально этим концен-
трациям. Кроме этого, отмечена склонность хелатов
к димеризации, а также и то, что они являются протоли-
тами. Последнее было подтверждено потенциометриче-
ским титрованием [34]. Кортней с сотрудниками [35]
постулировали «push-pull mechanism». Дальнейшее изуче-
ние механизма этих реакций продолжается (см., напри-
мер, [36]).
Гидролиз холиновых производных
Фосфорилированные тиохолиновые эфиры в условиях
щелочного гидролиза намного устойчивее, чем ДФФ, за-
рин и холиновые эфиры фторангидрида метилфосфино-
вой кислоты. С помощью автоматического титрования
было показано, что они медленно гидролизуются даже
при pH = 10. Еще медленнее гидролизуются соответ-
ствующие холиновые эфиры. Продуктами гидролиза
в случае тиохолиновых эфиров, как это показано хро-
матографией на бумаге, являются тиохолин и фосфор-
органическая кислота [24, 37]:
О
Н ' +
2ОН“ + СН3—Р—SCH2CH2N (СН3)3 —>
oc2H5
о
И _ +
—> СН3—Р—0“ + SCH2CH2N (СН3)2 + Н2О
ОС2Н5
К аналогичному заключению пришли Фукуто и Стаф-
форд [3].
300 А. Синтезы и свойства хйЛиновЫХ производных
В табл. 5 приведены константы скорости для реак-
ции второго порядка.
Таблица 5
КОНСТАНТЫ СКОРОСТИ ГИДРОЛИЗА НЕКОТОРЫХ ХОЛИНОВЫХ ЭФИРОВ
В ЩЕЛОЧНОЙ СРЕДЕ
й, —константа скорости реакции первого порядка ^ — константа
скорости реакции второго порядка (л-моль~1 -сек~*) при ионной силе, равной
нулю
lg = 1g + \ZaZb\ V7 -1 ZaZb I 0,6fA + lg/0H_
Все данные при 25°; о он—ионная активность. ОН (из pH и pKw)
Соединение р- [,г-он-] \W>~ - | ZaZft | 0,6р. ’г /он- 1г
(С2Н5)2Р(О)Х X OCH2CH2ft (СНз)з 0,10 —1,40 0,26 .-0,12 —1,26
СН3 (С2Н5О) Р^О) х ХОСН2СН2Й(СН3)з 0,10 —1,36 0,26 —0,12 —1,22
(С2Н5О)2 Р (S) х X OCH2CH2N (СНз)з 0,10 —0,16 0,26 —0,12 —0,02
СН3 (С2Н5О) Р (S) X х ОСН2СН2Й (СН3)3 0,10 —0,64 0,26 —0,12 —0,50
Фторангидриды холиновых эфиров метилфосфиновой
кислоты при гидролизе в щелочных растворах дают фто-
ристоводородную кислоту и кислый холиновый эфир
метилфосфиновой кислоты [11]:
О
+ И
(СН3)з NCH2CH2OP—F + ОН" —>
СН,
О
+ 11 - +
—► (СН3)з NCH2CH2OP—О + Н+ + F"
СН3
Гидролиз холиновых производных
301
Как было показано [11], холин при гидролизе не отщеп-
ляется, что можно объяснить стабилизацией молекулы
кислого эфира, обусловленной наличием бетаиновой
структуры. Скорость гидролиза очень велика и значи-
тельно превосходит скорость гидролиза зарина и ему
подобных соединений (см. табл. 3).
Определение константы диссоциации ю-диметилами-
ноэтиловых эфиров было проведено главным образом
для того, чтобы определить равновесие между кислой и
основной формами. Это равновесие имеет очень боль-
шое влияние на сродство к эстеразам (см. стр. 335) и
преимущественно к хеморецепторам.
+/СН3 /СНз
Q —СН2СН2—N—Н у» Q —СН2—СН2—N + Н+
ХСН3 XCHa
Определение константы диссоциации давало также не-
которое представление о смещении электронов в эфир-
ной группе. Взаимодействие между холиновыми эфирами
и эстеразами и хсморецепторами сводится главным об-
разом к воздействию по двум точкам, а именно там, где
имеется положительно заряженный атом азота и эфир-
ная группа.
В одной из работ Таммелина была предпринята по-
пытка исследования полярности группы, которая окру-
жает фосфорильную группу:
Валентные углы в О- и S-соединениях не имеют боль-
ших различий, поэтому выводы будут справедливы для
соединений обоих типов. Автор пришел к заключению,
что более сильными кислотами являются соединений,
у которых более резко выражена полярность сферы. Ди-
поль сферы представляет собой сумму диполей отдель-
ных связей. Нуклеофильные атаки по атому фосфора
в процессе щелочного гидролиза и при взаимодействии
с холинэстеразой, как полагает Ларсон, очень сходны [11].
Таким образом, соединения с меньшими величинами
302 А. Синтезы и свойства холиновых производных
рКа могли бы реагировать быстрее как с гидроксил-!
ионом, так и с холинэстеразой. Этот фактор, однако,
следует рассматривать как один среди многих других
факторов, таких, например, как энергии связей, гидра-
тация (в случае ферментов), также определяющих
процессы.
Тиосоединения гидролизуются намного легче (см.
табл. 3). Это может быть обусловлено различиями
в электронном распределении, которое отражается
в сравнительно малых величинах рКа для тиосоеди-
нений.
Другие реакции с нуклеофильными
реагентами
Зарин и родственные ему соединения сравнительно
легко реагируют со многими нуклеофильными реаген-
тами, такими, как анионы перекиси водорода, фено-
лов, оксимов и гидроксамовых кислот. Константы
скорости некоторых реакций при 25° приведены
в табл. 4.
Изучение реакции зарина с перекисью водорода по-
казало, что она протекает аналогично щелочному гидро-
лизу, т. е. эта реакция начинается атакой пергидроксил-
анионом атома фосфора [15]. Образовавшаяся перокси-
кислота может разлагаться двумя путями:
но2-
——>
Rix /,С>
+н+ + х"
R2z хОО“
Скорость разложения по первому пути примерно в 50 раз
превышает скорость щелочного гидролиза, несмотря на
Другие реакции с нуклеофильными реагентами
303
значительно большую основность гидроксил-аниона
(табл. 4). Это показывает, что пергидроксил-ион в боль-
шей степени облегчает разрыв связи Р—X. Этот ион
будет содействовать стабилизации переходного состоя-
ния путем образования водородной связи между пер-
гидроксил-ионом и кислородом группы Р = О [15]. Спо-
собность группы Р = О образовывать водородную связь
уже была установлена при инфракрасном спектроско-
пическом исследовании ассоциации между зарином и
фенолом [19]. Можно предположить и образование во-
дородной связи между пергидроксил-ионом и группой
X [25]. Однако данные инфракрасных спектров, а также
возможность линейного размещения трех атомов
—О—Р—X в переходном комплексе противоречат
последней гипотезе.
РЕАКЦИИ с ФЕНОЛАМИ
На основании изучения реакций ДФФ, табуна и за-
рина с фенолом и многоатомными фенолами было сде-
лано заключение, что фенолы реагируют в ионизирован-
ной форме, давая монофосфорилированные производные
[26]. Далее, было найдено, что о-диоксипроизводные,
такие, как пирогаллол и адреналин, намного более
активны, чем фенол, резорцин и гидрохинон, и что про-
тонизация второго водорода о-диоксипроизводных пол-
ностью лишает эти соединения их активности. На осно-
вании этих данных можно считать, что такая реакция
представляет собой замещение и что «монопротони-
зированная» молекула в переходном комплексе играет
важную роль, сходную с ролью пергидроксил-
аниона.
РЕАКЦИИ с ГИДРОКСИЛАМИНОМ И ЕГО ПРОИЗВОДНЫМИ
В поисках активных веществ, способных быстро
реагировать с токсичными фосфорорганическими веще-
ствами, большое место заняли гидроксиламин, его N-за-
мещенные, оксимы и гидроксамовые кислоты. Взаимо-
действие ДФФ, зарина и табуна с гидроксиламином
было изучецо Яндорфом [38]. На основании результатов
304 А. Синтезы и свойства холиновых производных
исследования для этих реакций была предложена сле-
дующая схема:
Rix z/O Ri\ 7/о
>Pf 4- NH2OH —► )Р" + НХ
r/ хх r/ xonh2
Rk /zo
>p< +N2 + NH3 + 2H2O
r/ xoh
Здесь скорость реакции определяется первой стадией.
Взаимодействие фосфорорганических веществ с окси-
мами было исследовано Грином с сотрудниками [27], ко-
торые нашли, что наиболее активны монооксимы а-дике-
тонов. Было найдено, что скорость реакции пропор-
циональна концентрации аниона оксима. По этой
причине первая стадия реакции,, определяющая ско-
рость, включает нуклеофильную атаку оксим-анионом.
Разложение образовавшегося продукта происходит
очень быстро. Взаимодействие можно представить сле-
дующей схемой:
Ru Z/O Ri. Z/O
>Pf + R—С—C—R'—> >Р^ -j-Х"
R/ Xx II II R/ xo—n о
О N—О” II II
R'—C—G—R
|-OH-
Ri\ z»O
>P<f + RCOO- + R'CN + H+
R/ xO~
Реакции фосфорорганических соединений с гидрокса-
мовыми кислотами были изучены Хакли с сотрудниками
[39]. Детальное изучение этих реакций показало, что
активность гидроксамовых кислот может быть припш
сзнз их анионам и что эта реакция включает перегруп-
Другие реакции с нуклеофильными реагентами
305
пировку Лоссеня [40].
R14 ,.Q R14 /.О о
R—С—NHO~ + >Pf •—> >Pf || 4-Х-
|| r/ хХ R/ 'OHN—с—r
Rk z/O
R—NCO -j-
R2Z XO“
г R—N—С—О—N Н—С—R-1
+ОН-
rRi\PZ
r2/ xon—c—r
II
L о
Первая, медленная, стадия, определяющая скорость
всего процесса, приводит к образованию очень неустой-
чивой фосфорилированной гидроксамовой кислоты.
Высокая реакционная способность гидроксамовых
кислот обусловлена таутомерной формой аниона, кото-
рая должна стабилизировать переходное состояние
[40, 41]:
Однако Грин с сотрудниками нашли, что N-оксифтал-
имид, который не может иметь таутомерной формы, ре-
агирует с зарином лишь немного медленнее [27]. Этот
результат находится в противоречии с теорией, припи-
сывающей высокую активность таутомеру — гидрокса-
мовой кислоте.
Оксимы и гидроксамовые кислоты вызывают большой
интерес благодаря их способности реактивировать хо-
линэстеразу, ингибированную фосфорорганическими
соединениями [50]. Исходя из того, что оксимы были
испытаны как хемотерапевтические агенты при отравле-
нии «нервными газами» и инсектицидами, недавно
306 А. Синтезы и свойства холиновых производных
был синтезирован 1-метилпиридиний-2-альдоксимйодиД
(ПАМ), который можно применять как таковой [42] или
в смеси с атропином [43].
Факторы, воздействующие на скорость
реакции
Ларсон считает, что все приведенные выше реакции
можно рассматривать как одностадийные реакции заме-
щения, включающие нуклеофильную атаку определен-
ным реагентом атома фосфора (механизм SN2), что мо-
жет быть изображено схемой
Скорость такой реакции в принципе определяется при-
тяжением между молекулами реагентов, прочностью
связи Р—X и пространственными эффектами. Помимо
характера нуклеофильного реагента, притяжение между
молекулами реагентов зависит от электронной плотно-
сти атома фосфора, которая в свою очередь опреде-
ляется распределением электронной плотности в заме-
стителях. Таким образом, реакционная способность фос-
форорганических соединений определяется простран-
ственным положением заместителей, электронной плот-
ностью атома фосфора и прочностью связи Р—X, на ко-
торую также воздействуют заместители.
Электронное влияние заместителей на реакционную
способность будет обсуждено главным образом с точки
зрения их индуктивных и мезомерных эффектов [44].
ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ ФОСФОРОРГАНИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ
НА СКОРОСТЬ РЕАКЦИИ
При взаимодействии фосфорорганического соедине-
ния с нуклеофильным реагентом при любом изменении
(структуры) заместителя, приводящем к понижению
электронной плотности атома фосфора, следует ожи-
Факторы, ёозёействующйё нй скорость реакции
30?
дать увеличения притяжения между реагентами и как
результат этого — увеличения скорости реакции. На
основании данных щелочного гидролиза многих фосфор-
органических соединений представляется возможным
качественно определить, как влияют на скорость реак-
ции изменения электронной плотности при переходе от
одного заместителя к другому [11, 13]. Следует ожидать,
что электронная плотность атома фосфора определен-
ным образом будет воздействовать на распределение
электронной плотности связи Р = О, что должно ска-
заться на способности фосфорорганического соединения
к ассоциации, например, с фенолом. Данные спектро-
скопических исследований указанной ассоциации для
многих фосфорорганических соединений в основном
подтверждают результаты кинетических исследований и
выводы, сделанные на основе этих результатов.
При переходе от метильной к изопропильной группе
возрастает положительный индуктивный эффект, в ре-
зультате чего понижается скорость реакции. Это пони-
жение особенно заметно, если алкил непосредственно
связан с фосфором, а малые величины энтропийных
факторов гидролиза этих соединений указывают на бо-
лее «ограниченное» переходное состояние, что обуслов-
лено пространственными затруднениями.
Спектроскопические исследования показали, что
в алкоксильной группе, связанной с атомом фосфора,
отрицательный индуктивный эффект превалирует над
положительным мезомерным эффектом, благодаря чему
следует ожидать, что скорость реакции алкоксипроиз-
водных могла бы быть больше скорости реакции соот-
ветствующих алкильных производных. Однако это пред-
положение не соответствует кинетическим данным, и
низкую реакционную способность алкоксипроизводных
следует приписать пространственным влияниям и повы-
шенной прочности связи Р—X. Замещение атома водо-
рода в алкоксильной группе на электроноакцепторную
группу или атом, например бром или триметиламмо-
ниевую группу, увеличивает отрицательный индуктив-
ный эффект и соответственно ускоряет реакцию.
Скорость гидролиза диметиламиноэтоксиметилфосфо-
рилфторида так велика, что ее не удается измерить.
20*
308 А. Синтезы U свойства холиновых производных
Крайне высокая реакционная способность этого соеди-
нения абсолютно не соответствует малому отрицатель-
ному индуктивному эффекту аминогруппы. Известно, что
это вещество в жидком состоянии самопроизвольно изо-
меризуется в гетероциклическое соединение [2, 45]. Воз-
можно, что в полярных растворителях, таких, как вода,
эта реакция имеет каталитический характер, как, напри-
мер, в случае метилди- (p-хлорэтил) -амина, но вместо
изомеризации здесь идет гидролиз как результат взаимо-
действия с молекулами воды, и именно это может слу-
жить объяснением высокой реакционной способности
указанного выше соединения. Однако эта реакция про-
текает очень быстро и в нейтральных и даже в слабо-
кислых растворах, в которых аминогруппа в основном
ионизирована. Этот факт находится в противоречии
с изложенным выше механизмом гидролиза, но подтвер-
ждает гипотезу, объясняющую высокую реакционную
способность как результат взаимодействия в виде иона,
как это имеет место в случае карбоксильных аналогов
[46]. Следует подчеркнуть, что даже очень большой отри-
цательный индуктивный эффект аммониевого иона сам
по себе не может быть причиной столь высокой скорости
реакции. Однако вполне возможно, что образование во-
дородной связи может облегчать атаку ионом гидро-
ксила или молекулой воды. Допущение образования
внутримолекулярной водородной связи находит подтвер-
ждение в примерах образования таких связей в анало-
гичных соединениях:
+ /СН3
_,Н—N/
гн сС I СН3
3\р^ СН2 (10)
?/ ХО—СН2/
Переход от фосфорильной к тиофосфорильной группе
сопровождается понижением реакционной способности,
что можно было бы ожидать, исходя из меньших отри-
цательных мезомерного и индуктивного эффектов. При
замене алкилтиогруппы алкоксигруппой следует ожи-
Факторы, воздействующие на скорость реакции 309
дать уменьшения отрицательного индуктивного эффекта
и, как результат этого, уменьшения скорости реакций.
Полученные результаты находятся в противоречии
с этим выводом, а неожиданно высокую реакционную
способность, по мнению Ларсона, можно объяснить лег-,
кой поляризуемостью атома серы.
Обнаружено, что в диалкиламиногруппе, связанной
с атомом фосфора, положительный мезомерный эффект
превалирует над отрицательным индуктивным эффек-
том, что находит подтверждение в высокой гидролитиче-
ской устойчивости этих соединений. Низкая энтропия
активации гидролиза бнс-диметиламидопроизводных, та-
ких, как даймфокс, указывает на значительные про-
странственные затруднения, создаваемые метильными
группами.
В случае щелочного гидролиза реакция заканчи-
вается отщеплением основного остатка, что вполне со-
гласуется с сильными положительными мезомерным и
индуктивным эффектами О~-группы.
Приведенные примеры показывают, что влияние за-
местителей на реакционную способность фосфороргани-
ческого соединения теоретически объяснимо и что отно-
сительные скорости реакций могут быть качественно
предсказаны для аналогичных реакций. Попытки полу-
количественной оценки влияния электронных эффектов
различных заместителей на скорости реакций сделаны
на основе теорий Кирквуда и Уэстгеймера [47] и привели
к довольно хорошему совпадению рассчитанных и
измеренных констант скорости [11]. По-видимому, разли-
чия между расчетными и экспериментальными величи-
нами обусловлены, с одной стороны, допущениями в рас-
четах, а с другой — влиянием заместителей на прочность
связи фтор — фосфор.
ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРЫ НУКЛЕОФИЛЬНОГО РЕАГЕНТА
НА СКОРОСТЬ РЕАКЦИИ
Влияние основности нуклеофильного реагента на вза-
имодействие между веществами иллюстрируется срав-
нением констант скорости реакции и констант диссоциа-
310 А. Синтезы и свойства холиновых производный
ции катехинов, оксимов и гидроксамовых кислот (см.
табл. 4). По-видимому, в пределах каждой группы со-
единений справедливо уравнение Бренстеда
где Ga- и р—константы, характеризующие реакцию.
Это показывает, что основность реагентов суще-
ственно влияет на их реакционную способность. В рам-
ках одной серии реагентов, где действует зависимость
Бренстеда, можно предсказать, что максимум скорости
реакции при данном pH будет достигаться в случае
реагента, константа диссоциации которого равна
PH+lg-rly.
В ряде случаев пока еще не ясно, что именно обу-
словливает особенно высокую реакционную способность
некоторых реагентов по сравнению хотя бы с фенокси-
ионом и ионом гидроксила. В некоторых реакциях, на-
пример с перекисью водорода или-катехинами, неожи-
данно высокую реакционную способность можно объяс-
нить образованием стабильной водородной связи в пере-
ходном состоянии и как результат этого — снижением
энергии активации. В других реакциях высокую нуклео-
фильную активность реагента можно объяснить боль-
шей стабилизацией активного комплекса по сравнению
исходными реагентами.
ВЛИЯНИЕ структуры основного остатка
НА СКОРОСТЬ РЕАКЦИИ
Можно предполагать, что при замене одного заме-
стителя при атоме фосфора на другой заместитель, по-
нижающий электронную плотность атома фосфора, по-
лярность связи Р—X будет увеличиваться, а следова-
тельно, увеличится и прочность этой связи. Именно это
и является одной из причин отклонений рассчитанных
величин от найденных экспериментально путем полуко-
личественного учета влияний заместителей на скорость
Факторы, воздействующие на скорость реакции
311
реакции, причем во внимание принимается только при-
тяжение между реагентами [11]. Было обнаружено, что
частоты поглощения связи Р—F изменяются при изме-
нении заместителя, и на основании этого предположили,
Рис. 1. Кривые потенциальных энергий гидролиза
двух близких фторфосфорных соединений, показываю-
щие зависимость между частотой связи и энергией
активации.
что изменения частот в некоторой степени отражают из-
менения прочности связи Р—F [19]. Это можно ил-
люстрировать кривыми потенциальной энергии гидро-
лиза двух очень близких фосфорорганических соедине-
ний (рис. 1). Эти кривые получены наложением кривых
энергий связи Р—F и Р—ОН как функций межъядер-
ных расстояний с использованием уравнения Морзе [48]
f = D[e~2a ('“''о) —
где D—теплота диссоциации, Го — равновесное меж-
атомное расстояние в нормальной молекуле, а —
= ucv (ту)/ = ОД 227v \ где v — вибрационная частота,
D выражено в см~\ р — приведенная масса. Эти кривые
имеют качественный характер; они построены на допу-
312 А. Синтезы и свойства холиновых производных
щении, что и теплота диссоциации [49], и теплота реак-
ции [19] для этих соединений равны и что различиями
в их нулевых энергиях (’Mv) и в энергиях резонанса
можно пренебречь.
Из рис. 1 следует, что если vi > v2, то большей энер-
гии активации Е\ будет соответствовать соединение
с большей частотой связи Р—F; кроме того, можно, пред-
видеть, что кривая частоты связи Р—ОН, которая на
рис. 1 принята одинаковой для обоих продуктов реак-
ции, будет параллельна кривой частоты связи Р—F и
таким образом будет иметь место дальнейшее измене-
ние энергии активации в том же направлении, что и
частоты связи Р—F.
При переходе основного остатка от фтора к менее
электроотрицательному хлору следует ожидать увели-
чения электронной плотности атома фосфора, а следо-
вательно, уменьшения притяжения между реагентами.
Однако опыт показывает, что скорость щелочного, гидро-
лиза хлористого аналога зарина в 5-103 раз больше ско-
рости гидролиза самого зарина [12]. Высокая реакцион-
ная способность хлористого аналога, по-видимому, обу-
словлена уменьшением энергии активации гидролиза, что
подтверждается понижением энергии связи (£р_р =
= 120 ккал/моль, = 80 ккал/моль) [49] повы-
шением теплового эффекта реакции (для фторпро-
изводного 29,1 Якал/.мо ль, для хлорпроизводного
37,2 ккал/моль) [18].
Взаимосвязь между скоростью реакции и основно-
стью замещаемой группы, по-видимому, должна быть
противоположна той, которая имеет место для скорости
реакции с участием нуклеофильного реагента, а именно:
чем сильнее образующееся основание, тем меньше ско-
рость реакции (см. табл. 3). Исключением является
циангруппа в табуне, который должен бы быть более
устойчивым к гидролизу; высокую реакционную способ-
ность этого соединения следует объяснить легкой поля-
ризуемостью циангруппы. В принципе это можно исполь-
зовать для предсказания влияний основного остатка на
реакционную способность фосфорорганического соеди-
нения.
Литература
315
ЛИТЕРАТУРА
1. G о s h R., N ewm a n J. Е., Chem. Ind., 1955, 118.
2. Tammelin L. E., Acta Chem. Scand., 11, 859, 1738 (1957).
3. Fukuto T, R., Stafford E. M., J. Am. Chem. Soc., 79, 6083
(1957).
4. Michalsky J., Wieczorkowsky J., Bull. Acad. Polon Sci.,
Classe III, 4, 279 (1956).
5. Wh i 11 a ke г V. P., Experientia, 7, 217 (1951).
6. Whittaker V. P., Wiejsunder a, Biochem. J., 51, 348 (1952).
7. Gardiner I. E., W h i 11 а к e г V. P., Biochem. J., 58, 24 (1954).
8. Muhlmann R., Schrader G., Z. Naturforsch., 12b, 196
(1957).
9. Larsson L., Acta Chem. Scand., 6, 1470 (1952).
10. L a r s s о n L., Acta Chem. Scand., 7, 306 (1953).
11. L a r s s о n L., Acta Chem. Scand., 11, 1131 (1957).
12. Larsson L., Acta Chem. Scand., 12, 303 (1958).
13. L a r s s о n L., Acta Chem. Scand., 12, 783 (1958).
14. Epstein L, J. Org. Chem., 21, 796 (1956).
15. Larsson L., Acta Chem. Scand., 12, 723 (1958).
16. Larsson L., Swensk Kem. Tidskr., 68, 521 (1956).
17. Larsson L., Acta Chem. Scand., 12, 1226 (1958).
18. Larsson L., Arkiv Kemi., 13, 146 (1958).
19. L a r s s о n L., Arkiv Kemi., 13, 259 (1958).
20. Hudson R. F., Ke ay L., J. Chem. Soc. (London), 1956, 3269.
21. Heath D. F., J. Chem. Soc. (London), 1956, 3796, 3804.
22. Lor di N. G., Epstein J., J. Am. Chem. Soc., 80, 509 (1958).
23. M a r s h D. J., Neale E., Chem. a. Ind. (London), 494 (1956).
24. Gehauf B., et al., Anal. Chem., 29, 278 (1957).
25. E p s t e i n L, et al., J. Am. Chem. Soc. 78, 4068 (1956).
26. Epstein L, et al., J. Am. Chem. Soc., 78, 341 (1956).
27. Green A. L., et al., J. Chem. Joe. (London), 1958, 1583.
28. Dostrowsky L, Ha Iman, J. Chem. Soc. (London), 1953,
502—516.
29. Vernon C. A., Phosphoric esters and related Compounds, The
Chemical Society. Special publication, № 8, London, 1957, p. 17.
30. Edwards J. O., J. Am. Chem. Soc., 76, 1540 (1954).
31. Augustinson К. B., Acta Chem. Scand., 12, 1286 (1958).
32. Stirling C. J. M., J. Chem. Soc. (London), 1957, 3597.
33. Hudson R. F., Harper D. C., J. Chem. Soc. (London), 1958,
1356.
314
А. (Синтезы и свойства холйновых производный
34. Wagner-Jauregg Т., et al., J. Am. Chem. Soc., 77, 922
(1955).
35. С о u r t n e у R. C., et al., J. Am. Chem. Soc., 79, 3030 (1957).
36. Fowkes F. M., et al., J. Chem. Phys., 62, 867 (1958).
37. Tammelin L. E., Arkiv Kemi., 12, 287 (1958).
38. Jandorf В. I., J. Am. Chem. Soc., 78, 3686 (1956).
39. Hack ley, at all., J. Am. Chem. Soc., 77, 3651 (1955).
40. S w 1 d 1 e r R., Steinberg G. M., J. Am. Chem. Soc., 78, 3594
(1956).
41. S t о 1 b e r g M„ A„ Mosher W. A., J. Am. Chem. Soc., 79, 2618
(1958). '
42. Namba T., Hiraki K., J. Am. Med. Ass., 166, 1834 (1958).
43. La del I W. S. S„ Brit. J. Med., 141 (1958).
44. И н г о л ь д К- К., Механизм реакций и строение органических
соединений, Издатинлит, Москва (1959).
45. Larsson L., Acta Chem. Scand., 12, 587 (1958).
46. Hansen В., Acta Chem. Scand., 12, 324 (1958).
47. Kirkwood J. G., W e s t h e i m e r F. H., J. Chem. Phys., 6, 506
(1938).
48. Morse P. M., Phys. Rev., 34, 57 (1929).
49. Neale E., at all., J. Chem. Soc. (London), 1956, 422.
50. С т e n а н с к и й Г. А., Фармакология и токсикология, № 2
(195$.
51. Larsson L., Svensk Kem. Tidskr. 70, 10 (1958).
52. Tammelin L. E., Svensk Kem. Tidskr., 70, 10 (1958).
53. Metcalf R. L., Stafford E. M., F u k u t о T. R., M a r c h R. B.,
J. Econ. Entomol., 50, 2, 205 (1957); Fukuto T. R., Met-
calf R. L., J. Am. Chem. Soc., 76, № 20, 5103 (1954);
Toy A. D. F., McDonald G. А., пат. США 2715136,
9/VIII 1955.
Б. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ БИОХИМИЧЕСКОГО
МЕХАНИЗМА И ТОКСИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИХ ИНГИБИТОРОВ
ХОЛИНЭСТЕРАЗ
Н, Лошадкин
За последние годы вопросам биохимического меха-
низма и токсического действия фосфорорганических ин-
гибиторов холинэстераз посвящено огромное количество
обзорных и экспериментальных работ. Интерес к этим
соединениям обусловлен их большим общенаучным и
народнохозяйственным значением [1]. Синтезированные
в качестве инсектицидов и отравляющих веществ [2—8]
фосфорорганические антихолинэстеразные соединения
способствовали дальнейшему бурному развитию многих
областей ферментологии, в частности изучению про-
блемы механизма эстеразной активности [9—19], позна-
нию некоторых важнейших сторон нервной деятельности
[20—22]. Многие из этих соединений и сейчас широко
используются в сельском хозяйстве в качестве инсекти-
цидов [23—25], поэтому большой интерес представляет
проблема избирательной токсичности этих соединений
[26]. Некоторые фосфорорганические соединения в на-
стоящее время с успехом используются в медицине [27].
В настоящем обзоре рассматриваются вопросы био-
химического механизма и токсического действия фос-
форилхолинов, фторфосфорилхолинов, диалкил-Ы-амино-
этилтиолофосфатов и других подобных соединений; рас-
сматривается действие этих веществ, а также других
ингибиторов холинэстераз на холинореактивные си-
стемы,- вопросы проницаемости фосфорорганических
антихолинэстеразных соединений через защитные фи-
зиологические барьеры и ферментативная детоксикация
их в организме.
Действие подобных соединений на ооганизм в основ-
ном обусловлено их антихолинэстеразной активностью,
и поэтому естественно, что в обзоре уделяется особое
316 Б. Биохимический механизм и токсическое действие
внимание большой и важной проблеме строения актив-
ных центров эстераз.
Успехи, достигнутые в изучении строения активных
центров эстераз, представляют собой лишь незначитель-
ную часть бурноразвивающейся за последние годы
науки о молекулярной биологии. Эта относительно но-
вая наука базируется на достижениях химии, физики,
биохимии, генетики и других смежных областей наук и
значительно расширяет наши представления о химиче-
ской и физической природе многих жизненно важных
биологических процессов [148—162, 414—416, 422].
