Organische Analytik

Organische Analytik 

• Vorlesung im Sommersemester 2011 

• zusammengestellt von Dr. P. Bisel 

Lehrstuhl für Pharmazeutische und Medizinische 

Chemie Tel. 0761 203-6334 

email: philippe.bisel@pharmazie.uni-freiburg.de 

• Umfang: 12 Stunden 

• Termine: Mittwochs 8-9 Uhr im HS P.I. 

• Beginn: 4. Mai 2011 

• Ende: 27. Juli 2011 

• Klausur: Fliest in die Instru. Klausur ein


Inhalte 

• Einführung: 

Ablauf, Nachweis der Elemente in 

organischen Verbindungen, Elementaranalyse 

• Verbindungsklassen / Funktionelle Gruppen 

KWS: 

Hydroxylierte KWS: 

Alkene, Alkine, Aromaten, halogenierte KWS 

Alkohole, Enole, Phenole 

Ether, Peroxide, 1,2-Diole, 1,2-Aminoalkohole 

Carbonylverbindungen: 

Aldehyde, Ketone, Chinone 

1,2-Diketone, Kohlenhydrate, -Hydroxyketone 

(Carbon)säure Derivate: 

Säuren, Ester, Amide, Lactame, Nitrile, 

Sulfonsäuren 

Aminosäuren: 

Amine: 

primär, sekundär, tertiär 

Thiole: 

Verschiedenes: 

Kohlensäure, Nitroverbindungen, Heterocyclen


Lernziele 

• Vorgehensweise in der Strukturaufklärung 

• Unentbehrliche Ergänzung zur „Instrumentellen Analytik“ 

• Keine „universelle“ Methode in der Analytik 

• Netzwerk von Methoden 

• Auswahl der richtigen analytischen Methode für ein spezifisches Problem


Komplexität 

Maitotoxin 

Me 

OH 

OH 

H 

Me O H 

H 

Me 

O 

O 

O 

O 

Me Me 

Me 

Me O H 

H 

H 

Me OH 

H 

O Me 

H 

H 

H 

H H H H H 

O 

O O O 

O 

Me 

O H 

Me 

Maitotoxin 

OH 

Me OH 

H 

H O 

H 

O O 

Me O H 

Me Me Me H 

HO Me H Me H 

OH 

H OH 

HO 

H 

HO 

NaO 3 SO H H H 

O 

H 

OH Me Me H O O OH 

O O O 

O 

OH 

H H 

O OH 

H 

O 

O O O 

OH Me OSO 3 Na OH H H H H OH 

H 

O O O 

H H H H H H H 

H 

OH OH 

HO OH 

HO O 

H H 

O OH OH 

H 

OH 

OH 

• C 146 H 256 Na 2 O 68 S 2; M R 3245,9 

• Das stärkste bisher bekannte nichtproteinoge Gift: LD 50(Maus) = 50ng/kg 

• 98 STEREOZENTREN ! 2 98 10 39 Stereoisomere ! 

• STRUKTURAUFKLÄRUNG ? !


Substanzmenge 

H 3 C CH 3 

N 

O 

Br - 

H 3 C 

N 

O 

S 

OH 

O 

O 

OH 

S 

O 

O 

Tiotropiumbromid 

Scopolamin 

Tiotropium (Spiriva ® ): 

• Bronchodilator, zur Behandlung der chronisch obstruktiven Atemwegserkrankungen 

• Muscarinrezeptor-Antagonist 

• Quartäres Scopolamin-Derivat 

• Einzeldosis 18 g (1 x täglich) ≈ 6.5 mg /Jahr

Einführung - Ablauf 

1. Vorproben 

2. Trennverfahren / Substanzgemisch 

Analytische Trennverfahren 

Präparative Trennverfahren 

(Prüfung auf funktionelle Gruppen) 

3. Charakterisierung und Identifizierung reiner Substanz 

- physikalische Konstanten 

- spektroskopische Verfahren 

- Vergleich

Einführung - Vorproben 

Farbe 

Geruch (Vorsicht!) 

Bestimmung der Löslichkeit 

Nachweis der Elemente 

(KEINE Geschmacksprüfung)


Farbige Verbindungsklassen : 

Nitro-, Azoverbindungen 

Chinone 

Konjugierte Systeme 

O 

O 

H HN CHCl 2 

O 2 N C C 

OH 

OH H 

Chloramphenicol 

HOOC 

HO 

N N 

Olsalazin 

COOH 

OH 

CH 3 

CH 3 

O CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 

Vitamin K 1 

O 

OH 

OH 

OH 

HO 

O OH OH 

OH OH O 

COOH 

Amphothericin B 

O O OH 

NH 2 

HO


Geruch : 

- Terpenartig: Campher, tert-Butanol 

- niedere Alkohole: Methanol, Ethanol 

- Ameisensäure, Essigsäure 

- Propionsäure, Buttersäure, … 

- Ketone, Aldehyde (Benzaldehyd) 

- Phenolether (Anis-, Fenchelgeruch)) 

- Ester aliphatischer Alkohole (fruchtig) 

- Thiole, Thioether 

Löslichkeit : 

- Austesten verschiedener Lösungsmitteln 

- Austesten verschiedener pH-Werte 

Achtung: Derivatisierung möglich


Nachweis der Elemente 

• Nachweis C: Oxidation zu CO 2 → BaCO 3 

• Nachweis H: Verbrennung → H 2 O → Karl-Fischer 

I 2 + SO 2 + H 2 O → H 2 SO 4 + 2 HI 

• Nachweis Halogene: Beilstein-Probe (Cu-Draht, Flamme): falsch positiv! 

• Nachweis 

P: als Phosphat nach Hydrolyse: + AgNO 3 → Ag 3 PO 4 (gelb) 

P nicht-Phosphat: Oxidation zu Phosphat, s.o. 

