Organische Analytik Inhalte Einführung: Ablauf, Nachweis der Elemente in organischen Verbindungen, Elementaranalyse Verbindungsklassen / Funktionelle Gruppen  KWS: Alkane, Alkene, Alkine, Aromaten, halogenierte KWS  Hydroxylierte KWS: Alkohole, Enole, Phenole Ether, Peroxide, 1,2-Diole, 1,2-Aminoalkohole  Carbonylverbindungen: Aldehyde, Ketone, Chinone 1,2-Diketone, Kohlenhydrate, a-Hydroxyketone (Carbon)säure Derivate: Säuren, Ester, Amide, Lactame, Nitrile, Sulfonsäuren  Aminosäuren:  Amine: primär, sekundär, tertiär  Thiole:  Verschiedenes: Kohlensäure, Nitroverbindungen, Heterocyclen Präsentationstitel

Carbonylverbindungen  Aldehyde, Ketone, Halbacetale, Acetale (Ketale), Hydrate Reaktivität: - Reduktionsvermögen (Aldehyde) - Bildung von Dinitrophenylhydrazonen - Bildung von Iminen, Oximen, Semicarbazonen - Umsetzung mit Dimedon bzw. N,N‘-Diphenylethylendiamin - Jodoformreaktion Spektroskopie: Aldehyde: IR: 1720-1740 cm-1 (unges.: 1680-1705) 1H-NMR: -CHO 9.4-10.0 ppm a-C-H: 2.0-2.6 ppm 13C-NMR: 175-205 (190-200) ppm Ketone: IR: 1705-1725 cm-1 (unges.: 1665-1685) 1H-NMR: a-C-H: 2.0-2.6 ppm 13C-NMR: 185-225 (200-210) ppm Präsentationstitel

Carbonylverbindungen Präsentationstitel

Carbonylverbindungen Reduktionsvermögen ( Aldehyde) 1. FehlingscheProbe: Fehling I: Kupfersulfat-Lösung; Fehling II: ammoniakalische Na- K-tartratlösung  negativ für aromatische Aldehyde 2. Umsetzung mit Tollens-Reagenz:  Reduktion einer ammoniakalischer Ag+-Lösung zu elementarem Silber (3. Umsetzung mit Pikrinsäure (gelb) in Na2CO3-Lösung  Pikraminsäure (tiefrot)) Präsentationstitel

Carbonylverbindungen Bildung von 2,4-Dinitrophenylhydrazonen ( Aldehyde oder Ketone) Dinitrophenylhydrazone: gelb-orange a,b-ungesättigt: tiefrot Präsentationstitel

Carbonylverbindungen Bildung von Iminen, Oximen und Semicarbazonen ( Aldehyde oder Ketone) Imin Hydroxylamin Oxim Semicarbazid Semicarbazon Präsentationstitel

Carbonylverbindungen Umsetzung mit Dimedon ( Aldehyde) Ketone reagieren erst oberhalb von 100°C in AcOH Umsetzung mit N,N‘-Diphenylethylendiamin ( Aldehyde)  Kristalline Imdidazolidin-Derivate Präsentationstitel

Carbonylverbindungen Iodoform bzw. Haloform-Probe ( ) Teilschritte: Präsentationstitel

Carbonylverbindungen Formaldehyd: gasförmig, Formalin = 37%ige (m/V) wässrige Lösung Acetaldehyd: Sdp. 20°C Paraldehyd Sdp. 123 °C Chloralhydrat Schlafmittel, Chloraldural® (verschreibungspflichtig) Erste synthetische Schlafmittel (Liebig, 1832 / Liebreich, 1869) Wirkform: Trichlorethanol Pflanzenaufheller in der Mikroskopie Präsentationstitel

Carbonylverbindungen Vanillin: pKs = 7.4 (phenyloge Ameisensäure) Ph.Eur. 5.0  Nachweis mit FeCl3 Campher: Hyperämisierung bei Muskelschmerzen Hypotone Kreislaufregulationsstörungen Adjuvans bei Herzbeschwerden kleinflächige, juckende Dermatosen Ph.Eur.5.0.: D-Campher, Racemischer Campher Nachweis des Oxims über Smp. Präsentationstitel

a-Hydroxycarbonyle 2-Hydroxycarbonyle, Acyloine = 2-Hydroxyketone  gleichzeitig: Alkohole und Carbonyle und 2-Hydroxycarbonyle Vorkommen: Zuckern, Vitamin C, Corticoiden Reaktivität: - Oxidation zum 1,2-Diketon- Triphenyltetrazoliumchlorid (TTC) - Tillmans Reagenz - Osazon-Bildung (Bisphenylhydrazone) - C-C-Spaltung (analog Glykolspaltung) Präsentationstitel

