Praktikum “Arzneimittelanalytik, Toxikologie, Drug monitoring und umweltrelevante Untersuchungen“

Quantifizierungvon Arzneistoffen

Praktikum “Arzneimittelanalytik, Toxikologie, Drug monitoring und umweltrelevante Untersuchungen“

Bestimmung eines Einzelstoffs: unproblematisch, weil die Methode nicht selektiv sein muss

Bestimmung im Gemisch:Isolierung erforderlich oder Wahl selektiver Methoden

Einführung

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Trennung über Löslichkeit

� Abtrennung durch Filtration nach selektiver Auflösung

� flüssig/flüssig-Extraktion bei bestimmtem pH-Wert(Stas-Otto-Trennungsgang)

Destillation/Wasserdampfdestillation

� flüchtige/ölige Substanzen

Chromatographische Trennung

Isolierung der Analyten

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1. Gravimetrie

� Quantitatives Ausschütteln des Arzneistoffes

� Bei Mehrstoffgemischen evtl. problematisch

� Quantitative Fällung als schwerlösliche Salze, z.B. Chloride, Sulfate, Pikrate

� Oft Bestimmung von Gegenionen sinnvoll: Cl- mit AgNO3; SO42-: mit BaCl2

� Fällung basischer Arzneistoffe als Pikrate

� z.T. Überführung in Wägeform: Bsp: Al(OH)3 zu Al2O3

� Grundvorraussetzung:

� Schwerlöslichkeit des Stoffes

� Quantitative und spezifische Fällung

� Stöchiometrische Zusammensetzung des Niederschlages

Methoden zur Bestimmung der Arzneistoffe - Gravimetrie

OH

NO2O2N

NO2

Pikrinsäure

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1. Gravimetrie

� Allgemeine Hinweise

� auf vollständige Fällung achten

� bei Filtration auf Porengröße und Partikelgröße achten

� Beachtung der molaren Masse des Fällungsproduktes und der

Analysensubstanz

� Tiegel oder Kolben möglichst konstant wiegen; keine Wägung

heißer Tiegel

� mehrfach mit kleinen Portionen waschen (Nernst‘scher Verteilungssatz)

Methoden zur Bestimmung der Arzneistoffe - Gravimetrie

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1. Gravimetrie

� mögliche Probleme

� Bildung von Kolloiden – keine Kristallisation möglich durch

Oberflächenladungen, Kolloide werden von Filterfritte nicht

zurückgehalten

� Alterung/Reifung – Rekristallisation, Modifikationsänderungen

� Mitfällung anderer Ionen durch Adsorption, Okklusion/Inklusion in

Kristalle

Methoden zur Bestimmung der Arzneistoffe - Gravimetrie

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2. Titrationen

� Titration mit wäßrigen Titrationslösungen: HCl, NaOH, KOH

� organische Lösungsmittel zur Lösungsverbesserung und/oder Steigerung der Acidität (Ethanol, Aceton, THF) [nivellierender Effekt des Wassers]

� wasserfreie Titrationen

� Endpunktsbestimmung mit Indikator oder potentiometrisch

� Maßlösungen sind immer gegen Urtiter eingestellt (Na2CO3 zum Einstellen

von HCl-Maßlösung) das Arzneibuch legt bestimmte Urtitersubstanzen genau fest

Anforderung an Urtiter: gut wägbar, absolut rein, chemisch inert, leicht löslich in H2O

Methoden zur Bestimmung der Arzneistoffe - Titrationen

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2.1 Säure-Base-Titrationen

2.1.1 Klassische Acidimetrie in wässrigem Milieu

� z.B. Ibuprofen (pKs 4,4): Titration in Ethanol mit NaOH

(Phenolphthalein)

2.1.2 Verdrängungstitration

� Titration von Hydrochloriden als Kationsäuren- Lösung in Ethanol/Wasser, Zugabe von 5 ml HCl- Titration mit NaOH, potentiometrisch, 2 Wendepunkte

� z.B. Bromhexin-HClpKs 9,5 (Salz einer schwachen Base)

N

CH3NH2

Br

BrHCl

COOH

Methoden zur Bestimmung der Arzneistoffe - Titrationen

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2.1 Säure-Base-Titrationen

2.1.3 Argentoacidimetrie

� bei schwach aciden Verbindungen (OH, SH, NH, CH-acide)

