Struktur und Spektroskopie Industrieller Produkte: Arzneimittel, Giftstoffe, Kunststoffe, Farbstoffe, Pestizide 9783110649383, 9783110649352

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Manfred Kraft Struktur und Spektroskopie Industrieller Produkte

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Manfred Kraft

Struktur und Spektroskopie Industrieller Produkte Arzneimittel, Giftstoffe, Kunststoffe, Farbstoffe, Pestizide

Autor Dr. Manfred Kraft Hansastr. 13 23683 Scharbeutz

ISBN 978-3-11-064935-2 e-ISBN (PDF) 978-3-11-064938-3 e-ISBN (EPUB) 978-3-11-064964-2 DOI https://doi.org/10.1515/9783110649383

Dieses Werk ist lizenziert unter der Creative Commons Namensnennung - Nicht-kommerziell Keine Bearbeitung 4.0 International Lizenz. Weitere Informationen finden Sie unter https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/. Library of Congress Control Number: 2022942743 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.dnb.de abrufbar. © 2023 bei den Autorinnen und Autoren, publiziert von Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston Dieses Buch ist als Open-Access-Publikation verfügbar über www.degruyter.com. Einbandabbildung: Christian Camus/iStock/Getty Images Satz: Integra Software Services Pvt. Ltd. Druck und Bindung: CPI books GmbH, Leck www.degruyter.com

Vorwort Die moderne Analytik ist eine Bedingung für technisch wissenschaftlichen Fortschritt, der auf neue Werkstoffe, rationellere Produktionsmethoden und neue Produkte angewiesen ist. Die Analytik ermöglicht die Erkennung und Beherrschung der mit diesem Fortschritt verbundenen Risiken für Umwelt und Gesundheit. Die vielen Querbeziehungen zu anderen Disziplinen der Naturwissenschaften, zu Medizin und Technik bis hin zu richterlichen Entscheidungen begründen ihren hohen interdisziplinären Stellenwert. Wissenschaft und industrielle Anwendung verbinden untrennbare Teile eines Ganzen, die sich in ständiger gegenseitiger Wechselwirkung entwickelt haben. Es fällt heute schwer, dass man sich in vollem Ausmaß vorstellt, wie faszinierend in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts die Möglichkeit erscheinen musste, die sehr teuren und nicht jedermann zugänglichen Naturfarbstoffe durch synthetische Farbstoffe mit ähnlicher Farb- und Leuchtkraft ersetzen zu können. 1862 waren die sogenannten „Teerfarbstoffe“ die Sensation einer Londoner Weltausstellung. Kein chemischer Fortschritt, weder vorher noch nachher, hat eine ähnlich große Wirkung auf die Entwicklung der chemischen Industrie gehabt. Denn es war nicht zuletzt zum Zwecke der Fabrikation dieser Teer- oder Anilinfarbstoffe, dass jetzt in kurzer Folge einige der bedeutendsten Firmen der deutschen chemischen Industrie gegründet wurden: 1863 Farbenfabriken Bayer sowie die Farbwerke Hoechst, 1865 die Badische Anilin- und Sodafabrik und 1871 die Cassela Farbwerke Mainkur, ein ehemaliges Chemie- und Pharmaunternehmen mit Sitz in Frankfurt – um nur einige Beispiele zu nennen. Die Naturstoffchemie zeigt aufgrund der spektroskopischen Methoden, besonders der IR-, NMR- und Massenspektroskopie, wie jung dieses Gebiet trotz seiner langen Geschichte geblieben ist. Sie fand seit der Isolierung und Strukturermittlung der ersten Hormone durch Butenandt im Jahre 1929 (Östron) und 1931 (Androsteron) steigendes Interesse. Dies lag auch darin begründet, dass an den Forschungsstätten der Hochschulen und der Industrie bald Steroide synthetisiert wurden, deren pharmakologische Wirksamkeit teilweise die der natürlichen Hormone weit übertreffen. Die von Windaus durchgeführte Konstitutionsaufklärung z. B. des Ergosterins zog sich über 15 Jahre hin und zahlreiche Studenten und Assistenten waren mit diesem einzigen Thema beschäftigt. Heute ist es eine Standardpraktik für eine neu aufgefundene organische Verbindung nach einer Reinheitsprüfung Absorptionsspektren sowie das Massenspektrum aufzunehmen. Die Methodik der Chemotherapie brachte eine große Wende in der Medizin. Erste grundlegende Ergebnisse waren schmerzlindernde und fiebersenkende Mittel wie Phenazon, Pyramidon und Aspirin. Das erste Jahrzehnt des 20. Jahrhunderts sah dann den Beginn der Ära der Chemotherapie durch Paul Ehrlich und die von ihm entwickelte Syphilistherapie mit Salvarsan. Um 1920 folgte die Entwicklung der Therapie tropischer Infektionskrankheiten wie z. B. der Schlafkrankheit und von dort führte der Weg zur Chemotherapie bakterieller Infektionen mit Sulfonamiden, über die Gerhard Open Access. © 2023 bei den Autorinnen und Autoren, publiziert von De Gruyter. Dieses Werk ist lizenziert unter der Creative Commons Namensnennung - Nicht-kommerziell - Keine Bearbeitung 4.0 International Lizenz. https://doi.org/10.1515/9783110649383-202

