Probenvorbereitung

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.

Prüfungsrelevanz: gut zu wissen ✓ gelesen
Das Wichtigste in Kürze5 Punkte
  • 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.

Schema eines Erlenmeyerkolbens mit Stopfen, an dem ein Platinkorb mit eingewickelter Probe hängt; am Boden eine Flüssigkeitsschicht

Sauerstoffkolben nach Schöniger: Die Probe verbrennt im Platinkorb, die Gase löst die Absorptionslösung.

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.

💡 Merke

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.

Strukturformeln von Nitrazepam und seinem Hydrolyseprodukt 2-Amino-5-nitrobenzophenon sowie von Medazepam

Saure Hydrolyse: Aus Nitrazepam entsteht ein primäres aromatisches Amin, bei Medazepam bleibt der aromatische Stickstoff methyliert.

Quiz

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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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