I. Строение активных центров эстераз
Эстеразной активностью, помимо классических эсте-
раз, обладают многие протеолитические ферменты. В на-
стоящее время подробно изучена эстеразная активность
холинэстераз, алиэстераз, химотрипсина, трипсина
и других ферментов. Эти ферменты имеют молекулярный
вес от 25 000 до 1 млн., и многие из них, за исключе-
нием холинэстераз, выделены в кристаллическом виде.
Вследствие того что до сих пор холинэстеразы не были
выделены и получены в кристаллическом виде, многие
важнейшие общие положения о строении их активных
центров базируются на экспериментальных исследова-
ниях с высокоочищенными химотрипсином и трипсином.
В то же время накапливается все больше фактов, пока-
зывающих, что ингибирование холинэстеразы и химо-
трипсина существенно отлично [16]. Однако это обстоя-
тельство не должно умалять тех принципиальных
общих выводов о строении активных центров эстераз,
которые были сделаны в последние годы.
В ранних работах с химотрипсином было показано
[28, 29], что ферментативная активность этого фермента
не связана с наличием простетической группы. Из работ
Уилсона, Кебиба [30], Грина, Нейрата и др. [31, 32] сле-
дует, что хотя некоторые ионы металлов (Са2+, Мп2+,
Mg2+ и др.) стабилизируют активную форму трипсина,
хэднако крайне маловероятно, чтобы эти металлы уча-
I. Строение активных центров эстераз
317
ствовали в образовании простетических групп эстераз
[9, 301. Поэтому в настоящее время эстеразные ферментьр
относятся к простым ферментам, активность которых
обусловлена наличием определенной последовательности
аминокислот в полипептидной цепи активных центров.
Количество активных центров в ферментах, обладаю-
щих эстеразной активностью, различно. Так, например,
на основании работ Янсена и Болса [33] можно полагать,
что молекулы химотрипсина и трипсина имеют по од-
ному активному центру, в то время как в холинэстера-
зах возможно от 20 до 100 активных центров [351.
I. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИССЛЕДОВАНИЙ
Наибольшие успехи в изучении строения активных
центров эстераз были достигнуты благодаря исследо-
ваниям в следующих направлениях:
а) изучение реакций между ферментами и химиче-
скими реагентами, взаимодействующими с определен-
ными группировками;
б) использование меченых ингибиторов для изучения
последовательности аминокислот в активных центрах
эстераз;
в) изучение влияния pH на ферментативную актив-
ность и определение констант диссоциации, а также
термодинамических характеристик функциональных
групп, входящих в активные центры эстераз;
г) кинетические исследования промежуточных фер-
мент-субстратных комплексов;
д) применение различных ингибиторов;
е) изучение модельных реакций.
Естественно, что все эти отдельные исследования
могут дать в какой-то мере полное представление
о строении активных центров эстераз лишь при ком-
плексном изучении всей проблемы в целом. В настоя-
щем обзоре будут рассмотрены некоторые наиболее
важные результаты тех исследований, которые проводи-
лись в указанных направлениях.
318 Б. Биохимический механизм и токсическое действие
а) Изучение реакций между ферментами и химическими
реагентами, взаимодействующими с определенными
группировками
Сущность подобных экспериментов сводится к изуче-
нию изменения ферментативной активности фермента
при взаимодействии его с каким-либо реагентом,
который «специфично» взаимодействует с опреде-
ленными группировками. Этот метод, по-видимому,
не следует рассматривать как достаточно специфичный
и надежный, так как при наличии в ферменте многих
других реакционноспособных групп трудно точно опре-
делить, с какими именно группами имело место взаимо-
действие. Инактивация фермента может также происхо-
дить в результате взаимодействия с теми группами, ко-
торые непосредственно не входят в активный участок,
хотя при этом может нарушаться строго специфичная
трехмерная структура белковой молекулы с потерей
ферментативной активности. Тем не менее подобные
исследования, по-видимому, могут дать некоторые кос-
венные указания о строении активных центров.
В 1953 г. Макворд [36] с достаточной убедитель-
ностью показал, что в состав активных центров холин-
эстераз не входят сульфгидрильные группы.
Сайзер [37], изучая реакцию химотрипсина с азоти-
стой кислотой и кетонами, предположил, что для актив-
ности химотрипсина необходима оксигруппа тирозина.
Однако позже было показано, что окисление тирозина
в химотрипсине ферментом тирозиназой не влияет на
активность химотрипсина [38]. Тем не менее вопрос об
участии тирозина в активном центре эстераз следует
считать в настоящее время открытым [72, 412, 417], о чем
будет еще упомянуто ниже.
В ряде работ [39—41] изучалась реакция 2, 4-динитро-
фторбензола (ДНФБ) с химотрипсином. При этом, как
предполагали авторы, происходит взаимодействие
ДНФБ с имидазольным кольцом одного из двух гисти-
диновых остатков химотрипсина. Действительно, Витта-
кер и Дндорф [41] показали, что в мягких условиях на-
блюдается уменьшение активности химотрипсина про-
1. Строение активных центров эстераз
319
порционально степени реакции ДНФБ с гистидином
активного участка фермента.
Хартли и Мэсси [42] использовали другой специ-
фический реагент— 1-диметиламинонафтил-5-сульфонил-
хлорид, который ингибирует химотрипсин, взаимодей-
ствуя с ним в эквимолярных соотношениях. При этом,
по мнению авторов, также имеет место взаимодействие
с гистидином, хотя этот вопрос еще окончательно не
решен.
Яндорф и другие исследователи [43,44] изучали фото-
окисление химотрипсина в присутствии метиленового
голубого. При этой реакции, как полагают, специфично
инактивируется имидазольное кольцо гистидина и индоль-
ное кольцо триптофана. Авторы показали, что инакти-
вация гистидина и трех остатков триптофана в химо-
трипсине полностью лишает фермент эстеразных свойств
и уничтожает его способность реагировать с ФОБ. К со-
жалению, в настоящее время пока еще не предста-
вляется возможным сделать окончательные выводы
о специфичности этой реакции. Здесь уместно, однако,
отметить, что в свое время Вуд и Боле [45] нашли, что
после обработки химотрипсина пероксидазой, которая
вызывает инактивацию триптофана, некоторые важней-
шие свойства фермента сохранялись.
Подводя итог сказанному, следует признать, что изу-
чение реакций ферментов с ДНФБ и 1-диметиламино-
нафтил-5-сульфонилхлоридом, а также результаты опы-
тов по фотоокислению пока не внесли окончательной
ясности в вопрос о строении активных центров эстераз,
хотя, по-видимому, эти эксперименты указывают на воз-
можность участия гистидина в ферментативном катализе. б) * * * * * * *
б) Использование меченых ингибиторов для изучения
последовательности аминокислот в активных центрах
эстераз
Эксперименты, относящиеся к этой группе, в основ-
ном проводились с фосфорорганическими ингибиторами
эстераз, содержащими радиоактивный Р32 и С14.
Сущность исследований заключалась в изучении амино-
кислотной последовательности в полипептидных цепях
32б Б. Биохимический механизм и токсическое действий
после кислотного и ферментативного гидролиза фос-
форилированных ферментов.
Первая работа подобного рода была выполнена
Шеффером и сотрудниками [46] с химотрипсином на
примере взаимодействия с ДФФ, содержащим Р32. В ре-
зультате гидролиза фосфорилированного фермента ки-
пящей соляной кислотой был выделен серинфосфат. Но
так как условия кислотного гидролиза являются до-
вольно жесткими, было высказано предположение,
что выделение серинфосфата является артефактом.
Это предположение подтвердилось экспериментально,
и было показано, что в кислой среде действительно
возможна миграция диизопропилфосфорильной группы
с аминогруппы на оксигруппу серина [47].
В дальнейшем наряду с кислотным гидролизом ис-
пользовался ферментативный гидролиз фосфорилиро-
ванных ферментов. Но и в этих условиях также был
выделен фосфорилсерин. Некоторые результаты этих
исследований приведены в табл. 1.
Как видно из табл. 1, во всех без исключения слу-
чаях был выделен фосфорилированный серин. И только
по данным одной работы в состав пептида, содержащего
радиоактивный фосфор, входил остаток гистидина. По-
добного рода эксперименты позволили также изучить
аминокислотную последовательность полипептида в ак-
тивном центре химотрипсина [48, 50, 52, 58—60], три-
псина [48, 49, 51, 52, 55, 56, 61], алиэстеразы печени [48,
62], холинэстеразы [57], фосфоглюкомутазы [64]. Эта
последовательность аминокислот полипептида, в кото-
ром находится активный центр эстераз, может быть вы-
ражена следующей структурой:
— Глицил---— Аспарагил —---Серил------Г лицил —
(—Глютамил—) (—Аланил—)
Наличие аспарагина или глютамина, а также, глицина
или аланила в активных центрах эстераз является аль-
тернативным. Из большого числа работ видно, что по*
следовательность аминокислот вблизи активных центров
для многих эстераз является довольно общей, и, по-ви-
димому, оксигруппа серина является той нуклеофильной
Примечание. Знак 4- означает, что в этих работах точно не указано, какое количество аминокислотных остатков
было выделено.
322 Б. Биохимический механизм и токсическое действие
группой активных центров эстераз, в которую оказы-
вается включенным остаток кислоты при ацилировании
фермента.
в) Изучение констант диссоциации и термодинамических
характеристик функциональных групп, входящих
в активные центры эстераз
Хорошо известно, что активность почти всех фермен-
тов зависит от pH среды, и каждый фермент Имеет свой-
ственный ему «оптимум pH» [65].
pH среды может воздействовать на ферменты путем
изменения ионизации функциональных групп их актив-
ных центров. Симметричный характер колоколообраз-
ных кривых, полученных в зависимости от активности
фермента и pH среды, может быть объяснен наличием
в активном центре фермента одной основной и одной
кислотной групп.
При крайних значениях pH может наблюдаться не-
обратимая денатурация белковой молекулы фермента.
Диксон [66], Лейдлер [19, 67] и Уэли [68] недавно дали
математический анализ этой теории и приложили ее
к расчетам константы ионизации основной и кислотной
групп активных центров эстераз. Вычисленные на основе
экспериментальных данных константы ионизации функ-
циональных групп в активных центрах «истинной» и
«ложной» холинэстераз, химотрипсина и трипсина при-
ведены в табл. 2.
Результаты, приведенные в табл. 2, показывают, что
константы диссоциации всех эстераз колеблются в узком
интервале. Это, по-видимому, указывает на то, что эсте-
разные участки всех ферментов имеют близкое строе-
ние. Величина pKff около 6,5—6,7 указывает на возмож-
ность наличия гг стидина, имидазольное кольцо которого
имеет рКя, равную 6—7 в различных пептидных комби-
нациях [72, 79].
Вторая константа диссоциации порядка 9,3 jpanee
приписывалась а-аминогруппе [80J, однако значение рК
этой группы в пептидах колеблется в интервале 7,1—8,2
[81]. Поэтому в настоящее время кажется вполне ве-
роятным, что эта константа дисооциации соответствует
Таблица 2
КОНСТАНТЫ ИОНИЗАЦИИ ГРУПП В АКТИВНЫХ ЦЕНТРАХ
ЭСТЕРАЗ [9]
Источник рка Литера-
Фермент Субстрат
фермента основная кислотная тура
группа группа
Истинная Электриче- Ацетилхолин . . 6,3 10,4 [69,78]
холинэсте- ский угорь 7,2 10,3 [69,67]
раза Человече- Ацетилхолин . . 6,1 >9а) Г1]
ские
эритроциты
Torpedo Ацетилхолин . . 6,5 9,3 [72]
Torpedo н-Пропиловый
эфир фтораце- тата или хлор-
ацетата . . . 6,2 9,0 [72]
Электриче- Этиловый эфир
ский угорь хлорацетата Этиловый эфир 6,7 9,6 [72]
бромацетата . 6,5 9,0 [72]
Ложная Сыворотка Ацетилхолин . . 5,9 > 9а) [71]
холинэсте- 6,2б) [73,67]
раза 7,7В> —
7 10 [74]
я-Химотри- Сыворотка «-Пропиловый
псин эфир хлораце-
тэта 6,2 9,0 [72]
Метил-р-фенил- пропионат . . Этиловый эфир 7,2б)И 8,0б)г) [75, 67]
N-ацетилфенил- 6,9й) > 9В)
аланина . . . [76]
Этиловый эфир
N-ацетилтрип- тофана .... 6,7б> > 9В) [77]
21*
324 Б. Биохимический механизм и токсическое действие
Продолжение табл. 2
Фермент Источник фермента Субстрат РКа Литера- тура
основная группа кислотная группа
«-Химотри- псин Трипсин Примем а) Подроби Вычисле в) Вычисли г) Экспер вым, п в этой Сыворотка а н ия. о не изучено, но по k3 при ра но по Кт при иментальные кр ээтому предпола области. Этиловый эфир N-ацетилтиро- зина Этиловый эфир N-бензоилар- гинина .... эличпых pH. различных pH. ивые не соответствовал! гается возможность д 6,7б) 6,2б> строго I эугих HOt соретнческ (изирующи [77] [78] ИМ Кри- х групп
п-оксигруппе тирозина (рКа в различных пептидах
9,3—9,8 [72] или, что менее вероятно, е-аминогруппе
лизина (рКа 9,6—10,7) Как будет показано ниже,
анионный участок, по данным Бергмана [80], очевидно,
содержит карбоксильную группу аспарагиновой или.
глютаминовой кислоты. {З-Карбоксильная группа аспа-
рагиновой кислоты в различных пептидах имеет рКа
3,0—4,5, и -f-карбоксильная группа глютаминовой кис-
лоты имеет рКа 4,2—4,5.
Помимо констант ионизации, о природе функцио-
нальных групп активных центров ферментов можно су-
дить и по некоторым термодинамическим характеристи-
кам. Так, например, изменение рК« в зависимости от
температуры связано с теплотой ионизации (—ДН) по-
средством следующего уравнения [15]:
ДН = — А рКв ’’
где АрКа представляет собой разность между рКа, из-
меренными при Т2 и Ti, а 7? — газовая постоянная. Из-
менение теплоты ронизации АН связано с изменением
свободной энергии AF. Разность между АН и AF назы-
I. Строение активных центров эстераз
325
вается обратимой теплотой реакции; последняя позво-
ляет характеризовать изменения энтропии AS. Энтропия
определяется как «мера числа возможных конфигураций
системы, имеющей данную энергию» [65]. Приведенные
в табл. 3 значения AF, АЯ и AS для некоторых амино-
кислот и других соединений связаны между собой урав-
нением;
ДЕ = ЛЯ—TAS.
Как видно из табл. 3, значения ДЯ для карбоксильной и
фенольной групп не превышают 2100 кал/моль, тогда
как для аминогруппы они выше 10 000 кал)моль, а для
имидазола АЯ—-около 7000 кал/моль.
В свете изложенного интересно отметить, что Гут-
фрсунд [78], изучая рКя при различных температурах,
определил теплоту ионизации основной группы трипсина
порядка 7 ркал1молъ, что совпадает с теплотой иониза-
ции имидазола.
Шикуа и Шииоде [71] показали, что теплота иониза-
ции основных групп «истинной» и «ложной» холинэсте-
раз составляет 8,5 и 6,5 ккал'/моль, что также удовле-
творительно совпадает с теплотой ионизации имида-
зольного кольца гистидина.
Однако теплота ионизации основной группы химо-
трипсина при гидролизе этилового эфира N-ацетил-
триптофана [77] составляла 11 ккал]моль, что в боль-
шей степени соответствует первичной аминогруппе, не-
жели имидазольному кольцу гистидина [79].
На основании данных, изложенных в этом разделе,
можно сделать следующий общий вывод: найденные
константы диссоциации функциональных групп актив-
ных центров эстераз, а также результаты термодинами-
ческих исследований указывают на возможность нали-
чия имидазольного кольца гистидина в активных цент-
рах эстераз.
г) Кинетические исследования промежуточных
фермент-субстратных комплексов
Если уравнение Михаэлиса в наиболее простом
и общем виде применить к ферментативному гидролизу
эфиров карбоновых кислот, то оно будет выглядеть
Таблица 3
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ИОНИЗАЦИИ [15]
Соединение Кислотная диссоциация Основная диссоциация
изменение свободной энергии (ДЛ), кал/моль изменение внутренней энергии (ДЯ), киломоль изме- нение энтро- пии (Д5) изменение свободной энергии (А>), кал’моль изменение внутренней энергии (Д&), кал}моль изме- нение энтро- пии (Д5)
Уксусная ки- 6483 —100- —22,1 г
слота . , .
Хлоруксусная 3898 —1150 —18,2
кислота . .
Бензойная ки- 5682 40 —18,9
слота ....
NH4OH . . . 12562 12 400 —0,54
Метиламии . . 14 484 13 092 ^—4 7
Анилин .... 6 265 7105 +2,8
а-Аминомасля-
ная кислота 3116 370 —9,2 13 409 10 750 —9,0
Глицин .... 3304 1100 —7,3 13 328 10 600 —9,2
Аланин .... 3190 750 —8,2 13 455 11 800 —5,6
.Валйн .... 3220 900 —9,1 13 249 10 670 —8,7
Лейцин . . . 3174 390 —9,3 13 283 10880 —8,1
Лизин .... 300 12 800
Гистидин . . . 1200 6 850
9370 (+1)
Аргинин . . . 1050 11 150
12350
Аспарагиновая
кислота . . 1650 12500.
2100
Глютаминовая
кислота . . 1950 11 150
1050
Дийодтирозин 1350. 7330
750 «
1. Строение активных центров эстераз 327
следующим образом:
Е 4- ROAc £“> [Е • ROAc] Е + ROH 4- АсОН,
где Е — фермент, ROAc — эфир карбоновой кислоты
(субстрат), (Е • ROAc] — комплекс фермент — субстрат,
ROH и АсОН — продукты реакции.
Уравнение Михаэлиса — Ментена-:
примет следующий вид:
v = k3 IE] J RO Ac]/(/Q 4- [ROAc]),
где
Km = [E] [ROAc]/[E ROAc] = {k2 4- Wp
и
V=f„ = *3|E|.
Изучение промежуточных комплексов имеет большое
значение для познания физико-химических процессов на
различных стадиях ферментативных реакций. Следует
отметить, что в органической химии для многих катали-
тических реакций также доказано образование неста-
бильных промежуточных комплексов, роль которых про-
является в понижении энергии активации и увеличении
скорости катализируемого процесса. Измерение Кт и /га
при различных pH позволяет сделать некоторые выводы
о механизмах ферментативных реакций, а также полу-
чить некоторое представление о химической структуре
функциональных групп фермента.
В этом отношении большой интерес представляют
работы многих исследователей, изучавших влияние ве-
личины pH на /г.з и Кт при реакциях, катализируемых
эстеразными ферментами. Так, например, в работах
Хаммонда и Гутфреунда [76] изучалось влияние pH на
k3 и Кт при гидролизе этилового эфира ацетил-Б-фенил-
аланина, катализируемом химотрипсином. Наибольший
интерес представляют данные по изменению k3 в зави-
симости от pH. Было показано, что константа скорости
328 Б. Биохимический механизм и i-оксическое действие
катализа k2 зависит от функциональной группы фер-
мента, имеющей константу диссоциации 6,85. При изуче-
нии гидролиза этилового эфира бензоил-Б-аргинина, ка-
тализируемого трипсином, оказалось, что k3 зависит от
степени ионизации группы с рКа =6,25 [78]. Последую-
щие исследования показали, что при гидролизе химо-
трипсином этилового эфира а.цетил-Е-триптофана и аце-
тил-Б-тирозинамида зависит от ионизации одной и той
же группы с рК = 6,7 [77, 81].
Таким образом, эти результаты также указывают на
участие имидазольного кольца гистидина в каталитиче-
ском процессе. Позднее были проведены более деталь-
ные кинетические исследования образования ацетил-
ферментного комплекса. Наибольших успехов в этой об-
ласти удалось достигнуть при изучении ферментатив-
ного гидролиза !/г-нитрофецилацетата.
Хартли и Кильбей [85, 86] изучали реакцию п-нитро-
фенилацетата с химотрипсином и наблюдали быстрое
образование 1 моля /^нитрофенола и ацетилированного
фермента на 1 моль химотрипсина. Эта реакция, по
мнению авторов, протекала в три стадии: '
E-]-S ES ES'4- Р' — -> Е + Р2.
Позднее Гутфреунд и другие исследователи [84, 87,
88] изучали кинетику реакций промежуточных комплек-
сов. Первая стадия, которая включает сорбцию суб-
страта ферментом, как предполагается, имеет константу
скорости (^|), превышающую 106 сект1 • моль~‘. Вторая
стадия, по-видимому, заключается в ацилировании фер-
мента и одновременном выделении n-нитрофенола (Р[)
и имеет константу скорости 3' сек-1. Третья стадия
заключается в выделении ацетата (Р2) и реак-
тивации фермента и имеет константу' скорости
0,0254 сек-1 [87]. При использовании в качестве субстра-
тов' /г-нитрофенил ацетата и 2,4-динитрофенил ацетата
было показано, что k2 и k2 зависят от pH, причем k2
зависит от группы с константой ионизации 6,7, a ks —
от группы с константой Ионизации 7,3 [84] или 7,4 [88]..
Большой интерес представляет изучение выделенного
Болсом и сотрудниками [89—^91] моноацетилйрованного
/. Строение активных центров эстераз
329
химотрипсина, который не обладал ферментативной
активностью, однако очень легко гидролизовался водой
в щелочной среде [92, 93], а также вступал во взаимо-
действие с нуклеофильными реагентами [90, ‘9Г],
в частности со спиртами, образуя эфиры [94]. Боль-
шой интерес представляло изучение вопроса, с какой
функциональной группой связан остаток ацетила
в ацетилированном химотрипсине, поэтому были про-
ведены эксперименты, в которых остаток уксусной
кислоты содержал радиоактивный углерод С14. При по-
следующем разложении ацетил-С’4-химотрипсина оказа-
лось, что ацильная группа была присоединена к гидро-
ксильной группе серина [95]. При спектральном изуче-
нии ацетилхимотрипсина при низких значениях pH не
удалось наблюдать характерного для N-ацетилимид-
азола спектра поглощения [96], что еще раз подтвер-
ждает возможность ацетилирования серина. Диксон и
Нейрат наблюдали быстро изменяющийся спектр при
pH = 8 в момент деацилирования ацетилхимотрипсина,
который, по мнению авторов, мог соответствовать аце-
тилимидазолу [96]. Однако эти данные в дальнейшем
воспроизвести не удалось [88].
Гутфреунд, Диксон, Нейрат и другие исследователи
[92, 93] изучали кинетику гидролиза стабильного ацети-
лированного химотрипсина и показали, что с повыше-
нием pH гидролиз ускорялся. По мнению авторов, это
согласуется с представлениями о том, что деацетилиро-
вание катализируется имидазолом в форме основания.
При использовании в качестве субстрата химотрип-
сина о-нитрофенил-транс-р-фенилакрилата также не
удалось наблюдать образования ацилимидазольного
комплекса и полученные данные указывают на то, что
при образовании промежуточного комплекса транс-,37фе-
нилакрилат—химотрипсин происходит ацилирование
оксигруппы серина [97].
Вышеизложенные данные позволяют сделать следую-
щие выводы. Сущность ферментативного катализа реак
ции производных карбоновых кислот с нуклеофильными
реагентами заключается в переносе остатка ацетила на
нуклеофильный реагент (в случае гидролиза — на воду).
с>ти реакции возможны благодаря ооразованию
330 Б. Биохимический механизм и токсическое действие
промежуточных ацетил-ферментных комплексов, суще-
ствование которых в настоящее время достаточно убе-
дительно доказано. При разложении ацетилхимотрип-
сина, выделенного в устойчивом состоянии, остаток
ацетила был присоединен к оксигруппе серина. Кинети-
ческими исследованиями показано, что деацетилирова-
ние катализируется имидазольным кольцом гистидина.
Вопрос о том, какое участие принимает имидазол в про-
цессе ацетилирования фермента, на основании только
вышеизложенных работ окончательно не может быть
решен.
Как видно из результатов кинетических исследова-
ний, образование ацетил-ферментных комплексов свя-
зано с отщеплением остатка спирта и одновременным
образованием ковалентной связи между ацетилом и
нуклеофильной группой эстераз. В работах ряда иссле-
дователей сравнивались энергия активации фермента-
тивного гидролиза и энергия активации щелочного гид-
ролиза производных карбоновых кислот. Было показано
[98], что энергия активации гидролиза ацетилхолина
холинэстеразой эритроцитов и сыворотки равняется 3,7 и
7,7 ккал)м.оль соответственно. Уильсон и Кебиб [99] по-
казали, что энергия активации гидролиза ацетилхолина
истинной холинэстеразой электрического угря также
равнялась нескольким большим калориям на моль.
Однако энергия активации щелочного гидролиза ацетил-
холина составляет около 12 кк,ал1моль [100]. Тот факт,
что энергия активации ферментативной реакции намного
ниже энергии активации щелочного гидролиза, по мне-
нию Дэвиса и Грина [9], позволяет предполагать, что при
ферментативной реакции имеет место «не только про-
стой нуклеофильный катализ, но и сопряженный с ним
электрофильный катализ, который связан с образова-
нием водородной связи с карбонильной группой
эфиров»:
СН,
I
-> с=о
HN
I +
О—CsH4N (СН3)3
/. Строение активных центров эстераз
331
Этот тип сочетающегося электрофильно-нуклеофильного
катализа, который иногда в иностранной литературе На-
зывается «mlsh-pulb-механизм, может объяснить исклю-
чительно низкую энергию активации ферментативных
процессов. Участвующая в этой реакции гидроксильная
группа может принадлежать серину, хотя изучение кон-
стант диссоциаций показывает, что, по-видимому, это
более кислая гидроксильная группа, близкая, например,
к тирозину. Недавно опубликованные результаты иссле-
дований Розенгарта [412], также свидетельствуют о том,
что в активных центрах эстераз возможно наличие гид-
роксильной группы тирозина.
Представляют значительный интерес исследования
по изучению щелочного и ферментативного гидролиза
фениловых эфиров карбоновых кислот с различными за-
местителями в фенильном кольце. Найденные скорости
щелочного гидролиза хорошо согласуются с рассчитан-
ными по уравнению Гаммета [117]. Это объясняется тем,
что электрофильные заместители в фенильном кольце
оттягивают электроны от карбонильного атома угле-
рода, повышая этим самым легкость нуклеофильной
атаки. Однако при изучении ферментативного катализа
этих соединений эстеразой угря, холинэстеразой яда
кобры и холинэстеразой сыворотки найденные кон-
станты скорости гидролиза не подчинялись линейной за-
висимости Гаммета [102]. Эти результаты допол-
няют вышеописанные исследования и указывают, что
относительные скорости ферментативных реакций опре-
деляются не только простой нуклеофильной атакой, но
и определенным сочетанием «нуклеофильного и электро-
фильного катализа» [101], что является причиной наблю-
давшегося отклонения от уравнения Гаммета.,
д) Ингибирование холинэстераз соединениями,
содержащими четвертичный атом азота
Давно уже было известно, что соединения, содержа-
щие четвертичный атом азота, такие, как прозерин и
ряд других подобных соединений, ингибируют холин-
эстеразы (см., например, обзорные работы Шадурского
[211] и Барлоу [103]). Это привело к предположению, что
332 Б. Биохимический механизм- и токсическое действиё
на активной поверхности холинэстераз имеются отрица-
тельно заряженные группировки, которые были названы
анионными участками,
Уилсон, Бергман, Адамс и другие исследователи
[70, 80, 104—107] изучали природу анионных центров,
роль в ферментативном катализе и их количество в раз-
личных ферментах. Следует отметить, что в эстеразе
печени анионные центры не обнаружены [106], хотя это
не бесспорно [9].
В работах Бергмана [80] изучено ингибирование
истинной и ложной холинэстераз четвертичными ингиби-
торами следующего типа:
(СН3)3 N-(CH2)„~CH3 (где п = 0-8)
при различных pH среды. Автор показал, что как для
истинной, так и для ложной холинэстераз зависимость
pho = f(n) линейна. На основании термодинамических
расчетов Бергман пришел к выводу, что соединение,
у которого п = 0 (тетраметиламмониевый ион) ингиби-
рует истинную холинэстеразу, взаимодействуя с двумя
отрицательно заряженными группировками одновре-
менно, а при ингибировании псевдохолинэстеразы —
с одной группировкой. Из этого можно заключить, что
истинная холинэстераза обладает двумя анионными уча-
стками, а ложная — одним.
Однако многие исследователи не разделяют мнение
Бергмана о том, что положительно заряженная аммо-
ниевая группировка связывается одновременно с про-
тивоположных сторон с двумя анионными участками.
Так, например, в одной из работ Уилсона [107] пока-
зано,-что введение двух м.етильных групп- к атому азота
в 2-оксиэтиламмониевый ион приводит к резкому увели-
чению антихолинэстеразной активности. Однако при
включении третьей метильной группы в это соединение
дальнейшего увеличения антихолинэстеразной актив-
ности не наблюдалось. По мнению Уилсона, это явление
может быть объяснено тем, что фермент вступает в кон-
такт ё анионной группировкой только с одной стороны
молекулы ингибитора.
Представляют интерес работы Бергмана [80] по изу-
чению ингибирующей способности бис-четвертичных
/. Строение активных Центров эстераз 333
аммониевых солей с общей формулой
(СНз)з N—(СН2)П—N (СНз)з (где п = 1 - 12).