•Nachweis weitere Elemente: siehe Qualitative Analytik

Einführung - Trennverfahren 

Analytische Trennverfahren: 

- Bestimmung der Anzahl und Art der Verbindungen durch 

Dünnschichtchromatographie (DC) 

High performance (pressure) liquid chromatogryphy (HPLC) 

Gaschromatographie (GC) 

Kapillarelektrophorese (CE) 

Gelelektrophorese

Einführung - Trennverfahren 

Präparative Trennverfahren 

Gewinnung reiner Verbindungen zur weiteren Charakterisierung durch 

Chromatographie (präparativ) 

Kristallisation, Sublimation 

Extraktion 

Destillation 

(Filtration, Dialyse, Zentrifugation)

Einführung – Charakterisierung/Identifizierung 

Reinsubstanzen: 

• Physikalische Konstanten: Smp., Sdp., Brechungsindex, relative Dichte, Viskosität 

• Elementaranalyse (C, H, N) 

• Funktionelle Gruppen 

• Vergleich: RF (DC), Retentionszeiten (HPLC, GC, CE) 

• Spektroskopische Verfahren 

• UV-VIS, IR, Raman 

•Fluoreszenz 

•NMR ( 1 H, 13 C, 15 N, 19 F, 31 P, 2 H), 2D-NMR 

•[Elektronenspinresonanz (ESR, Radikale)] 

•Massenspektrometrie (MS), Hochauflösende MS (HRMS, Summenformel) 

•Röntgenstrukturanalyse (x-ray) 

•Polarimetrie (Drehwert []), Circulardichroismus (CD)

Einführung - Elementaranalyse 

Die Elementaranalyse auf Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff ist meist zur 

elementaranalytischen Beschreibung einer organischen Probe ausreichend. 

Eine Vielzahl von Verbindungen enthält außer den drei genannten Elementen 

nur noch Sauerstoff, der meist nicht eigens bestimmt wird. 

Meßprinzip: 

Verbrennungsanalyse (ca. 900°C) 

2-3 mg Sz. werden in reiner O 2 -Atmosphäre verbrannt 

CO 2 , H 2 O, NO x , 

Kolonne mit Kupfergranulat CO 2 , H 2 O, N 2 

Auftrennung des Gasgemisches 

Detektion mit einem Wärmeleitfähigkeitsdetektor


Ermittlung der Summenformel (unbekannte Substanz) 

Erhaltenes Ergebnis: C 40.82 % H 8.63 % N 23.75 % 

C = 40.82 : 12 = 3.40 → : 1.69 = 2.04 

H = 8.63 : 1 = 8.63 → : 1.69 = 5.17 

N = 23.75 : 14 = 1.69 → : 1.69 = 1 

_____________________ 

Summe = 73.20 → O = 26.80 % 

O = 26.80 : 16 = 1.67 → : 1.69 = 0.99 

→ C 2n 

H 5n 

N n 

O n


2. Bestimmung der Molmasse (z. B. MS) 

M R = 59 g/mol → n = 1 

→ C 2 H 5 NO 

3. Strukturaufklärung: Essigsäureamid 

N-Methylformamid 

O 

H 3 C NH 2 

O 

H 

N 

H 

CH 3

Einführung - Schmelzpunkt 

• starker Einfluss von Verunreinigungen 

• Kapillarmethode (Arzneibuch) 

• Mischschmelzpunkt (nicht immer Erniedrigung, Achtung!) 

• eutektische Temperatur, eutektische Mischung 

• enantiomerenreine Substanz im Vergleich zum Racemat 

OH 

OH 

OH 

rac-Hydrobenzoin 

OH 

(R,R)-Hydrobenzoin 

Smp. 121°C 147.5°C

Einführung - Siedepunkt 

• Luftdruckabhängig : Korrektur auf 1013 mbar (= 101,3 kPa) 

t 1 = t 2 + k●(101.3 – b) 

k: Korrekturfaktor, Temperaturabhängig 

b: Luftdruck in kPa während der Destillation 

k = 0.3 < 100°C, 0.34 für 100-140°C, 0.38 für 140-190°C, 0.41 für 190-240°C, 

0.45 > 240°C 

• ‚Siedeintervall‘ 

• Azeotrop

• Einführung: 


Inhalte 

• Verbindungsklassen / Funktionelle Gruppen 

KWS: 



Alkane, Alkene, Alkine, Aromaten, halogenierte 

KWS 









Sulfonsäuren 

Aminosäuren: 

Amine: 


Thiole: 


Kohlensäure, Nitroverbindungen, Heterocyclen

Verbindungsklassen - KWS 

Alkane 

Alkene 

Alkine 

Aromaten 

(Alkane: „Paraffine“ 

gesättigte Kohlenwasserstoffe: Benzin, Vaseline 

sehr reaktionsträge 

Analytik auf Reinheit durch UV-Absorption)

KWS - Alkene 

‣ Nachweisreaktionen: 

- Entfärbung von Br 2 

-Lösung 

- Entfärbung von KMnO 4 

–Lösung 

- Epoxidierung 

- Löslichkeit in H 2 

SO 4 konz. 