VI 

 Vorwort

Domagk 1936 zuerst berichtet hat. Die Entwicklung der Anwendung von Antibiotika während und nach dem Zweiten Weltkrieg vervollständigte das Arsenal der gegen die wichtigsten Infektionskrankheiten gerichteten Medikamente. In den l 930er-Jahren begann Linus Pauling mit der Veröffentlichung von Aufsätzen über die Natur der chemischen Bindung, die 1939 in seinem berühmten Buch „Die Natur der chemischen Bindung“ veröffentlicht wurde. Vor allem für diese Arbeiten auf diesem Gebiet erhielt er 1954 den Nobelpreis für Chemie. Und dennoch wird die Chemie heute von außen oft kritisch gesehen. Um 1960 nahm die Luftverschmutzung bedrohlich zu und unsere Flüsse wurden mehr und mehr zu schmutzigen, schäumenden Abwasserkanälen. Aus dem zutiefst bedauerlichen schweren Unfall im indischen Bhopal wurde verallgemeinernd die Schlussfolgerung gezogen, die Chemie mute den Menschen ein unverantwortliches Risiko zu. Auch andere Ereignisse der damaligen Zeit wie z. B. der traurige Contergan-Fall haben dazu beigetragen, dass die Chemie nun nicht mehr in dem strahlenden Glanz der früheren Jahre gesehen wurde. Verantwortungsloser Missbrauch der Chemie wurde bei kriegerischen Auseinandersetzungen deutlich. Erinnert sei nur an den massenhaften Einsatz von Herbiziden durch die amerikanische Armee im Vietnamkrieg. Sie zerstörten nicht nur riesige Vegetationsflächen, sondern eine Begleitkomponente der Herbizide, das Dioxin, wirkte sich als eine der höchst toxischen Substanzen überhaupt verheerend auf die Menschen und ihre Umwelt aus. Bacons einstige Vision, nach der das Studium der Naturerscheinungen Wunder für den Wohlstand der Menschheit hervorbringen werde, ist eben nur die eine Seite der heutigen Wirklichkeit. Die andere Seite schließt die unbedingte Notwendigkeit ein, verantwortungsbewusst mit den Erkenntnissen der Wissenschaft umzugehen und dies sowohl bezüglich ihrer Produkte als auch der für ihre Herstellung benötigten Rohstoffe und Energiemengen. Das Ringen um eine möglichst niedrige Energiebilanz bei chemischen Reaktionen muss an erster Stelle stehen. Die Durchführung der Niederdrucksynthese bei der Polymerisation durch den Einsatz metallorganischer Mischkatalysatoren, wie sie seit 1950, besonders seit den Arbeiten von Ziegler, erfolgt, ist ein Beispiel dafür. Die Welternährung ist sicher das wichtigste Zukunftsproblem, wobei man ganz unmittelbar auf die Chemie angewiesen ist. Die chemische Industrie hat die negative Erfahrung mit DDT und den anderen halogenierten Kohlenwasserstoffen als Herausforderung verstanden, andere Insektizide zu entwickeln, die um Zehnerpotenzen wirksamer sind und überdies schneller abgebaut werden, sodass die Umweltbelastung durch sie sehr viel niedriger als beim DDT ist. Beim „DDT-Fall“ wird jedoch oft verschwiegen, was DDT an Vorteilen für den Menschen gebracht hat. Wer erinnert sich denn schon in diesem Zusammenhang daran, dass es noch nach dem Zweiten Weltkrieg in Italien pro Jahr 400.000 Malariakranke gab und dass der Malariaerreger dort nach einer intensiven DDT-Aktion seit 1952 praktisch ausgestorben ist. Dies spielt aber in der öffentlichen Diskussion

Vorwort 

 VII

so gut wie keine Rolle, was den britischen Nobelpreisträger Max Perutz zu der bitteren Bemerkung veranlasste, die Umweltfreunde würden die Zahlen der Malariatoten gegen das Dünnerwerden der Eierschalen von Wildvögeln abwägen. Wie kann der Mensch in Freiheit leben? Wie soll man sich gegen die Zwänge der Realität, gegen Unterdrückung durch Tyrannen, verkrustete Strukturen und Regeln zur Wehr setzen? Die Evolution des Denkens und des Wissens als Grundlage der kulturellen Evolution beginnt jetzt, die eigenen biologischen Grundlagen – das genetische Informationssystem – zu verändern. Die Menschheit ist in ihrer historischen Entwicklung geradezu dadurch charakterisiert, dass sie mit genialen, bahnbrechenden Ideen konfrontiert wurde, von denen sie glaubte, ihre Realisierung verhindern zu müssen – aus der Angst, damit nicht fertig werden zu können. Dies hat immer wieder dazu geführt, die weitere Entwicklung tief pessimistisch zu sehen. Tatsächlich lehrt uns die Geschichte der Naturwissenschaften und der Medizin, dass der Mensch immer wieder in der Lage war, mit derartigen Problemen fertig zu werden. Und alle Menschen sollten sich zusammenfinden können unter der Devise: ,,Keine blinde Opposition gegen den Fortschritt, aber Opposition gegen den blinden Fortschritt“. Das Gelingen eines aus der industriellen Praxis entstandenen Werkes ist naturgemäß auch vom Wohlwollen der Firmenleitung abhängig, der ich für die Erlaubnis zur Veröffentlichung von Absorptions- und Massenspektren der Bayer-Zentralkartei danke, die ich mit meinen ehemaligen Mitarbeitern, Herrn Dr. Thies und Herrn Langohr, aufnahm. Herrn Prof. H. Obermann (Göttingen), der die Auflage dieses Buches nicht mehr miterleben durfte, danke ich für das freundliche Eingehen auf alle Fragen und Wünsche. Scharbeutz im Sommer 2022

Dipl.-Chem. Dr. Manfred Kraft

Inhaltsverzeichnis Vorwort 

 V

 1 1 Methodik  1.1 Absorptionsspektroskopie   3 1.1.1 UV/VIS-Spektroskopie   5 1.1.1.1 Inkrementrechnung   9 1.1.2 Grundlagen der Schwingungsspektroskopie   11 1.1.2.1 Infrarotabsorption   12 1.1.2.1.1 Valenz- und Deformationsschwingungen   13 1.1.2.1.2 Carbonylverbindungen   13 1.1.2.1.3 Kohlenwasserstoffe    21 1.1.2.1.4 Stickstoffheterocyclen   31 1.1.2.1.5 Schwefelverbindungen   43 1.1.2.1.6 Alkohole und Phenole   48 1.1.2.1.7 Amine und Aminderivate   51 1.1.2.1.8 Aminosäuren   56 1.1.2.1.9 Halogenverbindungen   57 1.1.2.1.10 Phosphorverbindungen   59 1.1.2.1.11 Mehrkernige Carbocyclen   61 1.1.2.1.12 Chinone   62 1.1.2.1.13 Ether   63 1.1.2.1.14 Acetale   64 1.1.2.1.15 Terpene   65 1.1.2.1.16 Dreifachbindungen und kumulierte Doppelbindungen  1.1.2.1.17 Nitroverbindungen   67 1.1.2.2 FTIR-Spektrometer   68 1.1.2.3 Raman-Spektren   69 1.1.3 NMR-Spektroskopie   76 1.1.3.1 Resonanzbedingung   79 1.1.3.2 Relaxation   82 1.1.3.3 Die chemische Verschiebung   82 1.1.3.4 Spin-Spin-Kopplung   83 1.1.3.4.1 Karplus-Beziehung   97 1.1.3.5 Aufnahme von NMR-Spektren   99 1.2 Massenspektroskopie   102 1.2.1 Elementaranalysen   104 1.2.2 Historische Daten   105 1.2.3 Umlagerungen   106 1.2.4 Typische Zerfallsreaktionen   107

 66

X 

1.2.5 1.3

 Inhaltsverzeichnis

Wirkstoffe   108 Laborautomatisierung 

 144

 145 2 Arzneimittel  2.1 Arzneimittelpflanzen   146 2.2 Hypnotika (Schlafmittel)   178 2.3 Sympathomimetika   180 2.4 Steroide   183 2.4.1 Massenspektrometrie   186 2.4.2 IR- und Raman-Spektren   188 2.4.3 UV-Absorption   192 2.5 Alkaloide   200 2.5.1 Indolalkaloide   203 2.5.2 Opioide   208 2.5.3 Amaryllidaceen-Alkaloide   212 2.5.4 Lycopodium-Alkaloide   214 2.5.5 Ipecacuanha-Alkaloide   215 2.5.6 Berberin   217 2.5.7 Lobelia-Alkaloide   219 2.5.8 Mutterkornalkaloide   220 2.5.9 Yohimbin   221 2.5.10 Koffein   222 2.5.11 Vinca-Alkaloide   223 2.6 Psychopharmaka   224 2.7 Stimulanzien   235 2.8 Analeptika   238 2.9 Betablocker   239 2.10 Antibiotika   240 2.10.1 Chloramphenicol   243 2.10.2 Cycloserin   245 2.10.3 Actinomycine   246 2.10.4 Griseofulvin und Griseofulvol   247 2.10.5 Sulfonamide   248 2.10.6 Trimethoprim   249 2.10.7 Penicilline   250 2.11 Antiprotozoika   251 2.12 Anthelmintika   251 2.13 Analgetika   252 2.13.1 Narkotika   258 2.13.2 Lokalanästhetika   260 2.14 Antikoagulanzien   262 2.15 Protonenpumpenhemmer   263

