Transcript H 2 O +

Systematische Identifizierung eines
Arzneistoffgemisches
Seminar zum Praktikum
Pharmazeutische Chemie III
Allgemeine Vorgehensweise
Vorproben
Identifizierung und ggf. Abtrennung des Trägers
Ausschütteln in verschiedene Gruppen
(Stas-Otto-Trennungsgang)
Systematische Dünnschichtchromatographie
(evtl. Detektion)
Identifizierung der isolierten Arzneistoffe
 Gruppenreaktionen
 Spezielle Reaktionen
 IR-Spektroskopie und andere analytische Methoden
2
Vorproben
Organoleptische Prüfungen
Löslichkeitsversuche
Färbung in bestimmten Säuren oder Basen
Farbreaktionen
3
Organoleptische Prüfungen
Farbe
ocker
gelb
O
CH3
OH
O
OH O
OH
O
NH2
OH
O
H3C
OH
N
H3C
Menadion
CH3
Tetracyclin
Geruch
manche Substanzen besitzen charakteristischen Geruch, dieser
kann auch erst beim Glühen entstehen
z.B. Zucker u. andere Kohlenhydrate entwickeln Karamellgeruch
4
Löslichkeit
in NaOH:
 Carbonsäuren
 Phenole
COOH
CH3
O
O
Beispiele?
Acetylsalicylsäure
 ASS, Penicilline
 Clioquinol
O
Cl
O
N
S
N
H H H
N
I
COOH
CH3
CH3
Benzylpenicillin
OH
Clioquinol
5
Löslichkeit
in H2SO4:
 Basen
Beispiele?
 Atropin, Chinin, Lidocain
H
N
HO
N
O
CH3
H
O
O
H
N
N
HO
CH3
CH3
Lidocain
O
N
Atropin
Chinin
6
Färbung in bestimmten
Säuren oder Basen
Beispiele?
NaOH
COOH
CH3
O
H2SO4
Hellgelb
O
Acetylsalicylsäure
HNO3
OH
O
H
N
CH3
CH3
Orange
Alprenolol
7
Farbreaktionen
mit Froehdes Reagenz
Ammoniummolybdat in H2SO4 conc.
mit Mandelins Reagenz
Ammoniumvanadat in H2SO4 conc.
mit Marquis Reagenz
Formaldehyd-Lsg. in H2SO4 conc.
8
Marquis-Reaktion
am Beispiel Morphin
O
OH
O
H
HO
H
+
+
O
H
H
O
OH
H+
O
OH+
O
OH
violett
O
OH
+
O
Ox.
9
Allgemeine Vorgehensweise
Vorproben
Identifizierung und Abtrennung des Trägers
Ausschütteln in verschiedene Gruppen
(Stas-Otto-Trennungsgang)
Systematische Dünnschichtchromatographie
(evtl. Detektion)
Identifizierung der isolierten Arzneistoffe
 Gruppenreaktionen
 Spezielle Reaktionen
 IR-Spektroskopie und andere analytische Methoden
10
Stas-Otto-Trennungsgang
Theorie:

unterschiedliche Verteilung von Substanzen
zwischen wässriger und organischer Phase
 Salzbildungsvorgänge
 unterschiedliche
Löslichkeiten
11
Verteilungsvorgänge
Nach dem Nernstschen Verteilungsgesetz gilt allgemein:
c ( Phase )
 konst. (Vertleilungskoeffizient KV )
c ( Phase  )
-
hier:
c (unpolar )
 KV
c ( polar )
m
mit c  ergibt sich :
V
V ( polar) m (unpolar)
KV 

V (unpolar) m ( polar)
12
Verteilungsbeispiel



Chloramphenicol wird bei pH 1 mit Ether ausgeschüttelt (Stas-OttoGruppe l)
100 mg werden in 50 ml wässriger Phase vorgelegt
Wie viel Arzneistoff liegt nach dreimaligem Ausschütteln mit je 50 ml
TBME bzw. nach einmaligem Ausschütteln mit 150 ml TBME in der
Etherphase vor?

