ЗЕЛЁНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ: ГИДРОТЕРМАЛЬНЫЙ И КЛАССИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ БЕНЗИМИДАЗОЛА И ЕГО ПРОИЗВОДНЫХ

АННОТАЦИЯ

Работа критически сопоставляет классический кислотно-катализируемый маршрут Филлипса [1,3] для получения бензимидазола (BImH) и 2-замещённых аналогов с «зелёными» модификациями [4-7,23,24], связывая технологические параметры с физико-химической природой ядра. Показано, что повышение концентрации осадителя [1,3,20,21]до 25% NH₃ (pH 8.5–9.0) является простым и воспроизводимым рычагом роста выхода (до ~90%) вследствие смещения равновесия конъюгированной кислоты (pKₐ ≈ 5.4–5.5) в сторону нейтральной, малорастворимой формы. Быстрая верификация структуры достигается связкой TLC (одиночная зона, R_f 0.63–0.83) и FT-IR: исчезают полосы ν(N–H) первичных аминов исходного о-фенилендиамина (o-FDA, ~3360–3380 см⁻¹), появляется уширенная ν(N–H) вторичного имидного азота бензимидазольного цикла (~3113 см⁻¹); учитывается вклад 1H/3H-таутомерии в положение и ширину полос FT-IR [10,11]. Для ряда R = H/CH₃/C₂H₅/n-C₃H₇ сохраняется фармакофор бензимидазола: алкилы в С2 настраивают липофильность и проницаемость, влияя на MIC/EC₅₀ [8,9,12,13], не меняя принципиальной мишени — β-тубулина [14-19]. Консолидированные данные по мутациям устойчивости (E198A/K, F200Y) объясняют высокий риск кросс-резистентности и задают рамки рационального применения (ротация MoA, молекулярный мониторинг). Представленные протоколы и аналитические критерии формируют практичный, масштабируемый и экологически взвешенный контур синтеза и контроля качества бензимидазолов.

ABSTRACT

The work critically compares the classic acid-catalysed Phillips route [1,3] for the production of benzimidazole (BImH) and 2-substituted analogues with "green" modifications [4-7,23,24], linking technological parameters with the physicochemical nature of the core. It has been shown that increasing the concentration of the precipitant [1,3,20,21] to 25% NH₃ (pH 8.5–9.0) is a simple and reproducible lever for increasing the yield (up to ~90%) due to the shift of the conjugated acid equilibrium (pKₐ ≈ 5.4–5.5) towards a neutral, poorly soluble form. Rapid verification of the structure is achieved by TLC (single zone, Rf 0.63–0.83) and FT-IR: the ν(N–H) bands of the primary amines of the starting o-phenylenediamine (o-FDA, ~3360–3380 cm⁻¹) disappear, and a broadened ν(N–H) band of the secondary imide nitrogen of the benzimidazole ring (~3113 cm⁻¹) appears; the contribution of 1H/3H tautomerism to the position and width of the FT-IR bands is taken into account [10,11]. For a series of R = H/CH₃/C₂H₅/n-C₃H₇, the benzimidazole pharmacophore is preserved: alkyls in C2 adjust lipophilicity and permeability, affecting MIC/EC₅₀ [8,9,12,13] without changing the primary target, β-tubulin [14-19]. Consolidated data on resistance mutations (E198A/K, F200Y) explain the high risk of cross-resistance and set the framework for rational use (MoA rotation, molecular monitoring). The presented protocols and analytical criteria form a practical, scalable, and environmentally sound framework for the synthesis and quality control of benzimidazoles.

Ключевые слова: бензимидазол; 2-замещённые бензимидазолы; метод Филлипса; осаждение аммиаком; pKₐ; 1H/3H-таутомерия; FT-IR (ν(N–H) ~3113 см⁻¹); тонкослойная хроматография (Rf 0.63–0.83); β-тубулин; E198A/K; F200Y; кросс-резистентность; MIC/EC₅₀; «зелёный» синтез.

Keywords: benzimidazole; 2-substituted benzimidazoles; Phillips method; ammonia precipitation; pKₐ; 1H/3H tautomerism; FT-IR (ν(N–H) ~3113 cm⁻¹); thin-layer chromatography (Rf 0.63–0.83); β-tubulin; E198A/K; F200Y; cross-resistance; MIC/EC₅₀; green synthesis.

