Identitätsprüfung mit IR-Spektren nach Arzneibuch
Wie man einen Arzneistoff per IR-Spektrum gegen eine Referenz identifiziert und warum Salzformen eine Vorbehandlung brauchen und Enantiomere unentdeckt bleiben.
Das Wichtigste in Kürze
- Die IR-Identitätsprüfung vergleicht das Spektrum einer Probe zwischen etwa 4000 und 670 \(\mathrm{cm^{-1}}\) mit einem Referenzspektrum.
- Identität ist bestätigt, wenn Banden in Lage und relativer Intensität übereinstimmen.
- Bei Salzen mit verschiedenen Hydratformen misst man die freie Base, bei Codein-Hydrochlorid nach Alkalisieren mit Ammoniak und Ausschütteln mit Dichlormethan.
- Enantiomere liefern identische IR-Spektren, eine Verfälschung durch das Racemat erkennt das IR nicht.
- Diastereomere wie Ampicillin und L-Ampicillin unterscheiden sich im IR und lassen sich über Bandenverhältnisse quantifizieren, etwa die beiden Racemate von Nadolol.
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Worum es geht
Das IR-Spektrum ist eine Art Fingerabdruck eines organischen Moleküls. Das Arzneibuch nutzt es daher als schnelle und sichere Identitätsprüfung für Arznei- und Hilfsstoffe. Dabei gibt es zwei Grenzen: Salz- und Hydratformen verfälschen den Vergleich, und Spiegelbildisomere sieht das Spektrum nicht.
Prinzip der IR-Identifizierung
Organische Stoffe besitzen viele Schwingungen, die zusammen ein sehr individuelles Bandenmuster ergeben. Besonders der Fingerprint-Bereich unterscheidet selbst eng verwandte Moleküle. Die Identitätsprüfung klärt, ob eine Probe wirklich der deklarierte Stoff ist. Gemessen wird dafür von etwa 4000 bis 670 \(\mathrm{cm^{-1}}\).
Man nimmt das Spektrum der Probe auf, oft als KBr-Pressling. Dann vergleicht man es mit einer Referenz. Die Identität gilt als bestätigt, wenn die Banden in Lage und relativer Intensität übereinstimmen.
Spektrum einer Referenzsubstanz, das unter gleichen Bedingungen aufgenommen wird oder als offizielles Vergleichsspektrum vorliegt. Probe und Referenz müssen gleich vorbereitet sein.
Überführung in die freie Base
Ein Salz kann in mehreren Hydratformen kristallisieren. Das Kristallwasser und das Gitter verändern das Festkörperspektrum. Dann weicht die Probe von der Referenz ab, obwohl derselbe Arzneistoff vorliegt. Die Überführung in die freie Base beseitigt diese Unterschiede, denn gemessen wird danach eine einheitliche Verbindung.
- Lösen: Codein-Hydrochlorid in Wasser lösen.
- Alkalisieren: Mit Ammoniak versetzen, die Base wird deprotoniert und ungeladen.
- Ausschütteln: Mit Dichlormethan extrahieren, die Base geht in die untere organische Phase.
- Aufarbeiten: Organische Phase trocknen, eindampfen und den Rückstand messen.
\[\ce{BH+ + NH3 -> B + NH4+}\]
Anders als dieser Ablauf wandelt bloßes Lösen in Aceton und Eindampfen ein Salz oder ein N-Oxid nicht in die freie Verbindung um. Ohne Base bleibt das Proton am Stickstoff. Für die Abweichungen durch verschiedene Kristallformen gibt es eigene Verfahren, siehe Polymorphie im IR.
Enantiomere und Diastereomere
Enantiomere verhalten sich wie Bild und Spiegelbild. In achiraler Umgebung haben sie identische Schwingungen und damit identische IR-Spektren. Auch die Lösung eines Racemats zeigt dasselbe Spektrum wie das reine Enantiomer. Eine Verfälschung durch das Racemat bleibt daher unentdeckt. Hier hilft die optische Drehung.
Diastereomere haben dagegen verschiedene physikalische Eigenschaften. Ihre Spektren unterscheiden sich, etwa die KBr-Presslinge von Ampicillin und L-Ampicillin. Das Penicillin-Grundgerüst ist bei beiden gleich konfiguriert. Nur das Stereozentrum der Seitenkette ist invertiert.
Unterschiedliche Banden erlauben sogar eine Gehaltsbestimmung über das Verhältnis charakteristischer Banden. Bei Nadolol bestimmt man so das Verhältnis seiner beiden Racemate. Für die Zuordnung prüfst du jedes Stereozentrum. Sind alle invertiert, liegen Enantiomere vor. Ist nur ein Teil invertiert, sind es Diastereomere. Nadolol bildet so zwei Enantiomerenpaare, die zueinander diastereomer sind.
Quiz
Aussage 1
Die beiden Enantiomere eines chiralen Arzneistoffs lassen sich anhand ihres Fingerprint-Bereichs im IR-Spektrum unterscheiden.
Enantiomere besitzen identische IR-Spektren. Unterscheiden lassen sie sich etwa über die optische Drehung.
Aussage 2
Für die IR-Identitätsprüfung von Codein-Hydrochlorid wird die Base mit Ammoniak freigesetzt und mit Dichlormethan extrahiert.
Die ungeladene Base geht in die Dichlormethanphase. So stören verschiedene Hydratformen des Salzes den Vergleich nicht.
Aussage 3
Bei Nadolol lässt sich das Mengenverhältnis der beiden diastereomeren Racemate über das Verhältnis charakteristischer IR-Banden bestimmen.
Diastereomere haben unterschiedliche Spektren. Daher eignen sich Bandenverhältnisse zur Quantifizierung.
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