Titration schwacher Säuren mit TBAH und Methanolat
Mit Tetrabutylammoniumhydroxid und Methanolaten titriert man schwache OH- und NH-Säuren in DMF oder Pyridin, angezeigt durch Azoviolett oder potentiometrisch.
Das Wichtigste in Kürze
- Tetrabutylammoniumhydroxid und Lithiummethanolat sind starke, organisch lösliche Basen zur Titration schwacher OH- und NH-Säuren in DMF oder Pyridin.
- Natriummethanolat-Maßlösung bestimmt etwa Benzoesäure und darf nicht mit Wasser verdünnt werden.
- Azoviolett (4-(4-Nitrophenylazo)resorcin) schlägt durch Deprotonierung der para-OH um, die ortho-OH bleibt über eine H-Brücke fixiert.
- Sulfanilamid verbraucht mit TBAH in Pyridin 1 Äquivalent, die aromatische Aminogruppe reagiert nicht.
- Phenytoin wird einwertig am Imid-NH an N-3 zwischen beiden Carbonylgruppen titriert.
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Worum es geht
Viele Arzneistoffe wie Sulfonamide, Phenytoin oder Phenole sind zu schwach sauer für eine Titration in Wasser. In basischen, wasserfreien Lösungsmitteln werden sie jedoch acide genug, um sie mit einer starken organisch löslichen Base direkt zu bestimmen.
Basische Maßlösungen
Schwache Säuren werden in basischen Lösungsmitteln wie DMF (Dimethylformamid) oder Pyridin deutlich acider. Das Lösungsmittel nimmt das Proton bereitwillig auf (siehe Säuren und Basen in nichtwässrigen Lösungsmitteln). Titriert wird dann mit einer starken Base, die sich in organischen Medien löst.
Die wichtigste ist Tetrabutylammoniumhydroxid (TBAH). Als quartäres Ammoniumhydroxid ist es vollständig dissoziiert und schon in Wasser eine starke Base. Sein großes, unpolares Kation hält die entstehenden Salze in organischen Lösungsmitteln gelöst.
\[\ce{HA + (C4H9)4N+OH- -> (C4H9)4N+A- + H2O}\]
Die Maßlösung liegt in organischen Lösungsmitteln vor, klassisch in DMF/Benzen. TBAH dient zur wasserfreien Titration schwacher Säuren. Auch starke Säuren lassen sich damit potentiometrisch titrieren.
Daneben gibt es Natriummethanolat und Lithiummethanolat als methanolische Maßlösungen. Natriummethanolat bestimmt etwa Benzoesäure, Lithiummethanolat vor allem Sulfonamide in DMF. Die Einstellung steht unter Faktor und Einstellung von Maßlösungen.
Natriummethanolat-Maßlösung darf nicht mit Wasser verdünnt werden. Wasser macht aus Methanolat Hydroxid, und die schwache Säure gibt keinen auswertbaren Sprung mehr.
Azoviolett
Als Indikator dient in DMF oft Azoviolett, ein Azoindikator. Chemisch ist es 4-(4-Nitrophenylazo)resorcin. Ein Resorcinring mit zwei OH-Gruppen ist über eine Azobrücke mit einem 4-Nitrophenylrest verbunden.
Den Umschlag verursacht die para-ständige OH-Gruppe. Die Base deprotoniert sie zum Phenolat. Dessen Ladung verteilt sich über die Azobrücke bis in die Nitrogruppe, und die Farbe schlägt um. Die ortho-OH bleibt über eine Wasserstoffbrücke zum Azo-Stickstoff fixiert und behält ihr Proton.
Der Umschlag ist also eine reine Deprotonierung. Die Azogruppe nimmt dabei kein Hydroxid auf. Auch die Nitrogruppe bleibt erhalten, statt als Nitrit abgespalten zu werden. An der Strukturformel suchst du die OH-Gruppe gegenüber der Azobrücke.