При ингибировании этими соединениями ложной холин-
эстеразы было показано, что функция pI50 = f(n) ли-
нейна,-т. е. была найдена такая же закономерность, как
и в ряду соединений с одной четвертичной группиров-
кой. По мнению автора, это свидетельствует о том, что
вторая четвертичная группировка фактически как бы
не участвует в образовании связи с ферментом. При
ингибировании истинной холинэстеразы бис-четвертич-
ными аммониевыми соединениями зависимость pI50=f(и)
не была линейна, а полученная кривая носила S-образ-
ный характер. Причем, при п = 10—11 сродство этих
ингибиторов к ферменту было наиболее высоким и сте-
пень ингибирования истинной холинэстеразы была го-
раздо выше, чем при ингибировании соединениями
с одной четвертичной группой. Бергман полагает, что
бис-четвертичные аммониевые соли при определенном
числе промежуточных атомов одновременно взаимодей-
ствуют с двумя анионными центрами истинной холин-
эстеразы. Таким образом, в работах Бергмана показано,
что и истинная, и ложная холинэстеразы содержат
анионные центры, причем у истинной холинэстеразы
имеется два, а у ложной холинэстеразы — один анион-
ный центр. Наличие двух анионных участков в истин-
ной холинэстеразе, по мнению Бергмана, может объ-
яснить ингибирование истинной холинэстеразы избытком
ацетилхолина: при избытке ацетилхолина молекулы суб-
страта, присоединившиеся к двум анионным центрам
истинной холинэстеразы, затрудняют подход к эстераз-
ному участку [80].
Однако, по мнению других исследователей [9], инги-
бирование истинной холинэстеразы избытком субстрата
объясняется тем, что молекулы ацетилхолина могут
ориентироваться на поверхности фермента так, как по-
казано на рис. 1.
Относительно анионного участка ложной холинэсте-
разы высказывалось много различных предположений.
В частности, Адамс и Виттакер [104], показав, что
334 S. Биохимический механизм и токсическое действие
ложная холинэстераза с достаточно высокой степенью
гидролизует 3,3-диметилбутирилацетат, пришли к вы-
воду, что наличие анионного участка в ложной холин-
эстеразе необязательно. Однако это требует дополни-
тельного изучения [9].
Природа анионных участков истинной и ложной
холинэстераз изучалась путем ингибирования фермен-
тов тетраэтиламмониевым ионом при различных pH [80].
Было отмечено, что активность холинэстераз сильно сни-
жается при pH ниже 6,5—5. На основании полученных
Обычный комплекс
фермент-субстрат
Комплекс фермент-суб-
страт в избытке субст-
рата
Рис. 1.
кривых были вычислены рКа анионного участка истин-
ной холинэстеразы (рК„ = 5,75) и ложной холинэсте-
разы (рКа = 6,2). Такие константы диссоциации по
мнению Бергмана, могут соответствовать только ?-кар-
боксильной группе глютаминовой кислоты (рКа =
= 4,2—4,5) и 0-карбоксильной группе аспарагиновой
кислоты (рК« =3—4,5) [72]. Таким образом, между най-
денными константами диссоциации функциональных
групп анионных центров и константами диссоциации
карбоксильных групп дикарбоновых аминокислот
имеется несоответствие. Однако автор отмечает, что при
низких значениях pH достоверность найденных констант
диссоциации анионных участков практически очень от-
носительна, так как при этих условиях затруднено опре-
деление ферментативной активности вообще [80].
Следует отметить также, что ингибирование четвер-
тичными аммониевыми соединениями не всегда обусло-
I. Строение активных, центров эстераз
335
влено только взаимодействием в анионном участке. Так,
например, прозерин (I) является более сильным ингиби-
тором холинэстераз, чем метоксифенилтриметиламмо-
ниевый ион (II).
Л-0-C-N (СН3)2
V ”
X 0
N+ (СН3)3
QpOH
N+ (СН3)3
II
Это можно объяснить тем, что карбонильная группа про-
верила участвует в образовании водородной связи с фер-
ментом в эстеразном участке [9].
Большой интерес представляет также изучение инги-
биторов, содержащих группы, способные к ионизации.
В работах Уилсона и Бергмана [108] показано, что как
истинная, так и ложная холинэстеразы гидролизуют
диметиламиноэтилацетат (III).
(СН3)2 NCH2CH2OCOCH3 (СН3)2 nch2ch2ococh3
н
Ш IV
Причем в кислой среде гидролиз протекает намного бы-
стрее, чем в щелочной. Это обусловлено тем, что в кис-
лой среде к атому азота, имеющему на внешней орбите
неподеленную пару электронов, более легко присоеди-
няется протон и образующиеся аммониевые соедине-
ния (IV) гидролизуются лучше за счет ориентации на
анионном участке. В работах Уилсона, Бергмана и дру-
гих исследователей [108, 109] было показано, что четвер-
тичные аммониевые соли, а также физостигмин (V)
СНа
---С----СН2
I ।
I I сн2
сн3 сн.
II
о
V
336 Б. Биохимический механизм и токсическое действие
в кислой среде являются более сильными ингибиторами
истинной и ложной холинэстераз. Соединение, содер-
жащее третичный атом азота, в 16 раз слабее ингиби-
рует истинную холинэстеразу, чем четвертичное соеди-
нение.
Таким образом, на основании работ по изучению ин-
гибирования холинэстераз можно сделать вывод, что как
истинная, так и ложная холинэстеразы содержат анион-
ные участки. По-видимому, а состав анионного участка
входит карбоксильная группа глютаминовой или аспа-
рагиновой кислоты. Вопрос о количестве анионных цент-
ров в различных холинэстеразах, в настоящее время
окончательно еще не решен.
е) Изучение модельных реакций ферментативного
гидролиза
Познанию химической природы ферментативных
реакций в активных центрах эстераз во многом способ-
ствует изучение модельных систем ферментативного
гидролиза, а также модельных каталитических реак-
ций нуклеофильных реагентов с производными карбо-
новых кислот. Этим вопросам посвящено в современ-
ной литературе огромное количество работ [ 14, 15,
ПО-—116], среди которых заслуженное место зани-
мает недавно опубликованный обзор Бендера [117],
материалы которого использованы в данном раз-
деле.
Прежде чем перейти к изложению работ по модель-
ным системам ферментативного гидролиза, по-видимому,
целесообразно будет остановиться на некоторых общих
представлениях о реакциях производных карбоновых
кислот с нуклеофильными реагентами, протекающих
с участием катализаторов. Наибольший интерес пред-
ставляют данные об участии в каталитических реак-
циях третичных аминов, таких, как имидазол и пиридин,
которые играют важную роль в «нуклеофильном и об-
щеосновном катализах» *).
') Термины, принятые в обзоре Бендера [117].— Прим. ред.
1. Строение активных центров эстераз 337
Участие аминов
в «нуклеофильном катализе»
В настоящее время реакция ацилирования аминов,
спиртов и фенолов хлорангидридами кислот в растворе
пиридина является общеизвестной. Некоторые предста-
вления о механизме подобного катализа были получены
при изучении следующей реакции:
° ° О
II II .N4 II + /==ч
СН3СОССНз + Y —> CH3CN/ + сн3соо_
—СН3СОО" 4- Н+ + fN
Известно также, что гидролиз ангидрида уксусной кис-
лоты в смеси вода — ацетон сильно ускоряется в при-
сутствии небольших количеств пиридина [118, 119]. Ин-
тересно отметить, что при учете пространственных фак-
торов скорости каталитического гидролиза производных
уксусной кислоты с участием пиридина соответствуют
уравнению Бренстеда [122]. Пиридин катализирует аце-
тилирование о-хлоранилина и этанола ангидридом
уксусной кислоты. По-видимому, реакция протекает ана-
логично вышеописанному уравнению с образованием
промежуточного ацетилпиридиниевого соединения [121].
В дальнейшем даже оказалось возможным выделить
промежуточный ацетилпиридинийхлорид при реакции
хлорангидрида уксусной кислоты и пиридина.
Пиридин и замещенные пиридина также катализи-
руют гидролиз п-ниТрофенилацетата и 2,4-динитрофе-
нилацетата [112, 122]. По-видимому, эти реакции эфи-
ров протекают подобно реакциям ангидридов кислот
с образованием, ацетилпиридиниевого иона. Подобные
реакции наблюдались и с третичными алифатическими
аминами. Так, например, показано, что триметиламин
катализирует гидролиз п-нитрофенилацетата, по-види-
мому, также с образованием промежуточного ацетил-
триметиламмониевого иона [112], Однако наиболее
Таблица 4
ГИДРОЛИЗ «-НИТРОФЕНИЛ АЦЕТАТА, КАТАЛИЗИРУЕМЫЙ
ИМИДАЗОЛОМ®) **
Катализатор ₽к« л!моль-мин Литература
Имидазолы
Имидазол 6,95 20,2 [127]
2-Метилимидазол . 7,75 2,7 [127]
4-Метилимидазол ......... 7,45 25,1 [127]
N-Метилимидазол6) ....... . 7,05 0,5 [112]
4-Бромимидазол 3,7 0,28 [127]
4-Оксиметилимидазол 6,45 5,6 [127]
4-Нитроимидазол 1,5 (9,1) 35,5 [127]
Г истидины
Гистидин 6,0 X [128]
N-Ацетилгистидин 7,05 11,2 [127]
Метиловый эфир гистидина .... 5,2 5,6 [127]
Метиловый эфир М-бензоил-Б-гисти-
дина [114, 129]
1-Метилгистидин 6,5 X [128]
Р-Аспарагилгистидин 6,9 X [128]
Гистидилгистидин 6,8 X [128]
Гистамин 6,0 7,0 [127]
Карнозин 6,8 X ' [128]
Ансерин 7,0 X [128]
Этиловый эфир карбобензокси-Б-ги-
стидил-Ь-тирозина 6,25 8,9 . [127]
Сополимер аланин + гистидин (8:1) в) 6,0 Z
Поли-Б-гистидин •XX . [130]
Бензимидазолы
Бензимидазол . . . . 5,4 0,96 [127]
Метилбензимидазол 6,1 0,0375 [127]
X реакция пулевого порядка; х х в 5—10 раз активнее гистидина (на 1 остаток
гистидина).
а) В 28,5%-ном водно-спиртовом растворе при pH 8,0, ионной силе=0,55 р
и при 30°.
б) В 5%-ном растворе диоксан — вода, pH 7,0, 25е.
?) В 5 %-ном водно-спиртовом растворе, pH 7,0,
Е Строение активных центров эстераз 339
Продолжение табл. 4
Катализатор й,, л! МОЛЬ-мин Литература
б-Иминобензимидазол 6,0 2,95 [127]
б-Нитробензимидазол . . ... . . 3,05 4,8 [127]
4-Оксибензимидазол 5,3 2,8 [127]
4-Метоксибензимидазол 5,1 0,31 [127]
4-Окси-6-нитробензимидазол .... 3,05 3,75 [127[
4-Окси-6-аминобензимидазол .... 5,9 6,15 [127]
2-Метил-4-окси-6-нитробензимидазол 3,9 1,1 [127]
2-Метил-4-окси-6-амииобензимидазол 6,65 1,5 [127]
4-(2,4'-Диоксифенил)-имидазол . . . 6,45 9,4 [127]
интенсивно изучался «нуклеофильный катализ» имида-
золом и его аналогами реакций производных карбоно-
вых кислот с другими нуклеофильными соединениями.
В работах Штадтмана и сотрудников показано, что
гидролиз ацетилфосфатов, катализируемый имидазолом,
протекает согласно уравнению [123, 124]:
О О
11 //\ 11 /\
CH3COPO7"+N NH CH3CN N + HOPO,”
I i L=J
Далее было показано, что N-ацетилимидазол гидроли-
зуется в воде с заметной скоростью даже в нейтральных
растворах, что довольно необычно для вещества, кото-
рое формально можно рассматривать как амид.
О
II /\ ,
СН3С—N N + HSO —> СН3СОО + H++N NH
I I
В дальнейшем было показано, что N-ацетилимид-
азол реагирует не только с водой, но и со многими дру-
346 ё. Ёиохилшчасний механизм и токсическое действие
гими нуклеофильными соединениями, такими, как ам-
миак, гидроксиламин и амины [125].
В дальнейшем в работах Бендера, Брюса, Хартлея
и других исследователей подробно изучалась кинетика
гидролиза и-нитрофенилацетата имидазолом и его про-
изводными [НО—114, 126—128]. Полученные данные
приведены в табл. 4. Оказалось, что скорость реакции
при различных pH пропорциональна концентрации сво-
бодного имидазола и не зависит от концентрации ионов
имидазола. Изучение кинетики реакции позволило пред-
положить механизм реакции, при котором имидазол уча-
ствует в нуклеофильной атаке эфира с образованием
N-ацетилимидазола, а последний гидролизуется водой
с образованием иона ацетата и регенерированного ката-
лизатора [117]:
о
RCN + Н2О
RCOOH + N’^NH
Было показано, что концентрация промежуточного
продукта этой реакции — N-ацетилимидазола — дости-
гает относительно высокого уровня, необходимого для
обеспечения непрерывного каталитического процесса
[126].
7. Строение аНтивныИ центров Эстераз 341
Образование промежуточных ацилимидазолов наблю-
далось при реакциях н-нитрофенилацетата с имидазо-
лом [131] и метиловым эфиром N-бензоил-Е-гист-
идина[114\
Как уже отмечалось ранее, константы скорости
реакций, катализируемых имидазолами и пиридинами,
при учете пространственных препятствий связаны
с основностью катализирующих соединений согласно
уравнению Бренстеда [122]. Однако в отношении при-
веденных в табл. 4 имидазолов уравнение Бренстеда
неприменимо. Это можно объяснить пространственными
затруднениями, а также тем, что каталитической актив-
ностью обладали как нейтральные, так и анионные
формы [127].
Имидазол катализирует гидролиз этилтиоацетата
[Н2] и ацетилтиохолина [101], но не катализирует гид-
ролиза этилацетата или ацетилхолина [112].
Данные о гидролизе замещенных фенилацетатов, ка-
тализируемом имидазолом, показывают, что скорость
гидролиза зависит от природы спиртовой группы эфира
[112, ИЗ]. Более того, показано, что катализ гидролиза
эфиров имидазолом выражен только для эфиров, содер-
жащих остаток кислых спиртов (рКа<11). Естественно,
что в таком случае каталитический гидролиз тиоэфиров
будет протекать значительно легче. Гидролиз ацетил-
тиоацетата при катализе имидазолом и ионами гидро-
ксила протекает примерно с одними и теми же скоро-
стями (константы скорости реакции соответственно
равны 0,996 л!моль • мин [112] и 1,54 л/моль • мин [112]),
несмотря на более высокую нуклеофильность имидазола
по сравнению с ионами гидроксила, так как Ка имид-
азола примерно в 107 раз меньше Ка ионов гидроксила
и протонов [117].
Известно, что имидазол катализирует перенос акти-
вированных ацильных групп от ацилфосфатов на боль-
шое число нуклеофильных соединений [133, 134]. Так,
например, имидазол катализирует реакцию ацетилфе-
нилфосфата и ацетилэтилфосфата с тиолами, гидроксил-
амином и фенолом [134]. В отсутствие имидазола реак-
ция протекает медленно. Предполагается следующий
342 Б. Биохимический механизм и токсическое действиё
механизм реакции [133/.
CH3COOPO3R“ + N^NH —> OPO3R~" -ф
RSH .
О —---> CH3COSR + H+ 4- N NH
L—1
+ CH3CN NH—
—= ilo +
——CH3COOH + H+ + N NH
I I
C N-ацетилимидазолом взаимодействуют, помимо воды,
и другие нуклеофильные соединения, такие, как ионы
фосфата, арсената, аммония, гидроксиламина и первич-
ные амины [117].
Участие аминов
в «общеосновном катализе»
Многие нуклеофильные реагенты, в том числе и тре-
тичные амины, помимо участия в «нуклеофильном ката-
лизе», могут принимать участие в «общеосновном ката-
лизе», выполняя функцию акцептора протона.
Так, например, реакции N-ацетилимидазола с водой,
аминами и тиолами катализируются имидазолом. Изуче-
ние этих реакций при различных pH показывает, что
в каталитическом процессе участвует имидазол в форме
основания.
Кинетические данные амонолиза и гидролиза этил-
тиоацетата показывают, что реакции протекают с уча-
стием амина и ионов гидроксила [136]; подобные дан-
ные были получены при гидролизе а-нафтилацетата [135].
Существует несколько возможных механизмов уча-
стия аминов в «общеосновном катализе». Если через
R'COX обозначить производное карбоновой кислоты, че-
рез NHR2 — общую форму нуклеофильного реагента,
а через В — основание вообще, в том числе и ионы гид-
роксила, то эти положения можно свести к следующим
механизмам реакции [117]:
I. Строение активных центров эстераз
343
1) «Основной катализ нуклеофильной атаки» с от-
рывом протона от нуклеофильного соединения при об-
разовании активированного промежуточного комплекса.
Акцептором протона является В.
R О
8+ I II
В + NHR2 + R'COX —> B....H....N....C—X —>
R R'
О
II
—> BH+ + R2NCR + X"
2) «Основной катализ» с отрывом протона от одного
из электроотрицательных атомов в промежуточном со-
единении. Такой механизм рассматривается в ряде ра-
бот [1361.
О'
I
RCOX + R2NH rcx
+nhr2
О'
RCX 4- В —> RCONR2 4- X' 4- BH +
+nhr2
3) «Основной катализ», при котором имеет место со-
четание прототропного равновесия и кислотного ката-
лиза [137]. Этот механизм можно изобразить следую-
щим образом:
ОН о~
I +в I
RCOX 4- R2NH RCX ......... RCX
I -ВН+ |
nr2 nr2
О' О"
I I
RCX 4- ВН+ —> R—С....Х....Н+....В —> RCONR24-HX4-B
I I
nr2 nr2
R2NH 4- В R2N“ 4- BH+
R4N“ 4- RCQX 4- BH+ —> RCONR2 4- HX 4- В
344 Б. Биохимический механизм и токсическое действие
По-видимому, чрезвычайно трудно различить все эти
механизмы и специфическая сущность основного ката-
лиза зависит от природы субстрата и нуклеофильного
реагента [117].
Таким образом, сущность участия аминов в «основ-
ном катализе» сводится к переносу протона на опреде-
ленных стадиях реакций. Подобный механизм может
объяснить некоторые примеры внутримолекулярного ка-
тализа с участием аминов.
Так, например, очень высокую нуклеофильность
молекулы гидроксиламина по отношению к д-нитрофе-
нилацетату можно попытаться объяснить следующим
образом. В результате внутримолекулярного смещения
протона гидроксильной группы к атому азота сильно
увеличивается нуклеофильность атома кислорода, в ре-
зультате чего продуктом реакции является эфир, а не
амид [138]:
д 1
н—N—O-C-OR.
Н R
Отчетливо выраженная реакционная способность три-
(оксиметил)-аминометана по отношению к д-нитрофе-
нилацетату кажется непонятной, если учесть, что при на-
личии пространственных затруднений амины вообще ма-
ло реакционноспособны. Однако продуктом этой реакции
опять-таки является эфир, а не амид, что указывает
по-существу на то, что в этой реакции атом кислорода
является более реакционноспособным, чем атом азота.
В данном случае гидроксильная группа в 105 раз более
реакционноспособна, чем гидроксильная труппа воды.
Это указывает на возможность внутримолекулярного
«основного катализа» по такому же типу, как предпола-
галось для гидроксиламина [139]:
R
ОД
/. Строение активных, Центров эстераз
345
Из рассмотренных примеров видно, что амины могут
катализировать многие реакции производных карбоно-
вых кислот с нуклеофильными реагентами по типу так
называемого «основного катализа». Этот механизм мо-
жет пролить некоторый свет на характер участия гетеро-
циклических аминов (имидазольного кольца гистидина)
в ферментативном катализе эстераз.
Модельные системы
ферментативного гидролиза
В связи с рассмотренными выше механизмами ката-
литических реакций производных карбоновых кислот
большой интерес представляют модельные системы фер-
ментативного гидролиза. Как правило, все описанные
модели обладают меньшей эффективностью как ката-
лизаторы, чем соответствующие ферменты, однако изу-
чение их представляет интерес, так как способствует по-
ниманию природы ферментативной активности. Как уже
отмечалось выше, сам имидазол обладает способностью
катализировать гидролиз n-нитрофенилацетата. Пред-
ставляется возможным даже сравнивать характер ката-
литических реакций в случае химотрипсина и имид-
азола [117j
о о
II (0) II (П
CH3COC6H4NO2 4- Фермент ^z± CH3COC6H4NO2 • Фермент •—->
О
—> OC6H4NO.f + CH3G — Фермент СН3СОО" + Фермент
о о
11 (1) "
CH3COC6H4NO2 + Имидазол OC6H4NO2“ + СН3С — Имидазол
-^4- СН3СОО~-f- Имидазол
Н2О
346 Б. биохимический механизм и токсическое действиё
Таблица 5
СКОРОСТИ АЦИЛИРОВАНИЯ и ДЕАЦИЛИРОВАНИЯ ИМИДАЗОЛА
И ХИМОТРИПСИНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ га-НИТРОФЕНИЛАЦЕТАТА
в Качестве субстрата
Ацилирование (1) Деацилиро- вание (2) klt сек~1 Литера- тура
k„ сек 1 л-моль 1сек 1
Имидазол . . Химотрипсин . 3,0 0,47 1,5-10"4а) 2,5- 10“2 [112, 124] [88]
а) При pH 7.
В табл. 5 приведены результаты кинетических исследо-
ваний гидролиза и-нитрофенилацетата, катализируе-
мого имидазолом и химотрипсином.
Если пересчитать константу скорости ацилирования
химотрипсина как реакцию псевдопервого порядка
в константу скорости второго порядка, то можно рас-
считать, что процесс ацилирования химотрипсина про-
текает примерно в 103 раз быстрее, чем ацилирование
имидазола [112]. Процесс деацилирования ацетилхимо-
трипсина протекает лишь в 100 раз быстрее, чем N-аце-
тилимидазола [112]. Такое плохо согласующееся сравне-
ние между имидазолом и химотрипсином вместе с тем
фактом, что имидазол не расщепляет простые эфиры и
амиды,, в то время как химотрипсин расщепляет, ука-
зывает на то, что один имидазол как катализатор
нуклеофильной атаки не является достаточно подхо-
дящей моделью для сравнения с катализом химотрип-
сином.
Одна из причин, почему ферментативный процесс
протекает в сотни и тысячи раз быстрее модельных про-
цессов, заключается в том, что при ферментативных
реакциях происходит образование промежуточного ком-
плекса между субстратом и ферментом, в котором
субстрат присоединен к реакционному участку с по-
мощью водородных связей, силами Ван-дер-Ваальса и
электростатического притяжения. Такое положение двух
молекул при ферментативных реакциях напоминает
1. Строение активных центров эстераз
347
внутримолекулярный катализ, при котором химические
реакции протекают с гораздо большими скоростями,
чем соответствующие межмолекулярные процессы.
В этом отношении большой интерес представляют
описанные в литературе модели внутримолекулярного
катализа (см. обзор Бендера [117]). Так, например, при
изучении внутримолекулярного катализа гидролиза
n-нитрофенилового эфира (4-имидазолил)-масляной
кислоты
оказалось, что константы скорости ацилирования близки
к тем, которые наблюдаются при ферментативных про-
цессах (табл. 6). Изменение скорости реакции в зависи-
мости от pH среды имело такой же характер, как при
гидролизе комплекса п-нитрофенилацетат-химотрипсин.
Таблица 6
СКОРОСТИ АЦИЛИРОВАНИЯ И ДЕАЦИЛИРОВАНИЯ га-НИТРОФЕНИл-
Т-(4-ИМИДА30ЛИЛ)-БУТИРАТА и КОМПЛЕКСА Л-НИТРОФЕНИЛ-
ацетата и химотрипсина
Система Ацилирование, сек~1 Деацилирование, сек~ 1 Литература
Модель 3,3 2- 10-4а) [140, 141]
Фермент 3,0 2,5 • 10“2 [88]
348 Б. Биохимический механизм и токсическое действие
Однако скорость деацилирования была гораздо меньше.
Данные, приведенные в табл. 6, показывают, что при
наличии более прочной связи между атакующей нуклео-
фильной группировкой и субстратом, чем при межмоле-
кулярных реакциях, а также если имеется хорошее
пространственное соответствие между ними, то ими-
дазольное кольцо проявляет высокую каталитическую
активность, вполне сопоставимую с ферментатив-
ной.
В работах Брюса изучался каталитический внутри-
молекулярный гидролиз «-пропилового эфира ?-(4-имид-
азолил)-тиомасляной кислоты как модель ферментатив-
ного гидролиза тиоэфиров [143].
На основании этих и ранее упомянутых примеров,
а также большого числа других экспериментальных
исследований [117] можно сделать заключение, что
гетероциклические амины, такие, как имидазол, обла-
дают высоким каталитическим эффектом при гидролизе
производных карбоновых кислот. В большинстве из этих
реакций в нуклеофильной атаке участвует атом азота,
происходит образование N-ацилимидазолов.
Однако, как отмечалось выше, амины могут участво-
вать в катализе, при котором имеет место оттягивание
протона от атакующего реагента. На основании извест-
ных примеров [117] можно считать, что количественно
этот катализ намного менее эффективен,, чем катализ
прямой атакой имидазола на ацильную группу с обра-
зованием N-ацилимидазола. Однако способность имид-
азола присоединять протон может оказаться весьма не-
обходимым условием для ферментативного катализа.
Такой тип катализа может оказаться наиболее эффек-
тивным при гидролизе алифатических эфиров или
амидов. Жесткие пространственные условия фермента-
тивных реакций могут препятствовать прямой атаке
имидазолом субстрата, и более вероятно, что имидазол
участвует в общем основном катализе, активируя для.
атаки гидроксильную группу серина и (или) молекулу
воды [117].
Возможность межмолекулярного и внутримолекуляр-
ного катализа реакций производных карбоновых кислот
I. Строение активных центров эстераз 349
с нуклеофильными реагентами без прямого участия
имидазольного кольца рассматривается в ряде ра-
бот [117].
На основании исследований модельных реакций
можно предположить наличие гистидина в активных
центрах эстераз. Имидазольное кольцо гистидина может
двояко участвовать в каталитическом процессе: во-пер-
вых, когда атом азота непосредственно участвует в ну-
клеофильной атаке с образованием N-ацилимидазола и,
во-вторых, когда атом азота является акцептором про-
тона от оксигруппы серина и молекулы воды, делая их
более реакционноспособными.
2. МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ФЕРМЕНТОВ, ОБЛАДАЮЩИХ
ЭСТЕРАЗНОЙ АКТИВНОСТЬЮ
В предыдущих разделах были описаны результаты
экспериментальных исследований строения активных
центров эстераз. На основании этих данных видно, что
холинэстеразы, алиэстеразы, химотрипсин и трипсин
являются простыми ферментами, активные центры кото-
рых образованы боковыми группами аминокислот поли-
пептидных цепей. Результаты экспериментальных
исследований также показывают, что катализируемые
ферментами реакции производных карбоновых кислот
с нуклеофильными реагентами (при гидролизе — с во-
дой) протекают с образованием промежуточных ацил-фер-
ментных комплексов. Образование этих комплексов про-
ходит с отщеплением остатка спирта и возникновением
ковалентной связи между карбонильным атомом углерода
и гетероатомом нуклеофильной группы активного центра.
Образование ацил-ферментных комплексов при фермен-
тативном катализе эстеразами хорошо согласуется с об-
щей теорией ферментативного катализа и в свою оче-
редь подтверждает ее.
Изучая природу химических реакций в активных
центрах ферментов, Кошланд [144] предположил, что
ферменты могут катализировать реакции либо по
350 Б. Биохимический механизм и токсическое действие
механизму простого замещения (см. уравнение «а»), либо
по механизму двойного замещения (см. уравнение «б»).
,//////////// ,///////////,
а) В—X + Y + Фермент —•- jY В—XL J Y--B-XL —*-
б) В“Х + Y + Фермент
,///////////.
JY В Х& —*- В—Y + X + Фермент
В—Y + X + Фермент
Предполагается, что при механизме простого замещения
действие фермента заключается в том, что на его по-
верхности молекула субстрата ориентируется соответ-
ствующим образом, увеличивается частота столкновений
между реагирующими молекулами, что приводит к уско-
рению реакции.
В механизме двойного замещения фермент непосред-
ственно принимает участие в каталитическом процессе
путем образования промежуточных фермент-субстрат-
ных комплексов. Таким образом, доказательство образо-
вания и выделение промежуточных ацил-ферментных
комплексов в реакциях, катализируемых эстеразами,
подтверждает, что действие этих ферментов протекает
по типу двойного замещения.
Результаты экспериментов по изучению аминокис-
лотной последовательности в активных центрах эстераз
с помощью меченых ингибиторов показывают, что во
всех случаях остаток ацила был присоединен к атому
кислорода серина. Следует также отметить, что ни
в одной из работ по изучению аминокислотного состава
в активных центрах эстераз вблизи от серина гистидин
выделить не удалось. Этот факт отмечался различными
исследователями и на первый взгляд может казаться
/. Строение активных центров эсТераз
351
серьезным возражением против предположения о нали-
чии гистидина в активном центре, поэтому некоторые
исследователи пытались объяснить каталитическое дей-
ствие эстераз без участия имидазольного кольца.
