Post on 05-Apr-2015
Systematische Identifizierung eines Arzneistoffgemisches
Seminar zum Praktikum Seminar zum Praktikum Pharmazeutische Chemie IIIPharmazeutische Chemie III
2
VorprobenIdentifizierung und ggf. Abtrennung des TrägersAusschütteln in verschiedene Gruppen
(Stas-Otto-Trennungsgang)Systematische Dünnschichtchromatographie
(evtl. Detektion)Identifizierung der isolierten Arzneistoffe
Gruppenreaktionen Spezielle Reaktionen IR-Spektroskopie und andere analytische Methoden
Allgemeine Vorgehensweise
3
Vorproben
Organoleptische Prüfungen
Löslichkeitsversuche
Färbung in bestimmten Säuren oder Basen
Farbreaktionen
4
Organoleptische Prüfungen
Farbe
Geruchmanche Substanzen besitzen charakteristischen Geruch, dieser kann auch erst beim Glühen entstehen
z.B. Zucker u. andere Kohlenhydrate entwickeln Karamellgeruch
Menadion Tetracyclin
O
O
CH3
OO O
NCH3CH3
OH
NH2
OHOHOH
OHCH3
gelbgelbockerocker
5
Löslichkeit
in NaOH: Carbonsäuren Phenole
ASS, Penicilline Clioquinol
N
SNH H H
CH3
CH3OO
COOH
Benzylpenicillin
Beispiele?Beispiele?
O CH3
O
COOH
Acetylsalicylsäure
N
Cl
I
OH
Clioquinol
6
Löslichkeit
in H2SO4:
Basen
Atropin, Chinin, Lidocain
N
N
H
HO
HO
CH3
Chinin
Beispiele?Beispiele?
N
O
O
HO
Atropin
CH3
HN
O
NCH3
Lidocain
7
Färbung in bestimmten Säuren oder Basen
NaOH
H2SO4
HNO3
O CH3
O
COOH
Acetylsalicylsäure
Beispiele?Beispiele?
HellgelbHellgelb
OrangeOrange
O
OHHN CH3
CH3
Alprenolol
8
Farbreaktionen
mit Froehdes Reagenz
mit Mandelins Reagenz
mit Marquis Reagenz
Ammoniummolybdat in H2SO4 conc.Ammoniummolybdat in H2SO4 conc.
Ammoniumvanadat in H2SO4 conc. Ammoniumvanadat in H2SO4 conc.
Formaldehyd-Lsg. in H2SO4 conc. Formaldehyd-Lsg. in H2SO4 conc.
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Marquis-Reaktion am Beispiel Morphin
OH
O
OH
O
O
HH
O O
OHOH
O O
OHOH
O
HH
++
+ +violettviolett
H+
Ox.
10
VorprobenIdentifizierung und Abtrennung des TrägersAusschütteln in verschiedene Gruppen
(Stas-Otto-Trennungsgang)Systematische Dünnschichtchromatographie
(evtl. Detektion)Identifizierung der isolierten Arzneistoffe
Gruppenreaktionen Spezielle Reaktionen IR-Spektroskopie und andere analytische Methoden
Allgemeine Vorgehensweise
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Stas-Otto-Trennungsgang
Theorie:
unterschiedliche Verteilung von Substanzen zwischen wässriger und organischer Phase
Salzbildungsvorgänge
unterschiedliche Löslichkeiten
12
Verteilungsvorgänge
)(
)(
)(
)(
polarm
unpolarm
unpolarV
polarVKV :sichergibt
V
mcmit
Nach dem Nernstschen Verteilungsgesetz gilt allgemein:
- hier:
)(.)(
)(VKentgskoeffiziVertleilunkonst
Phasec
Phasec
VKpolarc
unpolarc
)(
)(
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 1 g : 400 ml
Ether 1 g : 400 ml
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!!