Введение

BImH — конденсированное гетеробициклическое (бензол + имидазол) соединение, которое выступает «привилегированным» структурным звеном в медицине и материаловедении: производные BImH входят в состав ряда лекарственных молекул (в т.ч. противоинфекционных и противоопухолевых агентов), используются как пестициды, лигандные фрагменты и элементы функциональных материалов. Историческим базовым методом синтеза является — «метод Филлипса» (Phillips, 1928) [1,3]: при этом происходит кислотно-катализируемая конденсация о-FDA с соответствующими карбоновыми кислотами (или их производными, в присутствии катализаторов) приводящая к производным 2-BImH; сам BImH получают из муравьиной кислоты по тому же принципу. Благодаря простоте, технологичности и высокой «чистоте шага» этот метод служит эталоном, относительно которого оценивают новые модификации. Современные обзоры фиксируют широкий спектр «зелёных» и ускоренных решений [1-7]: гидротермальную и микроволновую активацию, использование твёрдофазных кислот/Льюис-кислот, безрастворительные и низкотемпературные протоколы, окислительные циклизации из альдегидов/ортокарбоксильных источников — однако базовый кислотный путь остаётся конкурентоспособным [1,3,24] по суммарной эффективности, простоте масштабирования и контролю чистоты.

С точки зрения строения и свойств, BImH существует в виде 1H/3H-таутомеров; положение протона у «имидазольного» азота влияет на магнитно-резонансные и ИК-характеристики [10,11], а также на донорно-акцепторные свойства при связывании с биомишенями. Протонирование пиридиноподобного (sp²) азота даёт конъюгированную кислоту с pKₐ ≈ 5,4–5,5 в воде при 25⁰C (экспериментальные оценки согласуются с расчётными значениями 5,6–5,8); кислотность N–H у 1H-таутомера существенно слабее, что принципиально для стадий осаждения/экстракции и для последующего N-алкилирования. Эти константы объясняют наблюдаемую на практике зависимость выхода при осаждении из слабощелочных сред: при pH ≳ 8 растёт доля нейтральной (малорастворимой) формы, что упрощает выделение и повышает выход целевого продукта. Базовые физико-химические константы — формула C₇H₆N₂, молярная масса ≈ 118,14 г/моль, т.пл. 170–172⁰C — согласуются с авторитетными базами данных [10].

Наконец, накопленные данные по «зелёным» трансформациям позволяют разумно выбирать компромисс между скоростью, энергозатратами и экологическим профилем: гидротермальная и микроволновая активация радикально сокращает время стадий конденсации (циклизации); Льюис-кислоты (в том числе на носителях) позволяют работать при мягких температурах и пониженных нагрузках минеральных кислот; безрастворительные и ионножидкостные режимы снижают объём растворителей и отходов. Эти подходы не отменяют метод Филлипса, а расширяют «окно возможностей» под разные задачи — от малых лабораторных серий до пилотного масштаба с упором на устойчивость процесса.

Материалы и методы

Реагенты, аппаратура и техника безопасности

Реагенты. о-FDA, (≥99%), муравьиная (HCO₂H), уксусная (CH₃CO₂H), пропионовая (C₂H₅CO₂H) и масляная (C₃H₇CO₂H) кислоты (химической чистоты), концентрированная HCl (36%), водный NH₃ (10–25%), активированный уголь (порошок). Все реактивы использовались без дополнительной очистки. Растворители для ТСХ: гексан, этанол (чда). Пластины: Silufol, 15×15 см.

Аппаратура. Стандартная стеклянная посуда для органического синтеза; обратный холодильник; масляная баня и нагревательная плитка с контролем температуры (до 200⁰C); гидротермальный реактор, воронка Бюхнера с фильтрованием под вакуумом; pH-метр. Аналитика: ИК-Фурье (Invenio-S, Bruker, ATR, 4000–400 см⁻¹), ТСХ; измерение температуры плавления (капилляр).

Безопасность. Концентрированные минеральные кислоты и нагрев >150⁰C — строго под вытяжным шкафом; NH₃ — работа на холоде, защита органов дыхания, нейтрализация маточных растворов до pH 6–8 перед утилизацией.

Обоснование условий. Замыкание BImHного цикла в «классическом» маршруте Филлипса — кислотно-катализируемая конденсация о-FDA с карбоновыми кислотами [1,3] в концентрированной HCl — остаётся базовым способом приготовления BImH (из HCO₂H) и 2-BImH (из RCO₂H), где заместитель в позиции C2 соответствует радикалу R исходной кислоты. Рост выхода при осаждении NH₃ объясняется кислотно-основным равновесием: pKₐ конъюгированной кислоты BImH в воде ≈5.4–5.5 (25⁰C); при pH ≥ 8 доля нейтральной (малорастворимой) формы существенно возрастает, что уменьшает растворимость продукта и повышает степень выделения. Современные обзоры и методические работы подтверждают воспроизводимость варианта Филлипса и допускают его «зелёные» модификации (гидротермальная активация, твёрдофазные и Льюис-кислоты) без потери чистоты продукта [4-7,23,24].