Так, например, в 1958 г. Райдон, Портер и другие
исследователи [145] опубликовали результаты работ
с различными Д2-оксазолинами. Было показано, что
в условиях опыта, близких к физиологическим, некото-
рые Д2-оксазолины реагируют с ДФФ, образуя О-фос-
форилированные этаноламины:
/СНг ZCH2
? (Up (ос,н3),рор О I । -р-
R-C fHR* R-—С f R>P(OC3H7)2
\n F •
/СН2Ч
—> О CHR' О
Д11
R—C—N—.....- P (OC3H7)2
। -Ll+
—> RCONHCHCH2OPO (OC3H7)2 —------> NH2CHCH2OPO(OC3H7)2
R' R'
Исходя из этого, Райдон [146] предположил, что серин
в полипептидной цепи эстераз может находиться в виде
оксазолина и вместе с расположенной рядом карбо-
ксильной группой дикарбоновой аминокислоты уча-
ствует в каталитической реакции. В подтверждение
этого механизма авторы приводят тот факт, что подоб-
ным строением активных центров эстераз можно
объяснить выделение в стабильном состоянии ацил-фер-
ментного комплекса при низких значениях pH, так как
при этих условиях карбоксильная группа дикарбоновой
кислоты будет находиться не в ионизированном состоя-
нии. Однако, как справедливо отмечают многие иссле-
дователи [117, 147], маловероятно, чтобы в физиологиче-
ских условиях пептидная связь могла легко подвер-
гаться столь сильным изменениям. Согласно гипотезе
Райдона, гидролиз ацетил-фермента постулируется че-
рез нуклеофильный катализ карбоксильным ионом
352 Б. Биохимичёский механизм й Токсическое действие
аспарагила. Однако, по мнению Бендера, это пред-
положение не согласуется ни с низкой нуклеофиль-
ностью карбоксильного иона, ни с наблюдавшейся зави-
симостью деацетилирования от величины pH [117]. Та-
ким образом, объяснение механизма каталитического
действия эстераз без участия гистидина пока не нашло
общего признания. Как отмечалось выше, на участие
гистидина в активных центрах указывают результаты
исследований по изучению реакций между ферментами
и химическими реагентами, по определению констант дис-
социации и термодинамических характеристик функцио-
нальных групп, входящих в активные центры эстераз,
а также результаты кинетических исследований проме-
жуточных фермент-субстратных комплексов и изучение
модельных реакций. Для того, чтобы объяснить то
противоречие, которое возникает между результатами
экспериментальных исследований, указывающих на на-
личие гистидина в активных центрах, и тем обстоятель-
ством, что в полипептидной цепи вблизи серина гисти-
дин не был выделен (хотя при разложении ингибирован-
ных ферментов остаток меченого ацила всегда был
присоединен к серину), следует использовать современ-
ные представления о строении белковых молекул.
В настоящее время достигнуты большие успехи в изу-
чении внутренней структуры глобулярных белков и,
в частности, ферментов (см. обзорные работы Полинга
[148], Энгельгардта [149], Нейфаха [150] и других иссле-
дователей [151 —162]). Результаты рентгенографических
и спектральных исследований показывают, что глобуляр-
ные белки представляют собой компактные «плотно
упакованные» трехмерные структуры, полипептидные
цепи в которых свернуты в виде а-спиралей, хотя в не-
которых местах структура, присущая а-спиралям, мо-
жет не соблюдаться. «Уложенные» в трехмерном про-
странстве полипептидные цепи сложно переплетаются, и
изогнуты. Благодаря таким особенностям пространствен-
ной конфигурации белковой молекулы вполне вероятно,
что, расположенные в разных участках полипептидной
цепи функциональные группировки могут оказаться
сближенными. На основании этих данных можно пред-
ставить, что серин одной а-спирали находится в не-
I. Строение активных центров эстераз
353
посредственной близости с гистидином, расположенным
в другой а-спирали. Таким образом, можно предполо-
жить, что при ненарушенной пространственной конфигу-
рации молекулы фермента гистидин и серин находятся
рядом друг с другом в активном центре, однако в усло-
виях разложения фермента эти а-спирали расходятся.
Возможность наличия гистидина и серина в различ-
ных а-спиралях была экспериментально подтверждена
Рис. 2, Активирование трипсиногена.
Л —аспарагин; В — валин; Г —гистидин; Гл —глицин; //—изолейцин; Л —лизин;
С — серин.
в работах Нейрата и Диксона [14, 163] при изучении ме-
ханизма активации зимогенов. Как оказалось, N-конце-
вой участок молекулы трипсиногена содержит четыре
рядом расположенных остатка аспарагиновой кислоты
и за счет электростатического взаимодействия и водо-
родных связей «упирается» в соседнюю полипептидную
цепь. Сущность активации трипсиногена заключается
в разрыве связи лизин — изолейцин, что сопровождается
отщеплением гексапептидного участка валил — тетра-
аспарагил — лизил. В результате отщепления такого
пептида увеличивается скручивание спирали и остаток
гистидина оказывается в непосредственной близости
к серину (рис. 2).
<554
Б, Биохимический механизм й токсическое действие
При изучении активации химотрипсиногена показано,
что имеет место также разрыв пептидной связи и от-
щепление дипептида серил — аргинин [14, 164, 165].
Диксон и сотрудники [166] описали результаты инте-
ресных наблюдений, состоящих в том, что если ацили-
рованный фермент обратимо денатурировать 8 54 рас-
твором мочевины, то он не будет реагировать с гидро-
ксиламином, в то время как после отмывания раствора
мочевины реакция вновь идет обычным путем. По мне-
нию авторов, этот факт объясняется тем, что в процессе
денатурации белковой молекулы имеет место расхожде-
ние а-спиралей, приводящее к тому, что гистидин не
может катализировать перенос ацетила с оксигруппы
серина на гидроксиламин.
Из вышеизложенного видно, что в активных центрах
эстераз гистидин, по-видимому, находится рядом с се-
рином, хотя при разложении белка вблизи от серина
его обнаружить не удается.
Как уже отмечалось, в реакциях, катализируемых
гетероциклическими аминами, имидазол может двояко
участвовать в катализе, а именно посредством прямой
нуклеофильной атаки, в результате чего образуется аце-
тилированный имидазол, а также путем активации дру-
гих нуклеофильных группировок, делая их более реак-
ционноспособными. Первая точка зрения разделяется
в работах Грина, Дэвиса и других исследователей [9, 16],
которые считают, что имидазол катализирует как ацети-
лирование, так и деацетилирование фермента (см.
схему на стр. 355). Начальная стадия катализа состоит
в нуклеофильной атаке основного атома азота имида-
зольного кольца на субстрат. Эта стадия зависит от pH,
и скорость пропорциональна наличию фермента с актив-
ной имидазольной группой в форме свободного основа-
ния. Заряженный N-ацилированный фермент (II) мо-
жет затем через одну из своих структур (Ila^t Пб)
терять протон, образуя N-ацетилированный (Ша) или
£)-ацетилированный (Шб) фермент. Деацетилирование
возможно при прямой атаке нуклеофильного реагента (Y)
на протонизированную форму N-ацилированного фер-
мента (Ша—> Па —>116) или при переносе ацильной
группы с остатка серина опять же на протонизирован-
I. Строение активных центров эстераз
ную форму гистидина (Шб->Пб). На этой стадии
реакции влияние pH может оказаться двояким. При
(П1а)
(I) \ Ac—X HO-
HN-^
(Па)
\—Ас НО—
N=/
АсО— (Шб>
(Па)
НО—
(I) \ Ac—Y HO-
HN-
(Пб)
переносе ацильного остатка с серина на гистидин азот
имидазольного кольца должен быть в форме сво-
бодного основания, в то время как перенос ацила на
356
Б. Биохимический механизм и токсическое действие
нуклеофильный реагент наиболее вероятен при протони-
зированной форме имидазола.
Рис. 3.
Этот механизм объясняет многие экспериментально
наблюдавшиеся явления. Однако вопрос об участии
имидазола на стадии ацилирования фермента является
очень спорным. По мнению других исследователей,
Рис. 4.
имидазол принимает участие, катализируя деацетилиро-
вание путем прямой нуклеофильной атаки (рис. 3).
Однако, как уже отмечалось выше, в результате
большинства спектральных исследований не удалось до-
казать образование ацетилимидазола. В этом отноше-
II. Ингибирование холинэстераз
357
нии большой интерес представляет такой механизм
каталитической реакции, в котором имидазол прини-
мает участие в качестве активатора других нуклеофиль-
ных групп. Этот механизм был предложен Каннинге-
мом [167] и недавно экспериментально подтвержден
в работах Спенсера и Стертеванта [88]. Эти авторы
изучали кинетику промежуточных реакций и природу
промежуточных комплексов. В соответствии с получен-
ными результатами авторы предлагают механизм реак-
ции, показанный на рис. 4.
Комплекс Михаэлиса—Ментена (А) превращается
в ацилированный фермент (В и С) через стадию, на ко-
торой имидазол захватывает протон и кислород гидро-
ксила серина участвует в нуклеофильной атаке на кар-
бонил. Затем имидазол гистидина вновь захватывает
протон, но на этот раз из молекулы воды, и атом кисло-
рода последней включается в нуклеофильную атаку на
карбонил. По-видимому, в настоящее время этот ме-
ханизм может быть признан как один из наиболее ве-
роятных механизмов ферментативного катализа эстераз.
II. Ингибирование холинэстераз и реактивация
ингибированного фермента
Вопрос о механизме ингибирования холинэстераз
фторфосфатами, фторфосфонатами, п-нитрофенилфос^
фатами подробно рассматривается в книге Сондерса и
неоднократно за последнее время освещался в периоди-
ческой печати (см. обзоры Разумова [25], Грина, Дэвиса
[9, 16], Лосса [3] и многие другие). Здесь хотелось бы
отметить лишь некоторые стороны современных иссле-
дований. В настоящее время все больше и больше появ-
ляется работ, в которых сродство фосфорорганических
ингибиторов к ферменту оценивается на основании ки-
нетических измерений.
Изучение кинетики ингибирования ферментов позво-
ляет количественно характеризовать сродство ингиби-
тора к ферменту и, кроме того, дает весьма ценные све-
дения как о характере связей, образующихся при
взаимодействии ингибитора с ферментом, так и о меха-
низме ингибирования [65, 226].
358
Б. Биохимический механизм и токсическое действие
Впервые большая серия работ по изучению кине-
тики взаимодействия истинной холинэстеразы эритро-
цитов с n-нитрофенилфосфатами была опубликована
Олдриджем еще в 1950—1954 гг. [168—172].
Позже Таммелин [173] опубликовал константы ско-
рости взаимодействия фосфорилхолинов и фторфосфо-
рилхолинов с холинэстеразами (см. ниже). В работах
Хейльброн [147] показано, что константы скорости
взаимодействия фторангидрида изопропилового эфира
метилфосфорной кислоты (зарина) с истинной и ложной
холинэстеразами в присутствии ацетилхолинйодида
(5,0 • 10~3 Л4) составляет 2,4 • 105 и 9,3'105 л!моль- мин
соответственно.
Яковлев и Волкова [174] показали, что константа
скорости ингибирования ложной холинэстеразы арми-
ном J) составляет 3,3 • 105 л1моль • мин. Константа инги-
бирования истинной холинэстеразы эритроцитов оказа-
лась равной 6,9 • 106 л/моль • мин, а энергия активации
'"-'10 ккал[моль [418].
Меткаф и Фукуто [175] показали, что константы
скорости ингибирования холинэстеразы мозга мух
л-нитрофенилалкилфосфонатами составляют около
105—107 л)моль • мин.
Эти данные по кинетике ингибирования холинэстераз
еще раз подтверждают высокое сродство подобных фос-
форорганических ингибиторов холинэстераз к ферменту.
Ацилирующая способность фосфорорганических со-
единений зависит от подвижности ангидридной связи,
дефицита электронной плотности на атоме фосфора и
влияния пространственных факторов. Поэтому пред-
ставляли интерес попытки сопоставить степень ингиби-
рования холинэстераз с реакционной способностью
фосфорорганических соединений на примере щелочного
гидролиза.
Как известно, в работах Олдриджа и Дэвисона [169,
170, 172] была показана прямая зависимость между кон-
стантами скорости ингибирования холинэстеразы и кон-
стантами щелочного гидролиза фосфорорганических
9 Армин — смешанный ' этиловый и n-нитрофениловый эфир
этилфосфиновой кислоты.
II. Ингибирование холинэстераз
359
соединений. Отсюда авторы сделали вывод, что чем легче
гидролизуются фосфорорганические вещества, тем выше
их антихолинэстеразная активность. Однако в послед-
них работах линейной зависимости между константами
скорости .ингибирования ферментов и щелочного гидро-
лиза установить не удалось [173, 176]. Такое несоответ-
ствие вполне понятно, если учесть, что при -фермента-
тивной реакции имеет место не только нуклеофильная
атака, но и «сопряженный нуклеофильный и электро-
фильный механизм». Кроме того, подвижность Р-ангид-
ридной связи должна быть оптимальной [176]. Большой
интерес представляет работа Пюльмана и Пюльман [423].
Уже давно известно [171, 172, 177], что ингибирова-
ние холинэстераз ДФФ состоит из двух стадий — обра-
тимой и необратимой.
В работах Олдриджа, Дэвиса, Грина и других иссле-
дователей [171, 172, 178—180] изучалась реактивация
фосфорилированных ферментов и было показано, что
степень реактивации зависит от структуры фосфориль-
ного остатка. Константа скорости реактивации тем
больше, чем меньше алкоксильный радикал. Так, на-
пример, полупериод восстановления активности ингиби-
рованной холинэстеразы эритроцитов кролика в случае
диметилового эфира n-нитрофенилфосфата равен
1,3 часа, в случае же диэтилового — 22 часа [172].
Константы скорости реактивации холинэстеразы, инги-
бированной ТЕПФ, зарином, ДФФ, с помощью различ-
ных реактиваторов зависят как от структуры реактива-
тора, так и от строения фосфорильного остатка. Найден-
ные энергии активации (около 11—12 ккал/моль)
свидетельствуют о том, что при реактивации имеет месте
химическое замещение, которое протекает с несколько
большими скоростями в случае зарина. При изучении
влияния pH на скорость реактивации ингибированной
холинэстеразы с помощью моноизонитрозоацетона было
показано, что оптимальное значение реактивации наблю-
дается при условии анионной формы реактиватора и
протонизированной формы фермента. Зная pH и кон-
станту диссоциации реактиватора, можно вычислить
константу диссоциации основной группы фермента при
реактивации. Она оказалась равной около 7,6 [178, 180].
360
Б. Биохимический механизм и токсическое действие
В последующей работе Грина и Николса [16] изучалась
скорость реактивации химотрипсина, ингибированного
зарином при различных pH. Было показано, что с по-
нижением pH скорость реактивации увеличивается. Эти
данные противоречат результатам исследований с аце-
тилхимотрипсином [84, 93], когда с повышением pH от-
мечалось ускорение гидролиза. Авторы полагают, что
если в случае гидролиза ацетилхимотрипсина скорость
реакции определяется стадией, на которой ацетил пере-
носится с оксигруппы серина на имидазол, то при дефос-
форилировании скорость реакции определяется стадией
переноса фосфорильного остатка с имидазола на нуклео-
фильный реагент. Эта стадия зависит от степени прото-
низации фосфорилированного имидазола, поэтому
в кислых средах реакция должна протекать быстрее.
Если принять эту точку зрения, то ранее данное объяс-
нение, состоящее в том, что вторая стадия ингибирова-
ния холинэстеразы связана с необратимым фосфорили-
рованием серина [178, 181], становится несостоятельным.
Авторы полагают, что в ингибированной холинэсте-
разе с течением времени одна из алкильных групп
алкилфосфорильного остатка отщепляется и оставшийся
фосфатный анион становится устойчивым к нуклео-
фильной атаке реактиватора. Такое деалкилирование
может быть ускорено в ингибированной холинэстеразе
за счет взаимодействия между алкильной группой и
анионным участком фермента [16] (см. также [424]).
В обзоре не рассматривается вопрос о применении
реактиваторов, однако большой интерес представляют
недавно опубликованные работы Берри, Хоббигера и
других исследователей [82, 182, 183] по изучению кине-
тики реактивации холинэстеразы, ингибированной ТЕПФ,
ДФФ и этилфторфосфатом, с помощью альдоксимов пи-
ридина и бис-пиридиниевых соединений [184, 185]:
€ [СН2]„—R+ 2Х-
[ HON=CHX=*/ 1
[hON=CH—^>N—[СН2]Л—CH=NOh] 2Х“
Наиболее активными оказались 4,4,-диоксимы
N, N-полиметилен-бпс- (пиридинийбромидов), которые
III. Антихолинэстеразная активность и токсичность
361
были более эффективны, чем 2 ПАМ [183]. Изучался
гидролиз ТЕПФ и ДФФ в присутствии этих соединений
и антихолинэстеразная активность их. Показано отсут-
ствие корреляции между реактивирующей способностью
и антихолинэстеразной активностью [183].
При испытании на мышах [182, 186] эти соединения
оказались достаточно эффективными антидотами при
отравлении фосфорорганическими ингибиторами холин-
эстераз. Особенно эффективно применение их вместе
с атропином. Интересно отметить, что бис-четвертичные
аммониевые реактиваторы плохо реактивируют холин-
эстеразу мозга [186]. Возможно, что подобные вещества
сами действуют на холинреактивные системы [82, 182].
Применение реактиваторов в качестве антидотов при
отравлении фосфорорганическими антихолинэстераз-
ными соединениями подробно освещается в обзорах
Степанского [187, 413].
III. Антихолинэстеразная активность
и токсичность фосфорилхолинов
и N, N-диалкиламиноэтилтиолофосфатов
и N, N-диалкиламиноэтилтиолофосфонатов
Как уже отмечалось выше, на активной поверхности
холинэстеразы имеются эстеразный^ анионный участки.
В эстеразном участке происходит разрыв эфирной связи
ацетилхолина; анионный участок способствует ориента-
ции молекулы субстрата на поверхности фермента.
'Фторфосфаты и фторфосфонаты типа ДФФ и зарина
ингибируют холинэстеразу, фосфорилируя фермент
в эстеразном участке.
Можно было предположить, что введение в молекулу
фосфонатов положительно заряженной группировки (по-
добно той, которая имеется у ацетилхолина) приведет
к повышению сродства ингибитора к ферменту. Следует
отметить, что в некоторых фосфорорганических соедине-
ниях такой положительный заряд может образовываться
в результате окисления сульфидной серы в ^-положении
к эфирной связи в биологических системах.
Впервые подобного рода работы были проведены в
широком масштабе при изыскании фосфорорганических
362 Б. Биохимический механизм и токсическое действие
инсектицидов типа систокса и изосистокса. Эти соеди-
нения с общей формулой
RO, /хХ
/РС
RO/ ХХ—СН2—CH2SR'
где X = S или О, были описаны в работах Шра-
дера [188—190], Фукуто и Меткафа [198, 204, 205], Мель-
никова и сотрудников [191—193], Кабачника и сотрудни-
ков [194—196] и других (197, 199—203]; было устано-
влено, что такие соединения с успехом могут использо-
ваться в качестве инсектицидов [193—207].
В - исследованиях Фукуто, Меткафа и сотрудников
было показано, что оба изомера систокса в растениях
окисляются, что по существу и определяет высокую
антихолинэстеразную активность этих соединений [205].
RO, /zx
/РС
RCX ХХ—СН2—CH2SC2H5 —►
RO4 /ZX О
—* И
RCM ХХ—СН2—СН2—S—С2Н5 ►
R0\ /Л £
—>. /Рх It
ROZ ХХ—СН2—СН2—S—С2Н5,
U
о
где X = О или S.
Связь между строением, токсичностью и антихолин-
эстеразной активностью этих соединений изучалась в ра-
ботах Меткафа, Фукуто [175, 205, 213], Михельсона и
сотрудников [208, 209] и Шадурского [210, 211]; было
показано, что соединения типа изосистокса обладают
выраженным антихолинэстеразным действием, причем
при переходе от соединений с двухковалентной серой
к сульфониевым и сульфоксидным соединениям, в ко-
торых этот атом серы имеет положительный заряд,
происходит усиление антихолинэстеразной и физиоло-
гической активности.
Хити и Вандекер [212] также показали, что при неко-
торых реакциях О, О-диметил-Б-этилтиоэтилтиолофос-
фата и подобных соединений происходит увеличение
III. Антихолинэстеразная активность и токсичность
363
антихолинэстеразной активности вследствие приобрете-
ния положительного заряда атомом серы. Авторы пред-
полагают следующий механизм реакции:
(CH3O)2POSCH2CH2SC2H5
/О"! ГСН2. А
(СН3О)2р/| I >S+C2H6
xs J [сн/
(СН3О)2 PSOCH2CH2SC2H5
сн2
(СН3О)2 POSCH2CH2SC2H5 + I >S+C2H5 —>
—> (СН8О)2 POSCH2CH2—S+CH2CH2SC2H5
С2Н6
Однако авторам не удалось более детально изучить эту
реакцию. Большой интерес представляют данные Яков-
лева и сотрудников по кинетике взаимодействия анало-
гов и гомологов изосистокса с ложной холинэстеразой
[225].
Йо-видимому, к такому же типу соединений можно
отнести и смешанные алкил-п-нитрофениловые эфиры
фосфорной и алкилфосфиновых кислот, в которых можно
предположить существование положительного заряда на
атоме азота. Высокие константы скорости инги-
бирования холинэстераз мозга мух (порядка
IQ5—107 л - моль~ - мин'1) свидетельствуют о высоком
сродстве этих соединений к холинэстеразам [175].
Наибольший интерес с биологической и токсикологи-
ческой точек зрения представляют фосфорорганические
соединения, которые являются близкими структурными
аналогами апетилхолина. Эти соединения описаны в ра-
ботах Ньюмена и Гоша [214, 215], Таммелина 1173, 216
219], Ларсена [176, 220], Фредриксона [221—224] и дру-
гих исследователей и имеют следующую общую фор-
мулу:
R'O\ Z/O
r2 xxch2ch2n+r''
R'O^ ^0
r/ XXCH2CH2NR"
где Ra — алкил или F, a X — S или О.
364 Б. Биохимический механизм и токсическое действие
В работах Фредриксона и Таммелина было показано,
что подобные соединения обладают сильным антихолин-
эстеразным действием (табл. 7 и 8). Это действие осо-
бенно отчетливо выражено у фторфосфорилхолинов.
Таблица 7
АНТИХОЛИНЭСТЕРАЗНАЯ АКТИВНОСТЬ ФТОРФОСФОРИЛХОЛИНОВ [219]
Фосфорилхолин р!60 истинной холинэстеразы эритроцитов человека plgo ложной холинэстеразы плазмы крови человека
Метилфторфосфорилхолин ...... 10,0 8,1
Метилфторфосфорил-^-метилхолин . . 8,4 8,4
Метилфторфосфорилгомохолин .... 11,0 8,4
Метилэтоксифосфорилтиохолин .... 9,4 7,9
Метилизопропоксифосфорилтиохолин 8,4 7,1
Диэтоксифосфорилтиохолин 8,4 8,9
Диизопропоксифосфорилтиохолин . . . 6,4 7,6
Зарин 8,8 8,4
Однако, помимо plso> в литературе опубликованы
данные по кинетике ингибирования холинэстераз фосфо-
рилхолинами [173, 174, 225], которые приведены
в табл. 9.
К сожалению, кинетические данные, приведенные
Гаммелином, трудносравнимы, так как константы ско-
рости ингибирования определялись при различных кон-
центрациях субстрата (сравнивать можно только цифры
с одинаковыми сносками).
Данные о кинетике ингибирования холинэстераз,
а также значения р15о, приведенные в табл. 7—9, пока-
зывают, что фосфорилхолины имеют высокое сродство
к холинэстеразам, причем в некоторых случаях оно зна-
чительно выше, чем у зарина.
В некоторых случаях отчетливо наблюдается более
выраженное сродство фосфорилхолинов к истинным
холинэстеразам, нежели к ложным. Это, по-видимому,
может быть обусловлено в случае истинных холинэсте-
раз большим ориентирующим влиянием положительно
Со а со Л 4,4
« X
а
£ о о
а X х“ 'О
Ьм 6 о X ю
о
57 00
сч о. TF Ч' СО iO
д о о
см X X
02 с О и о о с CD О тр 'Tf* t< b-
X X § 3
Ч
О X с; о СО co °1 Tf oo c*T
X X
X
о О О
е о о » х“ О о X Ю СГз о ф м* 00 00
0
о
X \\/ co "*
J2 X Tt 00 00
6 ° X
О X х b
со О "* 1 ’H
X 6 -01 t< CO
»з
а: а
<
X о сп °4. Tf Tt O> 00
СО X
«с.
X U Е °
н и Л ° я о X О 00 ** (< t<
X
Ч
О X X » » co eo '*^0 E E EX'
X я и, О, О (J
я +Й z +z Z
о II
и II
X « ” 'o, « E E EE
о ’в’ V 9 О o II
о е 1 1 '« <N x: x xx
99 о о II
II О О со со
Примечание. П — холинэстераза плазмы крови человека; Э—-холинэстераза эритроцитов человека.
366 - Б. Биохимический механизм и токсическое действие
Таблица 9
КОНСТАНТЫ СКОРОСТИ ИНГИБИРОВАНИЯ ХОЛИНЭСТЕРАЗ ФОСФОРИЛ-
ХОЛИНАМИ ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ 25° [173]
Ингибитор fe2, л-молъ 1 -сек 1
истинная холинэс- тераза электри- ческого угря ложная холинэстераза
Метилфторфосфорил-₽-метилхолин Метилфторфосфорилгомохолин . Зарин Метилэтоксифосфорилтиохолин . Диэтоксифосфорилтиохолин . . . (6 ± 1) • 103 а) (3 ± 1) 104 а) (6 ± 1) -10за) (7 ± 1) • 104 * В) (2 ± 0,5) • 103 В) (6 ± 1> -104б> (1,9 ± 0,2)-105^ (7 ± 1) -Ю3^ (2± 0,5) • 10зВ) (2 ± 0,5) • 104BJ
Угнетение проходило при концентрации субстрата 3,12-Ю-3
Угнетение проходило при концентрации субстрата 1,87-Ю-2,
в) Угнетение проходило без субстрата
заряженного атома азота, так как в истинных холин-
эстеразах предполагается наличие двух анионных участ-
ков (см. ранее). Во всех указанных соединениях атом
азота находится в 0-положении к эфирному атому
кислорода или серы, т. е. на таком же расстоянии,
как в ацетилхолине. Высокая антихолинэстеразная
активность фторфосфорилгомохолина, как полагает
Фредриксон, объясняется возможностью «изгиба» моле-
кулы [223].
В связи с вышеизложенным, большой интерес пред-
ставляют данные Келле и Штейнера [227], изучавших
кинетику ингибирования истинной холинэстеразы мозга
кролика диэтоксифосфорилтиохолином и диэтокси-
N, N-диметиламиноэтилтиофосфатом. В работе пока-
зано, что константа скорости ингибирования холинэсте-
разы мозга диэтоксифосфорилтиохолином почти в три
раза выше (2,53 • 104 л • моль-1 • сек-1) константы ско-
рости ингибирования холинэстеразы диэтокси-N, N-диме-
тиламиноэтилтиолофосфатом (9,75 • 103 л • моль-1 • сек-1).
Эти данные также указывают на более выраженное
сродство фосфорилхолйнов к истинным холинэсте-
разам.
III. Антихолинэстеразная активность и токсичность
367
Однако трудно объяснить сильную антихолинэстераз-
ную активность фосфорилхолинов только за счет воз-
можности ориентации на анионном участке холин-
эстераз. Следует учитывать, что с введением амино-
группы сильно изменяется реакционная способность мо-
лекулы фторфосфонатов вообще. Так, например, по-
движность атома фтора во фторфосфорилхолинах зна-
чительно выше, чем у фторфосфонатов. В качестве
примера можно привести константы скорости щелочного
гидролиза метилфторфосфорилхолина и метилфторфос-
форил-р-метилхолина (табл. 10), которые в десятки раз
выше, чем у зарина, что можно объяснить индуктивным
влиянием положительно заряженного азота [419].
Антихолинэстеразная активность фосфорилтиохоли-
нов в тысячи раз выше, чем их кислоцодных аналогов
(см. табл. 8). По-видимому, одной из причин этого
является различная прочность связей Р—S и Р—О.
В работах Полинга [228], Хедсона, Кея [229] и Тайна
[230] приведены значения энергии связей С—S =
= 54 ккал/моль, «Р—О = 95—100 ккал/моль, Р—S =
= 45—"50 ккал/моль. Из этих данных вилно что связь
Р—S вдвое слабее, чем связь Р—О, и несколько слабее,
чем связь С—S.
Реакционная способность тиосоединений в какой-то
степени может быть объяснена высокой подвижностью
электронного облака атома серы и его легкой поляри-
зуемостью [176]. Следует также учитывать, что в по-
добных соединениях может иметь место циклизация мо-
лекулы с образованием внутримолекулярной водород-
ной связи
/V....H\+/R
р N
r/ \q—СН2—CH2Xr
что приводит к увеличению дефицита электронной плот-
ности на атоме фосфора и делает более подвижной
ангидридную связь [176].
Сущность ингибирования холинэстераз фосфорилхо-
линами и фторфосфорилхолинами заключается в фосфо-
рилировании эстеразного участка фермента. Однако этот
процесс у данных соединений протекает по-разному. Как
Таблица 10
КОНСТАНТЫ СКОРОСТИ РЕАКЦИИ ПРИ 25° И ЭНЕРГИИ АКТИВАЦИИ ЩЕЛОЧНОГО ГИДРОЛИЗА [1761
ФОСФОРОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ТИПА
О
а,
at к
7 ч ч 5 9,0 11,6 Гб 10,1
лиль-1 <??«”1 S? О О'* G> иэ со 05 § Q0 IO г—< <30 со S3 О. о 04 Ю О
ч
X О X « О +'Z rt w X о ч co ч* X « и -х 05 OS X о Вч Вч Вч Вч о •ф X и +Z я со X сл X я U +z« JO со X и
<£ о м Q о 1Л Oi и о X вч о +Z ео со X о 4 о «о X со .о -х ео СО X о о X и СО X Q н (CH3)3NCH2CHO со X —и о X С4 О о »о X OJ о
с2 CO X о со X и со X о СО X о СО X U СО X о о ЧП X м о о X ОС о
Соединение Этоксиметилфосфорилхолин < Этоксиметилфосфорилтиохо- 1 Я Я ев Метилфторфосфорилхолин . . 1 Метнлфторфосфорилгомохо- я S я я Ом «S СП Метилфторфосфорилф-метил- я я =5 О и Диэтоксифосфорилхолин • - - Диэтоксифосфорилтиохолин |
III. Антихолинэстеразная активность и токсичность 369
уже отмечалось ранее, по-видимому, во всех этих соеди-
нениях аминогруппа в (3-положении к эфирному атому
кислорода 'или серы облегчает ориентацию молекулы
ингибитора на поверхности фермента за счет взаимодей-
ствия с анионным участком.