Triphenyltetrazoliumchlorid a-Hydroxycarbonyle Oxidation zum 1,2-Diketon: TTC-Reaktion Voraussetzung: Proton in a-Position Triphenyltetrazoliumchlorid (TTC, farblos) Triphenylformazan (rot) Präsentationstitel

a-Hydroxycarbonyle Oxidation zum 1,2-Diketon: Tillmans-Reagenz Voraussetzung: Proton in a-Position Tillmans Reagenz: 2,6-Dichlorphenol-indophenol-natrium (Chinonimin, in saurer Lösung rot, in neutraler und alkalischer Lsg. tiefblau) Präsentationstitel

a-Hydroxycarbonyle Osazonbildung: Umsetzung mit Phenylhydrazin Bisphenylhydrazone, Emil Fischer (1884) Voraussetzung: Proton in a-Position Charakterisierung der Osazone über Smp. Weshalb ergeben Glucose, Mannose, und Fructose das gleiche Osazon (Smp. 205° C)? Präsentationstitel

a-Hydroxycarbonyle Mechanismus der Osazonbildung Präsentationstitel

a-Hydroxycarbonyle D-Fructose Präsentationstitel

a-Hydroxycarbonyle a-Hydroxycarbonylverbindungen  Kohlenhydrate = + 19 = + 111 = + 53 Präsentationstitel

a-Hydroxycarbonyle Enzymatischer Glucose-Test: Präsentationstitel

(1,2)-Diketone Umsetzung mit Diaminobenzol Umsetzung mit Hydroxylamin/Ni2+ Präsentationstitel

Chinone Reaktivität: - gefärbte Verbindungen - als Ketone: Addition von Nukleophilen, z.B. Hydroxylamin - als Olefine: Addition von Br2, Diels-Alder-Reaktion - als a,b-ungesättigte Systeme: Michael-Akzeptor - Reduktion zum Hydrochinon (farblos) → alle Chinone sind Oxidationsmittel Präsentationstitel

Chinone Spektroskopie: IR: C=O 1660-1690 cm-1 C=C 1600 cm-1 1H-NMR: -CH=CH- siehe Olefine (a,b-ungesättigt) 13C-NMR: C=O 180-190 ppm ! Präsentationstitel

Chinone Diels-Alder-Reaktion Reduktion zum Hydrochinon Präsentationstitel

Chinone Darstellung von Hydrochinondiacetaten Darstellung von Monohydrazonen → Hydroxyphenylazoverbindungen Präsentationstitel

Menadion Menadion, Vitamin K3, Menachinon (2-Methyl-1,4-naphthochinon) Identität: Umsetzung mit Cyanessigester/NH3 Reinheitsbestimmung: DC Gehaltsbestimmung: Reduktion mit Zn zum Hydrochinon,  Cerimetrische Reoxidation Präsentationstitel

Carbonsäuren aliphatisch aromatisch Ester Lactone Amide Lactame Nitrile Sulfonsäuren Präsentationstitel

Carbonsäuren Reaktivität: - Acidität (pH-Papier), Löslichkeit in Alkali - Bildung von Hydroxamsäuren (Farbreaktion) - Derivatisierung zu Amiden, Aniliden, N-Benzylamiden, p-Bromphenacylestern, p-Phenylphenacylestern, Methylestern - Carbonsäurederivate: Ester, Amide, Nitrile Spektroskopie: 1H-NMR: 9.5-13 ppm (H-D-Austausch) 13C-NMR: 160-180 ppm 180-215 ppm (ungesättigt) IR: 2260-2210 cm-1 IR: sehr charakteristisch im Bereich 1630-1820 cm-1 X = OR 1735-1750 cm-1 1725-1750 cm-1 (ungesättigt) X = Cl 1790-1815 cm-1 (gesättigt) Präsentationstitel

Carbonsäuren Hydroxamsäure-Bildung Präsentationstitel

Carbonsäuren Derivatisierungsreaktionen - als Amid - als N-Benzylamid - als p-Bromphenacylester Präsentationstitel

Carbonsäuren - als p-Phenacylester - als Methylester Präsentationstitel

Carbonsäuren Präsentationstitel

Carbonsäureester Nachweis durch Hydrolyse und Charakterisierung der Spaltprodukte Ester Aminolyse Ester + Hydroxylamin  + FeCl3 / Chelat Präsentationstitel