Inhaltsverzeichnis 

2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22 2.23 2.24 2.25 2.26 2.27 2.28 2.29 2.30 2.31 2.32 2.33 2.34 2.35 2.36 2.37 2.38 2.39 2.40 2.41 2.42 2.43 2.44 2.45 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10

 264 Antihypertensiva  Sexualhormone   272 Antiarrhythmika   274 Zytostatika   277 Antihistaminika   279 Lipidsenker   286 Dermatika   288 Gichttherapeutika   292 Muskelrelaxanzien   294 Antiseptika    296 Parkinsonmittel   298 Antidiabetika   303 Anorektika   305 Vasoaktive Substanzen   306 Antiphlogistika   310 Antiemetika   310 Laxativa    312 Diuretika   313 Expektoranzien   314 Nicht steroidale Antirheumatika   316 Therapie der Osteoporose   318 Vitamine   319 Antiepileptika   322 Virostatika   323 Spasmolytika   324 Insektizide   325 Immunsuppressiva   326 Antipyretika   327 Aphrodisiaka   328 Schokolade   329  331 Giftstoffe  Echte Tollkirsche   331 Fliegenpilz   332 Blauer Eisenhut   333 Roter Fingerhut   334 Waldrebe   335 Stinkende Nieswurz   336 Satans-Röhrling   336 Arznei-Beinwell   337 Riesen-Rötling   338 Paracetamol    339

 XI

XII 

3.11 3.12 3.13 3.14

 Inhaltsverzeichnis

MDMA   340 Kokain   341 Heroin   341 Haschisch   342

 345 4 Kunststoffe  4.1 Polymerisationsprodukte   347 4.1.1 Polyethylen   348 4.1.2 Polypropylen   348 4.1.3 Polyvinylchlorid   350 4.1.4 Polystyrol   351 4.1.4.1 Copolymerisationsprodukte   353 4.1.5 Polyvinylacetat   354 4.1.6 Polyacrylnitril   355 4.1.7 Polyvinylidenverbindungen    357 4.1.8 Polymethylmethacrylat   358 4.1.9 Poly-α-methylstyrol   358 4.1.10 Polydiolefine   360 4.1.10.1 Polyisopren   361 4.2 Polyadditionsprodukte   362 4.2.1 Chemie der Isocyanate   363 4.2.2 Isocyanate   364 4.2.3 Urethane   365 4.2.4 Harnstoffe   366 4.2.5 Biurete und Allophanate   367 4.2.6 Isocyanurate und Uretdione   368 4.2.7 Polyesterurethane   370 4.2.8 Polyether   370 4.3 Polykondensationsprodukte   373 4.3.1 Phenol-Formaldehyd-Kondensation    373 4.3.2 Harnstoff-Formaldehyd-Harze   373 4.3.3 Melaminharze   374 4.3.4 Polyester   375 4.4 Zur Geschichte der Kunststoffe   377 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5

 381 Farbstoffe  Historisches   381 Chromophore und Auxochrome   383 Aromatische Systeme   386 Triphenylmethanfarbstoffe   386 Azofarbstoffe   388

Inhaltsverzeichnis 

5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11 5.12 5.13 5.14 5.15 5.16 5.17 5.18

 389 Indigofarbstoffe  Alizarinfarbstoffe   389 Phthalocyaninfarbstoffe   391 Gallenfarbstoffe   392 Indolfarbstoffe   393 Carotinoide   394 Phenazinfarbstoffe   395 Carbazolfarbstoffe   396 Inden- und Azulenfarbstoffe   396 Flavone   398 Naphthylaminfarbstoffe   399 Phenanthrolinfarbstoffe   399 Einteilung der Farbstoffe   400

 403 6 Pestizide  6.1 Insektizide   403 6.1.1 Methamidophos   404 6.1.2 DDT   405 6.1.3 Parathion   406 6.1.4 Chlorpyrifos   406 6.1.5 Dichlorvos   408 6.1.6 Parathionmethyl   408 6.1.7 Carbofuran    409 6.1.8 Aldrin   410 6.1.9 Lindan    411 6.1.10 Heptachlor   412 6.1.11 Disulfoton   412 6.1.12 Malathion   414 6.1.13 Acephat   415 6.1.14 Tetrachlorvinphos   415 6.1.15 Phosphamidon   416 6.1.16 Demeton-S   417 6.1.17 Permethrin   417 6.1.18 Dihydroveratramin   419 6.1.19 Imidacloprid   419 6.1.20 Nikotin   420 6.2 Herbizide   421 6.2.1 Glyphosat   422 6.2.2 Metribuzin   423 6.2.3 DCMU   424 6.2.4 Bentazon   424

 XIII

XIV 

6.2.5 6.2.6 6.2.7 6.2.8 6.2.9 6.2.10 6.2.11 6.2.12 6.2.13 6.2.14 6.2.15 6.3 6.3.1 6.3.2 6.3.3 6.3.4 6.3.5 6.3.6 6.3.7 6.3.8 6.3.9 6.4 6.4.1 6.4.2 6.4.3 6.4.4 6.4.5 6.4.6 6.4.7 6.4.8 6.4.8.1 6.4.9 6.4.10 6.4.11 6.4.12 6.4.13 6.5 6.5.1 6.5.2 6.6 6.7

 Inhaltsverzeichnis

Monuron   425 MCPA   426 Napropamid   427 Atrazin   428 Pendimethalin   429 Triallat   430 Diallat   431 DNOC   431 Simazin   432 2,4-Dichlorphenoxyessigsäure    433 Trichlorphenoxyessigsäure   434 Akarizide   435 2-Phenyl-2-butanol   436 p-Methylbenzoesäureethylester   436 p-Diethylaminobenzaldehyd   438 o-Ethoxybenzoesäureamid   439 Amitraz   440 Diamylamin   441 Acrinathrin   441 4,4’-Dimethoxybenzil   441 Brompropylat   442 Rodentizide   443 Strychnin   444 Amaryllidaceen-Alkaloide   444 Phosphinbildner   445 Bromethalin   447 Pyrrolizidinalkaloide   447 Chinolizidinalkaloide   448 Curarealkaloide   450 Difenacoum   450 Spektroskopische Untersuchung   451 Warfarin   452 p-Nitrobenzylbromid   453 p-Toluolsulfonsäureethylester   454 Brodifacoum   454 Nitropropane   455 Nematizide   455 Chlordan   457 Endrin   458 Antimykotika   458 Fungizide   459