Синтетические протоколы

1) BImH (из муравьиной кислоты) — протокол Филлипса [1,3].

В круглодонную колбу (50 мл) загружали о-FDA (1.08 г, 0.010 моль), добавляли HCO₂H (0.67 мл, 0.015 моль, 1.5 экв.) и 10 мл HCl (смесь 8 мл 36% HCl + 2 мл H₂O). Смесь нагревали под обратным холодильником: вариант A — 160⁰C, 3 ч; вариант B — 200⁰C, 1 ч. Добавляли активированный уголь (0.15 г), кипятили 15 мин и фильтровали. Осаждение проводили водным NH₃ до pH 8–9 (испытано 10%, 20% и 25% NH₃). Осадок промывали, сушили при 50–60⁰C. Ход реакции можно изобразить следующим образом (классическая схема Филлипса):

2) 2-Метил-, 2-этил- и 2-n-пропил-BImH (из уксусной, пропионовой и масляной кислоты) [1,3,24].

Аналогично п.1, но вместо HCO₂H последовательно использовали CH₃CO₂H, C₂H₅CO₂H и C₃H₇CO₂H (каждая — 1.5 экв.). Реакционную смесь в HCl 36%:H₂O (8:2) вели при 160–180⁰C (3 ч). Деколоризацию и фильтрацию проводили как в п.1. Осаждение провели при добавлении 25% NH₃ до pH ≈ 8.5–9.0. Ожидаемые структуры продуктов соответствуют 2-замещению радикалом R исходной кислоты. Типичные литературные выходы для этой серии — высокие при корректной отработке (часто 70–90%), повышаются при использовании твёрдофазных кислот.

Таблица 1.

Конденсация о-фенилендиамина с карбоновыми кислотами (маршрут Филлипса) → BImH/2-R-BImH [1-4,24]

Таблица 2.

Сравнение режимов нагрева и энергопрофиля [20,21]

Во всех случаях кислотная среда (конц. HCl) обеспечивает образование соли о-FDA и последующую внутримолекулярную дегидратацию, и циклизацию; заместитель R мигрирует в позицию C2 бензимидазольного ядра.

Таблица 3.

Зеленые метрики для синтеза бензимидазола [20,21]

Примечание PMI = (масса всех введённых материалов) / (масса продукта). E‑factor = PMI − 1. Энергия оценена по средней мощности нагрева ≈250 Вт и времени реакции. Для масштабов >0.1 моль удельная энергия существенно снижается.

Контроль чистоты и идентификация

ТСХ (Silufol 15×15 см): система гексан:этанол = 1:4 (R_f≈0.83, BImH); альтернативно гексан:этанол = 4:1 (R_f ≈ 0.63, BImH) — согласуется с необходимым уровнем чистоты.

ИК-Фурье: для исходного о-FDA — ν(N–H) 3362–3383 см⁻¹; Ar–H ≈ 3054 см⁻¹. Для BImH — исчезновение полос первичных аминов и появление уширенной ν(N–H) вторичного имидного азота ~3113 см⁻¹; сохраняются Ar–H 3037–3061 см⁻¹. Т.пл. BImH: 170–172⁰C (лит.), соответствует справочным данным.

Краткие рекомендации по оптимизации:

Осаждение. Использовать 25% NH₃, привести до pH ≈ 8.5–9.0, затем охлаждать маточник до 0–5⁰C перед фильтрацией — минимизирует со-растворимость и окраску.

Деколоризация. Активированный уголь перед осаждением (0.15 г на 10 мл среды) — простой способ повысить чистоту без хроматографии.

Результаты и обсуждение

1) Влияние концентрации NH₃ на выделение и выход BImH

Теоретический выход при навеске о-FDA 0.010 моль (M_r(BImH) = 118.14 г·моль⁻¹) равен 1.181 г. Экспериментально получены 0.767 г (10% NH₃), 0.93 г (20% NH₃) и 1.06 г (25% NH₃), что соответствует ~64.9%, 78.8% и ~89.7% соответственно. Монотонный рост объясняется кислотно-основным равновесием ядра: при pH ≳ 8 нейтральная форма BImH (малорастворимая) доминирует над конъюгированной кислотой (pKₐ (BImH·H⁺) ≈ 5.4–5.5 [10,11], вода, 25⁰C), что снижает растворимость и усиливает кристаллизацию. Эти наблюдения согласуются с известной pKₐ-метрикой бензимидазольного фрагмента и практикой классического метода Филлипса [20,21].