Löslichkeit:
Wasser
1 g : 400 ml
Ether
1 g : 400 ml
Kv =
400
1
X
400
=1
1
 Nach dreimaligem Ausschütteln:
■ 50 % liegen nach dem ersten Ausschütteln in der Etherphase vor, das sind 50 mg
■ nach dem zweiten Ausschütteln weitere 50 %, das sind 25 mg
■ nach dem dritten Ausschütteln nochmals 50 %, also 12.5 mg
 Nach dreimaligem Ausschütteln liegen also 87.5 mg
in der Etherphase vor!!
13
Verteilungsbeispiel

Chloramphenicol wird bei pH 1 mit Ether ausgeschüttelt (Stas-Otto-Gruppe l)

100 mg werden in 50 ml wässriger Phase vorgelegt

Wie viel Arzneistoff liegt nach dreimaligem Ausschütteln mit je 50 ml TBME bzw. nach
einmaligem Ausschütteln mit 150 ml TBME in der Etherphase vor?

Löslichkeit:
Wasser
Ether
1 g : 400 ml
1 g : 400 ml
Kv =
 Nach einmaligem Ausschütteln:
■ in beiden Phasen liegen gleiche Konzentrationen an Arzneistoff vor
■
400
400
1
X
=1
1
in der Etherphase befindet sich daher die 3-fache Masse (3-faches
Volumen!!)
 Nach einmaligem Ausschütteln liegen also 75 mg
in der Etherphase vor!!
14
Stas-Otto-Trennungsgang
Vorbereitung der Probe:
 gut
durchmischen!!
 200 - 500 mg der Probe in ~ 30 ml dest. Wasser aufnehmen
 Einstieg
in den Trennungsgang durch Ansäuern auf pH 1 mit H2SO4
15
200 – 500 mg Substanz in 30 ml dest. Wasser lösen,
mit 3 N Schwefelsäure auf pH 1 ansäuern
und mit Wasser auf 60 ml auffüllen
Phase Ι: Saure
Etherphase
3 x 25 ml TBME ausschütteln
Säuren, Phenole,
Ureide, Neutralstoffe
3 x 30 ml 0,5 N NaOH
Mit 8 %iger NaHCO3-Lsg. neutralisieren,
mit 10 %iger Weinsäure-Lsg.
auf pH 4-5 einstellen.
Phase
3 x mit 25 ml EE ausschütteln.
II: Saure
Ethylacetatphase
Schwache Basen, EE-lösliche
Säuren, Phenole, Neutralstoffe
Wässrige Phase mit
3 N H2SO4 ansäuern
und 3 x mit 50 ml
TBME ausschütteln
Mit 3 N NaOH auf pH > 10 alkalisieren,
3 x mit 25 ml TBME ausschütteln
Phase IB
Neutralstoffe
Basen
Mit 3 N H2SO4 neutralisieren
und mit 6N NH3 auf pH 9 bringen.
3 x mit 25 ml EE ausschütteln.
Phase IA
Säuren, Phenole,
Ureide
Phase III:
Alkalische
Etherphase
Phase V: Wässrige Phase
Phase IV:
Ammoniakalische
Ethylacetatphase
Phenolbasen,
EE-lösliche Basen
Nicht ausschüttelbaren Substanzen
Säuren, KH, Aminosäuren, Quart. Ammoniumverb.
16
200 – 500 mg Substanz in 30 ml dest. Wasser lösen,
mit 3 N Schwefelsäure auf pH 1 ansäuern
und mit Wasser auf 60 ml auffüllen
Phase I: Saure
Etherphase
3 x mit 25 ml TBME ausschütteln
Säuren, Phenole,
Ureide, Neutralstoffe
Ibuprofen
3 x 30 ml 0,5 N NaOH
O
+
H
+
OH
O
O
hydrophiles Anion;
wasserlöslich
Wässrige Phase mit
3 N H2SO4 ansäuern
und 3 x mit 50 ml
TBME ausschütteln
Phase IB
lipophile Säure;
löslich in TBME
Paracetamol
O
Neutralstoffe
HN
Phase IA
Säuren, Phenole, Ureide
+
H
+
O
HN
OH
O
hydrophiles Anion;
wasserlöslich
lipophil;
löslich in TBME
17
200 – 500 mg Substanz in 30 ml dest. Wasser lösen,
mit 3 N Schwefelsäure auf pH 1 ansäuern
und mit Wasser auf 60 ml auffüllen
Wasser
Ether
Base
1 + >1000
1 + 250
Hydrochlorid
1 + 40
1 + >1000
Mit 8 %iger NaHCO3-Lsg. neutralisieren,
mit 10 %iger Weinsäure-Lsg. auf pH 4-5 einstellen.
3 x mit 25 ml EE ausschütteln.
Phase II: Saure
