Systematische Identifizierung eines Arzneistoffgemisches

Präsentation zum Thema: "Systematische Identifizierung eines Arzneistoffgemisches"—  Präsentation transkript:

1 Systematische Identifizierung eines Arzneistoffgemisches
Seminar zum Praktikum Pharmazeutische Chemie III

2 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

3 Vorproben Organoleptische Prüfungen Löslichkeitsversuche
Färbung in bestimmten Säuren oder Basen Farbreaktionen

4 Organoleptische Prüfungen
Farbe Geruch manche Substanzen besitzen charakteristischen Geruch, dieser kann auch erst beim Glühen entstehen z.B. Zucker u. andere Kohlenhydrate entwickeln Karamellgeruch ocker gelb Tetracyclin Menadion

5 Löslichkeit in NaOH: Carbonsäuren Phenole Beispiele? ASS, Penicilline
Clioquinol Beispiele?

6 Löslichkeit in H2SO4: Basen Atropin, Chinin, Lidocain Beispiele?

7 Färbung in bestimmten Säuren oder Basen
Beispiele? NaOH H2SO4 HNO3 Hellgelb Orange

8 Farbreaktionen mit Froehdes Reagenz mit Mandelins Reagenz
mit Marquis Reagenz Ammoniummolybdat in H2SO4 conc. Ammoniumvanadat in H2SO4 conc. Froehde/Mandelin: Oxidation (eigentl. bekannt aus DAB?) Formaldehyd-Lsg. in H2SO4 conc.

9 Marquis-Reaktion am Beispiel Morphin
+ + + violett + H+ mesomeriestabilisiertes Oxonium-Carbenium-Ion Ox.

10 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

11 Stas-Otto-Trennungsgang
Theorie:  unterschiedliche Verteilung von Substanzen zwischen wässriger und organischer Phase  Salzbildungsvorgänge  unterschiedliche Löslichkeiten

12 Verteilungsvorgänge Nach dem Nernstschen Verteilungsgesetz gilt allgemein: hier:

13 Verteilungsbeispiel  Nach dreimaligem Ausschütteln:
 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!!

14 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 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!!

15 Stas-Otto-Trennungsgang
Vorbereitung der Probe:  gut durchmischen!!  mg der Probe in ~ 30 ml dest. Wasser aufnehmen  Einstieg in den Trennungsgang durch Ansäuern auf pH 1 mit H2SO4

16 Phase Ι: Saure Etherphase
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 Säuren, Phenole, Ureide, Neutralstoffe 3 x 25 ml TBME ausschütteln 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 Schwache Basen, EE-lösliche Säuren, Phenole, Neutralstoffe 3 x 30 ml 0,5 N NaOH Phase III: Alkalische Etherphase Basen 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 Mit 3 N H2SO4 neutralisieren und mit 6N NH3 auf pH 9 bringen. 3 x mit 25 ml EE ausschütteln. Phase IV: Ammoniakalische Ethylacetatphase Phenolbasen, EE-lösliche Basen Phase IA Säuren, Phenole, Ureide Phase V: Wässrige Phase Nicht ausschüttelbaren Substanzen Säuren, KH, Aminosäuren, Quart. Ammoniumverb.

17 Phase I: Saure Etherphase
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 Säuren, Phenole, Ureide, Neutralstoffe 3 x mit 25 ml TBME ausschütteln Ibuprofen 3 x 30 ml 0,5 N NaOH + + H O O H O O hydrophiles Anion; wasserlöslich Wässrige Phase mit 3 N H2SO4 ansäuern und 3 x mit 50 ml TBME ausschütteln lipophile Säure; löslich in TBME Phase IB Neutralstoffe Paracetamol O O H N H N + H + O O H Phase IA Säuren, Phenole, Ureide hydrophiles Anion; wasserlöslich lipophil; löslich in TBME

18 Phase II: Saure Ethylacetatphase
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 Hydro-chlorid 1 + 40 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 Schwache Basen, EE-lösliche Säuren, Phenole, Neutralstoffe Papaverin O H O O O H O H H O H H O H M e O M e O H O H O O H wasserlöslich + N N M e O M e O H O O H O M e O M e O M e O M e wasserlöslich löslich in Ethylacetat

19 Alkalische Etherphase
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 Methadon H + + N a O H + + Na + H2O

20 Phase IV: Ammoniakalische Ethylacetatphase
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 Mit 3 N H2SO4 neutralisieren und mit 6 N NH3 auf pH 9 bringen. 3 x mit 25 ml EE ausschütteln Phase IV: Ammoniakalische Ethylacetatphase Phenolbasen, EE-lösliche Basen

21 Phase V: Wässrige Phase
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 Ascorbinsäure Metamizol-Na Phase V: Wässrige Phase Nicht ausschüttelbare Säuren, Kohlenhydrate, Aminosäuren, Quart. Ammoniumverbindungen

22 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

23 Gruppenreaktionen auf… □ Stickstoffverbindungen
□ Substanzen mit Carbonyl- oder Carboxylgruppen □ reduzierende Stoffe □ Sonstige