‣ Spektroskopie: IR: 1600-1680 cm -1 

1 

H-NMR: 4.5-7.0 ppm 

13 

C-NMR: 110-150 ppm 

UV: 

konjugierte Systeme

KWS - Alkene 

Nachweisreaktionen – Entfärbung von Br 2 

-Lösungen 

- anti-Addition über cyclisches Bromoniumion: 

Cyclohexen 

+ 

Br 

Br 

Violett Violett 

Bromonium- 

Ion 

Br + Br 

Br 

Br 

(racemisch) 

- anti-Selektivität auch für substituierte Doppelbindungen 

CO 2 H 

Br 2 

Br 

CO 2 H 

HO 2 C 

Br 2 

HO 2 C 

Br 

HO 2 C 

HO 2 C 

Br 

HO 2 C 

HO 2 C 

Br 

Fumarsäure 

(meso) 

Maleinsäure 

(racemisch)

Olefine – Bromaddition 

Br 2 

-Addition: 

- allylische Oxidation ( Quantifizierung problematisch) 

- konjugierte Doppelbindungen: 1,4-Addition 

- -I und -M Substituenten erniedrigen Reaktivität 

- Amine entfärben Bromlösung ebenfalls 

Addition von Cl 2 - nicht unbedingt trans-selektiv 

I 2 

- thermodynamisch nicht möglich 

IBr - analog zu Br 2

Olefine – Bromaddition 

• Identitätsprüfung von Sorbinsäure (Ph.Eur 5.0) 

H 3 C 

Sorbinsäure 

CO 2 H 

Br 2 

H 3 C 

Br 

Br 

CO 2 H 

Br 2 

(Überschuß) 

H 3 C 

Br Br 

CO 2 H 

Br Br 

• Iodzahl: Identitäts- und Reinheitsprüfung für Fette und fette Öle 

H 

R 

R 

H 

+ IBr 

Br 

Br 

+ I 2 + 

Br 

I 

Überschüssiges Iodmonobromid mit KI zu I 2 

und KBr 

Bestimmung von I 2 

mit Natriumthiosulfat-Lsg. (Na 2 

S 2 

O 3 

) 

I 2 

+ 2 S 2 

O 3 

2- 

→ 2 I - + S 4 

O 6 

2-

Olefine – 

Dihydroxylierungen 

Reagenzien: 

- Kaliumpermangnat (Entfärbung): „Bayersche Probe“ 

- Osmiumtetroxid 

O 

O 

+ KMn VII O 4 Mn 

O 

O 


H 2 O 

OH 

OH 

+ Mn V O 3 

- 

im alkalischen Hauptprodukt 

H 3 O + 

CO 2 H 

CO 2 H 

Probleme: 

- Überoxidation (Spaltung vicinaler Diole) 

- geringe Spezifität (falsch positiv: Phenole, Enole, 

Aldehyde u.v.m.)

Olefine – 

Dihydroxylierungen 

cis-vicinale-Dihydroxylierung mit Osmiumtetroxid: 

Keine Überoxidation, selektive cis-Dihydroxylierung 

gängige Methode mit OsO 4 (giftig, hoher Dampfdruck) 

statt OsO 4 wird K 2 OsO 4 eingesetzt, welches in situ oxidiert wird mit NMO 

K 2 Os VI O 4 + O N 

NMO 

O 

CH 3 

Os VIII O 4 + O N CH 3 

N-Methylmorpholin

Olefine – Epoxidierung 

+ 

HO 

O 

O 

Cl 

O O H O 

Ar 

O + Ar 

CO 2 H 

MCPBA 

H 3 O + OH 

OH 

Saure Hydrolyse liefert das trans-Diol 

Weitere Reaktionen von Olefinen: 

Ozonolyse 

Cycloadditionen (Diels-Alder) 

Hydrierungen 

Hydroborierung 

Polymerisation, Oligomerisation

Alkine 

H 

OH 

CH 

H 

OH 

CH 

HO 

H H 

Ethinylestradiol 

H 3 CO 

H H 

Mestranol 

Erlotinib (Tarceva ® ): 

Tyrosinkinaseinhibitor 

Nicht-kleinzelliges Bronchialkarzinom (2005) 

Pankreaskarzinom (2007) 

Mycomycin /Isomycomycin: 

Diinallen – Dientriin 

Pilzmetabolit 

Antibiotische Eigenschaften

Alkine 


- C-H Acidität → Salze (Vorsicht- Explosionsgefahr!) 

- Umsetzung mit KMnO 4 

- Br 2 -Addition (elektrophile Addition) 

- Hg 2+( H + )-katalysierte Hydratisierung 

‣ Spektroskopie: IR: 2160-2100 cm-1 (w) 

1 

H-NMR: 2.0-3.2 ppm (-C≡C-H) 

13 

C-NMR: 70-110 ppm (-C≡C-H) 

UV: 

konjugierte Systeme

Alkine 

• C-H-Acidität 

R C C H + Ag + -H 2 O 

pK S ~ 25 

OH - 

R C C Ag 

nicht trocknen 

Ph.Eur 5.0.: 

Gehaltsbestimmung von Ethinylestradiol 

Zugabe von Silbernitrat 

Titration der freiwerdenden Salpetersäure

Alkine 

• Hg 2+ (H + )-katalysierte Hydratisierung: 

- mit nachfolgender NaBH 4 

- Reduktion 

- „Onium“-Mechanismus über ein Mercurinium-Ion 

- auch an Doppelbindungen 

R 1 C C R 2 + H 2 O 

Hg 2+ R 1 R 2 

H 2 SO 4 

OH 

R 1 R 2 

O 

OAc 

+ OAc 

HgOAc 

+ Hg 

Hg OAc 

OAc 

- H + OH 

OH 2 

NaBH 4 

OH

Aromaten 


elektrophile aromatische Substitutionen: 

- Nitrierung mit HNO 3 

- Sulfonierung mit H 2 SO 4 

- Chlorsulfonierung mit ClSO 3 H 

- Friedel-Crafts-Alkylierung, -Acylierung 

mehrkernige Aromaten: 

- Oxidation zu Chinonen 

- basische Eigenschaft: Adduktbildung mit 

Pikrinsäure, Trinitrobenzol 

‣ Spektroskopie: IR: 1600, 1500, 710 – 810 cm -1 

charakteristisch für mono-, di-, trisubst. etc. 

