Cisplatin: Struktur, Isomerie, Synthese und Anwendung
Cisplatin ist ein quadratisch-planarer Platin(II)-Komplex: Diese Seite erklärt, warum er als cis- und trans-Isomer vorkommt, wie man gezielt das cis-Isomer herstellt und wie es als Cytostatikum wirkt.
Das Wichtigste in Kürze
- Cisplatin ist cis-Diammindichloridoplatin(II), \(\ce{[Pt(NH3)2Cl2]}\), ein neutraler Pt(II)-Komplex mit zwei koordinierten \(\ce{NH3}\)- und zwei koordinierten \(\ce{Cl-}\)-Liganden.
- \(\ce{Pt^2+}\) hat die Konfiguration 5d8 und bildet mit Koordinationszahl 4 quadratisch-planare Komplexe, nicht tetraedrische.
- Im Quadrat stehen die Chloride benachbart (cis, 90°) oder gegenüber (trans, 180°); die Isomere unterscheiden sich in ihren Eigenschaften, etwa im Dipolmoment.
- Wegen des trans-Effekts des Chlorids entsteht aus \(\ce{[PtCl4]^2-}\) mit \(\ce{NH3}\) stereoselektiv das cis-Isomer, aus \(\ce{[Pt(NH3)4]^2+}\) mit \(\ce{Cl-}\) das trans-Isomer.
- Cisplatin bildet gelbe Kristalle und wirkt als Cytostatikum: In der Zelle verliert es die Chloride und vernetzt zwei benachbarte Guaninbasen der DNA.
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Worum es geht
Cisplatin ist einer der wenigen anorganischen Arzneistoffe und seit Jahrzehnten ein Standard-Cytostatikum. An ihm lassen sich Geometrie, Stereoisomerie und Ligandensubstitution von Komplexen an einem einzigen Molekül zeigen. Seine Wirkung hängt direkt davon ab, welches Isomer vorliegt.
Bau und Isomerie
Cisplatin ist cis-Diammindichloridoplatin(II), \(\ce{[Pt(NH3)2Cl2]}\). Das Zentralion \(\ce{Pt^2+}\) trägt zwei Ammin-Liganden (\(\ce{NH3}\)) und zwei Chloridoliganden. Alle vier sitzen direkt am Platin, die Koordinationszahl ist also 4. Die Chloride sind koordiniert und keine freien Gegenionen, deshalb ist der Komplex insgesamt neutral.
Platin(II) hat die Konfiguration 5d8 (zur Ableitung siehe dn-Konfiguration). Vierfach koordinierte d8-Ionen der schweren Übergangsmetalle bilden quadratisch-planare Komplexe, nicht tetraedrische. Der Grund ist die große Ligandenfeldaufspaltung der 5d-Orbitale, die unter d-Orbitalaufspaltung erklärt wird.
Aus der Geometrie folgt die Isomerie. Im Quadrat können die beiden Chloride benachbart stehen, mit einem Winkel Cl–Pt–Cl von 90°. Das ist das cis-Isomer. Stehen sie einander gegenüber (180°), liegt das trans-Isomer vor. Ein Tetraeder hätte nur eine Form, denn dort sind alle Ecken zueinander benachbart. Dass zwei Isomere existieren, belegt also den planaren Bau.
Beim Erkennen an Strukturformeln achtest du nur auf die gleichen Liganden. Ein planares Molekül ist mit seinem Spiegelbild identisch, optische Isomere gibt es daher nicht. Mehr dazu unter Stereoisomerie von Komplexen.
Beide Cl an einer Kante des Quadrats bedeutet cis, beide Cl auf einer Diagonalen durch Pt bedeutet trans. Drehen oder Umklappen der Zeichnung ändert das Isomer nicht.
Die Isomere sind verschiedene Verbindungen mit unterschiedlichen physikalisch-chemischen Eigenschaften:
| Merkmal | cis (Cisplatin) | trans (Transplatin) |
|---|---|---|
| Lage der Chloride | benachbart, 90° | gegenüber, 180° |
| Dipolmoment | vorhanden, polar | null, die Bindungsdipole heben sich auf |
| Cytostatische Wirkung | ja | klinisch unwirksam |
Wird im Examen gerne gefragt: \(\ce{[Pt(NH3)2Cl2]}\) ist quadratisch-planar (\(\ce{Pt^2+}\), 5d8) und existiert deshalb als cis- und trans-Isomer. Achte darauf, dass vierfach koordiniertes Pt(II) nicht tetraedrisch ist und die Chloride am Platin gebunden sind.