Атом фосфора, у которого имеется дефицит элек-
тронной плотности, во всех этих соединениях подвер-
гается нуклеофильной атаке атома G, который нахо-
дится в эстеразном участке ферментов (о строении эсте-
разного участка и природе G см. стр. 349—357). Однако
в случае фосфорил холинов или фосфорилтиохолинов
образование ковалентной связи Р—G происходит с одно-
временным отщеплением холина или тиохолина [173],
в то время как при ингибировании фторфосфорилхоли-
нами фосфорилирование атома G в эстеразном участке
происходит за счет разрыва связи Р—F [219]. Схема-
тично это изображено на рис. 5.
Таким образом, в результате ингибирования фосфо-
рилхолинами и фторфосфорилхолинами образуются
различные фосфорилированные ферменты, реактивация
которых протекает по-разному. Так, например, после
воздействия фосфорилхолинов и фосфорилтиохолинов
ингибированный фермент реактивируется с помощью
2 ПАМ с такой же скоростью, как и после ингибирова-
ния ТЕПФ и зарином [173]. Однако Энандеру [231] не
удалось реактивировать холинэстеразу эритроцитов
после ингибирования фторфосфорилхолинами. В этом
случае в качестве реактиваторов использовались 2 ПАМ,
йодметилат никотингидроксамовой кислоты, диизонитро-
ацетон и диацетилмонооксим. Это объясняется более
прочной связью ингибитора с ферментом за счет при-
соединения остатка холина к анионному участку.
Сильная антихолинэстеразная активность фосфорил-
холинов и фторфосфорилхолинов, как и следовало ожи-
дать, сопровождается чрезвычайно высокой токсич-
ностью. В табл. П приведены значения LDSO для раз-
личных животных. Из данных таблицы видно, что фос-
форил гиохолины токсичнее своих кислородных аналогов
в сотни и тысячи раз и превосходят по токсичности
зарин в 7—10 раз.
370
Б. Биохимический механизм и токсическое действие
Таким образом, синтез и изучение фосфорилхолинов
и фторфосфорилхолинов, которые являются близкими
Рис. 5. Схематическое изображение механизма ингиби-
рования холинэстераз фосфорилхолинами (А) и фторфосфо-
рилхолинами (Б).
X=S или О.
структурными аналогами ацетилхолина, привели к от-
крытию фосфорорганических соединений, обладающих
чрезвычайно сильной антихолинэстеразной активностью
и высокой токсичностью. Однако токсическое действие
фосфорилхолинов не может быть связано только с ин-
гибированием холинэстераз.
III. Антихолинэстеразная активность и токсичность
371
Таблица 11
ТОКСИЧНОСТЬ ФТОРФОСФОРИЛХОЛИНОВ и фосфорилхолинов
[173, 219, 221, 2221
Соединение LDB0 (внутри- брюшинно белым мышам), мг/кг LDB0 (внутри- венно кроли- кам), мг/кг
Метилфторфосфорилхолин 0,1 0,01
Метилфторфосфорил-₽-метилхолин . . 0,07 0,008
Метилфторфосфорилгомохолин .... 0,05 0,006
Метилэтоксифосфорилтиохолин .... 0,03
Метилэтоксифосфорилхолин 375,0
Диэтоксифосфорилтиохолин 0,14
Диэтоксифосфорилхолин 495,0
Метилизопропоксифосфорилтиохолин . 0,12
Метилизопропоксифосфорилхолин . . . 210,0
Зарин 0,4
Чрезвычайно близкое структурное сходство с ацетил-
холином и его аналогами позволяет предполагать воз-
можность действия этих соединений также на холин-
реактивные системы. Это предположение за последние
годы находит все большее и большее экспериментальное
подтверждение.
До сих пор речь шла по существу о действии фос-
форорганических соединений на холинэстеразы. Хотя
антихолинэстеразная активность фосфорорганических
соединений, обладающих ацилирующей способностью,
является главным определяющим звеном в биохимиче-
ском механизме их токсического действия, в настоящее
время при всесторонней оценке действия этих соедине-
ний на организм необходимо учитывать ряд других фак-
торов, а именно: непосредственное влияние ца холино-
реактивные системы» проницаемость через защитные
физиологические барьеры, устойчивость в биологических
средах и целый ряд других вопросов. Этим вопросам
посвящаются следующие разделы обзора..
372
Б. Биохимический механизм и токсическое действие
IV. Действие фосфорорганических ингибиторов
холинэстераз на холинореактивные системы
В настоящее время стало общеизвестным, что ток-
сичность фосфорорганических соединений обусловлена
не только ингибированием холинэстераз, но и действием
их на холинореактивные системы. Под холинореактив-
ными системами, или, как их еще называют, холино-
рецепторами, подразумевают то определенное звено
биохимических процессов, через которое ацетилхолин,
Синаптическая длящка
Диффузион-
ный барьер
ООО О О о о
ОООООООО о
оо оооооооо
о о о о о о о оо
оооооооо.
'.'Ъ. л л. ж
tys* • • * •
•''О О О О О О О ООО
I. W RI, Я Л IIЯ ,4 Ятт.9 If |?|,
Синаптическая лкембпана
Рис. 6. Схематическое изображение синапса.
О ацетилхолин; ф холинэстераза; рецептивная поверхность для
ацетилхолина изображена в виде поперечно заштрихованной полоски
на синаптической мембране.
выделившийся на нервных окончаниях, воздействует на
исполнительный орган или другой нейрон Изучению
структуры холинорецепторов способствовали исследова-
ния нейрофизиологов, химиков, цитохимиков и фарма-
кологов.
Синапс-образование, в котором происходит передача
нервного импульса с помощью химического медиатора,
состоит из синаптической бляшки, субсинаптической
мембраны с ее характерным рецептивным и реактивным
механизмами и синаптической щели между ними шири-
ной 200 А (см. рис. 6) [232].
Под влиянием импульса, приходящего в нервное
окончание, происходит синхронный выброс множества
«квантов» ацетилхолина (по нескольку тысяч молекул
ацетилхолина в каждом кванте), что сопровождается
деполяризацией суб синаптической мембраны и созданием
потенциала концевой пластинки [233—237]. Такая депо-
IV. Действие фосфорорганических ингибиторов холинэстераз 373
ляризация субсинаптической мембраны под действием
медиатора самым тесным образом связана с измене-
нием ее проницаемости. В различных синапсах размеры
пор субсинаптической мембраны различны: в возбуж-
дающих синапсах они больше, в тормозных синапсах —
меньше. В момент возникновения импульса увеличи-
вается проницаемость мембраны по отношению к ионам
натрия; последующее повышение проницаемости для
ионов калия ускоряет процесс восстановления
мембранного потенциала, так что мембрана оказы-
вается подготовленной для проведения нового импульса.
Этот процесс достаточно хорошо изучен, и показано, что
при каждом импульсе мотонейрон поглощает около
5- 10-15— 1 • 1044 г-жа ионов натрия и теряет такое же
количество ионов калия [232]. Таким образом, сущность
действия медиатора заключается, по-видимому, в том,
что он превращает субсинаптическую мембрану нейро-
нов или концевую пластинку в мионевральном синапсе
в пористую структуру, которая способна пропускать
определенные ионы в нужном направлении [232].
Вряд ли можно думать, что ацетилхолин Деполяри-
зует концевую пластинку в результате простого физико-
химического процесса, ибо следует учитывать, что мем-
брана сама заряжена положительно. Но, пожалуй, бо-
лее важным фактом, свидетельствующим о высокой
специфичности строения холинореактивных образований
в субсинаптической мембране, является то, что один и
тот же медиатор (ацетилхолин) в разных синапсах вы-
зывает различные эффекты.
При изучении биохимического строения холинорецеп-
торов также нельзя не учитывать тех общих черт, кото-
рые имеются между холинорецепторами и холинэстера-
зами. Во-первых, на такую общность указывает то, что
один и тот же субстрат (ацетилхолин) является высоко
специфичным и для холинэстераз, и для холинорецепто-
ров. Во-вторых, угнетение холинэстераз и холинорецеп-
торов фосфорорганическими ингибиторами и ингибито-
рами, содержащими четвертичный атом азота, предот-
вращается избыточными концентрациями субстрата. Эти
представления об общих чертах, свойственных холин-
эстеразам и холинорецепторам, согласуются с мнением
374
Б. Биохимический механизм и токсическое действие
ряда исследователей об идентичности их строе-
ния.
Впервые подобная точка зрения была высказана
в работах Карасика [238—240]. По мнению Карасика,
нет основания различать структуры, обладающие хо-
линэстеразной функцией, от структур, способных при
рецепции ацетилхолина давать холинэргическое воз-
буждение.
Позже аналогичная гипотеза была высказана Жу-
панчиком [241].
Определенный интерес в этом отношении предста-
вляют также работы Варга и сотрудников [242—245],
которые показали, что сократительный белок мышцы —
миозин, помимо аденозинтрифосфатазной активности,
обладает холинэстеразной функцией [242]. По своим
свойствам миозинхолинэстераза отличается от ацетил-
холинэстеразы, которая находится в концевых пластин-
ках нервных окончаний и в нормальных скелетных мыш-
цах; миозинхолинэстераза составляет примерно поло-
вину общей холинэстеразной активности [243—244]. Ин-
тересно также отметить, что участки с аденозинтрифос-
фатазной и холинэстеразной активностью имеют мозаич-
ную локализацию в миозине.
Миозин тонических мышц характеризуется более
высокой холинэстеразной активностью и более низкой
аденозинтрифосфатазной активностью, в то время как
в тетанических мышцах наблюдается обратная зависи-
мость. Авторы предполагают, что в некоторых мышеч-
ных волокнах тонических мышц при передаче импульсов
с помощью ацетилхолина миозинхолинэстеразы выпол-
няют важную роль [245].
Необходимо отметить, что ранее Португаловым была
обнаружена в структурах концевых нервных окончаний
высокая активность аденозинтрифосфатазы и Специфи-
ческой холинэстеразы, а также щелочной и кислой
фосфомоноэстераз [246]. В * работах Беленького [247]
показано, что ацетилхолин усиливает распад аденозин-
трифосфорной кислоты в тканях каротидного клубочка.
По данным Ланге [248], Флекенштейна и сотрудни-
ков [249] при действии ацетилхолина происходит рас-
щепление креатинфосфата в мышце живота лягушки.
IV. Действие фосфорорганических ингибиторов холинэстераз375.
Турпаев и Коштоянц {250—254] изучали кинетику
реакции ацетилхолина с холинорецепторами. Они пока-
зали, что реакция подчиняется уравнению Михаэлиса—•
Ментена [253] и зависит от наличия свободных сульф-
гидрильных групп [250, 251]. При действии высоких
температур происходит тепловая инактивация холино-
рецепторов [252, 253]. Эти данные свидетельствуют
о сходстве реакции между ацетилхолином, холинорецеп-
торами и ферментативными процессами [254].
Согласно Коштоянцу [255—259], ацетилхолин способ-
ствует высвобождению из связанного состояния ионов
кальция, магния и калия, что является пусковым меха-
низмом в целом ряде определенных биохимических про-
цессов. По мнению Уэлша [260—262], холинорецептор
представляет собой фермент белковой или липопротеи-
новой природы, для которого ацетилхолин является
коферментом. Роль этой ферментной системы заклю-
чается в освобождении анионов из субстрата в клеточ-
ной мембране.
Резюмируя вышеизложенное, можно отметить, что
холинорецепторы представляют собой образования бел-
ковой природы, имеющие высокоспецифическое строе-
ние, функция которых связана с наличием сульф-
гидрильных групп.
Последнее обстоятельство указывает на различие
между холинэстеразами и холинорецепторами, так как
действие сульфгидрильных ядов на холинэстеразу не-
специфично (см. стр. 318). На различие в строении
холинэстераз и холинорецепторов указывает также не-
адекватность действия некоторых фармакологических
веществ на холинорецепторы и на холинэстеразы.
Чрезвычайно важным обстоятельством при воздей-
ствии ацетилхолина на субсинаптическую мембрану
является то, что это действие должно быть очень кратко-
временным и обратимым. При инактивации же холинэсте-
разы наблюдается длительная и непрерывная деполяри-
зация концевой пластинки, приводящая к параличу
мышечной клетки. Так, например, если действие ацетил-
холина в обычных условиях составляет миллисекунды,
то при инактивации холинэстеразы это действие про-
должается около 3 сек. В последнем случае такое
376
Б. Биохимический, механизм и токсическое действие
продолжительное действие можно объяснить лишь тем,
что ацетилхолин все это время удерживается у рецеп-
тивных зон субсинаптической мембраны. Как показали
исследования фармакологов, большое значение в про-
цессе прикрепления ацетилхолина к рецептору имеет
структура «катионной головы». Инг и сотрудники [263,
264] показали, что наиболее оптимальной «катионной
головой» является четвертичный атом азота с тремя
метильными группами. Важную роль играет полярность
карбонильной группы, электроотрицательный атом кис-
лорода которой может участвовать в образовании водо-
родной связи с холинорецептором [262]. Эфирному кис-
лороду обычно приписывают никотиноподобное свойство
[103]. Следовательно, образование комплекса между
ацетилхолином и рецептором возможно за счет водород-
ных связей, ионных и вандерваальсовых сил. Подобный
комплекс может быть образован между веществом и хо-
линорецептором. Различные изменения в структуре ве-
ществ приводят к изменению характера действия на
холинорецепторы. В качестве подтверждения можно
привести данные табл. 12.
Приведенные в табл. 12 данные о различии в дей-
ствии на холинорецепторы в зависимости от структуры
удалось также проследить и в ряду фторфосфорилхоли-
нов (см. стр. 379).
Таким образом, возможность образования комплекса
между веществом и холинорецептором определяется
оптимальным соответствием электронной плотности и
пространственной конфигурации действующей молекулы
и холинорецепторов. Поэтому вещество, действующее на
рецепторы, должно, с одной стороны, соответствовать
строению молекулы субстрата и, с другой стороны, оно
должно иметь сродство к холинорецепторам [26].
Естественно было полагать, что фосфорорганические
соединения, конкурирующие с ацетилхолином за поло-
жение на поверхности фермента, могут воздействовать
и на холинорецепторы. Действительно, рядом исследо-
вателей много лет назад высказывалось предположение,
что действие фосфорорганических ингибиторов холин-
эстераз заключается не только в ингибировании фермен-
тов, но и в воздействии на холинореактивные системы.
IV. Действие фосфорорганических ингибиторов холинэстераз 377
Таблица 12
ЗАВИСИМОСТЬ МЕЖДУ СТРУКТУРОЙ И ДЕЙСТВИЕМ НА ХОЛИНО-
РЕЦЕПТОРЫ В РЯДУ АНАЛОГОВ АЦЕТИЛХОЛИНА [103]
Соединение Мускариноподобные свойства Никотинопо- добные свойства
F—СН2—С—О—СН2—СН2—N (СН 3 В 15 раз слабее
СНа—С—О—СН2—СН—N (СН8)з ацетилхолина В 20 раз слабее Равен
СН3 ацетилхолина ацетилхолину
//Q + СН3—С—О—СН—СН2—N (СНа)а В 2 раза слабее Отсутствует
СНз ацетилхолина
Z + СНз—С—S—СН—СН2—N (СН3)з Выражены слабо Выражены сильнее, чем
СН3 у ацетилтио-
/7° СНз—С—S—СН2—СН2— N (СН3)з Выражены слабо холина
В качестве примера можно привести работу Мак-.
Намара, Мурта и сотрудников [265], в которой изучалось
фармакологическое действие ДФФ и ТЕПФ (на кош-
ках) с одновременной регистрацией активности холин-
эстераз в различных органах гистохимическим методом.
Исследовалось также действие ДФФ на денервирован-
ную мышцу. Авторы пришли к выводу, что механизм
токсического действия этих фосфорорганических веществ
нельзя объяснить только одним ингибированием холин-
эстераз.
Несколько позже появилась работа Келле и сотруд-
ников [266], в которой описывались результаты опытов
по действию ДФФ на проводимость в верхнем шейном
378
Б. Биохимический механизм и токсическое действие
ганглии кошки. Регистрировались пре- и постсинапти-
ческие потенциалы действия при введении ДФФ (в не-
которых случаях предварительно применялся атропин),
а также изучалась степень ингибирования общей и спе-
цифической холинэстераз [267]. Результаты опытов по-
казывают, что нарушение передачи в верхнем шейном
ганглии под влиянием ДФФ связано не только с инги-
бированием холинэстераз, но и с прямым действием
на холинорецепторы [266].
В дальнейшем изучалось влияние табуна, зарина,
зомана и некоторых фторфосфатов и фторфосфонатов
на проведение импульса в синапсе [268]. Было устано-
влено, что указанные соединения конкурируют с ацетил-
холином по отношению к холинорецепторам.
При изучении действия некоторых холиновых эфи-
ров в сочетании с ингибиторами холинэстераз на хемо-
рецепторы каротидного клубочка оказалось, что ДФФ
сенсибилизирует их действие на холинорецепторы [269].
В работах Нахманзона отчетливо показано, что ДФФ
действует на рецептивные элементы нервной системы
электрического ската [270].
В опытах Турпаева и Путинцевой [271] на препарате
изолированной кишки при полной инактивации холин-
эстеразы наблюдался выраженный холинэргический эф-
фект при действии фосфакола.
Комиссаров [272], изучая рефлекторную проводи-
мость импульсов в спинном мозгу кролика при комби-
нации фосфакола, уретана и стрихнина, обнаружил, что
действие фосфакола на центральную нервную систему
не может быть полностью объяснено только ингибирова-
нием холинэстеразы.
Из работ Семенова следует, что в развитии армино-
вого бронхоспазма наряду с антихолинэстеразным дей-
ствием существенное значение имеет и прямое холино-
миметическое действие [273].
Подобного рода вывода о том, что действие фосфор-
органических ингибиторов в какой-то мере связано
с прямым действием на холинорецепторы, были сделаны
в ряде других экспериментальных и обзорных ра-
бот [274—276].
IV. Действие фосфорорганических ингибиторов холинэстераз 379
Наиболее отчетливо действие фосфорорганических
ингибиторов холинэстераз на холинорецептивные си-
стемы наблюдалось при изучении различных аналогов
фосфорилхолинов [221—224].
Симптомы поражения- животных после введения
фторфосфорилхолинов в основном были такими же, как
при действии фторфосфонатов, и характеризовались
перераздражением холинэргических отделов нервной си-
стемы. Однако, как правило, они развивались более
бурно и исчезали несколько быстрее, чем при действии
зарина [221]. Такой быстро развивающийся холинэрги-
ческий эффект при действии фторфосфорилхолинов, оче-
видно, обусловлен не только ингибированием холинэсте-
раз, но и прямым действием на холинореактивные си-
стемы [221, 222]. Позднее было показано, что характер
фармакологического действия различных фторфосфорил-
холинов на холинорецепторы качественно различен. Так,
например, фторфосфорил-р-метилхолин обладает более
слабым мускариноподобным действием и почти лишен
никотиноподобного действия по сравнению с фторфос-
форилхолином. Таким образом, между этими соедине-
ниями удалось отметить такое же различие в действии
на холинорецепторы, какое имеется между ацетилхоли-
ном и ацетил-р-метилхолином [221, 222] (см. табл. 12).
Большой интерес представляет работа Фредрик-
сона [223] о применении различных реактиваторов
(ДИНА, 2-ПАМ, МИНА) для снятия нервно-мышечного
блока, возникшего в результате действия фторфосфорил-
холинов и зарина. В работе показано, что с помощью
реактиваторов можно снять блокирующее действие
фторфосфорилхолинов, хотя восстановление нервно-
мышечной проводимости наступает медленнее, чем после
действия зарина. Сопоставляя эти данные с тем фак-
том, что реактивация истинной холинэстеразы эритроци-
тов после ингибирования ее фторфосфорилхолинами
оказалась невозможной [231], Фредриксон предполагает,
что обратимость действия фторфосфорилхолинов на
нервно-мышечный препарат, по-видимому, может быть
объяснена двояко. Во-первых, вполне вероятно, что
структура холинэстераз в нервно-мышечных препаратах
отличается от структуры холинэстеразы эритроцитов.
380
Б. Биохимический механизм и токсическое действие
(В этой связи нельзя не упомянуть работ о миозин-
холинэстеразах.) Во-вторых, результаты опытов на
нервно-мышечном препарате показывают, что, помимо
действия на холинэстеразу, фторфосфорилхолины дей-
ствуют на холинореактивные системы [223]. В одной из
последних работ Фредриксона и Тиблинга [224] в опытах
на препаратах прямой мышцы живота лягушки и изоли-
рованной кишки кролика с предварительной инактива-
цией холинэстеразы зарином было еще раз подтвержде-
но действие фторфосфорилхолинов на холинорецепторы.
В работе Хазарда и сотрудников [277] изучалось
действие ароматических фосфорилхолинов на изолиро-
ванный кишечник и прямую мышцу живота, а также
проводились фармакологические исследования на нарко-
тизированных собаках. Было показано, что все иссле-
дованные соединения обладают мускарино- и никотино-
подобным действием.
Вышеизложенные данные позволяют сделать вывод,
что фосфорорганические ингибитоцы холинэстераз, по-
мимо антиэстеразного действия, обладают сродством
к холинореактивным системам. Особенно это относится
к тем соединениям, которые по своему строению близки
к ацетилхолину (фосфорилхолины и фторфосфорилхо-
лины) .
Однако ошибочно было бы предполагать, что все
соединения, структурно сходные с ацетилхолином, будут
действовать на холинорецепторы. Это связано с рядом
обстоятельств, одним из которых, по-видимому, наибо-
лее важным, является проблема клеточной и тканевой
проницаемости. Действительно, для того чтобы веще-
ство воздействовало на холинорецептор, оно должно
проникнуть через ряд клеточных и тканевых барьеров.
В настоящее время показано, что вокруг синаптической
щели, по-видимому, существует определенный диффу-
зионный барьер (см. рис. 7), который ограничивает
диффузию ацетилхолина из синапса и является причи-
ной, почему ацетилхолин, введенный внутриартериально,
оказывается сравнительно неэффективным в отношении
стимуляции нервных клеток [232].
Строение подобных диффузионных барьеров рассматри-
вается в ряде работ [232, 278, 279]. Естественно полагать,
V. Проницаемость ингибиторов холинэстераз
381
что различные фосфорорганические ингибиторы холин-
эстераз преодолевают эти барьеры по-разному.
Очень интересной является попытка количественно
изучить действие различных веществ на рецепторы с уче-
том кинетики проникновения веществ через различные
мембраны. В общих чертах это схематически можно
представить следующим образом [26]:
Вещество
Мембрана
где — константа связывания с транспортирующим
агентом, Кт — константа диффузии, К® — константа
скорости взаимодействия с рецептором.
Бесспорно, решение подобной задачи приблизит нас
к лучшему пониманию механизмов действия веществ
в организме, а также будет содействовать более глубо-
кому изучению связи между строением и действием
веществ.
V. Проницаемость фосфорорганических
ингибиторов холинэстераз через
клеточно-тканевые барьеры
Как уже отмечалось, эта проблема имеет чрезвы-
чайно важное научное и практическое значение и в на-
стоящее время интенсивно изучается.
Под защитными клеточно-тканевыми барьерами
в широком смысле понимают те физиологические
механизмы, которые ограждают внутреннюю среду от
вредных внешних воздействий, а также обеспечивают
определенное постоянство среды внутренних органов.
Обычно кожу, дыхательный и пищеварительный аппа-
рат называют внешними барьерами, так как они защи-
щают организм от воздействия внешних факторов.
382 Б. Биохимический механизм и токсическое действие
Те барьеры, которые отделяют различные органы и ткани
от общего кровообращения, называются гисто-гематиче-
скими барьерами. В частности, к таковым относится и
гемато-энцефалический барьер, который находится
в центральной нервной системе на границе между крово-
обращением и нервной тканью и регулирует поступление
веществ из крови в цереброспинальную жидкость и
нервную ткань. Строение и функция гемато-энцефали-.
ческого барьера освещается в ряде работ [280, 281].
Вообще роль клеточных оболочек и тканевых барьеров
очень велика в жизнедеятельности любой клетки и
ткани [282, 283].
В изучение проницаемости веществ через тканевые
барьеры большой вклад внесли работы фармакологов
и химиков по изучению действия различных веществ на
холинореактивные системы [21, 22, 211, 284, 285].
Наиболее полно этот вопрос освещен в работах Ми-
хельсона и сотрудников [22, 208, 286, 887], которые уста-
новили, что при переводе третичных аминов в четвер-
тичные аммониевые соединения центральное действие
холиномиметических и холинолитических веществ умень-.
шается, а периферическое — усиливается. По-видимому,
это связано с тем, что четвертичные соединения пол-
ностью ионизированы, и аммониевый катион плохо про-
никает в центральную нервную систему. Таким образом,
из этих работ видно, что чем более поляризована моле-
кула вещества, действующего на холинорецептор, тем
хуже она проникает через гемато-энцефалический барьер,
и обладает более выраженным периферическим дей-
ствием. Работы Михельсона и сотрудников имеют боль-
шое значение не только для познания закономерностей
проникновения веществ через гемато-энцефалический
барьер в зависимости от их структуры, но имеют и важ-
ное практическое значение, так как позволяют более
целенаправленно подходить к подбору антидотов при
поражении организма фосфорорганическими ингибито-
рами.
В ряде других работ было также показано, что ге-
мато-энцефалический барьер защищает мозг от проник-
новения в него четвертичных аммониевых соедине-
ний [288, 289].
V. Проницаемость ингибиторов холинэстераз
383
Интересно отметить, что и среди других классов со-
единений (производных фенилборной кислоты) также
отмечается прямая зависимость между проникновением
в головной мозг и в опухоли мозга и степенью раствори-
мости в маслах. Введение в ароматическое кольцо ме-
тила или хлора повышало проницаемость в мозг, в то
время как введение карбоксильной или карбамидной
группы значительно снижало [290].
Аналогичная закономерность была установлена при
изучении проникновения фосфорорганических ингибито-
ров холинэстераз через гемато-энцефалический барьер.
Так, например, октаметилпирофосфат, хорошо рас-
творяющийся в воде и имеющий низкий коэффициент
распределения в системе масло—вода, не проникает
в центральную нервную систему и не тормозит холин-
эстеразу мозга. Еще ранее Гробб и сотрудники пока-
зали, что ДФФ, имеющий высокий коэффициент распре-
деления и хорошо растворимый в липоидах, обладает
значительно выраженным центральным действием [291].
Позже в работе тех же авторов [292] описывается дей-
ствие зарина на человека и вновь подчеркивается, что
зарин, имеюший более высокий коэффициент распреде-
ления, чем ТЕПФ и неостигмин, обладает определенно
выраженным центральным действием.
Таким образом, во всех этих исследованиях, а также
в ряде обзорных статей [275, 276] красной нитью прохо-
дит мысль, что дипидофильноСть фторфосфатов и фтор-
фосфонатов тесным образом связана с их способностью
проникать в мозг, однако это не бесспорно.
Михельсон и сотрудники ]22, 208, 293, 294] изучали
распределение в организме изосистокса и его метил-
сульфометилата. Показано, что метилсульфометилат
изосистокса, содержащий трехковалентно связанную
серу, заряженную положительно, тормозит холинэсте-
разу мозга в несколько раз слабее, чем холинэстеразу
мышц. По-видимому, и в данном случае ионизация
сульфониевого соединения затрудняет его проникнове-
ние в центральную нервную систему.
Большой интерес представляет также работа Кёлле
и Штейнера [227], в которой изучалось проникновение
через гемато-энцефалический барьер диэтоксифосфорил-
384
Б. Биохимический механизм и токсическое действие
тиохолина и диэтокси-N, N-диметиламиноэтилтиолофос-
фата. Показано, что фосфорилтиохолин проникает
в мозг гораздо хуже, чем его третичный аналог. При
внутривенном введении этих веществ в дозах, прибли-
зительно соответствующих LD50, активность холинэсте-
раз мозга кроликов угнеталась по-разному. Полученные
результаты приведены в табл. 13. Данные, приведенные
Таблица 13
АКТИВНОСТЬ (в %) ХОЛИНЭСТЕРАЗ МОЗГА КРОЛИКА ЧЕРЕЗ РАЗЛИЧНЫЕ
ПРОМЕЖУТКИ ВРЕМЕНИ ПОСЛЕ ВВЕДЕНИЯ ДИЭТОКСИФОСФОРИЛТИОХО-
ЛИНА И ДИЭТОКСИ-N,N-ДИМЕТИЛАМИНОЭТИЛТИОЛОФОСФАТА
(средние данные) [227]
Время гибели или за-
бивки животных
Вещество
Доза,
$.моль1кг и
3"
1 о
уз
(С2Н5О)2Р^
XS—СН2—СН2—N (СН3)2
/О
(С2Н5О)2Р^ +
xs—сн2—сн2—n (сн3)2;
0,320
0,087
9 19 47 78
98
104
в таблице, показывают, что процент ингибирования хо-
линэстераз мозга после действия диметиламиноэтил-
тиолофосфата гораздо выше, несмотря на то что его
антихолинэстеразная активность ниже, чем у фосфорил-
тиохолина. При изучении коэффициента распределения
оказалось, что третичный аналог в 217 раз лучше рас-
творим в жирах, чем четвертичное соединение. Таким
образом, авторы полагают, что и для фосфорилхолинов
коэффициент липидофильности влияет на их способ-
ность проникать через гемато-энцефалический барьер.
В одной из последних работ Кёлле [296] показано,
что диэтоксифорилтиохолин ингибирует наружную
холинэстеразу, в то время как ДФФ и диметиламино-
этилтиолофосфат ингибирует как внутреннюю, так и на-
V. Проницаемость ингибиторов холинэстераз
385
ружную холинэстеразы. Доказательство плохой прони-
цаемости четвертичных соединений через клеточные
барьеры было получено в опытах, когда ДФФ ингибиро-
вал внутреннюю холинэстеразу, в то время как наруж-
ная была обратимо угнетена аммониевым соединением.