Carbonsäureamide und Nitrile  Hydrolyse zu Carbonsäuren Reduktion zu Aminen Präsentationstitel

Acetylsalicylsäure Leichte Hydrolyse, Aminolyse, Alkoholyse  Salicylsäure + Essigsäure (-amid / -ester) „Vinyloges Säureanhydrid“ Rasche Zersetzung an feuchter Luft Präsentationstitel

Acetylsalicylsäure – Ph.Eur.5.0 Identität: A IR B hydrolytische Freisetzung von Salicylsäure  Identifizierung über Schmelzpunkt (156-161°C) C trockenes Erhitzen mit Calciumhydroxid  Thermolyse zu Aceton und Carbonat  Aceton kondensiert mit 2-Nitrobenzaldehyd zu grünblauem Indigofarbstoff 2 ASS + Ca(OH)2 2 Salicylsäure + Ca(CH3COO-)2 Ca(CH3COO-)2 CaCO3 + Aceton Präsentationstitel

Acetylsalicylsäure – Ph.Eur.5.0 Gehalt: Überschuss NaOH  1 h stehen lassen Rücktitration mit HCl gegen Phenolphthalein 2 Äquivalente NaOH entsprechen 1 Äquivalent ASS Reinheit: Acetylsalicylsalicylsäure (ASSA) Salicyl(oyl)salicylsäure Acetylsalicylsäureanhydrid (ASN) Präsentationstitel

Kennzahlen Säurezahl: mg KOH, die zur Neutralisation der in 1g Substanz vorhandenen freien (Fett)-Säuren notwenig sind. Titration mit 0,1M KOH Verseifungszahl: mg KOH, die zur Neutralisation der freien Fettsäuren und zur Verseifung der Ester von 1g Substanz notwendig sind. Verseifung mit Überschuss ethanolischer KOH (0,5M) Rücktitration mit 0,5 M HCl; Blindversuch Esterzahl: EZ = VZ – SZ v.a. bei Wachsen Präsentationstitel

Aminosäuren Klassifizierung: proteinogen vs. nicht-proteinogen „natürlich“ vs. „unnatürlich“ D- vs. L- a- b- und g-AA Präsentationstitel

Aminosäuren D-AA: - D-Alanin: in Zellwänden von - Bakterien (Peptidoglykan) - höheren Pflanzen  Bestandteil von Antibiotika b-AA: - b-Alanin (3-Aminopropionsäure):  Bestandteil von Pantothensäure und Coenzym A g-AA: - GABA (4-Aminobuttersäure)  Neurotransmitter Präsentationstitel

Aminosäuren Säure-Base-Eigenschaften der a-Aminosäuren pKS1 1.8 – 2.5, pKS2 9.0 – 9.8 Ausnahmen: basische Aminosäuren: Lys (K), Arg (R), His (H) saure Aminosäuren: Asp (D), Glu (E) Präsentationstitel

Aminosäuren Reaktivität: - Chelatbildung mit Kupfer (II)-Salzen - Ninhydrin-Reaktion Identifizierung: - Benzamide - Phenylharnstoffderivate Peptide: - Identifizierung der N-terminalen Aminosäure - Identifizierung der C-terminalen Aminosäure Präsentationstitel

Aminosäuren Chelatbildung mit Cu-(II)-Salzen: Ninhydrin-Reaktion: blaue Verbindungen Ninhydrin-Reaktion: Ninhydrin: Hydrat des 1,2,3-Trioxoindans Präsentationstitel

Aminosäuren Darstellung von Benzamiden Darstellung von Phenylharnstoffen Präsentationstitel

Aminosäuren Identifizierung von N-terminalen Aminosäuren: 1. Umsetzung mit 1-Fluor-2,4-dinitrobenzol (Sangers Reagenz) 2. Umsetzung mit Dansylchlorid (1-Dimethylaminonaphthalin-5-sulfonsäurechlorid) Präsentationstitel

Aminosäuren Dansylierung des Peptids Hydrolyse Chromatographischer Nachweis der dansylierten Aminosäure Präsentationstitel

Aminosäuren 3. Edman-Abbau ( repetitive Endgruppenbestimmung) Umsetzung mit Phenylisothiocyanat Abspaltung der markierten Aminosäure Umlagerung zum 3-Phenyl-2-thiohydantoinen  PTH-Aminosäuren Extraktion Identifizierung (chromatographisch) Präsentationstitel