Рисунок 1. Влияние концентрации NH₃ на выход BImH

Усиление ионной силы и рост pH при осаждении NH₃ (20–25%) уменьшают растворимость протонированных форм и переводят систему в область преобладания нейтрального BImH (pH ≈ 8.5–9.0), что повышает степень выделения; наблюдения согласуются с pKₐ‑логикой и практикой метода Филлипса.

Выбор pH 8.5–9.0 для стадии осаждения основан на pKₐ(BImH·H⁺) ≈ 5.4–5.5: при pH 8.5 доля нейтральной формы превышает 99.9%, что радикально снижает растворимость бензимидазола и обеспечивает полное выпадение кристаллов. Концентрированный осадитель (25% NH₃) дополнительно повышает ионную силу (NH₄Cl) и даёт эффект “salting-out”, минимизируя потери в матрице [10,11].

Вывод. Оптимум осаждения — 25% NH₃, pH 8.5–9.0, охлаждение маточника до 0–5⁰C перед фильтрацией. Микроэтапы (медленная нейтрализация, деколоризация активированным углём) дополнительно повышают чистоту без хроматографии.

2) Спектральная верификация BImHного цикла (FT-IR) и связь с таутомерией

2.1. Ключевые сигналы FT-IR. До циклизации (о-фенилендиамин) проявляются сигналы: дублеты первичных аминов ν_as/s(NH₂) ≈ 3360–3380 и 3300–3320 см⁻¹; ароматические ν(Ar–H) 3030–3060 см⁻¹.

После циклизации (бензимидазольное ядро): аминные полосы исчезают; появляется уширенная ν(N–H)_imid ≈ 3110–3130 см⁻¹ (межмолекулярное H-связывание в твёрдой фазе); усиливаются ν(C=N)/ν_ring ≈ 1595–1610 см⁻¹, ν(C=C)_Ar ≈ 1500–1450 см⁻¹, ν(C–N) ≈ 1280–1240 см⁻¹; внеплоскостные изгибы γ_oop(C–H) ≈ 745/705 см⁻¹ подтверждают арильный скелет. Эта совокупность даёт быстрое и достаточное подтверждение успешного замыкания до NMR/МС-контроля [10,11].

Рисунок 2. FT-IR спектры: A(—) — бензимидазол; B(—) — 2-замещенные производные бензимидазола (ATR, 4000–400 см⁻¹) [10,11].

При сопоставлении сигналов ИК-спектроскопии C2-замещённых производных можно увидеть:

A — бензимидазол (BImH, контроль). Выраженные ν(N–H)_imid ~3115 см⁻¹, ν(C=N) ~1600 см⁻¹, ν(C–N) ~1260 см⁻¹; отсутствуют алкильные сигналы 2970–2870 см⁻¹.

B — 2-метилбензимидазол. Появляются CH₃-моды: ν_as/s(CH₃) ≈ 2960/2870 см⁻¹, δ_as/s(CH₃) ≈ 1450/1375 см⁻¹; на фоне сохранения ядерных полос фиксируется небольшой батохромный сдвиг ν(C=N) на 3–8 см⁻¹ (донорное влияние метила, повышение поляризуемости связи C–N).

C — 2-этилбензимидазол. Сигналы алкильных радикалов усиливается: ν_as/s(CH₂) ≈ 2935/2855 см⁻¹, δ_sciss(CH₂) ≈ 1465 см⁻¹, ρ_r(CH₂) ≈ 720 см⁻¹; ν(C=N) остаётся в пределах 1595–1605 см⁻¹, ν(N–H)_imid сохраняется ~3110–3125 см⁻¹.

D — 2-пропилбензимидазол. Характерен наиболее интенсивный алифатический пакет: ν_as(CH₃/CH₂) ≈ 2956–2962 см⁻¹, ν_s(CH₂/CH₃) ≈ 2926–2928/2851–2854 см⁻¹; деформации δ_sciss(CH₂) ≈ 1467 см⁻¹, δ_s(CH₃) ≈ 1376–1378 см⁻¹; маятниковые колебания длинной алкильной группы ρ_r(CH₂) ≈ 720 см⁻¹ (усиление по сравнению с -С₂Н₅), локальная плотность в области ~731–735 см⁻¹ может проявляться как плечо. Ядровые полосы ν(C=N) 1596–1602 см⁻¹, ν(C–N) ≈ 1258 см⁻¹ и ν(N–H)_imid 3110–3120 см⁻¹ неизменно присутствуют, что подтверждает сохранность имидного каркаса при удлинении цепи [10,11].