В работах Шаумана и Джоба [297] также показано,
что диэтоксифосфорилтиохолин легко вызывает нару-
шение нервно-мышечной проводимости, но даже в боль-
ших дозах не оказывает влияния на дыхательный центр,
в то время как его третичный аналог диэтокси-N, N-ди-
метиламиноэтилтиолофосфат обладает выраженным дей-
ствием на центральную нервную систему, но не влияет
на передачу возбуждения с нерва на мышцу.
В одной из работ Фредриксона [222] отмечалось, что
3,3-диметилбутоксиметилфторфосфонат лучше прони-
кает через слизистые оболочки конъюнктивального
мешка, чем метилфторфосфорилхолин.
Таким образом, вышеизложенные работы показы-
вают, что при правильной оценке биологического дей-
ствия фосфорорганических ингибиторов холинэстераз
чрезвычайно важное значение имеет распределение их
в организме и проникновение через тканевые барьеры.
Изучение способности фосфорорганических ингибиторов
преодолевать клеточно-тканевые барьеры дополняется
работами по изучению кожной проницаемости. Проб-
лема кожной проницаемости имеет не только научное,
но и чрезвычайно большое практическое значение вслед-
ствие опасности резорбции фосфорорганических инсекти-
цидов через кожные и слизистые покровы.
Давно известно, что фосфорорганические соединения
(такие, как три-о-крезилфосфат) хорошо проникают че-
рез кожу (см. работу Ходжа и Стернера,' опубликован-
ную в 1943 г. [298]). Дейчман и Витеруп в 1947 г. пока-
зали, что тетрафосфаты и пирофосфаты легко прони-
кают через кожу [299]. В 1949 г. Леман сообщил о лег-
ком проникновении через кожу Е-605 [300]. ,
В работе Гара и сотрудников [301, 302] изучалось
проникновение диэтил-4-нитрофенилтиофосфата (тио-
фоса) в организм белых крыс, морских свинок, кроликов
и кошек при нанесении его на кожные покровы и при
попадании в желудочно-кишечный тракт. Авторы
386
Б. Биохимический механизм и токсическое действие
показали, что тиофос очень быстро проникает в кровь
и жизненно важные органы.
По данным Спыну [303], тиофос хорошо проникает
через неповрежденную кожу и слизистые оболочки.
Симптомы поражения, как правило, развивались спустя
некоторый скрытый период (4—6 час.). Как показал
Стацек [304], метилсистокс проникает через неповре-
жденную кожу и слизистые оболочки, вызывая сильное
общетоксическое действие.
За последние годы в иностранной литературе появи-
лось большое количество экспериментальных работ по
изучению проникновения фосфорорганических ингибито-
ров холинэстераз через кожу, а также работ, в которых
описывались случаи поражения людей и животных фос-
форорганическими инсектицидами [305—322].
В 1946 г. Хортон и сотрудники [323] указывали на
токсическое действие ДФФ при проникновении его че-
рез кожу. В 1948 г. появилось сообщение [324], что та-
бун легко проникает через кожу и смертельная доза
при действии через кожу составляет 75—100 лге/кг веса
тела. В этой статье указывается также, что и зарин
легко проникает через кожные покровы. В ряде ста-
тей [325—327] отмечалось, что в случаях экскориаций
и других повреждений кожи табун проникает особенно
легко, при этом гибель наступает гораздо быстрее —
в течение 10 мин.
О проникновении зарина через кожу упоминается
в работах Берри [328], де Кандоле и сотрудников [330],
Фримана и Эпштейна [331]. В работе Бланка и сотруд-
ников [313] сообщаются данные о кинетике проникнове-
ния зарина через человеческую кожу. В работе Коломпа
[325] описаны случаи интоксикации зарина через кожные
покровы.
Заслуженный интерес представляет одна из послед-
них работ Фредриксона [333], в которой йзучалось про-
никновение зарина и его аналогов через кожу собак,
кошек и морских свинок. Все исследованные соединения
легко проникают через кожные покровы, вызывая
быстрое угнетение холинэстеразы крови. Так, уже через
10—29 мин. после нанесения фосфорорганических ве-
ществ на кожу активность холинэстеразы крови, как
V. Проницаемость ингибиторов холинэстераз
387
правило, падала до 25% от первоначальной активности.
Гибель животных наблюдалась обычно через 30 мин.
после нанесения веществ. Подробно изучались местные
и общие симптомы поражения. Автор показал, что ско-
рость проникновения зарина через кожу кошки соста-
вляет 0,001—0,002 мг • минт1 - см~2. Активность холин-
эстеразы кожи угнеталась вскоре после нанесения ве-
ществ. Изучен ферментативный гидролиз зарина в коже
животных (см. ниже). В 1959 г. появилось сообщение
о том, что синтезированные Таммелином вещества при-
водят к смептельному отравлению при попадании на
кожу человека в количестве около 2 мг [чио].
Кодама и сотрудники [334] изучали раздражающее
действие фосфорорганических соединений и показали,
что только те галоидфосфаты обладают раздражающим
действием, которые быстро гидролизуются с образова-
нием значительных количеств галоидводородной кис-
лоты. Однако в ряде случаев описаны местные симп-
томы поражения, которые проявляются в виде незначи-
тельной гиперемии, отека и фасцикуляции мышц [295,
331]. Общие симптомы поражения характерны для пере-
раздражения холинэргических отделов нервной системы.
Изучению механизма проницаемости фосфороргани-
ческих ингибиторов через кожу посвящено много ра-
бот [335—338]. По существующим представлениям эпи-
дермис кожи достаточно устойчив к проникновению че-
рез него этих соединений, что связано с наличием
определенного защитного барьера. Этот барьер нахо-
дится, по-видимому, где-то между ооговым слоем и
слоем базальных клеток [339—341]; предполагают, что
он состоит из двух липидных слоев, разделенных меЖДу
собой водной фазой [342]. Очевидно, проницаемость
в кровяной поток связана со скоростью местного крово-
обращения. Однако это явление еще недостаточно хо-
рошо изучено [333]. Существует распространенная точка
зрения, что через кожу проникают вещества, хорошо
растворимые в жирах. Некоторые авторы полагают, что
повышение растворимости в жирах приводит к повыше-
нию проницаемости [335], в то время как другие иссле-
дователи считают, что через кожу лучше проникают
388 Б. Биохимический механизм и токсичёёкое действие
вещества, у которых хорошая растворимость в жирах
сочетается с выраженной растворимостью в воде [337].
Другим очень важным фактором, который необхо-
димо учитывать при оценке токсического действия фос-
форорганических ингибиторов холинэстераз и который
имеет большое значение в проницаемости, является
устойчивость этих соединений в биологических средах.
VI. Ферментативный гидролиз
фосфорорганических ингибиторов холинэстераз
Фосфорорганические соединения в организме живот-
ных и растений подвергаются различным изменениям.
В некоторых случаях эти превращения приводят к уве-
личению антиэстеразной активности, как это наблю-
дается в случае изосистокса и ОМПА (см. стр. 226, 362),
но, с другой стороны, многие фосфорорганические инги-
биторы холинэстераз подвергаются детоксикации. Такая
детоксикация происходит в результате ферментатив-
ных и неферментативных реакций. Особый интерес
представляет ферментативный гидролиз фосфороргани-
ческих ингибиторов холинэстераз в живом орга-
низме.
В книге Сондерса уже были изложены основные све-
дения о ферментативном гидролизе фосфорорганических
ингибиторов холинэстераз, поэтому в настоящем обзоре
будут приведены лишь некоторые дополнительные дан-
ные по этому вопросу.
После того как Мазур [343] установил, что в орга-
низме животных существуют ферменты, гидролизую-
щие фосфорорганические ингибиторы холинэстераз, на-
чались детальные и систематические исследования этих
ферментативных реакций.
В работах Аугустинсона, Моунтера и других иссле-
дователей было показано, что в тканях различных жи-
вотных и человека существуют ферменты, гидролизую-
щие фторфосфаты [343—346, 351], фторфосфонаты [347,
352], пирофосфаты [342, 346], п-нитрофениловые эфиры
фосфорной кислоты [346, 348], цианамиды фосфатов [346]
и другие соединения.
VI. Ферментативный гидролиз
389
Так, например, было показано, что в плазме крови
человека и кролика имеются ферменты, гидролизующие
ДФФ [344, 346], ТЕПФ [344, 346, 349], Е-600 [343, 348],
табун [346]. В плазме крови быка имеется фермент,
гидролизующий зарин [347]. Однако гидролиз систокса
и изосистокса в присутствии плазмы крови кролика и
человека протекает медленнее [346].
Изучение распределения этих ферментов в организме
животных показало, что содержание их в различных ор-
ганах неодинаково [345, 350]. Так, например, высокая
активность «табуназы» у кролика была обнаружена
в тканях надпочечников, почек и печени, в то время как
в головном и спинном мозгу активность этого фермента
была низкой. Интересно отметить, что ткани, богатые
ацетилхолинэстеразой, имели невысокое содержание
«табуназы» [350].
Многие из этих ферментов были выделены в очищен-
ном виде. Так, например, еще в 1946 г. Мазур получил
из почки кролика фермент 13-кратной очистки, гидроли-
зующий ДФФ [343]. Позже из сыворотки кролика и
человека была выделена «табуназа» [350] и «параокса-
наза» [348]. Из почек свиньи была выделена «диалкил-
фторфосфатаза» [351], а из плазмы крови быка — «за-
риназа» [347[. За последние годы большие успехи по
выделению ферментов, гидролизующих фосфорорганиче-
ские ингибиторы эстераз, были достигнуты в работах
Коэна и сотрудников [352], Бергмана и сотрудников [353]
и Мэйна [354].
В ряде работ с целью характеристики активности
ферментов 'изучалась кинетика гидролиза табуна [350],
ДФФ [351, 352, 355, 356], Е-600 [344, 357] и других фос-
форорганических ингибиторов холинэстераз.
Большой интерес представляют исследования по
изучению стереоспецифичности фосфорилфосфатаз. Так,
в работе Госкина и Трик [358] сообщалось, что гидролиз
табуна фосфорилфосфатазой крысиной сыворотки со-
стоит из двух параллельных реакций первого порядка.
При этом авторы полагают, что табун, содержащий асим-
метрический атом фосфора, находится в двух оптически
активных формах, которые с различными скоростями
подвергаются ферментативному гидролизу. Применив
390
Б. Биохимический механизм и токсическое действие
поляриметрические исследования, авторы установили,
что правовращающая форма табуна гидролизуется
быстрее, чем левовращающая.
Позже Аугустинсон [360] изучал ферментативный
гидролиз табуна фосфорилфосфатазами из различных
тканей животных. Фермент из человеческой плазмы
гидролизовал оба оптических изомера с одинаковой ско-
ростью (реакция первого порядка, k — 4,45 час-1). Фер-
менты из плазмы крысы и кролика проявили некоторую
степень стереоспецифичности, но в меньшей степени, чем
фермент печени и почки свиньи. При гидролизе табуна
фосфорилфосфатазой из свиной почки кривая гидролиза
являлась результирующей трех процессов: спонтанного
гидролиза табуна (k = 0,21 час-1) и двух ферментатив-
ных процессов, протекающих по уравнению реакции пер-
вого порядка, причем один из них проходил медленнее
(6 = 0,39 час-1), а другой — быстрее (62 = 5,71 час-1).
Эти результаты указывают на то, что ферментативный
гидролиз различных стереоизомеров табуна протекает
с различными скоростями.
Ферментативный гидролиз .фосфорорганических инги-
биторов холинэстераз по существу является реакцией,
аналогичной ингибированию эстераз, с той лишь разни-
цей, что она заканчивается переносом фосфорильной
группы на молекулу воды.
Подобно большинству ферментативных реакций [65].
гидролиз фосфорорганических ингибиторов холинэстераз
под влиянием фосфорилфосфатаз зависит от pH среды.
Причем изменение активности в зависимости от pH
среды носило такой же характер, как в случае холин-
эстеразы эритроцитов, химотрипсина, липазы и других
ферментов, обладающих эстеразной активностью. Опти-
мум pH для ферментативного гидролиза фторфосфатов
находится в интервале 7,5—8,0 [351, 356]. Константа
диссоциации активного центра «диалкилфторфосфа-
тазы» оказалась равной ~6,6 [356]. Найденная вели-
чина рК« указывает на вероятность наличия имидазоль-
ного кольца гистидина в активных центрах фосфорил-
фосфатаз.
Исследовалось влияние различных анионов и катио-
нов на активность фосфорилфосфатаз.
VI. Ферментативный гидролиз
391
В работе Аугустинсона показано, что такие анионы,
как [Мо(Мо04) в]б-. МоОГ, WOl-, VO3 , СгО4 , БеОз •
ВОГ, не оказывали влияния на ферментативный гидро-
лиз табуна при действии фосфорилфосфатазы сыво-
ротки [361].
Однако ферментативный гидролиз фосфорорганиче-
ских ингибиторов холинэстераз заметно ускоряется
в присутствии ионов металлов.
Так, в работах Моунтера, Коэна и др. показано, что
фосфорилфосфатазы, гидролизующие диалкилфторфос-
фаты, активируются ионами марганца и кобальта [344,
345, 351, 353]. В присутствии ионов марганца фермент
активируется цистеином, гистидином, тиолгистидином,
серином, гистамином и производными имидазола [351].
В работах Аугустинсона [362] изучалось действие
ионов металлов на очищенные препараты фосфорилфос-
фатазы человеческой сыворотки и свиной почки по отно-
шению к табуну. Фермент сыворотки активируется Sr++
и Ва++, фермент почки — Мп++ и Со++. Оба типа фосфо-
рилфосфатаз угнетались следующими ионами: Ni++, Pd++,
Cu++, Ag+, Au++, Zn++ и Hg++. Фермент сыворотки также
угнетался ионами Мп++ и Со++. Наиболее сильным инги-
битором фермента почки является ион Ag (plgo 5,55).
Тот факт, что ионы различных металлов неодинаково
влияют на ферментативный гидролиз фосфорорганиче-
ских соединений, указывает на участие в этих процессах
различных ферментов.
Аналогичные данные об активирующем влиянии ио-
нов металла , на ферментативный гидролиз фосфорных
ингибиторов были получены также еще в целом ряде
работ [363, 366].
В свете вышеизложенного представляют интерес ра-
боты по неферментативному гидролизу фосфороргани-
ческих соединений в присутствии ионов металлов.
Еще в 1955 г. Вагнер-Яурег сообщил [367], что хелат-
ные комплексы двухвалентной меди катализируют гид-
ролиз ДФФ. Полученные результаты приведены
в табл. 14.
В 1957 г. Кортней, Густафсон и сотрудники [365]
опубликовали результаты широких исследований по
392
Б. Биохимический механизм и токсическое, действие
Таблица 14
ВРЕМЯ 50%-ного ГИДРОЛИЗА ДФФ [3]
Время 50%-ного гидролиза, мин.
ДФФ (чистый) 2500—3000
ДФФ _|_ имидазол (чистый) 750
ДФФ _|_ Си (II) — хелат
DL-серин 37
DL-a ланин 27
L-аргинии 23
L-лизин 23
DL-треонин 18
этилендиамии 16
имидазол- 14
фенантролин 14
L-гистидин 9
4, 4'-диметил-2,2'-дипиридил 9
2, 2'-дипиридил 4,5
катализу различными металлхелатными соединениями
гидролиза ДФФ и зарина. Было показано, что боль-
шинство металлхелатных соединений, обладающих ка-
талитической активностью, содержат ион меди. Среди
исследованных медных комплексов наиболее активными
при гидролизе ДФФ оказались следующие: Cu(II) —
N, N, N', N'-тетраметилэтилендиамин, Си (II) — дипири-
дил, Си (II)—диаминоэтан. Наиболее активными ката-
лизаторами гидролиза зарина оказались: Cu(II) —
N, N, N', N'-тетраметилдиаминоэтан. Си(II) — N, N'-ди-
метиламиноэтан и Cu(II) — 1,3-диаминопропан. По-
мимо комплексов двухвалентной меди, исследовались
хелатные комплексы, содержащие уранил (II), лан-
тан (III), ванадий (II), железо (III), молибден (VI)
и др.
Авторы полагают, что катализируемый гидролиз мо-
жет протекать с образованием промежуточных соедине-
VI. Ферментативный сидролйЭ
393
ний по следующим схемам:
Последую-
щие
продукты
После-
дую-
щие
про-
дукты
Вышеописанные исследования катализа металлхелат-
ными соединениями гидролиза ДФФ и зарина привели
к выводу, что аналогичные реакции могут иметь место
при ферментативном гидролизе. В этом отношении ин-
тересно отметить, что некоторые авторы полагают, что
ионы металлов являются коферментами фосфорилфос-
фатаз. В частности, в работах Моунтера [344, 355, 366]
показано, что при гидролизе ДФФ кофактором фосфо-
рилфосфатаз являются ионы Мп. Показано также, что
скорость образования комплекса протекает во времени
и является по существу стадией, определяющей скорость
реакции. Аналогичные выводы можно сделать из работ
Аугустинсона [362].
В настоящее время на основании биохимических ис-
следований известно, что имидазол играет важную роль
в связывании ионов металлов с белковой молекулой.
Особенно это относится к ионам Со, Си, Fe, Мп и Zn.
В качестве примера следует указать на участие имид-
азола гистидина в образовании комплексов иона цинка
и инсулина, а также иона железа с белковой молекулой
в гемопротеидах [15]. Можно предположить, что и в фос-
форилфосфатазах ионы металлов образуют коордпна-
пионную связь с имидазольным кольцом гистидина,
394 Б. Биохимический механизм и Токсическое действиё
вероятность наличия которого в этих ферментах была
показана (см. стр. 390). В подтверждение вышеизло-
женного можно привести работы Вагнер-Яурега, Моун-
тера и др., которые показали, что гидролиз ДФФ про-
ходит намного быстрее в присутствии имидазола и ионов
меди, в то время как при раздельном добавлении их
каталитический эффект менее выражен [351, 364, 367].
Описанный выше ферментативный гидролиз- фосфор-
органических ингибиторов холинэстераз представляет
большой, научный и практический интерес. Эти фермен-
тативные системы защищают организм от воздействия
фосфорорганических токсичных соединений.
В работах Аугустинсона, Коэна и др. показано, что
в присутствии фосфорилфосфатаз для ингибирования
холинэстераз требуются более высокие концентрации
табуна [368], ДФФ и зарина [352]. Фосфорилфосфатазы
приостанавливают реакцию ингибирования холинэсте-
разы ДФФ, табуном и ТЕПФ [349].
Высказывается предположение, что фосфорилфосфа-
тазы могут принимать участие в реактивации ингибиро-
ванных холинэстераз [369]. Интересно также отметить,
что при внутрибрюшинном введении зарина кроликам
величина токсичной дозы находится в прямой зависи-
мости от уровня «зариназы» в печени и плазме [370].
О защитной роли фосфорилфосфатаз в организме
теплокровных животных свидетельствует ряд исследо-
ваний по ферментативному гидролизу фосфорорганиче-
ских инсектицидов. Ферментативной детоксикации под-
вергается тиофос [301, 371], О, О-диметил-2, 2, 2-трихлор-
1-оксиэтилфосфонат [372] и другие инсектициды [373,
302].
Представляют интерес работы по исследованию
защитной роли фосфорилфосфатаз кожи при проникно-
вении фосфорорганических ингибиторов холинэстераз
через кожные покровы. В работе Фредриксона [333]
показано, что зарин и его аналоги подвергаются фер-
ментативному гидролизу в коже. В табл. 15 приведены
результаты ферментативного гидролиза зарина гомоге-
натом кожи.
Интересно также сообщение Мартина и Аксельрода
о выделении из кожи А2-эстеразы [374].
VI. Ферментативный гидролиз
395
Таблица 15
ГИДРОЛИЗ ЗАРИНА И ЕГО АНАЛОГОВ ГОМОГЕНАТАМИ
КОЖИ [333]
Соединение /iy2 (при pH 7,5 и 37°), МИИ,
спонтанный гидролиз гомогенат кожи
Зарин 231 126
233 128
Фторангидрид 1-метилбутилового 223 120
эфира метилфосфиновой кис-. 330 139
лоты 345 138
315 141
Фторангидрид 1-метилгексило- 385 178
вого эфира метилфосфиновой 405 184
кислоты 375 164
Наличие фосфорилфосфатаз в коже может играть
важную роль при проникновении фосфорорганических
ингибиторов холинэстераз через кожу [333].
Интересно отметить, что фосфорилхолины и диалк-
окси-N, N-диалкиламиноэтилтиолофосфаты, которые с
различной скоростью проникают через гематоэнцефали-
ческий барьер (см. выше), по-разному подвержены дей-
ствию фосфорилфосфатаз.
Томпсон сообщил [375] о гидролизе фосфорилхолина
и глицерофосфорилхолина в мозгу. Фосфодиэстераза,
расщепляющая фосфорилхолин, активируется ионами
Mg++ и Мп++. Оптимум действия этого фермента нахо-
дится при pH 9,5. ДФФ, три-о-кризилфосфат и эзерин
в концентрации 10-3 М не влияли на активность фосфо-
диэстеразы мозга.
Скейф и Кемпбелл [376] изучали ферментативный
гидролиз О, О-диэтил-5-2-диэтиламиноэтилтиолофосфата.
396 Б. Биохимический механизм и токсическое действие
В печени различных животных был найден фермент,
расщепляющий 0,0-диэтил-8-2-диэтиламиноэтилтиоло-
фосфат со скоростью от 50 до 200 мг/час на 1 г свежей
ткани (различная скорость в зависимости от вида жи-
вотного), Активность фермента, расщепляющего О, О-ди-
этил-8-2-диэтиламиноэтилтиолофосфат, была наиболее
высокой в печени крысы, кролика, мыши и морской
свинки; несколько ниже — у свиньи, собаки, коровы и ля-
гушки. Гомогенаты, приготовленные из тканей человека
и кошки, обладали очень незначительной активностью.
Эта ферментативная система находится в микросомах,
разрушение которых приводит к потере ферментативной
активности. Активность ферментной системы зависит от
наличия кислорода, неорганического фосфата и дифос-
форпиридиннуклеотида. Оптимум pH составлял —7,7.
Соли тяжелых металлов (Cu2+, Hg2+, Ag+) ингибируют
фермент. Отсюда был сделан вывод, что активность фер-
мента связана с наличием сульфгидрильных групп. Фер-
мент, разрушающий О, О-диэтил-8-2-диэтиламиноэтил-
тиолофосфат, не гидролизует ДФФ, изосистокс и ТЕПФ,
хотя эти вещества хорошо разрушаются печеночной
тканью.
Рассмотренные примеры показывают, что фермента-
тивный гидролиз фосфорорганических ингибиторов хо-
линэстераз играет важную роль в токсическом действии
и в проникновении их через защитные физиологические
барьеры.
В заключение необходимо остановиться на вопросе,
который невольно возникает при изучении ферментов,
гидролизующих фосфорорганические ингибиторы холин-
эстераз типа фторфосфатов и фторфосфонатов: как
в организме появились эти ферментные системы и ка-
кова их функция в организме? Прямого ответа на этот
вопрос в литературе встретить не удалось. Однако, по-
видимому, некоторую ясность в этот вопрос могут
внести работы Тица и Очао [377—380], показывающие,
что в организме млекопитающих имеется фермент «флу-
орокиназа», который катализирует в присутствии СОг
фосфорилирование фторида с образованием монофтор-
фосфата: со +
АТФ +Фторид —=—> АДФ 4- Фторфосфат.
Заключение
397
«Флуорокиназа» была выделена в кристаллическом виде
из экстрактов мышц кролика. Кристаллическая, «флу-
орокиназа» обладала значительной пирувокиназной ак-
тивностью. Необходимость присутствия СОг при образо-
вании фторфосфата можно объяснить, приняв, что реак-
ция протекает в две стадии:
АТФСО2 АДФКарбонилфосфат,
Карбонилфосфат 4- Фторид —>- СО2 4- Фторфосфат.
Можно предположить, что наличие фторфосфата в ка-
кой-то степени служит «оправданием» существования
в организме ферментной системы, способной его гидро-
лизовать. Однако это лишь предположение.
Следует только отметить, что, по-видимому, эта фер-
ментная система появилась.на ранних стадиях эволю-
ции живого организма и является филогенетически древ-
ней. Подтверждением этому является тот факт, что,
как показал Моунтер [363], микроорганизмы обладают
способностью гидролизовать ДФФ. Причем в отношении
некоторых микроорганизмов реакция катализируется
ионами Мп, Со или Mg; в других случаях подобного ка-
тализирующего влияния катионов не наблюдается. Раз-
личные микроорганизмы обладают разной активностью.
Из кинетических исследований видно, что гидролиз про-
ходит по такому же типу, как и гидролиз фосфорилфос,-
фатазами из тканей животных и человека.
Заключение
Рассмотренные в обзоре наиболее актуальные ра-
боты далеко не исчерпывают тех исследований, резуль-
таты которых были опубликованы в литературе за по-
следние годы1)- Однако затронутые вопросы показы-
вают, насколько далеко вперед продвинулось изучение
действия на организм фосфорорганических ингибиторов
холинэстераз.
') Недавно вышла в свет книга Голикова Н. С. и Розен-
гарта В. И. «Фармакология и токсикология фосфорорганических
соединений» [411], в которой освещаются работы, опуоликонанные
до середины 1958 г- — Прим, ред.
398
Заключение
Как видно из литературы, наиболее важным и опре-
деляющим звеном в биохимическом механизме токсиче-
ского действия этих соединений по-прежнему остается
их действие на холинэстеразы. Однако сейчас уже от-
четливо показана возможность и прямого действия
фосфорорганических антихолинэстеразных соединений
на холинореактивные системы. Большое значение
в оценке токсического действия фосфорорганических ин-
гибиторов холинэстераз имеет изучение проницаемости
этих соединений через защитные физиологические
барьеры и процессы детоксикации их в организме жи-
вотных и человека. В рамках настоящего обзора не
представилось возможным рассмотреть ряд работ,
в которых изучалось нарушение некоторых других фи-
зиологических процессов при интоксикации организма
фосфорорганическими ингибиторами холинэстераз.
В этом отношении представляют интерес исследова-
ния по нарушению биосинтеза ацетилхолина. На
основании работ, посвященных проблеме пополнения
запасов химического медиатора, было высказано пред-
положение [232], согласно которому высвобождающийся
ацетилхолин может быть использован для синтеза
несвязанного ацетилхолина лишь в том случае, если он
гидролизуется холинэстеразой. Это заставляет предпо-
ложить, что при ингибировании холинэстеразы нару-
шится не только расщепление ацетилхолина, но и его
синтез. Действительно, экспериментально было пока-
зано, что при ингибировании холинэстеразы эзерином
отмечалось понижение синтеза ацетилхолина [232].
Следует отметить, что нервные клетки в присутствии
большого избытка ацетилхолина со временем начинают
по-иному реагировать на раздражение, причем их чув-
ствительность к действию ацетилхолина понижается
[232]. Большой интерес представляют также данные Tol
ликова и Федорчука [381] о том, что при инактивации
холинэстеразы фосфаколом и тетраэтилпирофосфатом
некоторое количество нерасщепившегося ацетилхолина
может инактивироваться ганглионарной тканью.
Учитывая то большое значение, которое в настоящее
время придается нуклеиновым кислотам, значительный
интерес представляют работы Соколовского [382], в ко-
Заключение
399
торых было показано, что отравление животных фос-
форорганическими антихолинэстеразными веществами
Сопровождается снижением содержания рибонуклеино-
вой кислоты, в нервных клетках ядер продолговатого
мозга. Аналогичные изменения автор наблюдал при
асфиктических и судорожных состояниях. В 1960 г. Рап-
попорт и Костяновский обнаружили, что фторангидрид
изопропилового эфира метилфосфиновой кислоты обла-
дает мутагенным действием, что, по-видимому, связано
с прямым фосфорилированием ответственного за мута-
генез хромосомного субстрата, скорее всего, белковой
части гена [383].
Представляют интерес сообщения о действии фос-
форорганических антихолинэстеразных соединений на
органы кровообращения [304, 384].
В настоящем обзоре не освещены все расширяю-
щиеся интересные исследования по применению различ-
ных фосфорорганических соединений в медицине, в
частности, при лечении злокачественной миастении и па-
раличей [385—387], глаукомы [388—390], лучевой болезни
и других заболеваний. В литературе имеются указания,
что многие фосфорорганические антиэстеразные соеди-
нения обладают бактериостатическим и бактерицидным
действием, а также влияют на дерматофитов. Этот эф-
фект связывают с действием на алиэстеразы [391—399].
Большой интерес представляют исследования по при-
менению фосфорорганических соединений при лечении
злокачественных новообразований. Используемые для
этой цели соединения, как правило, содержат этилен-
иминные или p-бнс-хлорэтиламинные группировки, на-
пример: триэтиленамидофосфат — ТЕФ, триэтиленами-
дотиофосфат -— ТИО-ТЕФ, циклические N-фосфорамидо-
эфиры-бнс-(р-хлорэтил)-амины и другие соединения
[400—410].
Таким образом, литературные данные свидетель-
ствуют о том, что исследования фосфорорганических
соединений в настоящее время ведутся самым широким
фронтом в области химии, биохимии, физической хи-
мии, токсикологии, фармакологии, нейрофизиологии, ге-
нетики, медицины, агрохимии и в других областях
4о0
Литература
науки. Бесспорно, что все эти исследования составят
одну из интереснейших страниц научных достижений
середины XX века.
ЛИТЕРАТУРА
1. Заку сов В. В., Пономарёв Г. А., Д ругов Ю. В., Пер-
спективный план развития научных исследований по фарма-
кологии и токсикологии на ближайшее семилетие. Фармако-
логия и токсикология, XXII, № 1,3 (1959).
2. Sartori М. F., Успехи химии, XXIII, 1 (1954).
3. Lohs К-, Synthetische gifte, Berlin (1958).
4. Краткий курс лекций по фосфорорганическим веществам, под
ред. проф. Радионова П. В., Госмедиздат УССР, Киев (1959).
5. Lange W., Kruger G., Uber Ester der Monofluorphosphorsaure,
Berlin, № 65, 1598 (1932).