Ethylacetatphase
OH
Papaverin
MeO
MeO
O
O
H
OH
HO
N
H
HO
wasserlöslich
O
H
OH
OH
H
MeO
O
+
H
O
Schwache Basen,
EE-lösliche Säuren, Phenole,
Neutralstoffe
MeO
OH wasserlöslich
N
OMe
OMe
OMe
OMe
löslich in Ethylacetat
18
200 – 500 mg Substanz in 30 ml dest. Wasser lösen,
mit 3 N Schwefelsäure auf pH 1 ansäuern
und mit Wasser auf 60 ml auffüllen
Mit 3 N NaOH auf pH > 10 alkalisieren,
und 3 x mit 25 ml TBME ausschütteln
Phase III:
Alkalische Etherphase
Basen
H3C
C6H5
O
C6H5
Methadon
CH3
+ CH3
N
H
CH3
H3C
+
NaOH
C6H5
O
C6H5
CH3
N
CH3
+
Na
+
H2O
+
CH3
19
200 – 500 mg Substanz in 30 ml dest. Wasser lösen,
mit 3 N Schwefelsäure auf pH 1 ansäuern
und mit Wasser auf 60 ml auffüllen
+
Na O
O
N
Morphin
+
Na O
wasserlöslich als Natriumphenolat
Mit 3 N H2SO4 neutralisieren und
mit 6 N NH3 auf pH 9 bringen.
3 x mit 25 ml EE ausschütteln
HO
O
N
HO
löslich in EE als Base
Phase IV:
Ammoniakalische
Ethylacetatphase
Phenolbasen,
EE-lösliche Basen
20
200 – 500 mg Substanz in 30 ml dest. Wasser lösen,
mit 3 N Schwefelsäure auf pH 1 ansäuern
und mit Wasser auf 60 ml auffüllen
CH3
N
H3C
N
Ascorbinsäure
O
N
NaO3S
OH
CH3
O
HO
O
Metamizol-Na
HO
OH
Phase V: Wässrige Phase
Nicht ausschüttelbare Säuren, Kohlenhydrate,
Aminosäuren, Quart. Ammoniumverbindungen
21
Allgemeine Vorgehensweise
Vorproben
Identifizierung und Abtrennung des Trägers
Ausschütteln in verschiedene Gruppen
(Stas-Otto-Trennungsgang)
Systematische Dünnschichtchromatographie
(evtl. Detektion)
Identifizierung der isolierten Arzneistoffe
 Gruppenreaktionen
 Spezielle Reaktionen
 IR-Spektroskopie und andere analytische Methoden
22
Gruppenreaktionen
auf…
□ Stickstoffverbindungen
□ Substanzen mit Carbonyl- oder Carboxylgruppen
□ reduzierende Stoffe
□ Sonstige
23
Stickstoffverbindungen
Welche funktionelle Gruppen?
NH2
□ a-Aminosäuren
COOH
R
□ primäre aromatische Amine
NH2
R
□ Pyridinderivate
N
R
24
Nachweis von α-Aminosäuren
Ninhydrin-Reaktion
Versetzen mit Ninhydrin-Lösung, danach Erhitzen bis zum
Sieden
O
O
O
25
… am Beispiel Levodopa
O
O
O
+ H2O
OH
+
O
OH
- H2O
H2 N
O
- H2O
OH
H
O
OH
O
O
O
N C R
H H
O
OH
HO
O
O
H
H
- CO2
- H2O
N C R
H
O
N
OH
26
C
H
R
… am Beispiel Levodopa
O
O
O
H2O
H
OH
R
+
NH2
OH
OH
O
O
O
O
H
NH
+ H2O
OH
OH
O
OH
O
- H2O
O
violett
O
O
N
N
O
O
HO
- H+
O
O
27
Nachweis primärer aromatischer Amine
Diazo-Kupplungsreaktion
eventuell nach vorheriger Hydrolyse
z.B. Furosemid
auch nach Reduktion
z.B. Metronidazol
Lösen der Substanz in HCl und versetzen mit
Diazo-Reagenz l (Natriumnitrit)
anschließend Eingießen dieser Lösung in
Diazo-Reagenz ll (2-Naphtol in NaOH)
28
… am Beispiel Furosemid
H2N
O2
S
COOH
Cl
N
H
Reaktion nach vorheriger
Hydrolyse mit 3-N HCl
O
orange-rot
HO
COOH
COOH
+
N N
+ NaNO2
HCl
H2N SO2
Cl
+ 2-Naphtol
N N
H2 N SO2
Cl
29
Nachweis von Pyridinderivaten
Zincke-König-Spaltung
Verreiben der Substanz mit 1-Chlor-2,4-dinitrobenzol und
anschließendes Schmelzen
NO2
O2N
Cl
Lösen der erkalteten Schmelze in ethanolischer KOH
30
… am Beispiel Nicotinamid
O
+
N O
NO2
N
NH2
+
O2 N
O2N
O
+
N
Cl-
Cl
NH2
O
NO2
NO2
NO2
rot
OH-
O2 N
OH-
O2 N
N
OH
N
OH
NH2
O
O2 N
N
O