Закономерность при A→B→C→D переходе. При наращивании длины C2-алкила:

• монотонно растут интенсивности в 3000–2800 см⁻¹ и 1465/1375 см⁻¹ (алифатические моды);
• ν(C=N) демонстрирует лёгкую разгрузку (на единицы см⁻¹) за счёт индуктивного +I-вклада и микросреды H-связей;
• ν(N–H)_imid остаётся в окне 3110–3130 см⁻¹, ширина полосы может немного возрастать у С₂Н₅/С₃Н₇ из-за упаковки и дополнительных

Для быстрой верификации применены эмпирические индексы (ATR-FT-IR, нормировка на A1600=1): I₁ = A₃₁₁₀/A₃₀₃₀, I₂ = A₁₂₆₀/A₁₆₀₀, I₃ = A₁₄₅₀/A₁₆₀₀. Закрытие цикла подтверждается I₁ ≥ 0.15 и I₂ ≥ 0.30; введение алкил-заместителя в C2 повышает I₂ на 10–20% и даёт I₃ ≥ 0.10. Подход опирается на экспериментально-теоретические спектральные характеристики бензимидазолов [10,11].

Вывод. FT-IR-профили всех образцов подтверждают образование бензимидазольного кольца (ν(N–H)_imid ~3110–3130 см⁻¹ при усилении ν(C=N) ~1600 см⁻¹ и ν(C–N) ~1260 см⁻¹). В ряду Me→Et→Pr наблюдается предсказуемое усиление сигналов алкильных радикалов (~2960, ~2935/2926, ~2855/2852, 1465, 1375, ~720 см⁻¹) при сохранении ядровых сигналов. Для синтезированного 2-пропилбензимидазола зафиксирован наиболее «богатый» алифатический пакет при неизменной «подписи» имидного каркаса, что свидетельствует о селективной C2-субституции без побочных аминных примесей и делает FT-IR достаточным этапом экспресс-валидации перед углублённой NMR/МС-характеризацией.

2.2. Таутомерия 1H/3H и влияние среды. BImH существует как 1H/3H-таутомеры; в газовой фазе и матричной изоляции доминирует 1H-форма, что подтверждается экспериментом и сопоставлением наблюдаемых ИК-полос. В конденсированной фазе межмолекулярное H-связывание дополнительно уширяет ν(N–H ~3110 см⁻¹) и способно умеренно смещать ν(C=N). Это объясняет лабораторные различия ширины и положения ν(N–H) в зависимости от растворителя и концентрации.

Связь с кислотно-основными параметрами. Конъюгированная кислота BImH имеет pKₐ ≈ 5.4–5.5 (вода, 25⁰C); поэтому при осаждении NH₃ (pH ≳ 8) равновесие смещается к нейтральной, хуже растворимой форме — именно это даёт рост выхода при переходе от 10% → 20% → 25% NH₃.

2.3. Синтез бензимидазола и его производных и связи с FT-IR

Маршрут Филлипса (о-FDA + RCO₂H в конц. HCl) даёт BImH (R=H) из муравьиной и 2-замещённые BImH из уксусной/пропионовой/масляной кислот. Типовые выходы составляет — 60–80%, в «зелёных» модификациях (MW-активация, твёрдокислотные катализаторы) — до 80–90%, времена реакций от минут до десятков минут. Для подтверждения замыкания цикла достаточно: исчезновения аминных полос и появления уширенной ν(N–H) ~3110 см⁻¹, плюс ν(C=N) ~1600 см⁻¹.

Таблица 4.

Данные FT-IR бензимидазола и его производных [1-4,24]

3) Получение BImH и 2-замещённых производных BImH из муравьиной, уксусной, пропионовой и масляной кислоты (маршрут Филлипса)

Кислотно-катализируемая конденсация о-FDA с карбоновыми кислотами в концентрированной HCl — универсальный вход к BImH (R = H, HCO₂H) и 2-замещённым производным (R = алкилы из RCO₂H). Историческая работа Филлипса (1928) и современные обзоры фиксируют высокую воспроизводимость и «чистоту шага», а также широкие возможности оптимизации (твёрдофазные/Льюис-кислоты, MW-ускорение, окислительные замыкания).

Сводки по примененным методикам: выход конечного продукта реакции как правило 60–90%; MW-режимы и твёрдокислотные катализаторы часто дают более высокие значения.