6. Wood D. S., Dickens T. D., R i s s a 1 о D., В a i 1 i s M. W.,
J. Royal. Nav. Madical Serv., 38, 2, 68 (1952).
7, CropS., Loomis T,, New York State J. Med., 56, 11, 1766
(1956).
8. Oberst F., Ross R., Cristensen M., Military Medicine,
119,6,377 (1956).
9. D a v 1 e s D. R., Green A. L., Advances in enzymology, 20,
283 (1958).
10. Neurath H., Dixon G. A., Federation Proc., 16, 3, 731
(1957).
11. Neurath H., Ann., New York Acad. Sci., 68, 11 (1957).
12. Dixon G. A., Neurath H., J. Biol. Chem., 225, 1049 (1957).
13. Wes the i me r F. N., Proc. Nat. Acad. Sci., 43, 10, 969 (1957).
14. Dixon G. A., Neurath H., Pechere J. F., Annual Review
of Biochemistry, 27, 489 (1958).
15. Barnard E. A., Stein W, D., Advances in enzymology, 20
(1958).
16. Green A. L., Nicholls G. D., Biochem.. J., 72, 1, 70 (1959).
17. Marini M., Hess G. P., J. Am. Chem. Soc., 81, 10, 2594
(1959). •
18, Marini M., Hess G. P., Nature, 184, 113—114 (1959).
19. L a i d 1 e r K. J., The chemical kinetics of enzym. action., Oxford
(1958).-
20: Na chmart'sohn D., Chemical and Molecular Basis of Nerve
Activity. Academic Press: New York—London (1959).
Литература
401-
21. Аничков С. В., Фармакология и токсикология, XXIII, № 3,
194 (I960).
22. Михельсон М. Я-, Физиологическая роль ацетилхолина и
изыскание новых лекарственных веществ (сборник), стр. 9;
Ленинград (1957).
23. Мельников Н. Н., Мандельбаум Я. А., Органические
инсектофунгициды и гербициды (сборник), стр. 7, Москва
(1958).
24. Каган Ю. С., Гигиена труда и профессиональные заболева-
ния, 5, 7 (1958).
25. Разумов А. И., Успехи химии, XXVI, № 9, 975 (1957).
26. Albert A., Selective Toxicity, London, Methuen and Co Ltd.
(1960).
27. Михельсон M. Я., в сб. Химия и применение фосфороргани-
ческих соединений. Труды первой Казанской . конференции,
Москва (1957).
28. L ew i s J. C., S n el 1 N. S., Hirschmann D. J., Fraen-
kel-Conrat H., J. Biol. Chem., 186, 23 (1950).
29. Dreyer W. J., Neurath H., J. Biol. Chem., 217, 527 (1955).
30. Wilson I. B., Cabib E., J. Am. Chem. Soc., 76, 5154 (1954).
31. Green N. M., Neurath H., J. Biol. Chem., 204, 379 (1953).
32. Bier M., Nord F. F., Arch. Biochem. Biophys., 33, 320 (1951).
33. J a n s e n E. F., Balls A. K., J. Biol. Chem., 194, 721 (1952).
34. Boursnell J. C., Webb E. C., Nature, 164, 875 (1949).
35. Michel H. O., Krop S., J. Biol. Chem., 190, 119 (1951).
36. M a r k w a r d t F., Naturwissenschaften, 40, 341 (1953).
37. Sizer I. W„ J. Biol. Chem., 160, 547 (1945).
38. Sizer I, W.( Robinson L, J, Biol. Chem., 163, 145 (1946).
39. H a r 11 e у B. S., Biochem. J., 64, 27P (1956).
40. Hartley B. S., Massey V., Biochim. Biophys. Acta, 21, 361
(1956).
41. Whittaker J. R., Jandorf B. J., Biol. Chem., 223, 751
(1956).
42. Hartley B. S., Massey V., Biochim. et Biophys. Acta, 21,
58 (1956).
43. Jandorf В. I., Michel H. O., Schaffer N. K-, Egan R.,
Summerson W. H., Discussion Faraday Soc., 20, 134
(1955).
44. W e i 1 L., J a m e s S., В u c h e r t A. R., Arch. Biochem. Biophys.,
46, 266 (1953).
45. V/ood H. N., Balls A. K-, J. Biol. Chem., 213, 297 (1955).
4Г2 Литература
46. Schaffer N. К., May S; C., Summer son W. H., J. Biol.
Chem., 202, 67 (1953).
47. Plapinger R. E., Wagner-Jauregg T., J. Am. Chem.
Soc., 75, 5757 (1953).
48. Oosterbaan R. A,, Jansz H. S., Cohen J. A., Biochem.
et Biophys. Acta, 20, 402 (1956).
49. Schaffer N. K„ Engle R. R„ Simet L„ D risk о R. W.,
Harshmann S., Federation Proc., 15, 347 (1956).
50. Turba F„ Gundlack G, Biochem. Z., 327, 186 (1955).
51. Schaffer N. K.., Long R. P., Simet L„ Drisko R. W.,
J. Biol. Chem., 230, 185 (1958).
52. S оr m F., Кe i 1 B., Holeysovsky V., Meloun B., Mi-
keso, Vanecek J., РЖХимБх., 15, 19332 (1959).
53. H о 1 e у s о v s к у V., Mike so, Sorm F., РЖХимБх., 15,
19329 (1959).
54. Meloun В., Vanecek J., S о r m F., РЖХимБх., 15, 19328
(1959).
55. Dixon G. H., Go S., Neu rath H., Biochim. et Biophys.
Acta, 19, 193 (1956).
56. D i x о n G. H., Kauffman D. L., Neurath H., J. Biol.
Chem., 233, 6, 1373 (1958).
57. Schaffer N. K-, May S. C., Summerson W. H., J. Biol.
Chem., 206, 201 (1954).
58. Schaffer N. K., May Si C., Summerson W. H., J. Biol.
Chem., 202, 67 (1953).
59. Schaffer N. K., Simet L., Harshmann S., Engle R. R.,
Drisko R. W., J. Biol. Chem., 225, 197 (1957).
60. Turba F„ Gundlack G., Biol. Z., 327, 186 (1955).
61. Dixon G. H., Kauffman D. L., Neurath H., J. Am. Chem.
Soc., 80, 1260 (1958).
62. J a n s z H. S., Po s thumus С. H., С о h e n J. A., Biochim. et
Biophys. Acta, 33, 387, 396 (1959).
63. Gladner J. A., Laki K., J. Am. Chem. Soc., 80, 1263 (1958).
64. Koshland D. E., Jr., Erwin M. J., J. Am. Chem. Soc., 79,
2657 (1957).
65. H e й л а н д с Д., Ш т у м п ф П., Очерки по химии ферментов,
Издатинлит, Москва (1958).
66. Dixon М., Biochem. J., 55, 161 (1953).
67. La idler К- J-, Trans. Faraday Soc., 51, 550 (1955).
68. Waley S. G., Biochim. et Biophys. Acta, 10, 27 (1953).
69, Wilson I. B., Bergman F., J. Biol. Chem., 186, 683 (1950J.
Литературй
40з
70. Wilson I. В., Ed. McElroy W. D., Glass B., Symposium
on the Mechanism of Enzyme Action, Johns Hopkins Press,
Baltimore (1954), p. 642.
71. Shukuya R., Shinoda M., J. Biochem. (Japan), 43, 315
(1956).
72. Bergmann F., Segal R., Shim on i A., Wurzel M.,
Biochem. J., 63, 4, 684 (1956).
73. Hase E., J. Biochem. (Japan) 39, 259 (1952).
74. Wilson I. B., J. Biol. Chem., 208, 123 (1954).
75. L a i d 1 e r K- J., Barnard M. L., Trans. Faraday Soc., 52,
497 (1956).
76. H a m m о n d B. R., Gutfreund H., Biochem. J., 61, 187
(1955).
77. C u n n i n g h a m L. W., Brown C. S., J, Biol. Chem.,, 221,
287 (1956).
78. Gutfreund H., Trans. Faraday Soc., 51, 441 (1955).
79. Cohn E. I., Edsall I. T., Proteins, Aminoacids and Peptides,
N. Y., Reinhold Publ. Corp. (1943), p. 445.
80. Bergmann F., Disc. Faraday Soc., 20, 126 (1955).
81. Ellenbogen E., J. Am. Chem. Soc., 74, 5198 (1952).
82. Hob bi ger F., Sadie n P. W., Brit. J. Pharmacol., 14, 192
(1959).
83. Shukuya R., J. Biochem. [Japan], 38, 3, 225 (1951).
84. Gutfreund H., Sturtevant I. M., Proc. Nat. Acad. Sci.,
U S, 42, 719 (1956).
85. H a r 11 e у В. S., Kilby B. A., Biochem. J., 50, 672 (1952).
86. Hartley B. S., Kilby B. A., Biochem. J., 56, 288 (1954).
87. Gutfreund H., Sturtevant J. M., Biochem. J., 63, 656
(1956).
88. Spencer T., Sturtevant J. M., J. Am. Chem. Soc., 81, 8,
1874 (1959).
89. McDonald С. E., Balls A. K-, J. Biol. Chem., 227, 727
(1957).
90. Balls A. K., Aldrich F. L., Proc. Nat. Acad. Sci. U. S., 41,
190 (1955).
91. Balls A. K., Wood H. N., J. Biol. Chem., 219, 245 (1956).
92. Gutfreund H., Sturtevant J. M., Proc. Nat. Acad. Sci.
Wash., 42, 719 (1956).
93. Dixon G. H., Neurath H., J. Biol. Chem., 225, 1049 (1957).
94. McDonald С. E, Balls A. K, J. Biol. Chem., 221, 993
(1956).
404
Литература
95. Oosterbaan R. A., van Adri chem М. Е., Biochim. et
Biophys. Acta, 27, 423 (1958),
96. D i x о n G. H., N e u r a t h H, J. Am. Chem. Soc., 79, 4558
(1957).
97. S ch о nb a u m G. R, Nakamura K-, Bender M. L., J. Am.
Chem. Soc., 81, 4746 (1959).
98. Shukuya R, J. Biochem. (Japan), 40, 135 (1953).
99. Wilson I. B, Cabib E, J. Am. Chem. Soc., 78, 202 (1956)/
100. Butterworth J., Eley D. D., Stone G. S., Biochem. J., 53,
30 (1953).
101. Bergmann F, Rim on S, Segal R, Biochem. J., 88, 493
(1958).
102. Mounter L. A., Biochim. et Biophys. Acta, 27, 219 (1958).
103. Барлоу P., Введение в химическую фармакологию, Издатин-
лит, Москва (1960).
104. Adams D. Н., Whittaker V. Р, Biochim. et Biophys.-Acta,
4,543 (1950).
105. Bernhard S. A, J. Am. Chem. Soc., 77, 1966, 1973 (1955).
106. Wilson I. B., Levine S, Freiberger I., J, Biol. Chem.,
194,613 (1952).
107. W i 1 s о n I. B, J. Biol. Chem., 197, 215 (1952).
108, Wilson I. B., Bergmann F, J. Biol. Chem., 185, 479
(1950).
109. Bergmann F„ Wurzel M, Biochim. et Biophys. Acta, It,
440 (1953).
110. Bender M. L, Turnquest B. W„ J. Am. Chem. Soc, 79,
1652 (1957).
111. Bruice T. C. Schmir G. L, Arch. JBiochem. Biophys, 63,
484 (1956).
112. Bender M. L, Turnquest B. W„ J. Am. Chem. Soc, 79,
. 1656 (1957).
113. Bruice T. C, Schmir G. L, J. Am. Chem. Soc, 79, 1663
(1957).
114. В recher A. S, Balls A. K, J. Biol. Chem, 227, 845 (1957).
115. Bernhard S. A, Gutfreund H, Proc. Intern. Symposium
Enzyme Chem, Tokyo (1957), p. 133.
116. Atkinson B, Green A. L., Trans. Faraday Soc, 53,
1334 (1957).
117. Bender M. L, Chem. Reviews, 60, 1, 53 (1960).
118. Bat na S. L, Gold V, J. Chem. Soc. (London), 1953, 1406.
Литература
405
119. Gold V., Jefferson E. G, J. Chem. Soc. (London); 1953,
1409. • .
120. Gold V., Jefferson E. G, J. Chem. Soc. (London), 1953,
1416.
121. Koshland D. E., Jr., J. Am. Chem. Soc., 74, 2286 (1952).
122. Bruice T. C, L a p i n s к i R, J. Am. Chem. Soc., 80, 2265
(1958).
123. Stadtman E. R„ White F. H, Jr., J. Am. Chem. Soc, 75,
2022 (1953).
124. Stadtman E. R, in the Mechanism of Enzyme Action, ed. by
M с E 1 г a у W. D, G 1 a s s B„ Johns Hopkins Press, Baltim.
(1954), p. 581.
125. Wieland T, Schneider G, Ann, 580, 159 (1953).
126. Brouwer D. M, Vlugt M. J, Having a E, Proc. Ko-
ninkl. Ned. Akad. Wetenschappen, 60B, 275 (1957).’
127. Bruice T. C, Schmir G. L, J. Am. Chem. Soc, 80, 148
(1958).
128. Luk ton A, Olcott H. S, Biochim. et Biophys. Acta, 32, 267
(1959).
129. Hartley B. S, Massey V, Ann Rep. on Progr. Chem.; J.
Chem. Soc. (London), 1954, 51, 311.
130. Merrifield R. B, Woolley D. W, Federation Proc, 17,
275 (1958).
131. L a n g e nb e с к W, Manzwald R, Chem. Ber, 90, 2423
(1957).
132. Ry lander P. N, Tar bell D. S, J. Am. Chem. Soc, 72,
3021 (1950).
133. Je neks W. P, Carrivolo J, J. Biol. Chem, 234,1272 (1959).
134. Jencks W. P, Carrivolo J, J. Biol. Chem, 234, 1280
(1959).
135. Hawkins P. J, Piscalnikow I, J. Am. Chem. Soc, 77,
2771 (1955).
136. H a w к i n s P. J, T a r b e 11 D. S, J. Am. Chem. Soc, 75, 2982
(1953).
137. -Bunn ett J. F, Davis G. T, J. Am. Chem. Soc, 82, 665
(1960). '
138. Jencks W. P, J. Am. Chem. Soc, 80, 4585 (1958).
139. Jencks W. P,. Carrivolo J, J. Am. Chem. Soc., 82, 1778
(1960).
140. Bruice T. C, Sturtevant J. M, Biochim. et Biophys. Acta,
30, 208 (1958).
406
Литература
141. Bru ice T. C., Sturtevant J. M., J. Am. Chem. Soc., 81,
2860 (1959).
142. Brown T. L., J. Am. Chem. Soc., 80, 3513 (1958).
143. Bruice T. C., J. Am. Chem. Soc., 81, 5444 (1959).
144. Ko sh la nd D. E., Jr., in the Mechanism of Enzyme Action, ed.
by McElroy W. D., Glass B., Johns Hopkins Press, Bal-
tim. (1954), p. 608.
145. Porter G. R., Ry don H. N., Schofield J. A., Nature,
182,4640,927 (1958).
146. Ry don H. N., Nature, 182, 4640, 928 (1958).
147. Heilbronn E., Acta Chemica Scandinavica, 13, 8, 1547 (1959).
148. Pauling L., in book Modern Chemistry for the engineer and.
Scientist, ed. by G. Ross Robertson McGow — Hill Book Co,
New York, Toronto — London (1957), p. 431.
149. Энгельгардт В. H., Успехи химии, XXVIII, № 9, 1011
(1959).
150. Нейфах С. А., Некоторые философские вопросы теоретиче-
ской медицины, сборник под ред. Бирюкова Д. А., стр. 83,
И. Э. М., Ленинград (1958).
151. Фр и м а н, Инфракрасная спектроскопия. Вопросы биофизики,
Издатинлит, Москва (1957).
152. Мидзусима С., Строение молекул и внутреннее вращение,
стр. 140, Издатинлит, Москва (1957).
153. Ardnt U. W., Riley D. Р., Trans. Roy. Soc. (London), A247,
409 (1955).
154. Ken drew J. C., Proc. Roy. Soc. (London), A201, 62 (1950).
155. Kendrew J. C., Dickerson R. E., Strandberg В. E.,
Hart R. G., D a v i e s D. R., P h i 11 i p s D. C., S h о г e V. C.,
Nature, 185, 4711 (1960).
156. Kendrew J. С., В a d о G., D i n t z i s H. M., P a r r i s h R. G.,
Wyckoff H. W„ Phillips D. C„ Nature, 181, 662 (1958).
157. В a d о G., D i n t z i s H. M., Kendrew J. C., Wyckoff H. W.,
Proc. Roy. Soc. (London), A253, 70 (1959).
158. S с о u 1 о u d i H., Nature, 183, 374 (1959).
159. Pauling L., Corey R. B., Proc. U. S. Nat. Acad. Sci., 37,
235, 282 (1951).
160. Perutz M. F., Nature, 167, 1053 (1951).
161. Kendrew J. C., Revs. Mod. Phys., 31, 1, 94 (1959).
162. Kendrew J. C., Nature, 182, 4638, 764 (1958).
163. Neurath H., Dixon G. H., Federation Proc., 16, 791 (1957;.
164. Dreyer W. J., Neurath H., J. Biol. Chem., 217, 527 (1955).
Литература
407
165. Ro ver у M„ Poilroux М., Curnier A., Desnuelle Р.,
Biochim. et Biophys. Acta, 17, 565 (1955).
166. Dixon G. H., Dreyer W. J., Neurath H., J. Am. Chem.
Soc., 78, 4810 (1956).
167. Cunningham L. W., Science, 125, 1145 (1957).
168. Aldridge W. N., Biochem. J., 46, 451 (1950).
169. Aldridge (1952). W. N., Davison A. N., Biochem. J., 51, 62
170. Aldridge (1952). W. N., Davison A. N., Biochem. J., 52, 663
171. Aldridge (1953). W. N., Davison A. N., Biochem. J., 54, 442
172. A 1 d r i d g e W. N., Chem. and Ind., 1954, 473.
173. Tammelin L. E., Arkiv for Kemi., 12, 287 (1958).
174. Я ковлев В. А., Волкова P.- И., ДАН СССР, 128, 4,
843 (1959).
175. Fukuto Т. R., Metcalf R. L., J. Am. Chem. Soc., 81, 2,
372 (1959).
176. Larsson L., Svensk Kern. Tidskr., 70, 10, 405 (1958).
177. N a c h m a n s о h n D., Rothenberg M., Feld F., Arch.
Biochem., 14, 197 (1947).
178. Davies D. R., Green A. L., Biochem. J., 63, 4, 529 (1956).
179. Davison A. N., Biochem. J., 60, 339 (1955).
180. Wilson I. B., Discus. Faraday Soc., 20, 119 (1955).
181. Hobbiger F., Brit. J. Pharmacol., 11, 295 (1956),
182. Berry W. K-, Davies D. R., Green A. L., Brit. J. Pharma-
col., 14, 186 (1959).
183. Hobbiger F., Pitman M., Sadler P. W., Biochem. J., 75,
363 (1960).
184. Poziomek E. J., Hackley В. E., Steinberg G. M., J.
Org. Chem., 23, 714 (1958).
185. Hobbiger F., O’Sullivan D. G., Sadler P. W., Nature,
182, 4648, 1498 (1958).
186. Hobbiger F., Sadler P. W., Nature (London), 182, 4650,
1672 (1958).
187. Степанский Г. А., Фармакология и токсикология, 2, 83
(1958).
188. Schrader G., С. A., 46, 3066a (1952).
189. Schrader G., C. A., 47, 4357g (1953).
190. S c h r a d e r G„ C. A., 47, 4034h (1953).
(91. Мельников H. H., Успехи химии, XXII, № 3, 253 (1953j.
408
Литература
192. М а н д е л ьб а у м Я. А., Мельников Н. Н., Лома-
ки н В. И., Ж- О. X., 26, № 9, 2581 (1956). ’
193. М ел ь н и к о в Н. Н., Химия и применение фосфорорганиче-
ских соединений. Труды первой Казанской конференции,
Изд. АН СССР, Москва (1957).
194. Миклухин Г. П., Сулима Л. В., М а стр ю ко в а Г. А.,
Кабачник М. И., ДАН, 106, № 5, 848 (1956).
195. Кабачник М. И. и сотр., ДАН, 109, № 4, 777 (1956).
196. Мастрюкова Г. А., Химия'и применение фосфорорганиче-
ских соединений Труды первой Казанской конференции,
стр. 148, Москва (1957).
197. Hoffmann F. W., Moore Т. R., J. Am. Chem. Soc., 80, 5,
1150 (1958). (См. перевод; «Химические средства защиты
растений», № 2, 18, Издатинлит, Москва, 1959.)
198. Reynolds Н. Т., Fukuto Т. R., Metcalf R. L.,
March R. В., J. Econ. Entomol., 60, 5, 527 (1957). (См. пе-
ревод: «Химические средства защиты растений», № 5, Издат-
инлит, Москва, 1958.)
199. Каган Ю: С., Химия и применение фосфорорганических со-
единений. Труды первой Казанской конференции, стр. 384,
Изд. АН СССР, Москва (1957).
200. Сазонов П. В., Химия и применение фосфорорганических
соединений. Труды первой Казанской конференции, стр. 401,
Изд. АН СССР, Москва (1957).
201. Пайкина и сотр., Химия и применение фосфорорганических
соединений. Труды первой Казанской конференции, стр. 408,
Изд. АН СССР, Москва (1957).
202. Покровский Е. А., Седых А. С., Химия и применение
фосфорорганических соединений. Труды первой Казанской
конференции, стр. 438, Изд. АН СССР, Москва (1957).
203. Miihlmann R., Schrader G., Z. Naturforsh., 12b, 196
(1957). (См. перевод: «Химические средства защиты расте-
ний», № 2, 1, Издатинлит, Москва, 1958.)
204. Metcalf R. L., F u к и t о Т. R., М а г с h R. В., J. Econ. Ento-
mol., 50, 3, 338 (1957). (См. перевод: «Химические средства
защиты растений», № 3, 69, Издатинлит, Москва,
1958.)
205. Fukuto Т., Metcalf R., March R., Maxon M., J. Econ.
Entomol., 48, 347 (1955),
Литература
409
206. Мельников Н. Н., Мандульбаум Я- А., Органические
инсектофунгициды и гербициды (сборник) стр, 37, Москва
(1958).
207. Попов П. В., Бочарова Л. П., Украинец Н, С., Се-,
дых А. С., Органические инсектофунгициды и гербии"чы
(сборник), стр. 13 и 39, Москва (1958).
208. ЗеймальЭ. В., Михельсон М. Я-, Рыболовлев Р. С.,
Физиологическая роль ацетилхолина и изыскание новых ле-
карственных веществ (сборник), стр. 431, Ленинград,
(1957).
209. Семёнов И. В., Фруентов Н. К., Физиологическая роль
ацетилхолина и изыскание новых лекарственных веществ
(сборник), стр. 245, Ленинград (1957).
210. Шадурский К. С., Сборник научных трудов Минского госу-
дарственного медицинского института, стр. 196, Минск (1957).
211. Шадурский К. С., Фармакология как основа терапии,
Минск (1959).
212. Heath D. F., V and ek ar. M., Biochem. J„ 67, 2, 187 (1957).
213. Fukuto T. R-, Metcalf R. L., J. Org. Food Chem., 4, 930
(1956).
214. Gosh R., Newman J. F., Chem. and Ind., 1955, 5, 118.
215. Gosh R., Англ. пат. 738 839 19/X 1955; C. A., 50, 19, 13 983h
(1956).
216. Tammelin L. E., Acta Chemica Scandinavica, 11, 859 (1957).
217. Tammelin L. E., Acta Chemica Scandinavica, 11, 1340 (1957).
218. Tammelin L. E., Acta Chemica Scandinavica, 11, 1738 (1957).
219. Tammelin L. E., Svensk Kem. Tidskr., 70, 4, 157 (1958).
220. Larsson L., Acta Chemica Scandinavica, 11, 1131 (1957).
221. F г e d r i k s s о n T., Arch, internal, pharmacodyn., 113, 1—2,
101 (1957). .
222. F r e d r i k s s о п T., Arch, internat. pharmacodyn., 115, 4, 474,
(1958).
223. Fredriksson T-, Tibi i ng G., Biochem. Pharmacol., 2, 1,
63 (1959).
224. Fredriksson T., Tibling G., Biochem. Pharmacol., 2, 4,
286 (1959).
225. Яковлев В. А., Доклад на второй Казанской конференции
по химии и применению фосфорорганических соединений.
1959 г. (в печати).
226. Брей Д., Уайт К-, Кинетика и термодинамика биохимиче-
ских процессов, Издатинлит, Москва (1959).
410
Литература
227. Koelle G. В., Steiner E. C., J. Pharm. Exp. Therap., 118,
4,420 (1956).
228. Pauling L., The Nature of the Chemical Bond (1940).
229. Hudson R. F., Keay L, J. Chem. Soc. (London), 1956, 9,
3269.
230. Thain E. M., J. Chem. Soc. (London), 1957, 12, 4694.
231. Enander G., Acta Chemica Scandinavica, 12, 4, 780 (1958).
232. Э к к л с Дж., Физиология нервных клеток, Издатинлит, Москва
(1959).
233. Palay S. L., Exper. Cell. Res. (New York), Suppl. 5, 275
(1958).
234. Th es left S., Acta anaesth. Scand., 2, 2, 69 (1958).
235. Thesleff S„ Am. J. Phys. Med., 38, 1, 40 (1959).
236. delCastillo J., Katz B., J. Physiol., 124, 560 (1954).
237. McIntosh F. C., Canad. J. Biochem. Physiol., 37, 2, 343
(1959).
238. Карасик В. M., Успехи современной биологии, 21, № 1, 1
(1946).
239. Карасик В. М., Физиологический журнал, 33, № 4, 463
(1947).
240. Карасик В. М., Тезисы совещания по вопросам химической
передачи нервного импульса, Ленинград (1948).
241. Zu panci с А. О., Acta Physiol. Scand., 29, 1, 63 (1953).
242. Varga E., Ko nig T., Kiss E., Kavacs T., H e g e d ii s L.,
Acta Physiol. Hung. (1955), 7, 171.
243. Varga E., К over A„ Kovacs T., Heteny E., Acta Phy-
siol. Hung., 11, 235 243 (1957).
244. Ko yer A., Kovacs T., Acta Physiol. Hung., 11, 259 (1957).
245. Варга Э., Журнал общей биологии, 20, 1 (1959).
246. Пор туга лов В. В., Очерки гистофизиологии нервных окон-
чаний, Москва (1955).
247. Б е л е н ь к и й М. Л., Фармакологический анализ значения и
механизма химической чувствительности рецепторов каротид-
ного клубочка. Автореф. дисс., Ленинград (1952).
248. Lange G., Biochem. Z., 326, 3, 172 (1955).
249. Fleckenstein A., Janke J., Kruse R., Lechner G.,
Arch. exp. Path. Pharmacol., 224, 5—6, 465 (1955).
250. Коштоянц X. С., Турпаев T. M., ДАН СССР, 54, 181
(1946).
g51. Турпаев T. M-, Биохимия, 20, 456 (1955).
Литературй
411’
252. Турпаев Т. М„ ДАН СССР, 102, 323 (1955).
253. Турпаев Т. М., Биохимия, 23, 71 (1958).
254. Нистратова С. Н., Турпаев Т. М., Биохимия, 24, 1,
171 (1959).
255. Коштоянц X. С., ДАН СССР, 43, № 8, 376 (1944).
256. Коштоянц X. С., Изв. АН СССР, сер. биол., 2, 170 (1945).
257. Коштоянц X. С., Юбилейный сборник АН СССР, 2, стр. 437,
Москва (1947).
258. Коштоянц X. С., Энзимохимическая гипотеза возбуждения.
Физиол. Ж. 36, № 1, 92 (1950).
259. Коштоянц X. С., Белковые тела, обмен веществ й нервная
регуляция, Изд. АН СССР, Москва (1951).
260. Welsh J. Н., Bull. Johns Hopkins Hosp., 83, 568 (1948).
261. Welsh J. H., Taub R., J. Pharm, Exp. Therap., 99, 334 (1950).
262. Welsh J. H., Taub R., J. Pharm. Exp. Therap., 103, 62 (1951).
263. I ng H. R., Science, 109, 264 (1949).
264. Ing H. R., Kordik P., T u d о г W i 11 i a m s D. P. H. Brit.
J. Pharmacol., 7, 103 (1952).
265. McNamara В. P., Murtha E. F., Bergner A. D., Ro-
binson E. M„ Bender C. W., Hills J. H., J. Pharm. Exp.
Therap., 110, 2, 232 (1954).
266. Hol a day D. A., Komi jo K., Koelle G. B,, J. Phar. Exp.
Therap., Ill, 2, 241 (1954).
267. Koelle G. B., J. Pharm. Exp. Therap., 114, 2, 167 (1955).
268. Roeder K- D., Kennedy N. K-t J- Pharm. Exp. Therap., 114,
2,211 (1955).
269. Lil jestrand G., Zotter m an Y., Acta Physiol. Scand.,
31, 203 (1954).
270. N achmansohn D., Biochemistry of the developing nervous
system, ed. Welsh, New York (1955).
271. Турпаев T. M., Путинцева T. T., Фармакология и токси-
кология, 20, № 2, 22 (1957).
272. Комиссаров И. В., Фармакология и токсикология, 20, № 2,
28 (1957).
273. Семенов И. В., Физиологическая роль ацетилхолина и изы-
скание новых лекарственных веществ (сборник), стр. 237,
Ленинград (1957).
274. Murtha Е. F„ McNamara В. Р., Edberg L. J., Berg-
ner A. D., Wills J. Н„ J. Pharm. Exp. Therap., 115, 291
(1955). .
275. Feldberg W., Chem. and Ind., 21, 593 (1954).
412
Литература
276. Hobbiger F„ Chem. and Ind., 52, 1574 (1954).
277. H a z a r d R., C hey mol J., Chabrier P., Carayoin
G e n t i 1 H., Therapie, 13, 4, 614 (1958).
278. Wyckoff R. W. G., Young J. Z., Proc. Roy. Soc., B, 144
440 (1956).