1 H-NMR: 6.5-8.5 ppm 

13 C-NMR:95-165 ppm 

UV: 

205-260 nm (DC: 254 nm)

Aromaten 

• Elektrophile aromatische Substitution: 

R 

E + 

R 

E 

H 

R 

E 

H 

R 

E 

H 

- H + 

R 

E 

-Komplex 

- Nitrierung mit HNO 3 / H 2 SO 4 (→ Nitriersäure → E = NO 2 + (Nitronium-Ion) 

→ ArNO 2 , Red. zum Amin, Diazoniumsalze) 

- Sulfonierung mit H 2 SO 4 (E = SO 3 , → Ar-SO 3 H) 

- Chlorsulfonierung (= Sulfochlorierung) mit ClSO 3 H → ArSO 2 Cl → 

ArSO 2 NR 2 Sulfonamide) 

- Friedel-Crafts-Alkylierung, - Acylierung, z.B. mit Phthalsäureanhydrid 

O 

R + O 

AlCl 3 

R 

O 

O 

CO 2 H

Aromaten 

• Mehrkernige Aromaten: 

- Oxidation zu Chinonen 

- basische Eigenschaft: Adduktbildung mit Pikrinsäure, 

Adduktbildung mit Trinitrobenzol 

→ gut kristallisierende CT-Komplexe 

- Di- und Polynitroverbindungen nicht destillieren -Explosionsgefahr ! 

O 

O 

CrO 3 

HOAc 

O 

Anthracen 

O 

Anthrachinon 

Phenanthren 

Phenanthrenchinon

Aromaten 

• Weitere Reaktionen: 

elektrophile aromatische Substitution 

- Gattermann-Koch-Synthese 

- Vilsmeier-Synthese 

- Hydroxymethylierung, Aminomethylierung 

- Kolbe-Schmitt-Synthese (Salicylsäure) 

- Nitrosierung 

- Azokupplung 

nukleophile aromatische Substitution 

(in Anwesenheit von -I, -M Substituenten) 

Reduktion 

- Birch-Reduktion 

- Hydrierung

Halogenierte Kohlenwasserstoffe 

• Inhalationsanästhetika: - Halothan 

- Isofluran 

- Enfluran 

Br 

F H 

F 

F 

Cl 

rac-Haloethan 

F 

H H Cl 

F 

F O 

F F 

rac-Isofluran 

F 

H F F 

F 

F O 

Cl H 

rac-Enfluran 

• Chloramphenicol: 

- Streptomyces-Arten 

- bakteriostatisch 

- Reserveantibiotikum 

O 

H HN CHCl 2 

O 2 N C C 

OH 

OH H 

Chloramphenicol 

• Lösungsmittel: - Methylendichlorid (Dichlormethan) CH 2 

Cl 2 

- Chloroform CHCl 3 

- Tetrachlorkohlenstoff (Tetra) CCl 4 

• Reagenzien: 

- Säurechloride, Alkylierungsmittel MeI


• Alkylhalogenide: 

R CH 2 X R 2 CH X R 3 C X 

•Allylhalogenide: 

R 

R' 

X 

•Benzylhalogenide 

R 

X 

•Vinylhalogenide 

R 

X 

R' 

•Arylhalogenide 

R 

X 

•Vicinale, geminale Dihalogenide 

R 

R' 

X 

X 

R 2 

X 

C 

X 

R 

X 

X 

X



- Beilsteinprobe 

- NaOH → Alken, Alkohol, Aldehyd, Keton, Carbonsäuren 

- NaOH und AgNO 3 → AgX 

- Darstellung S-Alkyl-thiouroniumpikrate 

- F - -Nachweis: H 2 O 2 , Alizarin S, Zr(NO 3 ) 4 → [ZrF 6 ] 2- 

‣ Spektroskopie: - MS Isotopenverhältnis (Cl [35, 37] 3:1, Br [79, 81] 1:1) 

- GC Vergleich mit Standard (flüchtige Substanzen)


• Umsetzung mit NaOH: 

Alken, Alkohol, Aldehyd, Keton, Carbonsäure 

H 

C 

C 

X 

+ OH - + H 2 O + X - Ag + AgX 

S N 

H 

OH 

R' 

R 

X 

X 

R' 

R 

O 

R CX 3 

R CO 2 H 

nicht für Arylhalogenide, Vinylhalogenide und Tetrachlorkohlenstoff


• Reaktivität (für die Umsetzung mit NaOH): 

hoch: 

- Allyl-, Benzyl- und tertiäre Alkylhalogenide 

Grund: Resonanzstabilisierung des intermediären Kations 

mittel: 

gering: 

- primäre, sekundäre und geminale 

Alkylhalogenide (erwärmen) 

- Vinyl- und Arylhalogenide 

Grund: Elektronen des Halogen-Atoms sind mit in das 

-Elektronen-System des Olefins bzw. Aromaten 

einbezogen


• Darstellung S-Alkyl-thiouroniumpikrate: 

- nur für aliphatische R-X 

- Identifizierung über den Schmelzpunkt 

H 2 N 

R CH 2 X + S 

H 2 N 

alkohol. 

Lsg. 