� Fällung von Ag-Salzen unter H+-Bildung

� Lösung in Pyridin, Zugabe von AgNO3

� Titration mit NaOH gg. Phenolphthalein

X-H + AgNO3 → X-Ag + Pyr-H+

� z.B. Theobromin, Theophyllin, Phenobarbital, (vgl. Ethinylestradiol)

NH

HN O

O

O

Methoden zur Bestimmung der Arzneistoffe - Titrationen

NH

HN O

O

O

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N

N

N

NO

O

CH3 CH3

H3C

2.1 Säure-Base-Titrationen

2.1.4 wasserfreie Titration

� bei nicht ausreichender Acidität/Basizität in wässrigem Milieu

� schwache Basen, z.B. Coffein, Atropinsulfat, Hydrochloride� Lösungsmittel: Essigsäure/Acetanhydrid� Titration mit HClO4� Potentiometrie, Thymolblau, Kristallviolett

Methoden zur Bestimmung der Arzneistoffe - Titrationen

HClO4 + H3C-COOH ClO4- + H3C-COOH2

+

R3N + H3C-COOH R3NH+ + H3C-COO

-

H3C-COO- + H3C-COOH2

+2 H3C-COOH

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2.1.4 wasserfreie Titration

� schwache Säuren, z.B. Sulfamethoxazol� Lösungsmittel: DMF� Titrationsmittel für Säuren:� ethanolische KOH• Lithium- und Natriummethanolat (in MeOH/Toluol)

• Tetrabutylammoniumhydroxid (TBAH)

⇒ vor allem für schwach NH-acide Verbindungen

Methoden zur Bestimmung der Arzneistoffe - Titrationen

SHN

NO

CH3

H2N

O O

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2.1 Säure-Base-Titrationen

2.1.5 Zweikomponentenbestimmung durch Titration

� Voraussetzung: pKs-Werte der Arzneistoffe müssen ausreichend

weit auseinander liegen

Bsp.: Indometacin (pKs 4,5) und Amitryptilin-HCl (pKs 9,46)

Verdrängungstitrationmit NaOH→ 3 WP

Methoden zur Bestimmung der Arzneistoffe - Titrationen

überschüssige HCl

Indometacin

Amitryptilin HCl

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3. Fällungstitrationen, v.a. Argentometrie

� Mohr

�Titration mit AgNO3 in Anwesenheit von wenig CrO42- (gelb), am ÄP

rotbrauner Niederschlag (Ag2CrO4) Problem: stark pH abhängig (nur im neutralen; im sauren bildet sich Cr2O7

2- ,im alkalischen AgOH und Ag2O))

� Fajans

� Zugabe eines Adsorptionsindikators, z.B. Eosin, Farbwechsel am ÄP (überschüssige Ag+-Ionen adsorbieren am Niederschlag, Anlagerung des neg. geladenen Indikators → Farbwechsel von gelb nach rosa)

� Volhard

� Ag+ Überschuss, Titration mit SCN- in Gegenwart von Fe(III)-Ionen, Rotfärbung am ÄP; durch Schwerlöslichkeit von AgSCN entsteht erst ab dem ÄP Fe(SCN)3

Methoden zur Bestimmung der Arzneistoffe - Titrationen

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4 Komplexometrische TitrationenBestimmung von Kationen

5 Redoxtitrationen

� 5.1.Iodometrie� oxidierbare Arzneistoffe mit I2 , meist wird I2 in situ erzeugt (I- + IO3

-); Indikator Stärke (z.B. Vit. C, ACC, Metamizol-Na))

� reduzierbare Arzneistoffe mit I-, Rücktitration des Iods mit S2O32-

(z.B. H2O2-Lsg, NaOCl-Lsg)

Methoden zur Bestimmung der Arzneistoffe

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5.2 Bromometrie� Oxidationsreaktionen, z.B. Isoniazid und Dihydralazinsulfat

(Hydrolyse zu Hydrazin, Ox. zu N2 unter Verbrauch von 2 Br2)

� Additionsreaktionen, z.B. Chinin/Chinidin(Addition von Br2 an Doppelbindungen)

�Substitution an aktivierte Aromaten wie Phenole, aromatische Amine

(elektrophile arom. Substitution in ortho- und para-Position)→ Koppeschaar-Titration (Benzocain, Sulfonamide)

Brom-Erzeugung in situ (BrO3- + 5Br- +6H+ � 3 Br2 +3H2O)

Methoden zur Bestimmung der Arzneistoffe

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5.3 Cerimetrie� Ox. mit Ce4+, z.B. Paracetamol (nach saurer Hydrolyse),