Aminosäuren Identifizierung von C-terminalen Aminosäuren: 1. Hydrazinolyse (Akabori-Verfahren) Präsentationstitel

Aminosäuren Identifizierung von C-terminalen Aminosäuren: 2. Bildung eines Aminoalkohols Veresterung mit Diazomethan Reduktion Totalhydrolyse Identifizierung des Aminoalkohols Präsentationstitel

Amine Klassifizierung: primär, sekundär, tertiär aliphatisch, aromatisch (Aniline) quartäre Ammoniumverbindungen Bedeutung: ca. 75% aller Arzneistoffe sind stickstoffhaltig überwiegende Anteil Amine Eigenschaften: Flüssigkeiten mit fischartigem Geruch Basizität ( Lewis-Basen: 2° > 1° > NH3 > Aniline) Nucleophilie Dipolmoment ( Ausbildung von Wasserstoffbrücken) (Sdp.: Methylamin = 7,5°C, Methanol = 64,5°C) Präsentationstitel

Amine Spektroskopie: IR : R2N-H-Valenzschwingung 3500 – 3300 cm-1 N-CH3 2820 – 2760 cm-1 1H-NMR: N-H oft breit, in DMSO-d6 scharf Deuterium-Austausch 13C-NMR: N-CH3 25 - 55 ppm N-CH2 35 -70 ppm N-CH 45 – 75 ppm N-Cq 55 – 80 ppm 15N-NMR:  z.B. zur Protein-Struktur-Aufklärung Präsentationstitel

Amine Nachweis der Basizität: pH-Wert, Löslichkeit in Säuren Salzbildungen (schwer löslich, kristallin) Nachweis der Nucleophilie:  Umsetzungen mit elektrophilen Reagenzien 1° und 2° : Acylierungen Arylierungen Alkylierungen Kondensationen Präsentationstitel

Amine Acylierungsreagenzien: Acetanhydrid, Acetylchlorid Benzoylchlorid, 3,5-Dinitrobenzoylchlorid Sulfonsäurehalogenide ( Dansylchlorid,  Hinsberg-Trennung) Arylierungsreagenzien: 1-Fluor-2,4-dinitrobenzol ( Sanger) 1-Chlor-2,4,(6)-di(tri)nitrobenzol Alkylierungsreagenzien: Benzylchlorid, 4-Nitrobenzylchlorid Kondensationen: 4-Dimethylaminobenzaldehyd (v.a. prim. arom. Amine) Ninhydrin ( a-Aminosäuren) Salpetrige Säure ( Diazotierungen) Präsentationstitel

Amine Hinsberg-Trennung: Unterscheidung von 1°, 2° und 3° Aminen Umsetzung mit p-Toluolsulfonylchlorid Bildung der entsprechenden Sulfonamide Präsentationstitel

Amine Trennung bzw. Unterscheidung der Amine: Unbekanntes Amin (Amingemisch) wird mit dem Sulfonylchlorid behandelt. Fällt etwas aus  Auf jeden Fall ein 1° oder 2° Amin enthalten. Niederschlag von Sulfonamid aus 2. abfiltrieren, zum Filtrat Salzsäure geben. Wenn etwas ausfällt  auch ein 3° Amin vorhanden. Filterrückstand aus 3. in einer heißen Lauge aus Natrium und Ethanol kochen Abkühlen lassen und filtrieren. Hat sich alles komplett gelöst  lösliche Sulfonamid eines 1° Amins. Filtrat wird mit Salzsäure neutralisiert  Sulfonamid des 1° Amins fällt aus. Fester Filterrückstand  unlösliche Sulfonamid eines 2° Amins Präsentationstitel

Amine Diazotierungsreaktion: Kondensation mit salpetriger Säure Kupplung des Diazoniumsalzes mit einem Aromaten Präsentationstitel

Organische Analytik Lernziele Vorgehensweise in der Strukturaufklärung Unentbehrliche Ergänzung zur „Instrumentellen Analytik“ Keine „universelle“ Methode in der Analytik Netzwerk von Methoden Auswahl der richtigen analytischen Methode für ein spezifisches Problem Präsentationstitel

Organische Analytik Lernziele Fidexaban (1) ist ein Antikoagulanz. a) Benennen Sie die darin vorkommenden funktionellen Gruppen. b) Schlagen Sie zwei titrimetrische Arzneibuchmethoden zur Gehaltsbestimmung von Fidexaban vor und formulieren Sei die jeweils zugehörige(n) Reaktionsgleichung(en) Präsentationstitel

Organische Analytik Präsentationstitel