Inhaltsverzeichnis 

7 7.1 7.2 7.3 7.3.1 7.3.2 7.3.3 7.4 7.4.1

 461 Chemische Industrie  Flüssiggas in Katar   462 Petrochemie   464 Gentechnologie   465 Forensische Chemie   466 Das Humangenom-Projekt   467 Klonen   469 Energie und Umwelt   469 Neue Ideen, der Anpassungsprozess hat begonnen  

8 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 8.10 8.11 8.12 8.13 8.14 8.15 8.16 8.17 8.18 8.19 8.20

 475 Tabellen  Zur Nomenklatur organischer Verbindungen   475 Physikalische Größen   476 Naturkonstanten   477 Präfixe zur Bezeichnung von Vielfachen der Maßeinheiten  Abgeleitete SI-Einheiten   478 Gebräuchliche Nicht-SI-Einheiten   478 Konfigurationen   479 Trennung in die Hauptgruppen   480 Doppelbindungsäquivalente   480 Reaktionsmechanismen   482 Meilensteine der makromolekularen Chemie   487 Maximale Arbeitsplatz-Konzentration   488 Nukleinsäuren   489 Aminosäuren   490 Chromatographie   490 Bestimmung der Funktionalität   492 Gaskonstante   492 Elementarladung   493 Ringspannung   493 Spiroverbindungen   494

Zugriff auf die IR-Spektren 

 495

Zugriff auf die Verbindungen uber die Molekularmasse  Literatur  Glossar  Register 

 503  509  521

 497

 472

 477

 XV

1 Methodik Die Bereiche der elektromagnetischen Strahlung werden für die Konstitutions-, Konfigurations- und Konformationsuntersuchungen organischer Verbindungen in vielfältiger Weise eingesetzt. Am kurzwelligen Ende des elektromagnetischen Spektrums dient die Beugung von Röntgenstrahlen zur Bestimmung der Anordnung der Atome innerhalb eines Moleküls. Diese relativ aufwendige Technik behandelt dieses Buch nicht. Sie erfordert gute − obwohl nicht große − Kristalle, bei denen vorzugsweise ein Atom eines schwereren Elements im Molekül vorhanden sein sollte. In der Praxis wird eine Strukturuntersuchung mit der Verwendung spektroskopischer Methoden beginnen, die rascher arbeiten und nicht unbedingt gute Kristalle erfordern. Wenn damit die Struktur des Moleküls nicht gesichert werden kann und Abbaureaktionen nicht zum Ziel führen, wird man sich im letzten Schritt einer Röntgenstrukturanalyse zuwenden. Verfolgt man das elektromagnetische Spektrum weiter nach längeren Wellen, so gelangt man in den Bereich der ultravioletten und sichtbaren Strahlungen, die von Molekülen aufgrund von Elektronenanregungen absorbiert werden, wobei im Allgemeinen ein Übergang vom Grundzustand in einen angeregten Zustand stattfindet. Entsprechend der Quantenmechanik erfolgen diese Elektronenübergänge zwischen diskreten Energieniveaus, sodass die absorbierte Energie Auskunft über das daran beteiligte System gibt. Der im Labor angewandte Bereich liegt etwa zwischen 200–800 nm, in dem die Anregung von Elektronen in konjugierten π-Chromophoren eintritt: Je ausgedehnter die Konjugation, umso geringer ist der Abstand zwischen Grund- und erstem angeregten Zustand, d. h., umso längerwellig liegt die Absorptionsbande. Die am chromophoren System befindlichen Substituenten haben zwar einen gewissen Einfluss auf die Lage der Absorption, es ist jedoch offensichtlich, dass man aus einem Spektrum im UV- oder sichtbaren Bereich überwiegend Informationen über das konjugierte System erhält, das oft nur einen kleinen Teil des Moleküls ausmacht, und selbst diese Absorptionsbanden sind oft mehrdeutig. An den sichtbaren Bereich schließt sich nach längeren Wellenlängen die Infrarotstrahlung an. Besonders in dem Bereich 2,5–25 µm erfolgt die Strahlungsabsorption unter Anregung von Molekülschwingungen. Die verschiedenen Frequenzen der meisten Bindungstypen sind bekannt. Insbesondere die Valenzschwingungen von Doppel- und Dreifachbindungen sowie von CH-Bindungen verursachen charakteristische Absorptionsbanden, die zur Identifizierung von Strukturelementen dienen. Kombinationsschwingungen eines Moleküls führen zu einer Serie von Banden, die als sogenannter Fingerabdruck zur Charakterisierung einer Verbindung und zur Unterscheidung von anderen benutzt werden. Die Fortsetzung des IR-Bereiches im elektromagnetischen Spektrum bilden die Mikrowellen, die etwa in dem Bereich 3 mm bis 2,5 cm die Anregung von Molekülrotationen veranlassen. Die auf diese Weise entstehenden Absorptionsspektren sind nur Open Access. © 2023 bei den Autorinnen und Autoren, publiziert von De Gruyter. Dieses Werk ist lizenziert unter der Creative Commons Namensnennung - Nicht-kommerziell - Keine Bearbeitung 4.0 International Lizenz. https://doi.org/10.1515/9783110649383-001

2 

 1 Methodik

für einfache Moleküle interpretierbar und werden deshalb in der organischen Chemie nicht routinemäßig verwendet. Die Absorption von Strahlung mit einer Wellenlänge von 3 cm wird dazu eingesetzt, Übergänge von ungepaarten Elektronen zwischen Energiezuständen zu beobachten, die von einem starken Magnetfeld aufgebaut werden. Diese Elektronenspinresonanz (ESR)-Spektroskopie untersucht hochfrequente magnetische Dipolübergänge zwischen den Elektronenspinniveaus und/oder Elektronenbahn-Zeeman-Niveaus paramagnetischer Verbindungen in äußeren Magnetfeldern und bestimmt aus der Intensität und der Struktur der Übergänge die Konzentration und die Art der vorliegenden Spezies. Die Elektronenspinresonanz hat sich einen festen Platz beim Studium von freien Radikalen (sowohl stabile als auch instabile) erobert. Die kernmagnetische Resonanz setzt die längsten Wellen der elektromagnetischen Strahlung ein. Die Proben werden in ein starkes Magnetfeld (7–24 T) gebracht und mit Radiofrequenzen bestrahlt, deren Wert von den zu untersuchenden Kernen abhängt. Die Resonanzfrequenz wird in der NMR-Spektroskopie als Larmor-Frequenz bezeichnet. Sie liegt im Bereich von 300–1000 MHz. Man beobachtet Absorption, wenn die Energie, die erforderlich ist, um die Kernmagnete in bestimmte Orientierungen bezüglich des angelegten Magnetfeldes zu bringen, der Energie der eingestrahlten Radiofrequenzen entspricht (Abb. 1).