H 2 N 

H 2 N 

S 

CH 2 R 

X 

Thioharnstoff 

- HX Pikrinsäure 

H 2 N 

H 2 N 

S 

CH 2 R 

O 

O 2 N NO 2 

NO 2


• Fluoridnachweis mit H 2 

O 2 

, Alizarin S, Zr(NO 3 

) 4 

→ [ZrF 6 

] 2- 

Zr 

4 

[ZrF 6 ] 2- + 

O 

O 

gelborange 

Alizarin S 

orange orange 

OH 

OH 

SO 3 Na 

Zr 4+ 

O 

O 

rotviolett 


OH 

OH 

SO 3 

Na 

F - 

O 

O 

OH 

gelborange 

orange orange 

OH 

SO 3 

Na

Halogenierte Kohlenwasserstoffe


13 

C-NMR: 140.3 (C q 

) ppm 

129.8 

128.7 

126.0 

13 

C-NMR: 135.9 (C q 

) ppm 

134.3 (C q 

) 

130.9 

129.0 

127.0 

126.5


Inhalte 

Einführung: 

Verbindungsklassen / Funktionelle Gruppen 

KWS: 




Aminosäuren: 

Amine: 

Thiole: 




Alkane, Alkene, Alkine, Aromaten, 

halogenierte KWS 






Sulfonsäuren 


Kohlensäure, Nitroverbindungen, 

Heterocyclen

Aliphatische Alkohole 

• Primäre Alkohole: 

• Sekundäre Alkohole: 

• Tertiäre Alkohole: 

• Allylalkohole: 

• Benzylalkohol: 

• Enole: 

Methanol, Ethanol, n-Propanol, n-Butanol 

2-Propanol, sec.-Butanol, Menthol 

tert.-Butanol 

Retinol, Morphin 

Benzylalkohol 

Warfarin, Ascorbinsäure (Endiol) 

CH 3 

H 3 C 

CH 3 

OH 

O 

OH 

H 3 C CH 3 

(-)-Menthol 

CH 3 CH 3 

OH 

CH 3 Retinol 

O 

O 

CH 3 

Warfarin



- Mischbarkeit mit Wasser (Verteilungskoeffizient) 

- Reaktion mit Natrium 

- Urethanbildung 

- Xanthogenatbildung 

- Umsetzung mit Cer(IV)-nitrat 

- Umsetzung mit Fe(III)-chlorid (siehe Phenole) 

- Unterscheidung 1°, 2° und 3°-Alkohole 

- Derivatisierungen (Veresterungen) 

- Hydroxylzahl 

‣ Spektroskopie: - IR: 3700-3600, 1050 cm-1 

- 1 H-NMR: Signalabnahme in D 2 O (Austausch) 

- 13 C-NMR: 40-80 ppm (1° Alkohole) 

45-90 ppm (2° Alkohole) 

50-90 ppm (3° Alkohole)

H[ 


Mischbarkeit mit Wasser: 

mischbar: MeOH, EtOH, 1-Propanol, 2- 

Propanol, tert.-BuOH 

nicht mischbar: 

n-Butanol (2-Phasensystem) 

n-Octanol/Wasser log-P-Wert-Bestimmung 

P = Verteilungskoeffizient 

Abschätzung der Bioverfügbarkeit von 

Arzneistoffen


• Reaktion mit Natrium: 2 R-OH + 2 Na → 2 R-O - Na + + H 2 

↑ 

Alkoholat 

VORSICHT H 2 

! 

• Umsetzung mit Phenylisocyanat: 

R OH + O C NPh R O N 

H 

Ph 

O 

Phenylisocyanat 

Urethan (Carbaminsäureester) 

Für primäre und sekundäre Alkohole, sowie für Phenole 

Urethane mit definierten Schmelzpunkten 

• Umsetzung mit 1-Naphthylisocyanat: 

fluoreszierende N-Naphthylcarbaminsäureester


• Umsetzung mit Kohlenstoffdisulfid: 

R OH + CS 2 + NaOH - H 2 O 

R O S 

(1°/2°) 

Kohlenstoffdisulfid 

S 

Xanthogenate 

Na 

+ Mo VI -Salze 

• Umsetzung mit Ce(IV)-nitrat 

farbige Mo-Komplexe, 

löslich in CH 2 Cl 2 

R-OH + Ce(NO 3 

) 6 

2- 

Ce(OR)(NO 3 

) 5 

2- 

+ HNO 3 

gelb gelb 

Orange/rot


• Unterscheidung primärer, sekundärer und tertiärer Alkohole 

1. ZnCl 2 

/HCl (Lukas-Reagens) 

R-OH 

ZnCl 2 

HCl 

R-Cl + H 2 

O 

1° Alkohole: werden gelöst, klare dunkel-gefärbte Lösung (bis C-5) 

2° Alkohole: werden zunächst gelöst, Lösung trübt sich mit der Zeit unter 

Abscheidung des Alkylhalogenids 

3° Alkohole: rasche Reaktion, Bildung von zwei Phasen



2. Phthalsäureanhydrid 

O 

O 

O 

+ HO CH 2 R 

O 

OH 

R 

O 

O 

1° Alkohole: glatte Reaktion 

2° Alkohole: Reaktion beim Erhitzen 

3° Alkohole + sterisch anspruchsvolle 2° Alkohole: keine Reaktion



3. Oxidationen: 

1° Alkohole: Aldehyde Carbonsäuren 

2° Alkohole: Keton 

3° Alkohole: keine Reaktion 

4. Enzymatische Oxidation: 

OH 

Enzym (ADH) 

O 

R 

R' 

R 

R' 

NAD + 

NADH 

→ für primäre und sekundäre Alkohole


• Derivatisierungen durch Veresterungsreaktionen 

1. Schotten-Baumann-Reaktion: Umsetzung mit Benzoylchlorid (in H 2 

O, NaOH) 

R OH + 

Cl - HCl O 

R 

O 

O 

Freiwerdende Salzsäure muss abgefangen werden mittels Hilfsbase.........Warum?


• Derivatisierungen durch Veresterungsreaktionen 

2. Veresterung mit 4-Nitrobenzoylchlorid oder 3,5-Dinitrobenzoylchlorid 

O 

O 

R 

OH 

+ 

Cl 

NO 2 

R 

O 

NO 2 

NO 2 

NO 2 

gut kristallisierende Verbindungen, Charakterisierung über Smp


• Hydroxylzahl: 

Die OHZ dient zur quantitativen Bestimmung der in einem Stoff enthaltenen 

acylierbaren Hydroxylgruppen. 