NH2
NH2
O
O
31
Gruppenreaktionen
auf…
Stickstoffverbindungen
□ Substanzen mit Carbonyl- oder
Carboxylgruppen
□ reduzierende Stoffe
□ Sonstige
32
Carbonyl- oder Carboxylgruppen
□ Carbonsäuren und –derivate
O
R
AG
□ abspaltbarer Formaldehyd
O
O
O
N
CH3
CH3
H
H
CH3
H3C
N
H
CH3
33
Nachweis von Carbonsäuren, Estern,
Amiden und Anhydriden
Hydroxamsäurereaktion
Carbonsäuren nach Aktivierung mit Thionylchlorid
Derivate:
Reaktion mit Hydroxylamin-HCl-Lösung
und Eisen(lll)-chlorid-Lösung
34
… am Beispiel Ibuprofen
Cl
Aktivierung der
Carboxylfunktion
mit SOCl2
O
rot
H
N
+NH2OH
O
OH
H
N
+FeCl3
O
O Fe/3
35
Nachweis von abspaltbarem
Formaldehyd
Chromotropsäurereaktion
Erhitzen der Substanz mit H2SO4 conc. und Chromotropsäure
OH
OH
O
O
O
S
S
OH
HO
O
36
… am Beispiel Metamizol-Na
CH3
N
Abspaltung von
Formaldehyd
O
N
HO-SO2
OH
O
N
H3C
NaO3S
OH
H
H
+ 2
OH
HO
O
S
S
O
O
CH3
OH HO
SO2-OH
HO-SO2
+
OH HO
SO2-OH
O
O
+
violett
SO2-OH
SO2-OH
SO2-OH
SO2-OH
37
O
Gruppenreaktionen
auf…
Stickstoffverbindungen
 Substanzen mit Carbonyl- oder
Carboxylgruppen
□ reduzierende Stoffe
□ Sonstige
38
Nachweis reduzierender Verbindungen
□ reduzierende Zucker
□ olefinische Doppelbindungen
39
Nachweis von reduzierenden αHydroxycarbonyl-Verbindungen
CHO
Fehling-Reaktion
HC
OH
R
Positive Reaktion auch bei anderen starken Reduktionsmitteln (z.B.
Ascorbinsäure)
Mischen von Fehling-Reagenz l (CuSO4 x 5 H2O in Wasser) und
Fehling-Reagenz ll (Kaliumnatriumtartrat / NaOH / H2O)
Zusatz der reduzierenden Verbindung
Erwärmen auf dem Wasserbad für bis zu 30 Minuten
40
… am Beispiel Ascorbinsäure
OH
O
HO
O
Cu2+
als Kupfer(ll)sulfat
HO
OH
schon bei
Raumtemperatur
OH
O
HO
O
Cu+
als Kupfer(l)oxid
O
O
rotbraun
41
Prüfung auf olefinische
Doppelbindungen
R2
Baeyersche Probe
R3
R1
R
Reaktion mit KMnO4 in H2O / Na2CO3
42
… am Beispiel Amitryptilin
rot-violett
O
O
Mn+7
O
+O
N
CH3
CH3
R
H
O
O
Mn
R'
H
O
+ H2O
R
H
+5
OH
+ MnO3farblos
O
R'
H
OH
43
Gruppenreaktionen
auf…
Stickstoffverbindungen
 Substanzen mit Carbonyl- oder
Carboxylgruppen
 reduzierende Stoffe
□ Sonstige
44
Sonstige
□ Zimmermann-Reaktion
Nachweis aktiver Methylengruppen
R
R´
O
Reaktion mit 1,3-Dinitrobenzol in KOH
R
□ Kupplungsreaktion mit diazotierter Sulfanilsäure
OH
Lösen der Substanz in NaOH
danach Zugabe einer 1:1-Mischung von Sulfanilsäure und 10%iger
Natriumnitrit-Lösung
45
Zimmermann
H3C
… am Beispiel Diazepam
H3C
O
N
Cl
N
N
- H+
Cl
NO2
O
H
N
+
-
NO2
NO2
rot
-
MeisenheimerSalz
H
R
R'
NO2
O
46
Kupplungsreaktion
… am Beispiel Paracetamol
O
+
HN
CH3
N
N
+
OHOH
SO3
O
HN
CH3
rot
N
N
OH
SO3
-
47
Gruppenreaktionen
auf…
Stickstoffverbindungen
 Substanzen mit Carbonyl- oder
Carboxylgruppen
 reduzierende Stoffe
 Sonstige
48
Spezielle Reaktionen
□ Vitali-Morin-Reaktion
Nitrierbare Aromaten
□ Zwikker-Reaktion
Barbitursäure Derivate, Hydantoine, Purine.......
□ Murexid-Reaktion
Purin Derivate (Xanthine), Barbitursäuren, Uracilen
□ Chen-Kao-Reaktion
1,2-Aminoethanole
□ Thalleiochin-Reaktion
Chinolin-Ring mit einer Sauerstoff-Funktion in Pos. 6
□ Coralyn-Reaktion
empfindlicher Nachweis für Papaverin
49
Zusammenfassung