Abb. 1: (a) Veranschaulichung der Präzession eines Atomspins um ein externes Magnetfeld, (b) Magnet eines 300 MHz-NMR-Spektrometers, (c) Aufbau eines NMR-Spektrometers. Bei der NMR-Spektroskopie wird eine Änderung des Kernspinzustandes gemessen. Auf die flüssige Probe, die sich in einem starken Magnetfeld befindet, werden Radiowellen eingestrahlt. Dadurch können Spins in den energetisch höherwertigen Energiezustand gehoben werden. Die dafür absorbierte Radiowelle hat eine charakteristische Frequenz, die dann messtechnisch erfasst wird. Bei der NMR-Spektroskopie können nur Isotope mit einer ungeraden Nukleonen- oder Ordnungszahl erfasst werden. In der organischen Chemie und Biochemie spielt die Untersuchung von Wasserstoff- und Kohlenstoffkernen mittels 1H- und 13C-NMR-Spektroskopie eine wichtige Rolle. Die Analyse der gewonnenen Spektren erlaubt Rückschlüsse auf die Struktur von Molekülen sowie auf Reaktionsmechanismen.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 3

1.1 Absorptionsspektroskopie Wird eine chemische Verbindung von elektromagnetischen Wellen durchstrahlt, so kann sie mit der Strahlung in Wechselwirkung treten. Hierbei werden Bereiche bestimmter Wellenlänge mehr oder weniger stark von der Substanz absorbiert. Trägt man die durchgelassene Strahlungsenergie gegen die Frequenz (ν), die Wellenzahl oder die Wellenlänge (λ) auf, so erhält man ein Absorptionsspektrum (Abb. 2).

Abb. 2: UV-Spektren von o-, m- und p-Nitrophenol: A in 10−2-molarer Salzsäure, B in 0,005-molarer Natronlauge.

4 

 1 Methodik

Die Aufnahme von Absorptionsspektren erfolgt in Geräten, die als wesentliche Bestandteile eine Strahlungsquelle mit kontinuierlichem Spektrum (Abb. 3 Q), eine Messzelle MK zur Aufnahme der zu messenden Substanz, eine Vergleichszelle VK, einen Monochromator (Gitter oder Prisma; M) sowie einen Empfänger D mit dem Anzeigegerät enthalten. Ein rotierender Spiegel Z bewirkt die Zerlegung in zwei Strahlengänge und ein Schreiber S registriert die Extinktion.

Abb. 3: Schematische Darstellung eines Spektrographen.

Die Absorption der Strahlung folgt dem Lambert-Beer’schen Gesetz, das auch BouguerLambert-Beer’sches Gesetz genannt wird: A = lg(I0/I) = ɛ · c · d A : (auch A10) dekadische Absorbanz (veraltet: Extinktion E), I0: Intensität des eingestrahlten Lichtes [W ⋅ m−2], I: (nach IUPAC Itr) Intensität des abgeschwächten Lichtes [W ⋅ m−2], ε: molarer (dekadischer) Absorptionskoeffizient [m2 ⋅ mol−1], c: Konzentration der Probe [mol ⋅ L−1], d: Weglänge des Lichtes durch die Probe [m]. Die dekadische Absorbanz ist also der Konzentration, der Schichtdicke der durchstrahlten Substanz sowie einer Konstanten proportional. Der Absorptionskoeffizient ist eine für die absorbierende Substanz spezifische Größe und kann u. a. vom pH-Wert und/oder vom Lösungsmittel abhängen. Die von der Substanz absorbierte Energie der Strahlung kann zur Anregung von Elektronen, Schwingungen oder Rotationen führen. Dabei gehen Atome bzw. Moleküle von einem Grundzustand mit der Energie E in angeregte Zustände mit Energien E’, E’’ usw. über. Die Energiedifferenz zwischen Grund- und Anregungszustand entspricht der Energie der absorbierten Strahlung. E’ – E = ΔE = h · ν = h · c/λ h : Planck’sches Wirkungsquantum (6,6 ⋅ 10−34 Js), c : Lichtgeschwindigkeit (3 ⋅ 1010 cm/s).

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 5

Je nach der Lage der absorbierten Frequenz im Frequenzband der elektromagnetischen Strahlung spricht man von Röntgen-, Elektronen-, Infrarot- oder Mikrowellenspektroskopie. Tabelle 1 zeigt in einer Übersicht, in welchem Bereich die absorbierte Strahlung das Elektronensystem, die Schwingungen oder die Rotationen in angeregte Zustände überführt. Die Elektronen-, IR- und NMR-Spektroskopie sind heute für den Chemiker, und hier wieder besonders für den Organiker, zu einem der wesentlichen physikalischen Hilfsmittel auf allen Gebieten seiner Tätigkeit geworden [1–6]. Tab. 1: Übersicht über Molekülspektren.

1.1.1 UV/VIS-Spektroskopie Die UV/VIS-Spektroskopie ist eine Spektroskopie, die elektromagnetische Wellen des ultravioletten (UV) und des sichtbaren (engl. visible, VIS) Lichts einsetzt. Die Methode wird auch UV/VIS-Spektralphotometrie oder Elektronenabsorptionsspektroskopie genannt [7–10]. Bei dieser Spektroskopie werden vorzugsweise Valenzelektronen der p- und dOrbitale angeregt, also auf ein höheres Energieniveau angehoben. Bei diesem Vorgang muss die Energie des absorbierten Photons genau der Energiedifferenz zwischen den beiden Energieniveaus entsprechen. Die Lichtquelle strahlt ultraviolettes, sichtbares und nahinfrarotes Licht im Wellenlängenbereich von etwa 200–1100 nm aus. Im Monochromator wird zunächst die zur Messung ausgewählte Wellenlänge selektiert, worauf der Lichtstrahl auf den Sektorspiegel fällt. Der Sektorspiegel lässt das Licht abwechselnd durch die Messlösung und durch die Vergleichslösung fallen. Beide Lösungen befinden sich in sogenannten Küvetten. Die zwei Lichtstrahlen werden im Detektor empfangen und die Intensitäten im Verstärker verglichen. Der Verstärker passt dann die Intensität des Lichtstrahls aus der Vergleichslösung durch Einfahren der Kammblende der Intensität des Lichtstrahls aus der Messlösung an. Diese Bewegung wird auf einen Schreiber übertragen oder die Messwerte werden an eine Datenverarbeitung weitergegeben (Abb. 4).

6 

 1 Methodik

Abb. 4: Spektrometer für Messungen zwischen 200–1100 nm.