Die Hydroxylzahl gibt an, wie viel mg KOH der von 1g Substanz 

bei der Acylierung gebundenen Säure äquivalent sind ( Ph.Eur. 5.0) 

Methode A: Acetylierung mit Ac 2 O/ Pyridin; Hydrolyse des Überschusses 

Ac 2 O; Titration des Pyridiniumacetats; Blindprobe! 

R OH + H 3 C O CH 3 

O 

O 

Py 

O 

R O CH 3 

+ 

O 

HO CH 3 

H 2 O 

H 3 C 

O 

OH 

Titration 

mit KOH


Hydroxylzahl: 

Methode B: 

Acylierung mit Propionsäureanhydrid/p-TsOH (katalytisch); 

O 

O 

O 

+ H + 

- H + O 

Überschüssiges Säureanhydrid wird mit überschüssigem Anilin 

O 

OH 

CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 

zu Propionylanilid und Anilinpropionat umgesetzt 

→ Titration mit 0.1 M HClO 4 

R OH 

H 3 C 

H 3 C 

+ 

O 

O 

R 

OH 

O 

Propionsäure 

NH 2 

+ 

H 3 C 

H 3 C 

O 

O 

O 

H 3 C 

O 

N 

H 

+ 

NH 3 C 2 H 5 CO 2 

+ H 3 C 

O 

OH 

Titration 

mit HClO 4

Aliphatische Alkohole- (-)-Menthol 

CH 3 

5 

2 

H 3 C CH 3 

H 3 C 

1 

H 3 C 

OH 

HO 

CH 3 

1R, 2S, 5R 

= D-Menthol 

= (-)-Menthol 

Hauptbestandteil des Pfefferminzöls 

Analytik nach Arzneibuch 

• Identität: 3,5-Dinitrobenzoesäurementhylester: Schmelzpunkt = 154-157°C 

Razemat = 130-131°C 

• Reinheit: Drehwert: [] D -48 bis -51 

Prüfung auf C-1-Epimer 

GC auf Neomenthol 

Hydroxylzahl 

• Gehalt: 

(Hydroxylzahl) 

(GC)

Enole 

O 

R 1 R 2 

Keto-Form 

OH 

R 1 R 2 

Enol-Form 

• Keto-Enol-Tautomerie: 

abhängig von Lösungsmittel, pH, T, Konstitution 

• Ascorbinsäure: 

L-Xylo-Ascorbinsäure ( Vitamin-C) 

pK s = 4,17 und 11,57 

HO 

H 

O 

O 

OH 

OH 

HO 

HO 

H 

O 

OH 

O 

HO 

H 

O 

O 

OH 

O 

OH 

OH 

OH

Enole 

Nachweise / Reaktivität 

Olefin Entfärbung von Br 2 - und KMnO 4 -Lösung 

Carbonylverbindung 

Veretherung mit Diazomethan 

Me 

OH + CH 2 N 2 O 

R 1 R 2 

+ - 

- + 

-N R 1 R 2 

H2 C N N H2C N N 

2 

Fe(III)-Chlorid-Reaktion: 

blau 

(bei Phenolen) 

blau 


O FeCl 2 

R 1 R 2

Weitere Hydroxylierte KWST 

CH 3 

• Phenole: 

OH 

OH 

OH 

OH 

CH 3 

OH 

OH 

Phenol 

Resorcin 

OH 

OH 

Pyrogallol 

Kresol 

H 3 C CH 3 

Thymol (p-Cymen-3-ol) 

• Geminale Diole: Hydrate ( Carbonylverbindungen) 

• Geminale Triole: Orthosäuren ( Carbonsäuren) 

• 1,2-Diole 

OH 

R C OH 

OH 

Orthosäuren 

• 1,2-Aminoalkohole 

• Peroxide 

• Ether

Phenole 

‣ Nachweisreaktionen: - Farbreaktion mit FeCl 3 → Violettfärbung 

Phenolether reagieren nicht 

Entfärbung mit Isopropanol 

- leichte Oxidierbarkeit: 

- Phenolkupplung (über Radikale) 

- elektrophile Substitution (Br 2 ) 

- Gibbs-Reagenz (2,6-Dichlorchinon-chlorimid) 

- MBTH (3-Methylbenzthiazolin-2-on-Hydrazon) 

- Versterungen, Veretherungen 

- Acidität (pk s (Phenol) ≈ 10; pk s (Pikrinsäure) ≈ 0.8) 

‣ Spektroskopie: IR, UV: Aromaten, Alkohole 

1 H-NMR: Signalabnahme in D 2 O 

13 C-NMR: Aromaten, 

C ar -OH: ca. 140-170 ppm

Phenole 

• Leichte Oxidierbarkeit: - radikalischer Verlauf 

- resonanzstabilisierte Radikale 

O 

O 

O 

Folgereaktionen in o- oder p-Stellung 

- Verfärbung von Phenolkristallen 

- Pyrogallol-Lösung zur Entfernung von O 2 aus Gasen 

O 

Oxidative Phenolkupplung 

O 

O 

2 

O 

H 

Ox. 

