Галогены — элементы VII группы периодической системы: фтор (F), хлор (Cl), бром (Br), йод (I) и астат (At). Они обладают высокой электроотрицательностью, выраженной окислительной способностью и способностью образовывать широкий спектр соединений с металлами и неметаллами. В химии фармацевтической промышленности наиболее важны фтор, хлор, бром и йод, поскольку астат встречается крайне редко и имеет радиоактивный характер.
Физические свойства: галогены проявляют разнообразие агрегатных состояний при комнатной температуре: фтор и хлор — газы, бром — жидкость, йод — твёрдое вещество с характерной сублимирующей способностью. Растворимость в органических растворителях увеличивается по мере увеличения атомного номера.
Химические свойства: высокая реакционная способность обусловлена стремлением завершить внешнюю электронную оболочку до октаэдрического состояния. Все галогены легко вступают в реакции с водородом, металлами и органическими соединениями. Химическая активность убывает по ряду F > Cl > Br > I.
Галогеноводороды (HF, HCl, HBr, HI) — бесцветные вещества с характерным резким запахом (кроме HF). Эти соединения проявляют сильные кислотные свойства в водных растворах:
[ ]
Особенности кислотности:
В фармацевтической химии галогеноводороды применяются для синтеза активных фармацевтических ингредиентов, например, для получения хлорорганических соединений, применяемых в противомикробных препаратах.
Галогены образуют с металлами соли — галогениды. Эти соединения могут быть ионными (с щелочными и щелочноземельными металлами) и ковалентными (с переходными металлами).
Основные свойства:
Примеры: NaCl используется как источник хлора, KI — для производства йодсодержащих препаратов.
Галогены активно вводятся в органические молекулы, создавая галогенорганические соединения: алкилгалогениды, арилгалогениды, галогенпроизводные спиртов, кетонов и карбоновых кислот.
Ключевые реакции:
В фармацевтической химии галогенорганические соединения применяются как промежуточные вещества при синтезе противовирусных, противоопухолевых и противомикробных препаратов. Введение фтора или хлора в молекулу часто увеличивает биодоступность и метаболическую стабильность лекарства.
Галогены вступают в реакции с ароматическими системами, вызывая электрофильное ароматическое замещение:
[ ]
Примеры:
Активность аромата и позиционная селективность зависят от заместителей на кольце.
Галогены используются для превращения спиртов в галогенпроизводные через реакции с PCl(_3), PBr(_3) или SOCl(_2), что позволяет создавать активные органические промежуточные соединения для синтеза лекарств.
[ ]
Для карбоновых кислот важны реакции образования ацилгалогенидов (R-COX), которые являются активными реагентами для образования амидов, сложных эфиров и других производных.
Йод: антисептик, компонент йодсодержащих препаратов, использование в радиофармацевтике.
Бром: применяется в седативных средствах и как промежуточное соединение для синтеза лекарств.
Специфические галогены вводят в молекулы для регулирования липофильности, кислотности и взаимодействия с биологическими мишенями.
Фторирование органических молекул значительно повышает метаболическую стабильность, биодоступность и активность препаратов. Примеры: фторированные противовирусные препараты, противоопухолевые средства и психотропные вещества.
Хлорорганические соединения широко применяются как противомикробные и противовоспалительные препараты, а также как промежуточные соединения в синтезе сложных лекарств.
Галогены и их соединения обладают высокой токсичностью и коррозионной активностью. Фтор и хлор в газообразной форме крайне опасны, требуют строгого соблюдения мер безопасности в лаборатории. Органогалогеновые соединения могут быть мутагенными и кумулятивными, что учитывается при разработке лекарственных препаратов.