24 Stickstoffverbindungen
Welche funktionelle Gruppen? □ a-Aminosäuren □ primäre aromatische Amine □ Pyridinderivate R

25 Nachweis von α-Aminosäuren
Ninhydrin-Reaktion Versetzen mit Ninhydrin-Lösung, danach Erhitzen bis zum Sieden

26 … am Beispiel Levodopa + H2O + - H2O - H2O CO2 - H2O

27 … am Beispiel Levodopa H2O + + H2O - H2O violett - H+

28 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)

29 … am Beispiel Furosemid
Reaktion nach vorheriger Hydrolyse mit 3-N HCl orange-rot + NaNO2 + 2-Naphtol HCl au

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

31 … am Beispiel Nicotinamid
+ Cl- rot OH- OH-

32 Gruppenreaktionen auf… □ Substanzen mit Carbonyl- oder Carboxylgruppen
Stickstoffverbindungen □ Substanzen mit Carbonyl- oder Carboxylgruppen □ reduzierende Stoffe □ Sonstige

33 Carbonyl- oder Carboxylgruppen
□ Carbonsäuren und –derivate □ abspaltbarer Formaldehyd

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
Aktivierung der Carboxylfunktion mit SOCl2 rot +NH2OH +FeCl3 auch Penicilline reagieren (in saurer Lösung)

36 Nachweis von abspaltbarem Formaldehyd
Chromotropsäurereaktion Erhitzen der Substanz mit H2SO4 conc. und Chromotropsäure

37 … am Beispiel Metamizol-Na
+ 2 Abspaltung von Formaldehyd + + violett

38 Gruppenreaktionen auf… □ reduzierende Stoffe □ Sonstige
Stickstoffverbindungen Substanzen 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 Verbindung Erwärmen auf dem Wasserbad für bis zu 30 Minuten

41 … am Beispiel Ascorbinsäure
Cu2+ als Kupfer(ll)sulfat schon bei Raumtemperatur Cu+ als Kupfer(l)oxid rotbraun

42 Prüfung auf olefinische Doppelbindungen
Baeyersche Probe Reaktion mit KMnO4 in H2O / Na2CO3 Blindversuch bei solchen Reaktionen immer zweckmäßig

43 … am Beispiel Amitryptilin
rot-violett +7 + +5 + MnO3- + H2O farblos

44 Gruppenreaktionen auf… □ Sonstige Stickstoffverbindungen
Substanzen mit Carbonyl- oder Carboxylgruppen reduzierende Stoffe □ Sonstige

45 Sonstige Reaktion mit 1,3-Dinitrobenzol in KOH □ Zimmermann-Reaktion
Nachweis aktiver Methylengruppen Reaktion mit 1,3-Dinitrobenzol in KOH □ Kupplungsreaktion mit diazotierter Sulfanilsäure Lösen der Substanz in NaOH danach Zugabe einer 1:1-Mischung von Sulfanilsäure und 10%iger Natriumnitrit-Lösung

46 Zimmermann… am Beispiel Diazepam
+ - - H+ rot Meisenheimer- Salz -

47 Kupplungsreaktion … am Beispiel Paracetamol
+ + OH- - rot auch andere Kupplungsreaktionen, z.B. mit Gibb‘s Reagenz -

48 Gruppenreaktionen auf… Stickstoffverbindungen
Substanzen mit Carbonyl- oder Carboxylgruppen reduzierende Stoffe Sonstige

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

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 Vitali-Variante spezifischer aber weniger empfindlich

53 Vitali-Variante am Beispiel Atropin
- HNO3 HNO3 + HNO3 R + H2O + OH- , - H2O - H2O - OH- , + H2O - blau-violett

54 Morin-Variante am Beispiel Lidocain
HNO3 OH- - grün Meisenheimer- Salz - H

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)

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 vgl.: Arzneibuch: NaOH (nur zur Deprotonierung); Tafelbild: oktaedrische, tetrahedrische Komplexe

57 … am Beispiel Phenobarbital
violett + Piperidin + Co-nitrat Tetrahedraler Komplex

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

59 … am Beispiel Harnsäure
Oxidation + HNO3 H2O Hydrolyse CO2 NH3

60 … am Beispiel Harnsäure
+ + H+ - H2O + NH3 rot

61 Chen-Kao-Reaktion Nachweis von Phenylalkylaminen mit benachbarter Amino- und Hydroxygruppe Versetzen der Substanz mit Kupfersulfat-Lösung und Natronlauge

62 … am Beispiel Ephedrin Etherphase: purpur beim Ausschütteln
wässrige Phase: blau 2+ Cu2+ violett

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

64 … am Beispiel Chinin R Br2 OH- . Br2 .

65 … am Beispiel Chinin Dimerisierung - rot + + -
Es entsteht eine Mischung aus diesem roten Produkt und einem blauen Radikal; deshalb geht die rote Farbe mit der Zeit in eine grüne über -

66 Coralyn-Reaktion empfindlicher Nachweis für Papaverin
Methylengruppe darf nicht substituiert sein Erwärmen der Substanz mit Acetanhydrid und Schwefelsäure

67 … auf Papaverin Ac2O - HOAc gelb mit grüner Fluoreszenz + H+ - H2O +
wird Coralyn zu Coralydin reduziert, so geht die Fluoreszenz verloren + H+ - H2O +