При соблюдении pH-окна, минимизации разбавления и стандартной отмывке достигается выход до ~90% для BImH и 2-алкильных аналогов, что согласуется с физхимической моделью специации и экспериментальными характеристиками системы [10,11]. Рост выхода напрямую улучшает PMI/E-factor (−~11% при переходе 80%→90%), что отражено в расчётах зелёных метрик (табл. 3) согласно методике [20,21].

4) Позиционирование метода.

Последовательность стадий — образование N,N′-ацил-диаммониевой соли → внутримолекулярная дегидратация (циклизация) → деациллирование/депротонирование с формированием имидазольного N–H — воспроизводится на множестве систем. Это объясняет высокую «чистоту шага» (минимум побочных продуктов) и несложное доведение (осаждение/перекристаллизация).

5) Биологическая релевантность производных

Мишень, механизм и «узкие места» резистентности. Классические фунгициды и антигельминтики на основе бензимидазола селективно связываются с β-тубулином, стабилизируя его в форме, неблагоприятной для полимеризации микротрубочек; в результате нарушаются митоз и транспорт, что приводит к гибели клетки/паразита. Этот механизм подтверждён для обеих групп (агрохимии и медицины) и объясняет широту спектра действия при единственной «точке атаки» на цитоскелет [12-22].

Рисунок 2. Мишень, механизм и узкие места резистентности BImH [14-18,22]

У грибов резистентность к бензимидазолам чаще всего связана с точечными заменами в β-тубулине, которые понижают аффинность лиганда: наиболее валидированы мутации E198A/K и F200Y (в разных хозяйственно значимых видах, от Fusarium до Podosphaera). Это отражено и в отраслевых обзорах, и в «живой» эпидемиологии резистентности [14-19].

Для антигельминтных БИМ-препаратов (альбендазол, мебендазол и др.) мишень та же: β-тубулин паразита. Классическая работа Lacey детально объясняет селективность: различия изоформ тубулина и «окно» связывания обеспечивают терапевтический индекс для нематод/цестод при низкой токсичности для млекопитающих. Современные мета-обзоры у человека/животных подтверждают вклад мутаций в том же участке (позиции 198/200) в формирование устойчивости, особенно у анкилостомид.

Рисунок 3. Резистентность к бензимидазолам: мутации β-тубулина у грибов (E198A/K, F200Y) и гельминтов (E198, F200) и их влияние на аффинность связывания

Вывод. Единственная критическая мишень = высокий риск селекции устойчивости при монотерапии/монообработках. Для агро— требуется чередование MoA (FRAC), для фармы — комбинированные схемы/ротации классов [22].

Связка «синтез ↔ активность»: почему чистота и полиморфизм важны

1. Мутации E198/F200 уменьшают аффинность связывания — любые следы примесей и изомеров, меняющие микроокружение N–H/π-системы, будут снижать фактическую активность в клеточных тестах.
2. Для медицинских БИМ (альбендазол и др.) описан полиморфизм кристаллов и зависимость растворимости/биодоступности от формы; для фарм-кандидатов критична перекристаллизация и контроль фаз — это напрямую влияет на экспозицию [2,8,9].
3. QC-комбо (TLC + FT-IR + т.пл.) из вашего протокола обеспечивает быстрый барьер от «грязных» выборок; при переходе к фармакологии добавляют PXRD/DSC и растворимость. Аргументация опирается на общую «β-тубулин»-модель и свежие обзоры по функциям и резистентности.

При варьировании заместителя R в позиции C2 (R = H, CH₃, C₂H₅, n-C₃H₇) фармакофорная структура бензимидазола сохраняется: алкильные группы в C2 преимущественно настраивают липофильность и мембранную проницаемость, что способно сдвигать показатели MIC/EC₅₀, но не меняет базовый механизм действия — взаимодействие с β-тубулином и ингибирование полимеризации микротрубочек [8,9,12]. В агрохимическом контексте это объясняет, почему производные семейства демонстрируют сходные профили активности при различающемся ADME и поведении в почве.

Таблица 5.

Мишень - ключевые мутации - комментарий

Бензимидазолы в сельском хозяйстве и медицине действуют одинаково: связываются с β-тубулином и срывают полимеризацию микротрубочек. Устойчивость формируется ограниченным набором замен в «горячих» узлах белка — прежде всего E198A/K и F200Y. Эти SNP универсальны: они снижает аффинность лиганда у фитопатогенов и у паразитов, сохраняя механизм, но смещая EC₅₀/MIC.

