Organische Analytik Inhalte

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1 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

2 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: cm-1 (unges.: ) 1H-NMR: -CHO ppm a-C-H: ppm 13C-NMR: ( ) ppm Ketone: IR: cm-1 (unges.: ) 1H-NMR: a-C-H: ppm 13C-NMR: ( ) ppm Präsentationstitel

3 Carbonylverbindungen
Präsentationstitel

4 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

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

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

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

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

9 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

10 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

11 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

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

13 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

14 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

15 a-Hydroxycarbonyle Mechanismus der Osazonbildung Präsentationstitel

16 a-Hydroxycarbonyle D-Fructose Präsentationstitel

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

18 a-Hydroxycarbonyle Enzymatischer Glucose-Test: Präsentationstitel

19 (1,2)-Diketone Umsetzung mit Diaminobenzol
Umsetzung mit Hydroxylamin/Ni2+ Präsentationstitel

20 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

21 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 ppm ! Präsentationstitel

22 Chinone Diels-Alder-Reaktion Reduktion zum Hydrochinon
Präsentationstitel

23 Chinone Darstellung von Hydrochinondiacetaten
Darstellung von Monohydrazonen → Hydroxyphenylazoverbindungen Präsentationstitel

24 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

25 Carbonsäuren aliphatisch aromatisch Ester Lactone Amide Lactame
Nitrile Sulfonsäuren Präsentationstitel

26 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: ppm (H-D-Austausch) 13C-NMR: ppm ppm (ungesättigt) IR: cm-1 IR: sehr charakteristisch im Bereich cm-1 X = OR cm-1 cm-1 (ungesättigt) X = Cl cm-1 (gesättigt) Präsentationstitel

27 Carbonsäuren Hydroxamsäure-Bildung Präsentationstitel

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

29 Carbonsäuren - als p-Phenacylester - als Methylester
Präsentationstitel

30 Carbonsäuren Präsentationstitel

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

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

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

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

35 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

36 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

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

38 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

39 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

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

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

42 Aminosäuren Darstellung von Benzamiden
Darstellung von Phenylharnstoffen Präsentationstitel

43 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

44 Aminosäuren Dansylierung des Peptids Hydrolyse
Chromatographischer Nachweis der dansylierten Aminosäure Präsentationstitel

45 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

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

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

48 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

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

50 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

51 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

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

53 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

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

55 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

56 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

57 Organische Analytik Präsentationstitel