279. H e s s A., J. Comp. Neurol., 102, 65 (1955).
280. Broman T., Acta Psychiat. Scand., 30, 115 (1955).
281. Bakay L., Arch, neurol. Psychiat. (Chicago), 71, 673 (1954).
282. Гизе А., Физиология клетки, Издатинлит, Москва (1959).
283. Трошин А. С., Проблема клеточной проницаемости, Изд.
АН СССР (1956).
284. Аничков С. В., Избирательное действие лекарственных ве-
ществ на центральную нервную систему, Ленинград
(1958).
285. Машковский М. Д., Авакян В. М., Фармакология и
токсикология, 22, № 6, 506 (1959).
286. Рыболовлев Р. С., Физиологическая роль ацетилхолина и
изыскание новых лекарственных веществ (сборник), стр. 322
(1957).
287. Зеймаль Э. В., Рыболовлев Р. С., Физиологическая
роль ацетилхолина и изыскание новых лекарственных ве-
ществ (сборник), стр. 338 (1957).
288. Rodriguez L. A., J. Comp. Neurol., 102, 27 (1955).
289. Mayer S. E., Bain J. A., J. Pharm. Exp, Therap., 118, 17
(1956).
290. So l.o way A. H., Science, 128, 3338, 1572 (1958).
291. Grob D., D ar lick W. L., Harvey J. C., Bull. Johns Hop-
kins Hosp., 87, 95 (1950).
292. Grob D., Harvey J. C., J. Clinic, Investig,37,№3,350 (1958).
293. Смусин Я. С., Физиологическая роль ацетилхолина и изы-
скание новых лекарственных веществ (сборник), стр. 153
(1957).
294. Семенов И. В., Ф р у е н т о в Н. К-, Физиологическая роль
ацетилхолина и изыскание новых лекарственных веществ
(сборник), стр. 245 (1957).
295. Grob D., U. S. Armed Forces Med. J., 7, 781 (1956).
296. Koelle G. B., J. Pharm. Exp. Therap., 126, 19 (1959).
297. Shaumunn W., Job C., J. Pharm. Exp. Therap., 123, 2, 114
(1958).
298. Hodge H. C., Sterner J. H., J. Pharm. Exp. Therap., 79,
225 (1943).
Литература
413
299. Deichmann W. В., Wither up S., Federation Proc., 6, 322
(1947).
300. Lehman A. J., Bull. New York, Acad. Med., 25, 382, (1949).
301. Гар К. А., Сазонова H. А., Чернецова В. И., Органи-
ческие инсектофунгициды и гербициды (сборник), стр. 68,
Москва (1958).
302. Гар К- А., Сазонова Н. А., Фадеев Ю. Н., Владими-
рова И. Л., Голубева 3. 3., Органические инсектофун-
гициды и гербициды (сборник), стр. 93, Москва
(1957).
303. С п ы н у Е. И., Фармакология и токсикология (приложение
к журналу за 1956 г.), стр. 49 (1957).
304. С т а ц е к Н. К-, Фармакология и токсикология, 22, № 6, 559
(1959).
305. Konst Н., Plummer R. J. G., Can. J. Comp. Med. Vet. Sci.,
14, 90 (1950).
306. Deichmann W. В., Pugliese W., Cassidy J., Arch. Ind.
Hyg. and Occupational Med., 5, 44 (1952).
307. В atte E. G„ Vet. Med., 48, 319 (1953).
308. D u В о i s К. P., D о u 11 J., О k i n a k a A. J., С о о n J. M.,
J. Pharmacol. Exp. Therap., 107, 464 (1953).
309. Hazleton L. W., Holland E. G., Arch. Ind. Hyg. and
Occupational Med., 8, ЗЭЭ (1953).
310. Hodge H. C., Maynard E. A., Hurwitz L., Di Ste-
fa no V., Downs W. L., Jones С. K., Blanchet H. J.,
Jr., J. Pharmacol. Exp. Therap., 112, 29 (1954).
311. Waldman R. K-, Lieben J., Krause L., Arch. Ind. Hyg.
and Occupational Med., 9, 37 (1954),
312. Bruce R. B., Howard J. W., Elsea J. R., J. Agr. Food
Chem., 3, 1017 (1955).
313. Blank I. H., Griesemer R. D., Gould E., J. Invest. Der-
matol., 29, 299 (1957).
314. Roh we r S. A., Haller H. L., DuBois K., Grob D.,
Abrams H. K, Hamblin D. O., Marchand J. F.,
Lehman A. J., Hartzell A., Ward J. C., J. Am. Med.
Assoc., 144, 104 (1950).
315. Lieben J., Waldman R. K., Krause L., Arch. Ind. Hyg.
and Occupational Med., 7, 93 (1953).
316. Sumerford W. T., Hayes W. J. Jr., Johnston J. M.,
Walker K-, Spillane J., Arch. Ind. Hyg and Occupation.
Med., 7, 383 (1953).
414
Литература
317. Freeman G., Epstein M. A., New Engl. J. Med., 253, 266
(1955).
318. Smith R. C., Kimura M., Ibsen M., Calif Med., 83, 240
(1955).
319. T h о m p s о n J. H., Calif Med., 82, 91 (1955).
320. Dixon E. M., J. Am. Med. Assoc., 163, 444 (1957).
321. Moore W. K. S„ Brit. J. Ind. Med., 13, 214 (195.6).
322. M a r e s c h W., Arch. Toxikol., 16, 285 (1957).'
323. Horton R. G., Koelle G. B., McNamara В. P
Pratt H. J., J. Pharmacol. Exp. Therap., 87, 414 (1946)
324. Bonnaud C., Protar, 14, 113 (1948).
325. С о 11 о m p, Bull. Inf. Scient. Min. Guerre (Sect, techn. de
I’Armee), Paris (1949), 23G, 1.
326. Valade, Salle, Rev. vet. militaire, 3, 377 (1948).
327. R i s e r A., Protar, 16, 131 (1950).
328, Berry W. K„ Proc. Roy. Soc. Med., 46, 801 (1953).
329. De Candole C. A., McPhail M. K-, Canad. J. Biochem.
Physiol., 35, 1071 (1957).
330. De Candole C. A., Douglas W. W., Lovatt Evans C.,
Holmes R., Spencer К- E. V., Torrance R. W., Wil-
son К- M., Brit. J. Pharmacol., 8, 466 (1953).
331. Freeman G., Epstein M. A., New Engl. J. Med., 253, 266
(1955).
332. Blank I. H„ J. InveStig. Dermatol., 12, 259—269 (1953).
333. Fredriksson T., Acta Dermato — Venereologica, 38, Suppl.,
41 (1958).
334. Kodama J. K-, Anderson H. H., Dunlap M. K-,
Hine С. H., Arch. Ind. Health., 11, 487 (1955).
335. Guillot M., V alette G., J. Physiol. (Paris), 46, 31 (1954).
336. Kvorning S. A., Nord. Med., 54, 1873 (1955).
337. Hadgraft J. W., Somers G. F., J. Phar. Pharmacol., 8.,
625 (1956).
338. Gemmell D. H. O., Morrison J. C., J. Pharm. Pharmacol.,
9, 641 (1957).
339. Szakall A., Arch. kiln. u. Exp. Dermatol., 201, 331 (1955).
340, Mali J. W. H„ J. Invest. Dermatol., 27, 451 (1956).
341. Buettner K. J. K., Odland G. F., Federation Proc., 16, 18
(1957).
342. T reh erne J. E, J. Physiol., 133, 171 (1956).
343. M a z u r A., J. Biol. Chem., 164, 271 (1946).
Литература
415
344. Mounter L. A, J. Biol. Chem., 209, 813 (1954).
345. Mounter L. A., Lien Tien H. Die n, Chan u. tin A.,
J. Biol. Chem, 215, 691 (1955).
346. A u g u s t i n s s о n К. В, H e i m b trf g e r G, Acta Chem.
Scand, 8, 1533 (1954).
347. A. d i e P. A, Can. J. Biochem. Physiol, 34, 1091 (1956).
348. .Aldridge W. N, Biochem. J, 53, 117 (1953).
349. A u g u s t i n s s о п К. B, Heimbiirger G, Acta Chem.
Scand, 9, 310, (1955).
350. Augustinsson К. B, Heimbiirger G, Acta Chem.
Scand, 8, 753, 762 (1954).
351. Mounter L. A, Floyd C. S, C h a n u t i n A, J. Biol. Chem,
204,221 (4953).
352. Coh e n J. A, War r inga M. G. P. J, Biochem. Biophys. Acta,
26, 29 (1957).
353. Bergmann F, Segal R, Rimon S, Biochem. J, 67, 481
(1957).
354. Maine A. R, Biochem. J, 74, 1, 10 (1960).
355. Mounter L. A, J. Biol. Chem, 215, 705 (1955).
356. Mounter L. A, Alexander H. C, Kenneth D, Tuck,
Lien Tien H, D i e n, J. Biol. Chem, 226, 867 (1957).
357. Adie P. A, Hoskin F. C. G, Trick G. S, Can. J. Biochem.
Physiol, 34, 80 (1956).
358. Hoskin F. C, Trick G. S, Canad. J. Biochem. Physiol, 33,
963 (4955).
359. Hoskin F. C, Canad. J. Biochem. Physiol, 34, 75, 743 (1956).
360. Augustinsson К. B, Acta Chem. Scand, 11, 1371 (1957).
361. Augustinsson К. B, Acta Chem. Scand, 12, 1286 (1958).
362. Augustinsson К. B, Heimbiirger G, Acta Chem. Scand,
9, 383 (1955).
363. M о u n t e r L. A, Baxter R. F, Chanutin A, J. Biol.
Chem, 215, 699 (1955).
364. Wagner-Jauregg T, Hackley В. E, Jr, J. Am. Chem.
Soc, 75, 2125 (1953).
365. Cortney R. K, Gustafson R. L, Westerback S. J,
Hjutiainen H, Cha-berek S. C, Martell A. E,
J. Am. Chem. Soc, 79, 12, 3030 (1957).
366. Mounter L. A, Chanutin A, J. Biol. Chem, 204, 837
(1953).
3671 Wagner-Jauregg T, Hackley В. E. Jr, J. Agi. Chem.
Soc, 77, 922 (1955).
416
Литература
368. A u g u s t i п s s о п К- B., Heimbiirger G., Acta Chem.
Scand., 8, 915 (1954).
369. Augustinsson К. B., Biochim. Biophys. Acta, 13, 303 (1954).
370. Adie P. A., Canad. J. Biochem. Physiol., 34, № 3, 654 (1956).
371. Фадеев Ю. H., Гар К- А., Органические инсектофунги-
циды и гербициды (сборник), стр. 79, Москва (1958).
372. Arthur В. W., Casida J. Е., J. Agr. Food Chem., 5, 3, 186
(1957).
373. Herrmann В., Pulver R., Arch, internal, pharmacodyn.,
117, 1, 223 (1958).
374. M a r t i n Charbes J., Axelrod A. E., Biochim. Biophys.
Acta, 30, I, 79; 27, 3, 532 (1958).
375. Thompson R. H. S., Metabol. Nerv. System., Lond. — N. Y.—
Paris — LosAngel., Pergamon Press (1957) p. 399. (Cm.
РЖХимБх., 14, 17 668, 1958).
376. Sea if e S. F., Campbell D. H., Canad. J. Biochem. Physiol.,
37,2,297 (1959).
377. Flavin M., Castro-Mendoza H., Ochoa S., Biochim.
Biophys. Acta, 20, 591 (4956).
378. Flavin M., Castro-Mendoza H., Ochoa S., J. Biol.
Chem., 229, 981 (1957).
379. Tietz A., Federation Proc., 17, 322 (1958).
380. Tietz A., Ochoa S., Arch, biochem. Biophysics, 78, 477
(1958).
381. Голиков С. H., Федорчук Б. Г., Патологическая физио-
логия и экспериментальная терапия, 3, № 2, 71 (1959).
382. Соколовский В. В., Цитология, 1, № 4, 431 (1959).
383. Рапопорт И. А., Костяновский Р. Г., ДАН СССР, 131,
. № 1, 191 (I960).
384. Стацек Н. К-, Доклад на второй Казанской конференции по
химии и применению фосфорорганических соединений (1959 г.)
(в печати).
385. Ленкевич М. М., Доклад на второй Казанской конференции
по химии и применению фосфорорганических соединений
(1959 г.) (в печати).
386. Моржу хин В. В., Доклад на второй Казанской конферен-
ции по химии и применению фосфорорганических соединений
(1959 г.) (в печати).
387. Асекритова В. Н., Доклад на второй Казанской конферен-
ции по химии и применению фосфорорганических соединений
(1959 г.) (в печати).
Литература
388. Краснова В. М., Доклад на второй Казанской конференции
по химии и применению фосфорорганических соединений
(1959) (в печати).
389. Осипова 3. М., Доклад на второй Казанской конференции
по химии и применению фосфорорганических соединений
(1959) (в печати).
390. Т и м и н с к а я Г. И., Доклад на второй Казанской конферен-
ции по химии и применению фосфорорганических соединений
(1959) (в печати).
391. Алимов П. И., Вяселева С. М., Минюшева 3. Ш.,
Неклесова И. Д., Ризположенский Н. И., Доклад
на второй Казанской конференции по химии и применению
фосфорорганических соединений (1959) (в печати).
392. Вяселева С. М., Игнатьева О. А., 3 а и к о н ни-
ков а И. В., А ф о н с к а я Л. С., Доклад на второй Казан-
ской конференции по химии и применению фосфорорганиче-
ских соединений (1959) (в печати).
393. Минюшева 3. ILL, Неклесова И. Д., Кудрина М. А.,
Доклад на второй Казанской конференции по химии и при-
менению фосфорорганических соединений (1959) (в печати).
394. Richter D., С г о f t Р G„ Biochem. J., 36, 746 (1942).
395. Mendel В., Rudney H., Biochem. J., 37, 59 (1943).
396. Mendel B., Myers D. K- et ol., Brit. J. Pharmacol., 8, 217
(1953).
397. Myers D. K.,Mendel B., Biochem. j., 53, 16 (1953).
398. Myers D. K-, Kemp et al., Biochem. J., 65, 2, 232 (1957).
399. W e b b E. C., Biochem. J., 42, 96 (1948).
400. Wright J. C., Colomb F. M., Gumport S. L., Ann. New
York Acad. Science, 68, 3, 937 (1958).
401. Ultmann J. E., Hyman G. A., Gellhorn A., Ann. New
York Acad. Science, 68, 3, 1007 (1958).
402. Olson K. B„ Ann. New York Acad. Science, 68, 3, 1018 (1958).
403. Shay H., David С. H., Ann. New York Acad. Science, 68, 3,
1046(1958).
404. Bateman J. C., Ann. New York Acad. Science, 68, 3, 1057
(1958).
405. Alpert., Ann. New York Acad. Science, 68, 3, 1072 (1958).
406. Moore G. E., Ann. New York Acad. Science, 68, 3, 1074 (1958).
407. Leone L. A., Ha n sbar ger L. C., Nolley E. D.,
Mellete S. J., Ann. New York Acad. Science, 68, 3, 1081
(1958).
418
Литератур
408. Forde А. М., С и г г е г i A. R., Russo F. R., Н о g 1 е G. S.,
Schilling R. F., Jaeschke W. Н., Ann.' New York Acad.
Science, 68, 3, 1183 (1958).
409. Arnold H., Boursecaux F., Angew. Chem., 70, 17/18, 539
(1958). .
410. Bardos T. G., Papanastassion Z. B., Segaloff A.,
Ambrus J. L., Nature, 183, 4658, 399 (1959k
411. Голиков С. H., Розенгарт В. И., Фармакология и токси-
кология фосфорорганических соединений. Ленинград (1960).
412. Р о з е н г а р т В. И., Биохимия, 24, 672 (1959).
413. Стеланский Г. А., Фармакология и токсикология, 23, 470
(1960).
414. Физика и химия жизни. Издатинлит, Москва (1960).
415. Г е р ч и к Ф., Природа, 1960, № 10, 21.
416. Кнунянц И. Л., Голубева Н. Е., Кил ь дишева О. В.,
Усп. совр, биологии, 50, вып. 2 (5), 167 (1960).
417. Ward Н. J., Sizer I. W., Loot hour о w J. R., Biochim. et
Biophys. Acta, 6, № 4, 589 (1951).
418. Марков С. M., Лошадкин H. А., Химическая наука и про-
мышленность (в печати).
419. Яковлев В. А., Фосфорилирование и функция. (Симпозиум
1958 г.) Ленинград, И. Э. М. (1960).
420. Ленкевич М. М., Докл. научн. конф, по пробл. патоген.,
клин., тер. и проф. луч. болезни. Ленинград (1957).
421. Лошадкин Н. А., Марков С. М., Макляев Ф. Л.,
Доклад на Второй Казанской конференции по химии и при-
менению фосфорорганических соединений (1959) (в печати).
422. Б е л и ц е р В. А., Успехи современной биологии, 50, вып. 1 (4),
3 (1960).
423. Pullman A., Pullman В., Compt. rend, hebdomad, des
seances de 1’Acad. Seine., 249, 1827 (1959).
424. Jansz H. S., В er ends F., Oosterbaan R. A.; Recueil trav.
chim., 78, № 9—10, 876 (1959).
425. Дубинин M., Имшенецкий А., Международная жизнь,
11, 63 (1959).
СОДЕРЖАНИЕ
Аннотация ............................................. 4
Предисловие редакторов ................................. 5
Предисловие.......................................... 7
Из предисловия автора . . . :.......................... 9
Глава I. ВВЕДЕНИЕ И ОБЩИЙ ОБЗОР................ 11
Фторфосфаты (фторфосфонаты)........................ 12
Производство в технических масштабах.............. 18
Диамидофторфосфаты .......................... ..... 19
Фторацетаты.......................................... 22
2-Фторэтилфторацетат.............................. 25
Другие соединения ... ............................ 28
Практическое значение полученных соединений ......... 31
Литература.......................................... 33
Глава II. НОМЕНКЛАТУРА СЛОЖНЫХ ЭФИРОВ,
СОДЕРЖАЩИХ ФОСФОР ........... 36
Ранняя номенклатура ................................. 36
Принятая номенклатура.............................. . 41
Литература . .......................................... 44
Глава III. СВЕДЕНИЯ О НЕРВНОЙ СИСТЕМЕ
МЛЕКОПИТАЮЩИХ.............................. 45
Передача нервных импульсов .......................... 45
Автономная нервная система...................... 49
Симпатическая нервная система................ 50
Парасимпатическая нервная система................. 50
Физиология автономной нервной системы ............ 52
Схематическое представление о действии ацетилхолина . 54
Глаз ................................................ 56
Вещества, угнетающие автономную нервную систему ... 59
Литература........................................... 62
Глава IV. ФТОРФОСФ АТЫ................................. 63
Методы синтеза ...................................... 64
Получение диизопропилфторфосфата................ . 67
Некоторые свойства ДФФ........................... 68
420
Содержание
Получение фторфосфатов из дихлорфторокиси фосфора . . 72
Дихлорфторокись фосфора............................ 76
Выбор „одностадийного" процесса получения фторфо^фатов 78
Антихолинэстеразные соединения .................... . 82
Угнетение холинэстеразы ДФФ ...................... 84
Угнетение холинэстеразы ДФФ (оценка другим методом) 86
Токсическое действие ДФФ.............................. 94
Фармакологические исследования .................... 95
Ферментативное разложение ДФФ.........................101
Радиоактивный ДФФ.................................... 102
Реакция эстераз с радиоактивным диизопропилфторфос-
фатом........................................... 105
Связь между химической структурой и токсическими свой-
ствами эфиров фторфосфорной кислоты..................107
Другие соединения, родственные фторфосфатам...........110
Диалкилфторфосфиты . . . .*........................113
Литература............................................ 115
Глава V. I. ДИ АМИДЫ ФТОРФОСФАТОВ
П. ТАБУН И ЗАРИН...................................118
I. Диамиды фторфосфатов ••.......................118
Эфиры амидофторфосфатов.......................121
II. Табун........................................122
II. Зарин...................................... 124
Литература . • . . ............................126
Глава VI. ВАЖНЕЙШИЕ РЕАКЦИИ ЭФИРОВ,
СОДЕРЖАЩИХ ФОСФОР..............................127
Реакция Арбузова...................................... 127
Образование эфиров фосфористой и фосфорной кислот . . 130
Ангидриды...........................................132
Алкилирование при помощи фосфорсодержащих эфиров . . 133
Другие реакции треххлористого фосфора .................. 134
Взаимодействие пятихлористого фосфора со спиртами . . . 134
Эфиры метафосфорной кислоты.........................135
Эфиры пирофосфорной кислоты.........................136
Методы фосфорилирования . ...............................138
Диалкилйодфосфаты...................................140
Диалкилбромфосфаты...................... .. . . 141
Получение алкил- и ацилфосфиновых, кислот . , . . .. . . 141
Связь углерод—-фосфор................................. 142
Полифосфорные соединения ................. 144
Литература..................................... • 147
Глава VII. ФТОР АЦЕТАТЫ............................151
Метилфторацетат (МФА) и подобные ему соединения. » 151
2-Фторэтанол (ФЕА) и его производные ...... 161
Содержание 421
Фторацетамид и его производные.........................164
2-Фторэтилфторацетат и его производные ................169
2,2'-Дифтордиэтилэтилендитиогликоль.................. 170
Фторсодержащие аммониевые соли ........................171
Зависимость между химической структурой фторацетатных
соединений и их физиологическим действием.............175
Более подробное рассмотрение токсического действия „фтор-
ацетатов”.............................................179
Действие фторацетата натрия на ферменты................182
Причина фторацетатного отравления..................183
Фторацетат калия в природе ............................189
Стабильность связи С—F................................ 192
Ферментативный разрыв связи С—F....................193
Литература............................................. 194
Глава VIII. ДРУГИЕ СОЕДИНЕНИЯ, СОДЕРЖАЩИЕ
ФТОРУГЛЕРОДНУЮ СВЯЗЬ...................197
<о-Фторкарбоновые кислоты и их производные..........197
Методы синтеза...................................204
Другие доказательства ^-окисления ы-фторкарбоновых
кислот in vivo...................................206
<о-Фторкарбоновые кислоты и их производные, содержащие
атом кислорода в цепи............................ 210
Токсикологические испытания.................... 212
Другие примеры чередования токсичности ............ 214
Антагонизм ы-фторкарбоновых кислот..................216
Фторуглероды........................................218
Литература............................................220
Глава IX. СИСТЕМНЫЕ ИНСЕКТИЦИДЫ.........................222
Октаметилтетраамидопирофосфат (ОМПА)..................224
Окисление ОМПА....................................226
Радиоактивный ОМПА................................228
Тетраметилдиамидофтбрфосфат ..........................230
Диэтил-л-нитрофенилфосфат (параоксан).................231
О, О'-Диэтил-О"-л-нитрофенилтионофосфат (паратион) . . . 231
Систокс ............................................ 232
О, 0'-Диэтил-5-₽-диэтиламиноэтилтиолофосфат...........234
Тетраэтилпирофосфат (ТЕПФ)............................236
Фторацетат натрия.....................................237
Сравнительное действие фосфорорганических соединений на
млекопитающих^и' насекомых..........................237
Фосфорорганические соединения и борьба с мухами . . 239
Литература............................................ 240
422
Содержание
Глава X. МЕХАНИЗМ БИОХИМИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
. АНТИХОЛИНЭСТЕРАЗНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
И ПРИМЕНЕНИЕ ИХ В МЕДИЦИНЕ.....242
Структура фосфорорганических соединений и их анти-
холинэстеразная активность.....................243
Некоторые вопросы теории....................... - 244
Активный центр в химотрипсине ............ 249
Необратимый холинэстеразный ингибитор в белом кле-
вере ........................................ 250
Антихолинэстеразные соединения, содержащие четвертич-
ный атом азота........................................251
Применение в медицине ДФФ и подобных соединений . . . 252
Применение ДФФ при послеоперационной кишечной не-
проходимости ....................... .............. 253
Применение ДФФ при злокачественной миастении . . . 254
Защита холинэстеразы in vitro от действия фосфорорга-
нических соединений .•.........................256
Защита от действия бензонлхолина путем введения
псевдохолинэстеразы ...........................256
Демиэлинизация нервных волокон .................. 257
Проницаемость нервных волокон ...... ............ 257
ДФФ и рост клеток.................................258
Холинэстераза в сетчатке глаза.................. 258
Применение фосфорорганических соединений в качестве
радиосенсибилизирующих средств при радиотерапии
злокачественных опухолей...........................259
Литература ........................................... 260
Заключение . . . . .................................. . 262
Приложение ............................................ 264
А. Определение фтора в органических соединениях .... 264
Определение фтора во фторфосфатах н фторфосфонатах . . 265
Разложение фторфосфата.......................... 265
Фторхлорсвинцовый метод .............................266
Определение фтора в диизэпропилфторфосфате .... 267
Определение фтора во фторацетатах ..................... 268
Фторацетамидный стандарт......................268
Определение фтора в метилфторацетате сплавлением
с натрием...................................... • 269
Стандартизация метода „пероксидной бомбы" с по-
мощью чистого фторацетамида.......................270
Определение фтора в радиоактивном ДФФ при помощи ни-
трата тория ....... .......................... ..... 270
Реактивы........................................... 271
Метод определения . . ......................... - 271
Стандартизация раствора нитрата тория фтористым нат-
рием .............................................271
Определение фтора в ДФФ..............................272
Б. Свойства типичных фторорганических соединений .... 273
Содержаниё
423
В. Первая помощь при отравлениях нервными газами . » . 277
Литература. . . . . . . . . . . . . . .. 277
Общая литература . . . . . . . . . . . . . . . . . 278
Глава I .................. . ............ 278
Глава II................................ 278
Глава III .... ........................ .278
Глава VI ........ .......................278
Главы VII и VIII.......................... 279
Глава IX...................... '...... . 279
Глава X.................................. .... 279
Приложение ............................ 280
ОБЗОР СОВРЕМЕННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО
ХИМИИ И ТОКСИКОЛОГИИ ФОСФОРОРГАНИ-
ЧЕСКИХ ИНГИБИТОРОВ ХОЛИНЭСТЕРАЗ
А. СИНТЕЗЫ И СВОЙСТВА ХОЛИНОВЫХ ПРОИЗВОДНЫХ 283
Гидролиз.................................... 287
Гидролиз холиновых производных........ 299
Другие реакции с нуклеофильными реагентами ....... 302
Реакция с фенолами......................... 303
Реакция с гидроксиамином и его производными .... 303
Факторы, воздействующие на скорость реакции.....306
Влияние структуры фосфорорганического соединения на
скорость реакции ...........................306
Влияние структуры нуклеофильного реагента на ско-
рость реакции .................... 309
Влияние структуры основного остатка на скорость реак-
ции ............ ......... ............ ... 310
Литература ................................. 313
Б. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ БИОХИМИЧЕСКОГО ‘МЕХА-
НИЗМА И ТОКСИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ФОСФОРОРГА-
НИЧЕСКИХ ИНГИБИТОРОВ ХОЛИНЭСТЕРАЗ.................315
I. Строение активных центров эстераз............ 316
1. Результаты экспериментальных исследований ...... 317
а) Изучение реакций между ферментами и химическими
реагентами, взаимодействующими с определенными
группировками ......... .................. ..... 318
б) Использование меченых ингибиторов для изучения
последовательности аминокислот в активном центре
эстераз ............................... 319
в) Изучение констант диссоциации и термодинамиче-
ских характеристик функциональных групп, входя-
щих в активные центры эстераз.............. 322
424
Содержание
г) Кинетические исследования промежуточных фер- .
мент-субстратных комплексов........................325
д) Ингибирование холинэстераз соединениями, содер-
жащими четвертичный атом азота.....................331
е) Изучение модельных реакций ферментативного ги-
дролиза ...........................................336
Участие аминов в „нуклеофильном катализе" . . . 337
Участие аминов в „общеосновном катализе" . . . 342
Модельные системы ферментативного гидролиза 345
2. Механизм действия ферментов, обладающих эстеразной
активностью...........................................349
II. Ингибирование холинэстераз и реактивация ингибирован-
ного. фермента..........................................357
III. Антихолинэстеразная активность и токсичность фосфо-
рилхолинов и N, N-диалкиламиноэтилтиолофосфатов и
М,М-диалкиламиноэтилтиолофосфонатов....................' . 361
IV. Действие фосфорорганических ингибиторов холинэстераз
на холинореактивные системы............................... 372
V- Проницаемость фосфорорганических ингибиторов холин-
эстераз через клеточно-тканевые барьеры ................381
VI. Ферментативный гидролиз фосфорорганических ингибито-
ров холинэстераз .................................... 388
Заключение...................................... . 397
Литература..........................................400
Б. Сондерс
ХИМИЯ И ТОКСИКОЛОГИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
ФОСФОРА И ФТОРА
Редактор И. В, Алексеева Переплет художника Ф. Л. Лейн
Технический редактор Н, А. Иовлева
Сдаио в производство 9/VIII 1960 г. Подписано к печати 12/1 1961 г.
Бумага 84х 1087а* 6,6 бум. л. 21,7 печ. л. Уч.-изд. л. 20,5.
Изд. № 3/5447. Цена 1 р. 64 к. Зак. 1703.
ИЗДАТЕЛЬСТВО ИНОСТРАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Москва, 1-й Рижский пер., 2
Типография № 2 им. Евг. Соколовой УПП Ленсовиархоза
Ленинград, Измайловский пр., 29
ОПЕЧАТКИ
а о Строка Напечатано Следует читать
32 10 снизу [20] (XX)
122 10 сверху фииильной фенильной
305 3 сверху -R-N-C-O-NH-C-IT" ~1 X 1 1 о 1 о 1 Z 1 о 1 X _| 1
1 II II 1 II II
Н О О н о о
355 8 сверху - н+и + н+ —H+fJ + H+
363 2 снизу R'°. ,.О R'OX /.О
r/ xXCH2CH2NR" r/ XXCH2CH2NR2
Зак. 1703.