Kv =400
400X
1
1= 1
14
Verteilungsbeispiel
Nach einmaligem Ausschütteln:■ in beiden Phasen liegen gleiche Konzentrationen an Arzneistoff vor
■ in der Etherphase befindet sich daher die 3-fache Masse (3-faches Volumen!!)
Nach einmaligem Ausschütteln liegen also 75 mg in der Etherphase vor!!
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 1 g : 400 mlEther 1 g : 400 ml
Kv =400
400X
1
1= 1
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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
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
3 x 25 ml TBME ausschütteln
Phase Ι: Saure Etherphase Säuren, Phenole,Ureide, Neutralstoffe
3 x 30 ml 0,5 N NaOH
Phase IBNeutralstoffe
Wässrige Phase mit 3 N H2SO4 ansäuern
und 3 x mit 50 ml TBME ausschütteln
Phase IASäuren, Phenole,Ureide
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
EthylacetatphaseSchwache Basen, EE-löslicheSäuren, Phenole, Neutralstoffe
Mit 3 N NaOH auf pH > 10 alkalisieren,3 x mit 25 ml TBME ausschütteln
Phase III:Alkalische EtherphaseBasen
Mit 3 N H2SO4 neutralisieren und mit 6N NH3 auf pH 9 bringen. 3 x mit 25 ml EE ausschütteln. Phase IV:
Ammoniakalische EthylacetatphasePhenolbasen,EE-lösliche BasenPhase V: Wässrige Phase
Nicht ausschüttelbaren SubstanzenSäuren, KH, Aminosäuren, Quart. Ammoniumverb.
17
3 x mit 25 ml TBME ausschüttelnPhase I: Saure EtherphaseSäuren, Phenole, Ureide, Neutralstoffe
3 x 30 ml 0,5 N NaOH
Phase IBNeutralstoffe
Phase IASäuren, Phenole, Ureide
Wässrige Phase mit 3 N H2SO4 ansäuern
und 3 x mit 50 ml TBME ausschütteln
O
O
O
OH
H+
+
Ibuprofen
hydrophiles Anion;wasserlöslich
lipophile Säure;löslich in TBME
O
NH
O
H+
OH
NH
OParacetamol
+
hydrophiles Anion;wasserlöslich
lipophil;löslich in TBME
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
18
Phase II: Saure EthylacetatphaseSchwache Basen, EE-lösliche Säuren, Phenole, Neutralstoffe
Wasser Ether
Base 1 + >1000 1 + 250
Hydro-chlorid 1 + 40 1 + >1000
N+
OMe
OMe
MeO
MeO H
OO
OHH
HOH
O OHN
OMe
OMe
MeO
MeO
OOH
OHH
HOH
O OH
löslich in Ethylacetat
wasserlöslich
Mit 8 %iger NaHCO3-Lsg. neutralisieren, mit 10 %iger Weinsäure-Lsg. auf pH 4-5 einstellen.3 x mit 25 ml EE ausschütteln.
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
wasserlöslich
Papaverin
19
Mit 3 N NaOH auf pH > 10 alkalisieren,und 3 x mit 25 ml TBME ausschütteln
Phase III:Alkalische EtherphaseBasen
NaOH Na++
Methadon
+ +C6H5 N
CH3
CH3
C6H5
OCH3 CH3
H2OC6H5 N
CH3
CH3
C6H5
OCH3 CH3
H
+
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
20
Mit 3 N H2SO4 neutralisieren und mit 6 N NH3 auf pH 9 bringen. 3 x mit 25 ml EE ausschütteln
Phase IV: Ammoniakalische EthylacetatphasePhenolbasen,EE-lösliche Basen
O
O
O
N
Na+
Na+
wasserlöslich als Natriumphenolat
O
OH
OH
N
löslich in EE als Base
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
Morphin
21
Phase V: Wässrige PhaseNicht ausschüttelbare Säuren, Kohlenhydrate, Aminosäuren, Quart. Ammoniumverbindungen
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
O O
OH OH
OH
OH
Ascorbinsäure
O
NN
CH3
CH3
N
CH3NaO3S
Metamizol-Na
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VorprobenIdentifizierung und Abtrennung des TrägersAusschütteln in verschiedene Gruppen
(Stas-Otto-Trennungsgang)Systematische Dünnschichtchromatographie
(evtl. Detektion)Identifizierung der isolierten Arzneistoffe
Gruppenreaktionen Spezielle Reaktionen IR-Spektroskopie und andere analytische Methoden
Allgemeine Vorgehensweise
23
Gruppenreaktionen
auf…
□ Stickstoffverbindungen
□ Substanzen mit Carbonyl- oder Carboxylgruppen
□ reduzierende Stoffe
□ Sonstige
24
Stickstoffverbindungen
Welche funktionelle Gruppen?