Nützlich sind die π-zu-π✶-Übergänge bei ungesättigten Kohlenwasserstoffen (beispielsweise Alkenen). Sie erfolgen über längerwelliges UV-Licht und sind einfach zu messen. Man erhält Informationen über die absorbierende Wellenlänge des Moleküls, die Struktur und Farbe. Dabei erfolgt die Lichtabsorption im umso längerwelligen Bereich, je größer die Anzahl der konjugierten Doppelbindungen ist. Liegt die Energie der π-zu-π✶-Übergänge im Bereich des sichtbaren Lichts, so erscheint das Molekül farbig. Dabei nimmt es immer die Komplementärfarbe des absorbierten Lichts an. Die Lage einer Absorptionsbande hängt also von der Natur des betreffenden Elektronenüberganges ab. Tabelle 2 gibt eine Zusammenstellung für die Anregung von σ-, π- und n-Elektronen isolierter chromophorer Gruppen. Tab. 2: Absorptionen isolierter chromophorer Gruppen (energieärmste Elektronenübergänge).

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 7

Besitzt ein Molekül mehrere π- oder n-Orbitale, die nicht miteinander in Wechselwirkung stehen, so ist im Allgemeinen ein Spektrum zu erwarten, das sich additiv aus den Absorptionen der einzelnen isolierten Chromophore zusammensetzt. Aufgrund sterischer Effekte, Ringspannungen usw. gibt es jedoch Ausnahmen. Auch nicht konjugierte Chromophore können dann bei räumlicher Nachbarschaft in Wechselwirkung treten, sodass eine Bandenverschiebung oder Bandenaufspaltung (DavydovAufspaltung) eintritt. Bei zwei gleichen Chromophoren werden dann häufig statt der erwarteten Bande zwei Banden gefunden, von denen eine energieärmer, die andere energiereicher ist als die Absorption der isolierten Chromophore. So macht sich beispielsweise die Homokonjugation im 1,4-Pentadien kaum bemerkbar. Mit εmax = 17000 liegt λmax bei 178 nm. Das Norbornadien hat dagegen mit εmax = 2100 die UV-Absorption bei λmax = 205 nm. Die beiden nicht konjugierten π-Bindungen haben also in diesem Fall eine starke Wechselwirkung. Ein bathochromer und hyperchromer Effekt wird im Allgemeinen auch beobachtet, wenn Atome oder Atomgruppen mit n-Orbitalen, also mit nicht bindenden Elektronen an Heteroatomen in Wechselwirkung stehen.

1,4-Pentadien, λmax = 178 nm farblose Flüssigkeit, Sdp. 26 °C

Norbornadien, λmax = 205 nm farblose Flüssigkeit, Sdp. 89 °C

Für eine gründliche Verwertung von UV/VIS-Spektraldaten zur Strukturaufklärung ist viel Erfahrung notwendig. Auch werden heute mit gutem Erfolg quantenchemische Rechenverfahren eingesetzt. Aber auch ohne Spezialkenntnisse kann die UV/VISSpektroskopie zu wichtigen Aussagen über die Struktur führen; z. B. lässt sich das Vorliegen eines konjugierten Bindungssystems oft nachweisen. Und die starke Bandenstruktur bei praktisch allen benzoiden aromatischen Kohlenwasserstoffen ist zur Identifizierung einzelner Vertreter von besonderem analytischen Wert (Abb. 5).

Abb. 5: UV/VIS-Spektrum von Benzol (nach IUPAC: Benzen), eine farblose Flüssigkeit mit charakteristischem Geruch, Schmp. 5,5 °C, Sdp. 80 °C [23].

8 

 1 Methodik

Abb. 6: UV/VIS-Spektren benzoider Aromaten [11].

Die Sonderstellung der aromatischen Verbindungen unter den konjugierten Systemen äußert sich auch in ihren UV-Spektren: Diese sind häufig durch eine Feinstruktur der Absorptionsbanden gekennzeichnet (Abb. 6). Das UV-Spektrum des Benzols besitzt eine Bande hoher Intensität bei 202 nm und eine Bande niedriger Intensität bei 255 nm. Die erste Bande wird bei Aromaten als E-Bande bezeichnet. Charakteristisch für Benzol und seine Homologen ist die Bande bei 255 nm, die man als B-Bande bezeichnet. Sie ist durch eine ausgeprägte Feinstruktur und eine relativ geringe Intensität gekennzeichnet [7–10]. Die Anellierung weiterer Benzolringe führt zu einer Verschiebung der E-Bande nach größeren Wellenlängen. Bereits beim Naphthacen erreichen die langwelligsten Absorptionsbanden das sichtbare Gebiet. Naphthacen und die höheren Acene sind ebenso wie viele andere kondensierte Aromaten − gefärbt. Die B-Bande des Benzols wird bei Anellierung ebenfalls bathochrom verschoben, die Verschiebung ist jedoch geringer als die der E-Bande. Beim Naphthalin ist die B-Bande noch zu erkennen, beim Anthracen wird sie bereits von der stärker verschobenen E-Bande überdeckt. Bei den Olefinen ist die Konfiguration für die Lage und Intensität der Absorption von Bedeutung. (Z)-Stilben absorbiert etwas kürzerwellig und weniger intensiv als das E-Isomere (Abb. 7).

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 9

Abb. 7: UV-Spektrum von (Z)- und (E)-Stilben. (a) Das trans-Isomere bildet farblose Kristalle, Schmp. 125 °C, (b) cis-Stilben ist eine farblose bis gelbliche Flüssigkeit, Schmp. 5,85 °C, Sdp. 135 °C.

Besonderen Einfluss hat die Z- bzw. E-Konfiguration auf die Elektronenübergänge in Polyolefinen. Der erste Oberton liegt beim ß-Carotin bei 340 nm. Bei der all-E-Konfiguration ist er symmetrieverboten (Abb. 8).

   Abb. 8: Absorptionsspektren von ß-Carotin, verschiedene Konfigurationen.

1.1.1.1 Inkrementrechnung Die heute vorliegende Literatur beschreibt zahlreiche Versuche, die Maxima von UV-Absorptionsbanden rechnerisch vorauszubestimmen. Verschiedene Autoren bearbeiteten ein Berechnungsschema, das sich auf empirische Bandenzuordnungen zahlreicher Substanzgruppen stützt. Hierbei wird für die Grundabsorption einer unsubstituierten Gruppe ein bestimmter Wert zugrunde gelegt, zu dem dann nach dem Verfahren der Inkrementrechnung die bathochromen Bandenverschiebungen

10 

 1 Methodik

für den Substituenteneinfluss addiert werden müssen. Auf diesem Wege erhält man die längstwellige Bande, die in der Regel eine gute Orientierung darstellt. Die Untersuchung zahlreicher Steroide führte Woodward zu dem Ergebnis, dass eine exocyclische Doppelbindung eine Verschiebung um 5 nm nach größerer Wellenlänge verursacht. Eine Verschiebung gleicher Richtung und Größe verursacht eine Alkylgruppe und jeder Ring, der sich an einem der vier C-Atome des Diensystems befindet. In Tab. 3 sind einige Inkremente zusammengestellt. Tab. 3: Inkremente zur Berechnung von λmax für Diene und Polyene, Lösungsmittel Ethanol [10, 11]. Struktur Heteroannulares Dien Homoannulares Dien Zusätzliche konjugierte Doppelbindung Alkylsubstituent Exocyclische Lage einer Doppelbindung Acetoxy- oder Alkoxygruppe Lösungsmittelkorrektur