Synthese und Anwendung
Cisplatin lässt sich stereoselektiv herstellen, also gezielt als ein Isomer. Man setzt Tetrachloridoplatinat mit Ammoniak um:
\[\ce{[PtCl4]^2- + 2 NH3 -> [Pt(NH3)2Cl2] + 2 Cl-}\]
Dass dabei nur das cis-Isomer entsteht, erklärt der trans-Effekt. Chlorid lockert den ihm gegenüberliegenden Liganden stärker als Ammoniak.
- Erster Austausch: Ein \(\ce{NH3}\) ersetzt ein Chlorid, es entsteht \(\ce{[PtCl3(NH3)]-}\).
- Lockerung: Die beiden Chloride, die einem Chlorid gegenüberstehen, sind gelockert. Das Chlorid gegenüber dem \(\ce{NH3}\) bleibt fest.
- Zweiter Austausch: Das zweite \(\ce{NH3}\) ersetzt eines der gelockerten Chloride und landet neben dem ersten: cis.
Der umgekehrte Weg liefert das andere Isomer. Geht man von \(\ce{[Pt(NH3)4]^2+}\) aus und gibt Chlorid zu, entsteht zuerst \(\ce{[Pt(NH3)3Cl]+}\). Nun ist das \(\ce{NH3}\) gegenüber dem Chlorid gelockert. Das zweite Chlorid tritt also gegenüber ein, und es bildet sich stereoselektiv das trans-Isomer.
Die Chloridoliganden bleiben austauschbar. Mit überschüssigem Ammoniak lassen sie sich vollständig durch \(\ce{NH3}\) ersetzen, bis \(\ce{[Pt(NH3)4]^2+}\) vorliegt.
Cisplatin bildet gelbe bis orangegelbe Kristalle. Es wird als Cytostatikum infundiert, etwa bei Hoden- und Ovarialkarzinomen. Im Blut ist die Chloridkonzentration hoch, sodass die Chloride am Platin bleiben. In der Zelle ist sie niedrig. Dort ersetzt Wasser die Chloride, man spricht von Aquatisierung. Der aktivierte Komplex bindet an zwei benachbarte Guaninbasen eines DNA-Strangs. Diese Quervernetzung knickt die Doppelhelix, blockiert die Replikation und treibt die Zelle in den Zelltod. Nur die cis-Anordnung der Abgangsgruppen passt zu zwei benachbarten Basen.
Quiz
Aussage 1
Vierfach koordinierte Platin(II)-Komplexe wie \(\ce{[Pt(NH3)2Cl2]}\) sind bevorzugt tetraedrisch gebaut.
\(\ce{Pt^2+}\) (5d8) bildet mit Koordinationszahl 4 quadratisch-planare Komplexe. Nur deshalb gibt es überhaupt ein cis- und ein trans-Isomer.
Aussage 2
Gibt man Chlorid zu einer Lösung von \(\ce{[Pt(NH3)4]^2+}\), erhält man gezielt Cisplatin.
Nach dem ersten Austausch lockert das Chlorid das gegenüberliegende \(\ce{NH3}\), daher entsteht das trans-Isomer. Cisplatin gewinnt man aus \(\ce{[PtCl4]^2-}\) und \(\ce{NH3}\).
Aussage 3
Im trans-Isomer von \(\ce{[Pt(NH3)2Cl2]}\) heben sich die Bindungsdipole auf, sodass das Molekül kein Dipolmoment besitzt.
Die beiden Chloride stehen sich unter 180° gegenüber, ebenso die Amminliganden. Das cis-Isomer ist dagegen polar.
Aussage 4
In der Zelle werden die Chloridoliganden von Cisplatin durch Wasser ersetzt, bevor der Komplex an zwei benachbarte Guaninbasen bindet.
Die intrazelluläre Chloridkonzentration ist niedrig, deshalb wird Cisplatin dort aquatisiert. Der aktivierte Komplex vernetzt dann zwei benachbarte Guanine eines DNA-Strangs.
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