□ -Aminosäuren
□ primäre aromatische Amine
□ Pyridinderivate
R
NH2
COOH
NH2
R
N
R
25
Nachweis von α-Aminosäuren
Ninhydrin-Reaktion
Versetzen mit Ninhydrin-Lösung, danach Erhitzen bis zum Sieden
O
O
O
26
… am Beispiel Levodopa
O
OH
OH
OH
NH2H
O
O
O
O
O
N
H
CH
R
O
N CH
R
OHO
O
OH
NH
CH
R
OO
H
O
O
OH
OH+
- H2O - CO2
- H2O
+ H2O
- H2O
27
… am Beispiel Levodopa
O
NH2
OH
O
RH
O
OH
OH
O
O
OH
H
O
O
NH
O
O
O
N
OH
O
O
O
N
O
O
O
OH
OH+
H2O
+ H2O
- H2O
- H+
violettviolett
28
Nachweis primärer aromatischer Amine
Diazo-Kupplungsreaktion
eventuell nach vorheriger Hydrolyse z.B. Furosemid
auch nach Reduktionz.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)
29
… am Beispiel Furosemid
COOH
SO2NH2
Cl
N N
OHCOOH
SO2NH2
Cl
N+
N + 2-Naphtol + NaNO2
HCl
Reaktion nach vorherigerHydrolyse mit 3-N HCl
Reaktion nach vorherigerHydrolyse mit 3-N HCl
orange-rotorange-rot
O
O2S
Cl NH
COOHH2N
30
Nachweis von Pyridinderivaten
Zincke-König-Spaltung
Verreiben der Substanz mit 1-Chlor-2,4-dinitrobenzol und anschließendes Schmelzen
Lösen der erkalteten Schmelze in ethanolischer KOH
NO2
O2N
Cl
31
… am Beispiel Nicotinamid
N
O
NH2
O2N
NO2
OH N
O2N
NO2
O
NH2
OH N
O2N
NO2
O
NH2
O
OH- OH-
rotrot
N
O
NH2
N+
O
NH2
O2N
N+ OO
NO2
O2N
Cl
+Cl-
32
Gruppenreaktionen
auf…
Stickstoffverbindungen
□ Substanzen mit Carbonyl- oder Carboxylgruppen
□ reduzierende Stoffe
□ Sonstige
33
Carbonyl- oder Carboxylgruppen
□ Carbonsäuren und –derivate
□ abspaltbarer Formaldehyd
R AG
O
N
O
CH3
CH3
CH3
O
H H
O
NH
CH3H3C
34
Nachweis von Carbonsäuren, Estern, Amiden und Anhydriden
Hydroxamsäurereaktion
Carbonsäuren nach Aktivierung mit Thionylchlorid
Derivate:
Reaktion mit Hydroxylamin-HCl-Lösung
und Eisen(lll)-chlorid-Lösung
35
… am Beispiel Ibuprofen
O
NH
O
Fe/3
O
Cl
O
NH
OH+NH2OH +FeCl3
Aktivierung derCarboxylfunktion
mit SOCl2
Aktivierung derCarboxylfunktion
mit SOCl2
rotrot
36
Nachweis von abspaltbarem Formaldehyd
Chromotropsäurereaktion
Erhitzen der Substanz mit H2SO4 conc. und Chromotropsäure
OH OH
S SO
OH
O
O
O
HO
37
… am Beispiel Metamizol-Na
HO-SO2
SO2-OH
OH
O
SO2-OH
OH SO2-OHHO-SO2
SO2-OH
OH
O
SO2-OH
OH SO2-OH
+
+
violettviolett
O
NN
CH3
CH3
N
CH3NaO3S
O
HHAbspaltung von Formaldehyd
OH OH
S
OO
OH
S
OH
OO
+ 2
38
Gruppenreaktionen
auf…
StickstoffverbindungenSubstanzen mit Carbonyl- oder