Inkrement [nm] 214 253 30 5 5 0 0

Um das Vorgehen und die Anwendung der Tab. 3 zu veranschaulichen, seien die Beispiele für Ergosterin (1) und Cholestadien-(3,5) (2) durchgerechnet:

Eine langwellige Verschiebung um 30 nm erhält man bei Verlängerung des ungesättigten Systems um eine weitere konjugierte Doppelbindung.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 11

1.1.2 Grundlagen der Schwingungsspektroskopie Moleküle bestehen aus Atomen, die durch elastische Bindungen miteinander verknüpft sind. Diese Systeme sind durch mechanische Schwingungen befähigt. Ein n-atomiges nicht lineares Molekül kann 3n–6 unabhängige „Normalschwingungen“ ausführen. Ihre Frequenzen ν liegen in der Größenordnung 1012–1014 Hz oder im Wellenzahlmaßstab 1/λ = 30–4000 cm−1. Zur Beobachtung dieser Schwingungen gibt es mehrere Methoden. Abbildung 9 zeigt die potenzielle Energie V eines zweiatomigen Moleküls als Funktion des Atomabstandes q mit den Energieniveaus eines Schwingungsgrund- und -anregungszustandes. Die Molekülschwingungen können durch Lichtquanten angeregt werden, wenn deren Energie hν mit der Energiedifferenz zwischen dem Schwingungsgrundzustand und dem angeregten Schwingungszustand übereinstimmt (Abb. 9a). Im IR-Bereich des elektromagnetischen Spektrums gibt es Lichtquanten geeigneter Größe, die vorzugsweise im Bereich 1/λ = 400–4000 cm−1 liegen. Aus der Lage der Absorptionsbanden im IR-Spektrum hνIR schließt man auf die Energie hνS der Schwingungszustände des Moleküls, hνS = hνIR. Die Molekülschwingungen können aber auch auf einem Umweg, durch den RamanEffekt, beobachtet werden: Man bestrahlt Moleküle mit monochromatischer Strahlung aus dem sichtbaren Bereich des Spektrums (λ = 400–700 nm). Hierbei werden einige Lichtquanten „unelastisch“ von den Molekülen gestreut. Die Energie dieser Lichtquanten hν0 wird zum Teil auf das Molekül übertragen, wobei Schwingungen angeregt werden können (Abb. 9b). Ermittelt man mit einem Spektrometer die Energie hνR der unelastisch gestreuten Lichtquanten − das Raman-Spektrum −, so kann daraus auf die Energie hνS = hν0 – hνR der Schwingungszustände der Moleküle geschlossen werden. Weitere Möglichkeiten, um Schwingungen in Molekülen zu beobachten, sind die unelastische Streuung von monoenergetischen Neutronen der Energie EN0 (Abb. 9c) sowie das Fluoreszenzspektrum. Diese Methoden sind jedoch bei Weitem nicht so allgemein anwendbar wie die IR- und Raman-Spektroskopie.

Abb. 9: Termschema zur Beobachtung der Schwingungsanregung zweiatomiger Moleküle, erhalten a) durch IR-Spektroskopie, b) durch Raman  Spektroskopie sowie c) durch Neutronenspektroskopie.

Besonders in der chemischen Forschung und Technik wird die IR-Spektroskopie in immer noch wachsendem Ausmaß eingesetzt.

12 

 1 Methodik

1.1.2.1 Infrarotabsorption Der wichtigste IR-Spektralbereich liegt zwischen den Wellenzahlen 1/λ = 500– 4000 cm−1, entsprechend einem Wellenlängenbereich von λ = 2,5–20 µm. Wie schon erwähnt, ist ein Molekül ein elastischer Bauverband, in dem die Atome durch die Wirkung der Elektronen in einer Gleichgewichtslage gehalten werden. Durch Anordnung und Massen der Atome und die zwischen ihnen wirkenden Kräfte werden Form und Frequenzen der Schwingungen bestimmt. Im Allgemeinen ändert sich das Dipolmoment des Moleküls periodisch während einer Schwingung. Ändert sich das Dipolmoment einer Schwingung nicht, was für bestimmte Schwingungen schon durch die Symmetrieeigenschaften des Moleküls bestimmt sein kann, so ist die betreffende Schwingung in der IR-Absorption inaktiv. Wie aus Abb. 9 zu ersehen ist, ist der molekulare Energieinhalt eines zweiatomigen Moleküls eine Funktion des Abstandes der beiden Atomkerne, der für den Gleichgewichtsabstand ein Minimum hat. Die potenzielle Energie dieses Systems wird bei jeder Verschiebung der Atome aus der Gleichgewichtslage erhöht, womit eine rücktreibende Kraft auftritt. Während nun bei einem harmonischen Oszillator die Energieniveaus der gequantelten Schwingungsübergänge äquidistant sind, rücken sie bei einem zweiatomigen Molekül, das einen unharmonischen Oszillator darstellt, mit wachsender Schwingungsquantenzahl immer näher aneinander. Bei einem harmonischen Oszillator sind die potenziellen Energien der Energieniveaus der gequantelten Schwingungsübergänge gegeben durch die Beziehung: E = hν · (J + ½)

(1)

J = 0, 1, 2, 3 …. = Schwingungsquantenzahlen. Nach Gleichung (2) ist die Frequenz ν abhängig von der Kraftkonstanten k der betreffenden Bindung und den Massen der an der Schwingung beteiligten Atome:

ν=

µ=

1 2π

k µ

(2)

m1 ⋅ m2

m1 + m2

k = Kraftkonstante, µ = reduzierte Masse. Das additive Glied hν/2 in Gleichung (1) bewirkt, dass für J = 0 die Schwingungsenergie nicht null wird, sondern den Wert ½ ⋅ hν behält. Wie Abb. 9 zeigt, kann die Annahme harmonischer Schwingungen nur für kleine Amplituden gelten. Für größere Entfernungen vom Gleichgewichtsabstand werden