schon Aussehen und Geruch können Hinweise auf Bestandteile eines
Stoffgemisches geben

Trennung des Gemisches in verschiedene Gruppen durch einfache
Salzbildungs- und verteilungsvorgänge möglich

nach erfolgter Trennung können durch Gruppenreaktionen gewisse
Rückschlüsse auf die Struktur der Arzneistoffe gezogen werden
 auch negative Nachweise geben dabei wichtige Informationen

spezielle Reaktionen dienen der näheren Identifizierung der Stoffe

endgültige Bestimmung der Identität erfolgt dann durch weitere
analytische Methoden (DC, IR,…)
50
Vitali-Morin-Reaktion
Nachweis von Tropasäureestern
(jedoch sehr unspezifisch)
OH
R
O
O
Eindampfen mit rauchender HNO3
Lösen des Rückstandes in Aceton
Zugabe von ethanolischer KOH
51
Vitali-Morin-Reaktion
Vitali-Variante  ohne Aceton
- positiver Ausgang der Reaktion bei allen Verbindungen mit
Methylengruppe, die durch Carbonylgruppe aktiviert ist und an einem
nitrierbaren Phenylring sitzt
- z.B. Atropin
Morin-Variante  mit Aceton
- positiver Ausgang bei allen Substanzen, die einen nitrierbaren Aromaten
besitzen und mit Aceton als CH-acider Komponente zum MeisenheimerSalz weiterreagieren können
- z.B. Lidocain
52
Vitali-Variante am Beispiel Atropin
H3C
N
OH
O NO2
R
HNO3
O
- HNO3
O
R
CH2
R
O
OH
NO2
OH
R
+
N
O
O
OH
R
O
O
O
- OH- , + H2O
O
NO2
O
+ OH- , - H2O
O
- H2O
R
NO2
OH
R
+ H2O
O
+ HNO3
O
O
O
+
N
O
O
O
+
N
blau-violett
O
53
O
Morin-Variante am Beispiel Lidocain
H
N
HNO3
N
H
N
O2N
N
O
O
NO2
O
H3C
O
OHCH3
CH2
H3C
H
N
O2 N
MeisenheimerSalz
grün
O
H
N
O
NO2
54
Zwikker-Reaktion
R''
O
Nachweis von Barbitursäure-Derivaten
N
R
O
NH
R'
O
jedoch nicht sehr selektiv: auch positive Reaktion bei Hydantoinen,
Purinen, Sulfonamiden,…
Versetzen der Substanz mit Cobaltnitrat in methanolischer Lösung
(Zwikker-Reagenz l)
danach Zusatz von Piperidin in Methanol
(Zwikker-Reagenz ll)
55
Zwikker-Reaktion
Bildung farbiger Komplexe mit Co(ll)-Salzen im alkalischen Milieu je
nach LM und Base als Solvat- oder Diamin-Komplex
hier:
Piperidin dient sowohl zur Deprotonierung,
als auch als Ligand
