Stöchiometrie

Stöchiometrie der Perchlorsäure-Titration

Wie man an der Strukturformel abzählt, wie viele Protonen ein Arzneistoff bei der wasserfreien Perchlorsäure-Titration aufnimmt, und daraus das Äquivalent berechnet.

Prüfungsrelevanz: gut zu wissen ✓ gelesen
Das Wichtigste in Kürze5 Punkte
  • Bei der wasserfreien Perchlorsäure-Titration bestimmt die Zahl titrierter basischer Zentren \(z\) das Äquivalent: \(m = c \cdot V \cdot M / z\).
  • Titriert werden gut basische Stickstoffe (aliphatische Amine, Pyridin-N), nicht Amide, Ester, Ether oder Carbonsäuren.
  • Pentoxyverinhydrogencitrat reagiert 1:1, nur das tertiäre Amin wird protoniert: 1 mL 0,1 mol/L entspricht 52,56 mg.
  • Nicotinamid, Aspartam, Aminocapronsäure und Procainhydrochlorid mit Quecksilberacetat verbrauchen je ein Äquivalent.
  • In die Rechnung geht die molare Masse des wasserfreien Salzes ohne Kristallwasser ein.

Worum es geht

Viele basische Arzneistoffe werden im Arzneibuch mit Perchlorsäure in wasserfreier Essigsäure bestimmt. Für die Gehaltsberechnung braucht man das Titrationsäquivalent. Es hängt allein davon ab, wie viele basische Zentren tatsächlich titriert werden.

Titrierbare basische Zentren

Bei der Titration mit Perchlorsäure zählt nur, wie viele Protonen ein Molekül aufnimmt. Diese Zahl \(z\) liest man an der Strukturformel ab. Titriert werden gut basische Stickstoffe: aliphatische Amine, besonders tertiäre, und der Ring-Stickstoff des Pyridins. Amid-Stickstoffe, Ester, Ether und Carbonsäuren zählen nicht mit. Wie man solche Zentren sicher erkennt, zeigt Basische Zentren an Strukturformeln erkennen.

Bei Salzen organischer Basen wird die Base titriert. Pentoxyverinhydrogencitrat besitzt ein einziges tertiäres Amin. Das Citrat wird nicht mitgezählt, also gilt \(z = 1\).

Strukturformel von Pentoxyverin mit markiertem tertiärem Stickstoff, daneben Citronensäure

Pentoxyverinhydrogencitrat: Ein tertiäres Amin ergibt \(z = 1\).

In Hydrochloriden ist das Chlorid in Eisessig zu schwach basisch. Man setzt deshalb Quecksilberacetat zu. Es bindet das Chlorid als \(\ce{HgCl2}\) und setzt die äquivalente Menge Acetat frei, die titriert wird. Die Methodik steht unter Hydrohalogenide. Procainhydrochlorid verbraucht so nur ein Äquivalent, denn sein aromatisches Amin ist zu schwach basisch.

Strukturformeln von Procain und Nicotinamid mit markierten Stickstoffatomen

Titriert werden nur gut basische Stickstoffe: das tertiäre Amin bei Procain und der Pyridin-N bei Nicotinamid.
Substanz titriertes Zentrum \(z\)
Pentoxyverinhydrogencitrat tertiäres Amin 1
Procainhydrochlorid (mit Quecksilberacetat) tertiäres Amin 1
Nicotinamid Pyridin-N 1
Aspartam primäre Aminogruppe 1
Aminocapronsäure primäre Aminogruppe 1

Äquivalent berechnen

Die Masse, die einem Milliliter Maßlösung entspricht, folgt direkt aus der Stöchiometrie.

🧮 Formelauswendig können

\[m = \frac{c \cdot V \cdot M}{z}\]

\(m\) Masse in mg, \(c\) Konzentration der Maßlösung in mol/L, \(V\) Volumen in mL, \(M\) molare Masse in g/mol, \(z\) Zahl titrierter Zentren.

  1. Zentren zählen: \(z\) aus der Strukturformel bestimmen.
  2. Molare Masse wählen: das Salz samt Gegenion, aber wasserfrei, also ohne Kristallwasser.
  3. Einsetzen: Nicotinamid (\(M = 122{,}1\) g/mol, \(z = 1\)) ergibt 12,21 mg je mL Perchlorsäure 0,1 mol/L.

Bei einer Stöchiometrie 1:3 teilt man durch 3. Eine Substanz mit \(M = 450{,}0\) g/mol entspricht dann 15,00 mg je mL. Die Einwaage folgt aus dem Verbrauch: 8,0 mL bei Nicotinamid entsprechen 97,7 mg.

🎯 Examensrelevant: Äquivalent von Pentoxyverinhydrogencitrat

Wird im Examen gerne gefragt: 1 mL Perchlorsäure 0,1 mol/L entspricht 52,56 mg Pentoxyverinhydrogencitrat (\(M = 525{,}6\) g/mol, \(z = 1\)). Wer das Citrat mit \(z = 3\) mitzählt, erhält fälschlich 17,52 mg.

Quiz

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Aussage 1

Aspartam verbraucht bei der Titration mit Perchlorsäure zwei Äquivalente, weil Aminogruppe und Amid-Stickstoff protoniert werden.

Nur die primäre Aminogruppe wird titriert, der Amid-Stickstoff ist nicht basisch genug. Aspartam verbraucht ein Äquivalent.

Aussage 2

Bei Nicotinamid wird der Pyridin-Stickstoff titriert, sodass pro Mol ein Äquivalent Perchlorsäure verbraucht wird.

Der Pyridin-N ist basisch genug, der Amid-N nicht. Daraus folgt \(z = 1\).

Aussage 3

Für Pentoxyverinhydrogencitrat (\(M = 525{,}6\) g/mol) entspricht 1 mL Perchlorsäure 0,1 mol/L 52,56 mg Substanz.

Nur das tertiäre Amin wird protoniert, \(z = 1\). Mit \(z = 3\) käme man fälschlich auf 17,52 mg.

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