Carboxylgruppen
□ reduzierende Stoffe
□ Sonstige
39
Nachweis reduzierender Verbindungen
□ reduzierende Zucker
□ olefinische Doppelbindungen
40
Nachweis von reduzierenden α-Hydroxycarbonyl-Verbindungen
Fehling-Reaktion
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 VerbindungErwärmen auf dem Wasserbad für bis zu 30 Minuten
CH OH
R
CHO
41
… am Beispiel Ascorbinsäure
O O
OH OH
OH
OH
OO
O OOH
OH
Cu2+
als Kupfer(ll)sulfat
Cu+
als Kupfer(l)oxid
rotbraunrotbraun
schon beiRaumtemperatur
42
Prüfung auf olefinische Doppelbindungen
Baeyersche Probe
Reaktion mit KMnO4 in H2O / Na2CO3
R
R1
R2
R3
43
… am Beispiel Amitryptilin
N
CH3
CH3
MnO
O
O
O
OH
OHR'
R
H
H
MnO
OR'
R
H
HO
O
+ MnO3-
+7
+5
+
+ H2O
rot-violettrot-violett
farblos
44
Gruppenreaktionen
auf…
StickstoffverbindungenSubstanzen mit Carbonyl- oder
Carboxylgruppen reduzierende Stoffe
□ Sonstige
45
Sonstige
□ Zimmermann-Reaktion Nachweis aktiver Methylengruppen
Reaktion mit 1,3-Dinitrobenzol in KOH
□ Kupplungsreaktion mit diazotierter Sulfanilsäure
Lösen der Substanz in NaOHdanach Zugabe einer 1:1-Mischung von Sulfanilsäure und
10%iger Natriumnitrit-Lösung
RR´
O
OH
R
46
Zimmermann… am Beispiel Diazepam
ON
N
CH3
Cl
ON
N
CH3
Cl
H
NO2
NO2- H+
- +
NO2
O
R'R
NO2H
-Meisenheimer-
Salz
Meisenheimer-Salz
rotrot
47
Kupplungsreaktion … am Beispiel Paracetamol
OH
NH CH3
O
SO3
N
N
SO3
NN
OH
NH CH3
O
-
+
-
OH-
rotrot
+
48
Gruppenreaktionen
auf…
StickstoffverbindungenSubstanzen mit Carbonyl- oder
Carboxylgruppen reduzierende StoffeSonstige
49
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
50
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,…)
51
Vitali-Morin-Reaktion
Nachweis von Tropasäureestern
(jedoch sehr unspezifisch)
Eindampfen mit rauchender HNO3
Lösen des Rückstandes in Aceton
Zugabe von ethanolischer KOH
O
OH
O
R
52
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 Meisenheimer-Salz weiterreagieren können
- z.B. Lidocain
53
Vitali-Variante am Beispiel Atropin
NCH3
O
OH
O
O
O
RO NO2
NO2
O
CH2
O
R
NO2
blau-violettblau-violett
O
O
ROH
NO2
O
O
ROH
N+
O
O
O
O
ROH
N+ O
O
O
ROH
ON
+ O
O
R
HNO3
- HNO3
+ HNO3
+ H2O
- H2O
+ OH- , - H2O
- OH- , + H2O
-
54
Morin-Variante am Beispiel Lidocain
NH
O
NNH
O
N
NO2
O2N
CH3
O
CH3 CH3
O
CH2
NO2
O2N NH
O
N
O