Menadion, Nifedipin

� Redoxindikatoren wie Ferroin

5.4 Nitritometrie

� primäre aromatische Amine (z.B. Benzocain)

� evtl. erst Hydrolyse oder Reduktion (Zn/HCl) zum prim. arom. Amin

� Titration mit NaNO2 Maßlösung

� Zugabe von Bromid zur Stabilisierung des Nitrosyl-Kations

� Dead-Stop-Titration (Biamperometrie)

� Indikatoren: Potentiometrie, Farbindikatoren

Methoden zur Bestimmung der Arzneistoffe - Titrationen

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6. Spektroskopische Verfahren: UV/Vis

A= . c . d

bzw: A= ε.c.d (c in Mol/l)

1%

1cm

A

b

c

A

=⋅

A cm

%1

1

b/d : Schichtdicke [cm]

A : Absorption der Lösung

c : Konz. der Lösung [%]

A cm

%1

1 : spez. Absorption

ist abhängig von Messwellenlänge, Lösungsmittel, pH-Wert, (Gerät)→ Literaturwert oder Bestimmung (mittels Vergleich)

A cm

%1

1

Methoden zur Bestimmung der Arzneistoffe – UV/Vis

Grundlage: Lambert-Beersches Gesetz

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6. Spektroskopische Verfahren: UV/Vis

� Bestimmung eines Einzelstoffes

theoretisch: Bestimmung über spez. Absorption

praktisch: Bestimmung über Kalibriergerade; bzw. DreisatzKalibrationskurve

0

0,2

0,4

0,6

0,8

0 1 2 3 4

Konzentration [mg/ml]

Ab

sorp

tion

Methoden zur Bestimmung der Arzneistoffe – UV/Vis

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6. Spektroskopische Verfahren: UV/VIS

� Bestimmung des Gehaltes eines Arzneistoffes (I) bei bekanntem

Gehalt eines zweiten Arzneistoffes (II)

• (II) an λ1max bestimmen (mit Lösung bekannter Konz.)

• Messung der Absorption des Gemisches Ages bei λ1max

λ1max

A cm

%1

1

A(I) = Ages – [ (II) · c(II)]A cm

%1

1

c(I) = A(I)

A cm

%1

1 (I)

Methoden zur Bestimmung der Arzneistoffe

Ages. = A(I) + A(II)

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6. Spektroskopische Verfahren: UV/Vis

Zweikomponentenbestimmung

Bestimmung zweier Arzneistoffe: Überlagerung der Spektren!

Andere Möglichkeiten:

� Wechsel des Lösungsmittels

� Änderung des pH-Wertes

Bathochromer Shift

Methoden zur Bestimmung der Arzneistoffe – UV/Vis

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6. Spektroskopische Verfahren

UV/Vis- Zweikomponentenbestimmung

� gemessen wird die Gesamtabsorption des Gemischesbei 2 Wellenlängen (λ1 und λ2)

� λ1 und λ2 sollten Maxima oder Punkte mit großer Absorption sein: A > 0,2 bzw. A < 0,8

� der spez. Absorptionskoeffizient muß für beide Substanzen bei beiden Wellenlängen bekannt sein (vorher mit Vergleich bestimmen)

Formel zur Berechnung

s. Rücker/Neugebauer/Willems

Methoden zur Bestimmung der Arzneistoffe – UV/Vis

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7. Weitere Instrumentelle Verfahren

�Spektroskopische Verfahren

� Fluorimetrie

�Chromatographische Verfahren

� HPLC (Terminanalyse mit DA Detektor)� GC� DC, HPTLC mit UV- oder Fluoreszenzdetektion

�Kapillarelektrophorese (CE)

� UV- oder Fluoreszenzdetektion

Methoden zur Bestimmung der Arzneistoffe

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Vorgehensweise:

immer einen Blindwert bestimmen

Bestimmung einer Vergleichsanalyse mit identischer

qualitativer Zusammensetzung(wozu gibt es schliesslich die Vergleichssubstanzen!?)

wenn möglich, Mehrfachbestimmungen durchführen

Allgemeine Hinweise

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Literatur: DAB, EuAB, USP, BP

Arzneibuchkommentar

Hagers Handbuch der pharmazeutischen Praxis

Auterhoff/Kovar:

Identifizierung von ArzneistoffenK. Müller:

Arzneimitteluntersuchungen

Allgemeine Hinweise