Organische Bestandteile

Ninhydrin-Reaktion und Kupfer(II)-Chelate

Wie Ninhydrin Aminosäuren und primäre Amine sichtbar macht und warum benachbarte Donoratome mit Kupfer(II) farbige Chelate bilden.

Prüfungsrelevanz: gut zu wissen ✓ gelesen
Das Wichtigste in Kürze5 Punkte
  • Die Ninhydrin-Reaktion und die Kupfer(II)-Chelatbildung sind Farbnachweise für primäre Aminogruppen und vicinale Donorgruppen.
  • Ninhydrin bildet mit Aminosäuren und primären aliphatischen Aminen Ruhemanns Purpur. Tertiäre Amine reagieren mangels N-H nicht.
  • Lymecyclin färbt sich über die primäre Aminogruppe des Lysinrests mit Ninhydrin und ist über sein Chromophor bei 254 nm ohne Derivatisierung detektierbar.
  • Bei der Chugaev-Reaktion gibt Ephedrin mit Kupfer(II)-sulfat in konzentrierter Natronlauge eine Violettfärbung.
  • Nur 1,2-ständige Donoratome bilden den Chelat-Fünfring. Benzocain mit para-ständigen Gruppen gibt keinen farbigen Kupferkomplex.

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Worum es geht

Ninhydrin und Kupfer(II)-Salze sind zwei einfache Farbreagenzien für stickstoffhaltige Arzneistoffe. Ninhydrin erfasst freie primäre Aminogruppen. Kupfer(II) erkennt benachbarte Donorgruppen wie im Ephedrin.

Ninhydrin-Reaktion

Die Ninhydrin-Reaktion weist Aminosäuren wie Glycin und Alanin nach. Ninhydrin bildet mit der freien Aminogruppe ein Imin. Dieses decarboxyliert und hydrolysiert zu einem Aldehyd und 2-Aminoindan-1,3-dion. Ein zweites Ninhydrin kondensiert damit zum blauvioletten Ruhemanns Purpur.

\[2\ \text{Ninhydrin} + \ce{R-CH(NH2)-COOH} \longrightarrow \text{Ruhemanns Purpur} + \ce{R-CHO + CO2 + 3 H2O}\]

Reaktionsschema von zwei Molekülen Ninhydrin und einer Aminosäure zu Ruhemanns Purpur, Aldehyd, Kohlendioxid und Wasser

Ninhydrin-Reaktion: Der Stickstoff im Ruhemanns Purpur stammt aus der Aminosäure.

Auch primäre aliphatische Amine geben ein farbiges Produkt, denn sie bilden ebenfalls das Imin. Tertiäre Amine bleiben farblos. Ihnen fehlt das H-Atom am Stickstoff. Vicinale Glycole und Aldehyde reagieren nicht, weil sie keinen Stickstoff liefern. Ninhydrin ist also ein Aminreagenz und kein Aldehydnachweis.

Lymecyclin

Lymecyclin ist ein Tetracyclin, das über eine Aminalbrücke mit Lysin verknüpft ist. An der Strukturformel erkennt man drei analytisch wichtige Bereiche.

Strukturformel von Lymecyclin mit drei farbig hervorgehobenen Bereichen

Lymecyclin: Chromophor, Aminal und primäre Aminogruppe auf einen Blick.
  • Primäre Aminogruppe des Lysinrests: Sie färbt den DC-Fleck mit Ninhydrin an. Die tertiäre Dimethylaminogruppe an C4 trägt dazu nichts bei.
  • Chromophor: Das konjugierte Tetracyclin-Gerüst absorbiert bei 254 nm. Auf der DC-Folie mit Fluoreszenzindikator zeigt sich daher eine Lumineszenzminderung. Ein UV/Vis-Detektor erfasst Lymecyclin ohne Derivatisierung.
  • Aminal: Die Brücke \(\ce{CO-NH-CH2-NH}\) kann Formaldehyd freisetzen.

Kupfer(II)-Chelate

Stehen Amino- und Hydroxygruppe an benachbarten C-Atomen, binden beide gemeinsam an \(\ce{Cu^2+}\). Gleiches gilt für zwei vicinale Stickstoffatome. So schließt sich ein stabiler Fünfring. Im Alkalischen wird die OH-Gruppe deprotoniert, und zwei Liganden umgeben das Kupfer.

\[\ce{Cu^2+ + 2 HL + 2 OH- -> CuL2 + 2 H2O}\]

Quadratisch-planarer Kupferkomplex mit zwei Ephedrin-Liganden, die über Stickstoff und Sauerstoff binden

Kupfer(II)-Ephedrin-Komplex: zwei Fünfringe um das Zentralion.
📖 Definition: Chugaev-Reaktion

Nachweis von 1,2-Aminoalkoholen wie Ephedrin mit Kupfer(II)-sulfat in konzentrierter Natronlauge. Es entsteht ein violetter Chelatkomplex.

Auch α-Aminosäuren wie L-Alanin chelatisieren Cu(II) über Amino- und Carboxylatgruppe. Entscheidend ist der Abstand der Donoratome. Benzocain trägt Amino- und Estergruppe para-ständig und bildet daher keinen Chelatring.

Stoff Gruppierung Befund mit Cu(II)
Ephedrin 1,2-Aminoalkohol violett in konz. NaOH
Etilefrin 1,2-Aminoalkohol farbig im Alkalischen
Ethambutol Aminoalkohol- und Diamin-Einheiten blau im Alkalischen
Hexetidin N1-C6-C5-NH2 blaue Dichlormethan-Phase
L-Alanin α-Aminocarbonsäure farbiger Komplex
Benzocain para-ständige Gruppen keine Färbung

Hexetidin mit markierter N-C-C-N-Abfolge neben Benzocain mit para-ständigen Gruppen

Chelatbildner oder nicht: Entscheidend ist der Abstand der Donoratome.

Bei Hexetidin liegen Ring-N1 und die Aminogruppe an C5 vicinal. Polyole wie Sorbitol binden Cu(II) im Alkalischen über benachbarte OH-Gruppen ebenfalls tiefblau. Ephedrin besitzt keine Carbonylgruppe, Carbonylreagenzien sprechen also nicht an.

Quiz

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Aussage 1

Tertiäre Amine bilden mit Ninhydrin Ruhemanns Purpur.

Tertiären Aminen fehlt das H-Atom am Stickstoff für die Iminbildung. Nur Aminosäuren und primäre aliphatische Amine geben das farbige Produkt.

Aussage 2

Benzocain bildet im Alkalischen mit \(\ce{Cu^2+}\) einen farbigen Chelatkomplex, weil es eine primäre Aminogruppe trägt.

Amino- und Estergruppe stehen para-ständig, ein Chelatring kann sich nicht schließen. Farbige Komplexe bilden 1,2-Aminoalkohole wie Ephedrin oder α-Aminosäuren wie Alanin.

Aussage 3

Lymecyclin lässt sich dank des konjugierten Tetracyclin-Gerüsts ohne Derivatisierung mit einem UV/Vis-Detektor bei 254 nm erfassen.

Das Chromophor absorbiert bei 254 nm. Deshalb zeigt Lymecyclin auch eine Lumineszenzminderung auf DC-Folien mit Fluoreszenzindikator.

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