HNO3
OH-
-
H
-Meisenheimer-
Salz
Meisenheimer-Salz
grüngrün
55
Zwikker-Reaktion
Nachweis von Barbitursäure-Derivaten
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)
O
O
O
NH
N
R
R'
R''
56
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
57
… am Beispiel Phenobarbital
O
O
O
NH
NH
CH3
O
O
O
NH
N
CH3
O
O
O
NH
N
CH3
N
N
Co
+ Piperidin
+ Co-nitrat
Tetrahedraler Komplex
violettviolett
58
Murexid-Reaktion
Nachweis von Purinderivaten insbesondere von Xanthinen
positiver Nachweis aber auch bei Barbitursäuren und Uracilen
Eindampfen der Substanz mit 10%iger H2O2-Lösung und Salzsäure bis zur Trockene (alternativ HNO3)anschließend Versetzen des Rückstandes mit Ammoniak
N
N
N
N
H
N
N
N
N
H
HO
O
H
59
… am Beispiel Harnsäure
N
N
N
N
H
HO
O
H
O
H
O
N
O
N
H
H O
O
O
NH
NH
O
O
O
NH
O
NH
NH
O
NH2
OO
NH
O
NH
NH2
O
HNO3
Oxidation
Hydrolyse
+
H2O
- CO2
- NH3
60
… am Beispiel Harnsäure
O
NH
O
NH
NH2
O
O
NH
O
NH
N
O ONH
NH
O
OO
NH
O
NH
N
ONH
NH
O
OH O
O
NH
O
NH
N
ONH
NH
O
O OON
H
NH
O
OO
NH
O
NH
N
O
-
O
NH
O
NH
O
O
+
+ H+ - H2O
+ NH3
rotrot
61
Chen-Kao-Reaktion
Nachweis von Phenylalkylaminen mit benachbarter Amino- und Hydroxygruppe
Versetzen der Substanz mit Kupfersulfat-Lösung und Natronlauge
OH
R
NH
R'
62
… am Beispiel Ephedrin
CH3
OH
NH
H
HCH3
N
O
CH3HCH3
N
O
CH3
H CH3
CuCu2+
wässrige Phase: blauwässrige Phase: blau
Etherphase: purpurEtherphase: purpurbeim Ausschütteln
violettviolett
2+
63
Thalleiochin-Reaktion
Nachweis von Chinaalkaloiden, die am Chinolin-Ring eine Sauerstoff-Funktion tragen (in Pos. 6)
Versetzen der wässrigen Probelösung mit Bromwasser und verdünntem Ammoniak
N
OCH3
R
64
… am Beispiel Chinin
N
OCH3
OH N
N
OCH3
RBr
N
OCH3
ROH
N
OCH3
RO
N
R
OCH3
O
H
R
Br2
OH-
Br2
.
.
65
… am Beispiel Chinin
R
O CH3
OCH3
RO
O
N
H N
H
OCH3
R
RO
O
N
N
O CH3
Dimerisierung
OCH3
R
RO
O
NH
O CH3
NH +
+
-
-
rotrot
66
Coralyn-Reaktion
empfindlicher Nachweis für Papaverin
Methylengruppe darf nicht substituiert sein
Erwärmen der Substanz mit Acetanhydrid und Schwefelsäure
N
OCH3
CH3
O-CH3
O-CH3
O
67
… auf PapaverinN
OCH3
CH3
O-CH3
O-CH3
O
N
OCH3
CH3
O-CH3
O-CH3
O CH3
O
NH
OCH3
CH3
O-CH3
O-CH3
O CH3
O
N
OCH3
CH3
O-CH3
O-CH3
OOH
CH3N
OCH3
CH3
O-CH3
O-CH3
OCH3
Ac2O
- HOAc
+ H+
- H2O+
gelb mit grünerFluoreszenz
gelb mit grünerFluoreszenz