Aufschluss organisch gebundener Heteroatome
Wie man kovalent gebundene Halogene, Schwefel und Stickstoff aus Arzneistoffen in nachweisbare Ionen überführt und welches Verfahren für welchen Stoff taugt.
Das Wichtigste in Kürze
- Ein Aufschluss organischer Verbindungen überführt kovalent gebundene Heteroatome in Ionen, die klassische Nachweise erst möglich machen.
- Die Schöniger-Verbrennung im Sauerstoffkolben erfasst Halogene und Schwefel, mit NaOH als Absorptionslösung liegt Chlor als Chlorid vor.
- Beim Lassaigne-Aufschluss mit Natrium wird Stickstoff schwefelfreier Verbindungen zu NaCN, Halogene werden zu Halogeniden.
- Hydrogenolyse mit Raney-Nickel in alkalischer Lösung setzt aromatisches Iod als Iodid und organisches Brom als Bromid frei.
- Nitrazepam liefert nach Erhitzen mit HCl ein primäres aromatisches Amin, Medazepam wegen seines N-Methylstickstoffs nicht.
Worum es geht
Organische Arzneistoffe enthalten oft Heteroatome wie Chlor, Iod oder Schwefel, etwa das Iod der Iopansäure. Für Identität und Gehalt muss man diese Atome zuerst aus dem Molekül lösen. Die Aufschlüsse ergänzen die anorganischen Aufschlüsse und bereiten klassische Ionennachweise vor.
Prinzip
Kovalent gebundene Heteroatome geben keine Ionenreaktionen. Silbernitrat fällt aus Chloramphenicol kein Silberchlorid, weil das Chlor fest am Kohlenstoff sitzt. Ein Aufschluss zerstört deshalb das Molekül und liefert freie Ionen wie \(\ce{Cl-}\), \(\ce{I-}\), \(\ce{CN-}\) oder \(\ce{SO4^2-}\).
Drei Wege stehen zur Wahl: oxidativ durch Verbrennen oder Glühen, reduktiv mit Natrium oder Wasserstoff und hydrolytisch durch Erhitzen mit Säure.
Schöniger-Verbrennung
Bei der Schöniger-Verbrennung wickelt man die Probe in Filterpapier. Sie hängt in einem Platinkorb im sauerstoffgefüllten Kolben und verbrennt nach dem Zünden vollständig. Die Gase löst die Absorptionslösung am Boden. Erfasst werden Halogene und Schwefel.
Die Absorptionslösung bestimmt das Produkt. In NaOH liegt Chlor danach als Chlorid vor. Brom überführt man mit \(\ce{H2O2}\)/\(\ce{H2SO4}\) in Bromid. Schwefel endet als Schwefelsäure, die Lösung reagiert sauer. Anschließend folgen die üblichen Nachweise, etwa für Chlorid oder Sulfat.
Ob ein Stoff geeignet ist, zeigt die Summenformel:
| Arzneistoff | Summenformel | Erfassbar über |
|---|---|---|
| Chloramphenicol | \(\ce{C11H12Cl2N2O5}\) | Cl |
| Haloperidol | \(\ce{C21H23ClFNO2}\) | Cl, F |
| Chloralhydrat | \(\ce{C2H3Cl3O2}\) | Cl |
| Promethazin | \(\ce{C17H20N2S}\) | S |
| Sulfanilamid | \(\ce{C6H8N2O2S}\) | S |
| Iopansäure | \(\ce{C11H12I3NO2}\) | I |
| Nitrazepam | \(\ce{C15H11N3O3}\) | nicht geeignet |
Weitere oxidative Aufschlüsse
Auch das Magnesiumoxid-Glühen setzt kovalent gebundene Halogene frei. Die Substanz wird mit MgO bis zur Zersetzung erhitzt, die Halogene bleiben als Halogenide zurück.
Fluor erfasst man ebenfalls nach oxidativem Aufschluss. So lässt sich Fluorouracil quantifizieren: Eine fluoridsensitive Elektrode misst das freigesetzte Fluorid.
Lassaigne-Aufschluss
Beim Lassaigne-Aufschluss schmilzt man die Substanz mit metallischem Natrium. Das stark reduzierende Metall zerlegt das Molekül vollständig. Bei schwefelfreien Verbindungen wird Stickstoff zu NaCN, das man als Cyanid nachweist. Chlor, Brom und Iod gehen in die Natriumhalogenide über. Aus Iopansäure entsteht so Iodid.
Stickstoff erfasst nur Lassaigne (als Cyanid), Schwefel nur Schöniger. Halogene liefern beide Verfahren.
Reduktive Halogenabspaltung
Bei der Hydrogenolyse spaltet Wasserstoff an Raney-Nickel in alkalischer Lösung die Kohlenstoff-Halogen-Bindung. Das aromatisch gebundene Iod der Iopansäure wird so als Iodid frei, organisches Brom als Bromid.
Verdünnte Alkalihydroxidlösung allein genügt nicht, denn aromatisches Iod widersteht der Hydrolyse. Auch überschüssiges \(\ce{KMnO4}\)/NaOH liefert kein Bromid, weil es oxidiert statt reduziert.
Saure Hydrolyse
Die saure Hydrolyse ist kein Aufschluss im engeren Sinn, setzt aber nachweisbare Gruppen frei. Erhitzt man Nitrazepam mit Salzsäure, öffnet sich der Siebenring. Es entsteht 2-Amino-5-nitrobenzophenon, ein primäres aromatisches Amin. Der Azofarbstoff-Nachweis fällt positiv aus.
Bei Medazepam trägt der aromatische Stickstoff eine Methylgruppe. Nach der Hydrolyse fehlt daher das primäre aromatische Amin, die Reaktion bleibt negativ.
Quiz
Aussage 1
Beim Schmelzen einer schwefelfreien stickstoffhaltigen Verbindung mit Natrium entsteht Natriumcyanid.
Im Lassaigne-Aufschluss wird organisch gebundener Stickstoff in \(\ce{NaCN}\) übergeführt und dann als Cyanid nachgewiesen.
Aussage 2
Medazepam gibt nach Erhitzen mit Salzsäure eine positive Reaktion auf primäre aromatische Amine.
Der aromatische Stickstoff von Medazepam ist methyliert, daher entsteht kein primäres aromatisches Amin. Positiv reagiert dagegen Nitrazepam.
Aussage 3
Promethazin lässt sich über seinen Schwefel mit der Schöniger-Methode erfassen.
Promethazin (\(\ce{C17H20N2S}\)) enthält Schwefel, und die Sauerstoffkolbenverbrennung erfasst Schwefel und Halogene.
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