- Bildung eines tetrahedralen Komplexes mit hoher Empfindlichkeit
56
… am Beispiel Phenobarbital
H
N
O
O
NH
violett
+ Piperidin
CH3
O
H
N
+ Co-nitrat
O
O
N
O
N
Co
N
O
CH3
N
O
H3C
H
N
O
Tetrahedraler Komplex
57
Murexid-Reaktion
H
N
N
Nachweis von Purinderivaten
insbesondere von Xanthinen
N
positiver Nachweis aber auch
bei Barbitursäuren und Uracilen
O
N
H
O
H
N
N
N
N
H
Eindampfen der Substanz mit 10%iger H2O2-Lösung und
Salzsäure bis zur Trockene (alternativ HNO3)
anschließend Versetzen des Rückstandes mit Ammoniak
58
… am Beispiel Harnsäure
O
H
Oxidation
O
O
H
O
H
H
N
O
+
O
O
H
O
N
O
N
H
N
N
O
N
N
H
HNO3
N
H
O
O
H
N
HN
Hydrolyse
O
N
H
O O
NH2
H2O
- CO2
- NH3
NH2
HN
O
N
H
59
O
… am Beispiel Harnsäure
O
O
NH2
HN
O
O
HN
O
O
N
H
O
N
+
O
HN
O
N
H
+ H + - H2 O
O
O
NH
N
HN
O
N
H
OO
N
H
NH
O
O
N
H
N
OH O H
O
+ NH3
O
N
HN
O
O
N
HN
NH
O
NH
O
N
H
O
O
N
H
O
rot
O
N
H
O O
N
H
O
60
Chen-Kao-Reaktion
Nachweis von Phenylalkylaminen mit benachbarter Amino- und
Hydroxygruppe
R
OH
N
H
R'
Versetzen der Substanz mit Kupfersulfat-Lösung und Natronlauge
61
… am Beispiel Ephedrin
Etherphase: purpur
beim Ausschütteln
wässrige Phase: blau
HO
H
H3 C N
H
H
2+
CH3
H CH3
N
CH3
O
Cu2+
Cu
H3C
O
N
H3C H
violett
62
Thalleiochin-Reaktion
Nachweis von Chinaalkaloiden, die am Chinolin-Ring eine
Sauerstoff-Funktion tragen (in Pos. 6)
R
H3C O
N
Versetzen der wässrigen Probelösung mit Bromwasser und
verdünntem Ammoniak
63
… am Beispiel Chinin
R
Br
N
HO
H3C O
Br2
H3C O
N
N
O
OHO
R
. R
H3C O
H3C O
.
N
R
OH
R
H3C O
N
Br2
N
H
64
… am Beispiel Chinin
O
R
H3 C O
Dimerisierung
N
N
O
O
R
H3C O
R
CH3
-
O
O
R
H3C O
N
H
H
N
rot
H
N
+ N
H
O CH3
R
O
+
O CH3
R
O
65
Coralyn-Reaktion
empfindlicher Nachweis für Papaverin
Methylengruppe darf nicht substituiert sein
H3C O
O-CH3
O-CH3
N
H3C O
Erwärmen der Substanz mit Acetanhydrid und Schwefelsäure
66
O-CH3
… auf Papaverin
O-CH3
H3C O
N
H3C O
Ac2O
O-CH3
O-CH3
O-CH3
- HOAc
O-CH3
H3C O
H3C O
CH3
N O
CH3
NHO
H3C O
H3C O
O-CH3
O-CH3
gelb mit grüner
Fluoreszenz
O-CH3
O-CH3
+ H+
H3 C O
H3 C O
CH3
N
- H2O
H3C O
OH
N
+
CH3
H3C O
67