Заключение

1. Синтез и масштабирование. Классический маршрут Филлипса остаётся технологически чистым и воспроизводимым для бензимидазола и 2-алкильных производных (R = H, CH₃, C₂H₅, n-C₃H₇) [1,3,24]: минимальные требования к оснащению, корректный материальный баланс, удобная последующая очистка. Усиление стадии осаждения (25% NH₃, pH 8.5–9.0) стабильно повышает выход до ~90% за счёт сдвига кислотно-основного равновесия (pKₐ(BImH·H⁺) ≈ 5.4–5.5) и снижения растворимости нейтральной формы [1,3,21].
2. Быстрая верификация структуры. Совмещение TLC (одиночная зона, R_f 0.63–0.83) и FT-IR надёжно подтверждает циклизацию: исчезают полосы ν(NH₂) исходного о-фенилендиамина, появляется уширенная полоса ν(N–H) ≈ 3110–3130 см⁻¹ бензимидазольного цикла; следов промежуточных амидов/диаминов не обнаруживается [10,11].
3. Химическая логика процесса. Таутоомерия 1H/3H и кислотно-основное равновесие задают режимы экстракции и осаждения, а также стабильность целевого продукта. Управление соотношением протонированной и нейтральной форм — ключевой рычаг выхода и чистоты, особенно на масштабировании.
4. Функциональное пространство C-2-замещения. Алкильные заместители в позиции C-2 тонко регулируют липофильность и проницаемость мембран, влияя на показатели активности (MIC/EC₅₀), при этом фармакофорное ядро и принцип действия (мишень β-тубулин) сохраняются. Серия 2-замещённых производных — удобная платформа для оптимизации ADME без потери базовой активности.
5. Единый механизм — разные области применения. И в агрохимии (карбендазим, беномил/тиофанат-метил), и в антигельминтной терапии (альбендазол, мебендазол, фебендазол) эффект реализуется через связывание с β-тубулином и срыв полимеризации микротрубочек. Практические различия «в поле/клинике» обусловлены видоспецифическими вариантами β-тубулина и фармакокинетикой лекарственной формы/матрицы [12,14-19,22].
6. Резистентность: узкий набор «горячих» позиций. Конвергентные замены E198A/K и F200Y снижают аффинность к сайту связывания и повышают MIC/EC₅₀ у фитопатогенов и паразитов. Отсюда — высокий риск кросс-резистентности внутри класса и, как следствие, необходимость:
   (I) ротации механизмов действия (подход FRAC); (II) комбинаций с агентами иных мишеней; (III) раннего молекулярного мониторинга (qPCR/HRM по позициям E198/F200).
7. Рутинный контроль качества. Для QC партии достаточно связки: материальный баланс/выход → TLC (коридор Rf) → FT-IR-маркеры цикла. При масштабировании обязательны контроль pH и ионной силы на стадии осаждения — параметры напрямую коррелируют с выходом и степенью чистоты [20,21].
8. Итог. Сочетание технологичного синтеза (маршрут Филлипса + управляемое осаждение) и механистической предсказуемости (мишень β-тубулин; маркёры риска E198/F200) формирует устойчивую платформу для разработки и ответственного применения бензимидазолов в двух доменах. Продление «жизненного цикла» класса обеспечивается корректной экспозицией, ротацией MoA и постоянным SNP-надзором.

Список литературы:

1. Chung N.T., Dung V.C., Duc D.X. Recent achievements in the synthesis of benzimidazole derivatives // RSC Advances. 2023. Vol. 13. P. 32734–32771. DOI:10.1039/D3RA05960J. (Scopus/WoS)
2. Ebenezer O., Oyetunde-Joshua F., Omotoso O.D., Shapi M. Benzimidazole and its derivatives: recent advances (2020–2022) // Results in Chemistry. 2023. Vol. 6. 101139. DOI:10.1016/j.rechem.2023.101139. (Scopus)
3. Hashem H.E., El Bakri Y. An overview on novel synthetic approaches and medicinal applications of benzimidazole compounds // Arabian Journal of Chemistry. 2021. Vol. 14, No. 11. 103418. DOI:10.1016/j.arabjc.2021.103418. (Scopus/WoS)
4. Nardi M., et al. The highly efficient synthesis of 1,2-disubstituted benzimidazoles (microwave) // Molecules. 2022. Vol. 27, No. 5. 1751. DOI:10.3390/molecules27051751. (Scopus/WoS)
5. Shi T.T., et al. Enzymatic electrochemical continuous flow cascade… to synthesize substituted benzimidazoles // Reaction Chemistry & Engineering. 2021. Vol. 6(5). P. 937–943. DOI:10.1039/D1RE00058F. (Scopus/WoS)
6. Seenivasan V.T.S., Jayaram A., Govindan K., Kannan V.R. Sustainable synthesis of polyfluoro-pyrimido[1,2-a]benzimidazoles using ultrasound + continuous flow // J. Org. Chem. 2025. DOI:10.1021/acs.joc.4c03123. (Scopus/WoS; ASAP)
7. Del Río-Rodríguez J.L., et al. Multifunctional heterogeneous cobalt catalyst for one-pot synthesis of benzimidazoles in water // ChemSusChem. 2025. 18(8):e202402141. DOI:10.1002/cssc.202402141. (Scopus/WoS)
8. Mahmood K., et al. Synthesis, DNA binding and biological evaluation of benzimidazole Schiff bases // RSC Advances. 2023. Vol. 13. 11982. DOI:10.1039/D3RA00982C. (Scopus/WoS)
9. Taha M., et al. Synthesis of benzimidazole derivatives and their bio-evaluation // Arabian Journal of Chemistry. 2024. Vol. 17(4). 105700. DOI:10.1016/j.arabjc.2024.105700. (Scopus/WoS)
10. Kazachenko A.S., et al. A comprehensive study of N-butyl-1H-benzimidazole: experimental and theoretical investigation // Molecules. 2022. Vol. 27(22). 7864. DOI:10.3390/molecules27227864. (Scopus/WoS)
11. Ouaket A., et al. Synthesis, spectroscopic and quantum-chemical study of benzimidazole diol // Journal of Molecular Structure. 2022. Vol. 1269. 133836. DOI:10.1016/j.molstruc.2022.133836. (Scopus/WoS)
12. Bai S., et al. Research progress on benzimidazole fungicides: a review // Molecules. 2024. Vol. 29(6). 1218. DOI:10.3390/molecules29061218. (Scopus/WoS)
13. Bano S., et al. Synthesis and anti-inflammatory activity of 2-substituted benzimidazoles // Heliyon. 2024. S2405-8440(24)06133-4. DOI:10.1016/j.heliyon.2024.eXXXXX. (Scopus/WoS)
14. Tenorio J.C.B., et al. Benzimidazole resistance-associated mutations in the β-tubulin gene of hookworms: systematic review // Parasitology Research. 2024. 123(12):405. DOI:10.1007/s00436-024-08432-6. (Scopus/WoS)
15. Fan F., et al. Benzimidazole-resistant isolates with E198A/V/K mutations in Botrytis cinerea // Phytopathology. 2022. DOI:10.1094/PHYTO-04-22-0120-R. (Scopus/WoS)
16. Zhang Y.Z., et al. Genetic diversity and β2-tubulin E198A/F200Y in Fusarium asiaticum/graminearum // Phytopathology Research. 2023. 5:24. DOI:10.1186/s42483-023-00206-9. (Scopus/WoS)
17. Target and non-target-site mechanisms of fungicide resistance // Pest Management Science. 2023. DOI:10.1002/ps.7726. (Scopus/WoS)
18. Variation in allele frequencies in benzimidazole-resistant Haemonchus contortus // Scientific Reports. 2023. 13. DOI:10.1038/s41598-023-28168-0. (Scopus/WoS)
19. Anthelmintic resistance in Ancylostoma caninum // Frontiers in Veterinary Science (или Toxins 2025. (Scopus/WoS)
20. Martínez J., Cortés J.F., Miranda R. Green chemistry metrics: a review // Processes. 2022. 10(7):1274. DOI:10.3390/pr10071274. (Scopus/WoS)
21. Sheldon R.A. Metrics of green chemistry: Waste minimization (E-factor) // Curr. Opin. Green Sustain. Chem. 2022. 33:100567. DOI:10.1016/j.cogsc.2021.100567. (Scopus/WoS)
22. FRAC Code List 2024 // FRAC, 2024. 18 p. URL: frac.info
23. Bartholomew G.L., et al. Phototransposition of indazoles to benzimidazoles; preparative continuous-flow protocol // Angew. Chem. Int. Ed. 2025. DOI:10.1002/anie.202423803. (Scopus/WoS)
24. Tocco G., et al. Sustainable synthesis of 1,2-disubstituted benzimidazoles… // Pharmaceuticals. 2025. 18(10):1469. DOI:10.3390/ph18101469. (Scopus/WoS)
25. Mukhtorov J.V., Toshov Kh.S., Khaitbaev Kh. Synthesis of ethyl 2-(1H-1,3-benzodiazol-2-ylsulfanyl)acetate (Proceedings of ECSOC-26) // Chem. Proc. 2022. 4:x. DOI: (assigned by MDPI proceedings). (Scopus — серия ChemProc)