Sulfonamide
Sulfonamide tragen die Gruppe \(\ce{-SO2-NH-}\). Die stark elektronenziehende Sulfonylgruppe stabilisiert das Anion. Deshalb ist das N–H NH-acide (siehe NH-Acidität). In DMF oder Pyridin titriert man Sulfonamide direkt mit TBAH oder Lithiummethanolat.
| Stoff | acide Gruppe | Maßlösung, Medium |
|---|---|---|
| Sulfanilamid | \(\ce{-SO2NH2}\) | Lithiummethanolat in DMF oder TBAH in Pyridin |
| Sulfadimidin, Sulfamerazin | \(\ce{-SO2NH-}\)-Heteroaryl | TBAH in DMF |
| Sulfamethoxazol | \(\ce{-SO2NH-}\)-Isoxazolyl | TBAH, wasserfrei |
| Acetazolamid | \(\ce{-SO2NH2}\) | TBAH, wasserfrei |
| Glibenclamid | Sulfonylharnstoff \(\ce{-SO2NHCONH-}\) | TBAH, wasserfrei |
Beim Sulfanilamid sitzen zwei Stickstoffgruppen am Ring. Die Sulfonamidgruppe gibt ein Proton ab und verhält sich als einprotonige Säure. Die para-ständige aromatische Aminogruppe ist basisch und reagiert nicht mit TBAH.
Wird im Examen gerne gefragt: Sulfanilamid verbraucht mit TBAH in Pyridin genau 1 Äquivalent Maßlösung. Achte darauf, die Arylaminogruppe nicht als acides Zentrum mitzuzählen.
Imide, Ureide, Phenole
Nach demselben Prinzip titriert man weitere schwache Säuren direkt mit TBAH. Imide tragen ein NH zwischen zwei Carbonylgruppen, Ureide sind acylierte Harnstoffe. Zusammen mit Phenolen sind sie in basischem Medium sauer genug.
- Fluorouracil: Imid, in DMF gegen Thymolblau
- Allantoin: Ureid, wasserfrei
- Chlorocresol (4-Chlor-3-methylphenol): Phenol, in DMF
- Niclosamid: phenolisch bzw. NH-acide, wasserfrei
- Acetylsalicylsäure und Ascorbinsäure: als Säuren in nichtwässrigem Medium
Phenytoin (5,5-Diphenylhydantoin) hat zwei NH-Gruppen im Ring. Acide genug ist nur das Imid-NH an N-3 zwischen C-2=O und C-4=O. Das N-1-H grenzt nur an eine Carbonylgruppe und ist schwächer acide. In Pyridin reagiert Phenytoin daher einwertig und verbraucht 1 Äquivalent TBAH.
Phenytoin lässt sich alternativ auch argentoalkalimetrisch bestimmen. Mehr Übung bietet Acide Gruppen an Strukturformeln erkennen.
Gezählt wird jedes NH, das von zwei Akzeptoren flankiert wird (Carbonyl, Sulfonyl) oder an einer Sulfonylgruppe sitzt, plus jede phenolische OH. Arylamine zählen nicht.
Quiz
Aussage 1
Der Farbumschlag von Azoviolett beruht auf der Deprotonierung der para-ständigen phenolischen OH-Gruppe.
Das entstehende Phenolat delokalisiert seine Ladung bis zur Nitrogruppe. Die ortho-OH bleibt über eine Wasserstoffbrücke fixiert.
Aussage 2
Sulfanilamid verbraucht bei der Titration mit TBAH in Pyridin zwei Äquivalente, weil auch die aromatische Aminogruppe ein Proton abgibt.
Nur die Sulfonamidgruppe gibt ein Proton ab. Die Arylaminogruppe ist basisch und reagiert nicht, der Verbrauch beträgt 1 Äquivalent.
Aussage 3
Eine Natriummethanolat-Maßlösung kann zur Herstellung verdünnterer Lösungen mit Wasser verdünnt werden.
Wasser setzt Methanolat zu Hydroxid um und verdirbt die nichtwässrige Titration. Die Lösung darf nicht mit Wasser verdünnt werden.
Aussage 4
Bei Phenytoin wird in Pyridin das NH zwischen den beiden Carbonylgruppen titriert, sodass 1 Äquivalent TBAH verbraucht wird.
Das Imid-NH an N-3 ist das acideste Proton. N-1-H ist schwächer acide und wird nicht erfasst.
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