H H 

2 

- H + 

- e - O O H O H 

OH OH 

+ 

OH 

OH

Phenole 

• Elektrophile aromatische Substitution (Br 2 

) 

OH 

+ 3 Br 2 

- 3HBr 

Br 

OH 

Br 

+ Br 2 

Br 

O 

Br 

KI 

Br 

Br 

Br 

Smp. 95° C 

2,4,4,6-Tetrabromcyclohexa-2,5-dien-1-on 

- Substitution wird durch OH-Gruppe erleichtert 

- +M-Effekt dirigiert in ortho- und para-Position 

- Ar-O - hat +M und –I-Effekt → noch stärker aktivierend 

- Koppe-Schaar-Methode nach Arzneibuch zur quantitativen Bestimmung von Phenolen 

(6 Äquivalente)

Phenole 

• Umsetzung mit 2,6-Dichlorchinon-chlorimid (Gibbs-Reagenz) 

H 

Cl 

Cl 

O 

N 

Cl 

H 2 O 

-HOCl 

Cl 

H 

O 

N 

Cl 

- 2 H 

O - 

O 

Cl 

Cl 

N 

O - 

- Identifizierung von Phenolen mit freier p-Stellung 

- Oxidative Kopplung zum Indophenolfarbstoff 

- Oxidationsmittel ist das Reagenz selbst 

- Auch mit 2,6-Dibromderivat 

- Anwendung: Nachweis von Pyridoxinhydrochlorid nach Arzneibuch 

HO 

HO 

OH 

Sprühreagenz (geringe Haltbarkeit!) 

N CH 3

Phenole 

• Umsetzung mit MBTH (3-Methylbenzthiazolin-2-on-hydrazon) 

S NH 2 

N 

N 

CH 3 

S NH + 

S E 

S 

N 

N N O 

N 

N 

CH 3 CH 3 

O - 

- Identifizierung von Phenolen mit freier o bzw. p-Stellung 

- Umsetzung in saurer und alkalischer Lösung möglich 

- Oxidationsmittel ist z. Bsp. Cer(IV)-sulfat 

- Unterscheidung o- und p-substituierter Verbindungen über die Farbe

Phenole 

• Veresterungsreaktionen (siehe aliphatische Alkohole) 

OH 

+ 

Cl - HCl O 

O 

O 

OH + O C NPh O N 

H 

Ph 

Phenylisocyanat 

O

Phenole 

• Veretherungsreaktionen 

- Darstellung von Aryloxyessigsäuren 

OH 

+ 

Cl 

O 

OH 

NaOH 

O 

O 

OH 

1-Naphthol 

Chloressigsäure 

Smp. 192° C 

- Veretherung mit 4-Nitrobenzylbromid 

Ar 

OH 

+ 

Br 

NO 2 

Na 2 CO 3 

Ar 

O 

NO 2 

- Methylether mit Diazomethan 

Mit Na 2 CO 3 als Base selektiv für Phenole

Phenole - Thymol 

CH 3 

CH 3 

H 3 C 

OH 

5-Methyl-2-(methylethyl)phenol 

Ph.Eur. 5.0 

• Analytik: 

- Keine Reaktion mit FeCl 3 (Löslichkeit in Wasser zu gering) 

Reinheitsprüfung auf „fremde Phenole“ 

- Umsetzung mit Chloroform/Natronlauge 

- Nitrierung 

- GC (Reinheitsprüfung) 

H 3 C CH 3 

HO 

CH 3 

+ CHCl 3 

NaOH 

HO 

H 3 C CH 3 

H 3 C CH 3 

HO 

CHCl 2 

CH 3 

H 3 C 

CH 3 CH 3 

CH 3 

O

Ether 

‣ Reaktivität: 

- allgemein: sehr reaktionsträge ( Paraffine) 

- Etherspaltung 

- Peroxidbildung 

‣ Spektroskopie: - IR: -C-O-C- 1150-1070 cm -1 (C-O Valenzs.) 

Ar-O-CH 3 1250 cm -1 

R-O-CH 3 1150-1120 cm -1 

2830-2815 cm -1 

- 1 

H-NMR: Alkyl-O-CH 3 3.2-3.4 ppm 

Aryl-O-CH 3 3.7-4.0 ppm (auch M.-ester) 

- 13 C-NMR: R-O-CH 3 40-60 ppm (auch M.-ester) 

R-O-CH 2 - 45-85 ppm 

R-O-CH- 

50-90 ppm 

R-O-CR 3 50-90 ppm

Ether 

Abb: IR-Spektrum von 4-Methoxyanilin 

• Spektroskopie: IR: - C-O-C- 1150-1070 cm -1 

- Ar-O-CH 3 1250 cm -1 

- R-O-CH 3 1150-1120 cm -1 

2830-2815 cm -1

Ether 

• Spektroskopie: - 1 H-NMR: - Alkyl-O-CH 3 3.2-3.4 ppm 

- Aryl-O-CH 3 3.7-4.0 ppm

Ether 

• Allgemeines: 

- aliphatische Ether / Phenolether 

- symmetrisch / unsymmetrisch 

- assoziieren nicht in flüssiger Phase niedrige Siedepunkte 

Dimethylether (-23°C) vs. Ethanol (78°C) 

Diethylether (35°C ) vs. n-Butanol (118°C) 

- Stabil gegenüber verdünnten Säuren und starke Basen 

- Löslich in H 2 SO 4 konz Oxoniumsalze 

R' 

O R H + R' 

O + 

H 

R

Ether 

• Etherspaltung: aliphatische oder aromatische Ether 

Diarylether werden nicht gespalten 

C O C + 2 HI C OH + C I 

C O CH 3 

C OH + H 3 C I 

Nachfolgende Bestimmung der Alkohole z. B. nach Veresterung 

Ar O C + HI Ar OH + C I 

siehe 

Phenole

• Peroxidbildung: 

O 2 

O O H 

H 3 C O CH 3 Licht H 3 C O CH 3 

Diethylether 

explosiv 

analog für THF: 

O 

radikalische Autoxidation zu Hydroperoxiden 

O 

OH 

Ether 

Ethanol, Acetaldehyd, Essigsäure 

Vorsichtsmaßnahmen: 

•MTBE als Ersatz für Diethylether (bildet keine Peroxide) 

•Ether über KOH in braunen Flaschen lagern (→ Peroxid wird unlöslich) 

•Di-iso-propylether nach Möglichkeit nicht verwenden 

• Test auf Peroxide

Peroxide 

• organische Peroxide 

• Hydroperoxide 

R O O R 

R O O H 

• Peroxysäuren 

R 

O 

O O H 

• Peroxidnachweis: R-O-O-R + 2 KI + 2 H + → I 2 

+ 2 R-OH 

Nachfolgende Titration des freigesetzten I 2 unter Zusatz von Stärke-Lösung 

Titration mit 0.01 M Na-thiosulfat-Lsg. 

I 2 + 2 S 2 O 

2- 

3 → S 4 O 

2- 

6 + 2 I - 

Peroxidzahl (POZ, Ph.Eur.)

Peroxide 

• Peroxidzahl (2.5.5. Ph.Eur. 5.0): 

Die Peroxidzahl (POZ) gibt die Peroxidmenge in Milliäquivalenten 

aktivem Sauerstoff an, die in 1000 g Substanz, gemäß den nachstehenden 

Methoden bestimmt, enthalten ist. 

Bestimmung von peroxidisch gebundenem Sauerstoffen in Fetten / Ölen 

(radikalische Autoxidation Fettsäuren 

Aktivierte, leicht homolytisch abspaltbare H-Atome: 

O 

H 

C 

O 

C 

H 

C 

C 

C 

H

Mehrwertige Alkohole 

Diole, Triole, Tetrole, etc. 

‣ Reaktivität: 

- Glykolspaltung 

‣ Spektroskopie: 

Alkohole 

- Glykol (Ethylenglykol, Ethan-1,2-diol): Sdp. 196-198° C 

Schutzgruppe für Carbonylverbindungen (Acetalisierung) 

H 3 C 

O + HO 

OH 

H 3 C 

H 3 C O 

H 3 C O 

- Glycerin (Glycerol, 1,2,3-Propantriol): Sdp. 290° C, Smp. 18° C 

Fette: Ester des Glycerins 

(Triglyceride, Diglyceride, Monoglyceride) 

H + 

O 

O 

O 

O 

O 

O 

R 

R 

R


• Glykolspaltung 

1. NaIO 4 , H 2 O, MeOH (‚Malaprade‘-Reaktion) 

2. Pb(OAc) 4 , org. LM (‚Criegee-Reaktion‘) 

cis 

OH 

OH 

OH 

OH 

NaIO 4 

MeOH, H 2 O 

NaIO 4 

MeOH, H 2 O 

O 

O 

O 

O 

+ 7 

I 

I 

O 

O 

O 

O 

O 

O 

O 

H 

+ 5 

H + IO 3 

O Iodat 

trans


Limitierung 

OH 

OH 

OH 

OH 

keine Spaltung mit NaIO 4 weil keine Ausbildung des Iod(VII)säureesters möglich 

Quantifizierung Glycerin + NaIO4 H 2 CO + IO 3 

- 

H 

+ 

O 

OH 

HO 

H 

+ NaIO 4 

H 2 C 

O 

O 

I 

O 

O 

O 

ACIDIMETRIE 

HCO 2 H + H 2 CO + IO 3 

-





R 1 

org. LM 

R 2 C OH 

(absolut) 

R 3 + Pb(OAc) 

C OH 

4 

- 2 AcOH 

R 4 

R 1 

C O + 4 

Pb(OAc) 2 

R 3 C O 

R 4 

R 2 

O 

R 1 R 2 

O 

+ 2 

+ + Pb(OAc) 2 

R 3 R 4 

Spaltung von 1,2-Aminoalkoholen: 

R 1 

C OH 

R 3 + Pb(OAc) 

C N R 

4 

- AcOH 

R 4 R 

R 2 

R 1 

OAc 

R 2 

O 

C O Pb(OAc) 2 

R 3 C N R 

R 1 R 2 

R 4 R 

R R OAc 

N 

+ + Pb(OAc) 2 

R 3 R 4 

H 2 O 

O 

R 3 R 4 

+ R 2 NH + AcOH





OH 

OH 

O 

OH 

OH 

O 

Spaltung mit Pb(OAc) 4 

möglich 

( zweiter Mechanismus)


D-Sorbit (D-Sorbitol, D-Glucit, D-Glucitol, E420) 

• Zuckeraustauschstoff (60% Süßkraft von Rohrzucker) 

beständiger gegen Säuren, Basen, Licht, Luft 

H 

HO 

H 

H 

CH 2 OH 

OH 

H 

OH 

OH 

CH 2 OH 

• Identifizierung: 

Schmelzpunkt (110-112°C), aber hygroskopisch 

Spez. Drehung zu gering 

Hexaacetat: Smp. 96-101° C 

Oxidation zur Hexose Fehlingsche-Lösung 

•Reinheit: 

Mono- und Oligosaccharide Reduktionsvermögen 

• Gehaltsbestimmung: HPLC (Ph.Eur. 5.0) 

früher: NaIO 4 → Ameisensäure-Titration


D-Mannit (D-Mannitol, E421) 

• Manna besteht zu ca. 40-60 % aus Mannit 

• Füllstoff für Pharmazeutika 

Smp. 165-170° C (nicht hygroskopisch) 

HO 

HO 

H 

H 

CH 2 OH 

H 

H 

OH 

OH 

CH 2 OH 

• Identifizierung: 

DC (Detektion mit NaIO 4 und Aminobenzoesäure) 

Schmp., IR, spez. Drehung 

• Gehalt: 

HPLC 

früher mit NaIO 4 → Ameisensäure-Titration

Organische Analytik

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