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 13

die Abweichungen vom linearen Kraftgesetz und damit die Unterschiede zwischen der tatsächlichen Potenzialkurve und der Parabel sehr beträchtlich: Bei der gegenseitigen Annäherung der Atomkerne steigt die Potenzialkurve wegen der sehr erheblichen zunehmenden Abstoßung zwischen den Atomrümpfen rascher an als ein Parabelast. 1.1.2.1.1 Valenz- und Deformationsschwingungen Viele Normalschwingungen kann man in die sogenannten Valenzschwingungen einteilen, bei denen sich nur die Atomabstände ändern und die sogenannten Deformationsschwingungen, bei denen die Abstände konstant bleiben und nur die Valenzwinkel verändert werden. Die Deformationsschwingungen liegen gegenüber den entsprechenden Valenzschwingungen bei niedrigeren Frequenzen, da die winkelerhaltenden Kräfte kleiner sind als die Kräfte, die den Abstandsänderungen entgegenwirken. In Tab.  4 finden sich wichtige Zuordnungen der Absorptionen organischer Strukturelemente [12–18]. Allerdings gibt es Schwingungen, die nicht als reine Valenz- oder Deformationsschwingungen klassifiziert werden können; hier ändern sich Bindungslängen und -winkel in vergleichbarem Maße. Bekannte Beispiele sind die „Deformationsschwingungen“ von OH- und NH-Gruppen organischer Verbindungen, die immer mit Änderung der CO- bzw. CN-Bindungslängen gekoppelt sind (Abb. 10). 1.1.2.1.2 Carbonylverbindungen Die Carbonylabsorption führt zu den stärksten Banden im IR-Spektrum und liegt in einem von anderen Gruppenschwingungen kaum beanspruchten Gebiet (1640– 1850 cm−1). Aus der Lage der Carbonylabsorption im Spektrum lassen sich vielfältige Einflüsse der molekularen Umgebung ablesen (Tab. 5). Je stärker elektronenziehend eine Gruppe X im System R−CO−X ist, umso höher liegt die Wellenzahl (Abb. 11–13). So absorbieren Carbonsäurechloride in dem Bereich 1790–1815 cm−1, und Carbonsäureanhydride haben gewöhnlich zwei durch etwa 60 cm−1 getrennte Banden in den Bereichen 1800–1850 und 1740–1790 cm−1. Auch Ringspannung in cyclischen Verbindungen verursacht eine Verschiebung nach höheren Frequenzen. So absorbieren spannungsfreie Lactone wie offenkettige Ester um 1730 cm−1, während γ-Butyrolacton (Oxa-2cyclopentanon) bei 1775 cm−1 und β-Propiolacton (Oxa-2-cyclobutanon) bei 1840 cm−1 absorbiert. Eine Erniedrigung der Absorptionsfrequenz der C=O-Valenzschwingung um 15–40 cm−1 beobachtet man bei α,β-ungesättigten Verbindungen, ausgenommen Amide, wo nur geringe Verschiebung auftritt [19].

14 

 1 Methodik

Tab. 4: Charakteristische Frequenzen sowie Raman- und IR-Intensitäten.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 15

Abb. 10: IR-Spektren, aufgenommen mit dem Spektrographen UR 10 (VEB Carl Zeiss Jena). (a) 1-Chlor-2-hydroxy-ethan, farblose Flüssigkeit, Sdp. 129 °C, die CH2-Deformationsschwingung liegt bei 1420 cm−1 und die C−Cl-Valenzschwingung bei 660 cm−1. (b) 3-Hydroxypropionitril, farblose Flüssigkeit, Sdp. 228 °C, Schmp. –46 °C, die O−H-Valenzschwingung liegt bei 3450 cm−1, und die C≡N-Valenzschwingung bei 2250 cm−1. (c) Acrylonitril, farblose Flüssigkeit, Sdp. 77 °C, Schmp. –84 °C, die =CH2-Deformationsschwingung liegt bei 985 cm−1 und die =CH2-Valenzschwingung bei 3100 cm–−1. (d) Acrylsäureethylester, farblose Flüssigkeit, Sdp. 100 °C, Schmp. –75 °C, die C=O-Valenzschwingung liegt bei 1740 cm−1, die C=C-Valenzschwingung bei 1650 cm−1 und die C−O−C-Valenzschwingung bei 1205 cm−1.

16 

 1 Methodik

Tab. 5: Carbonylabsorptionen in CCl4-Lösung: Durch Verminderung der intermolekularen Wechselwirkung in Lösung wird die Absorption um etwa 10 cm−1 nach höheren Frequenzen verschoben.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 17

Abb. 11: IR-Spektren von Carbonylverbindungen. (a) Phenylessigsäure bildet weiße, glänzende Blättchen, Schmp. 76 °C, löslich in Alkohol und Ether. (b) Essigsäure-tert-butylester, Sdp. 98 °C. Absorption bei 1380 cm−1 für die tert-Butylgruppen. (c) 1-Carboxycyclohexyl-brenztraubensäure zeigt im Bereich 1700–1800 cm−1 durch Überlagerung breite Carbonylabsorption. (d) Acetoxymethylenfluoren zeigt die Carbonylabsorption der Estergruppe bei 1775 cm−1. Vier benachbarte aromatische H absorbieren bei 775 cm−1.

18 

 1 Methodik

Abb. 12: IR-Spektren von Carbonylverbindungen. (a) Acetamid (in KBr) bildet farblose, zerfließliche, hexagonale Kristalle, Schmp. 81 °C. Die Verbindung hat krebserzeugendes Potenzial. (b) N-Methylglycin (Sarkosin) (in KBr) bildet farblose, süßlich schmeckende, säulenförmige Kristalle, Schmp. 212–213 °C (Zersetzung), die in Wasser gut löslich sind. (c) Mesityloxid (als Film) ist eine ölige Flüssigkeit mit honigähnlichem Geruch, Sdp. 130 °C, gut löslich in Ether.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 19

Abb. 13: IR-Spektren von Aldehyden und Ketonen. (a) n-Hexanal (Capronaldehyd) ist eine farblose Flüssigkeit, Sdp. 131 °C, sie kommt im Apfelaroma vor. Ein Bandendoppel bei 2710 und 2800 cm−1 ist charakteristisch. Der Ursprung ist eine Wechselwirkung der C−H-Streckschwingung mit dem Oberton der H−C=O-Deformationsschwingung bei 1390 cm−1. (b) Acetaldehyd ist eine Flüssigkeit von stechendem Geruch. (c) β-Ionon ist eine farblose Flüssigkeit, die zu den Terpenoiden gehört. Durch das konjugierte System ist die ν(C=O)-Bande deutlich langwellig verschoben. (d) Campher ist ein charakteristisch riechendes Pulver. Campher hat analeptische Wirkung auf Kreislauf und Atmung.

20 

 1 Methodik

Abb. 14: IR-Spektren von Carbonylverbindungen. (a) Stearinsäure (Octadecansäure) bildet einen weißen, fettigen Feststoff, der schwach talgartig riecht, D. 0,845, Schmp. 69–71 °C bzw. 232 (10 mbar). Die Verbindung ist in Ether und in heißem Alkohol löslich; sie kommt in Form von Glyceriden in tierischen und pflanzlichen Fetten und Ölen vor. Die C=O-Valenzschwingung tritt bei 1700 cm−1 auf. (b) Nicotinsäuremethylester hat hyperämisierende Wirkung gegen Rheuma und wird lokal am männlichen Genital eingesetzt. Die Carbonylbande tritt bei 1715 cm−1 auf, und für drei benachbarte aromatische H wird bei 720 cm−1 Absorption beobachtet. (c) Butyloctylketon (5-Tridecanon), ν(C=O): 1715 cm−1, δ(CH2)-rocking: 725 cm−1, δs(CH3): 1375 cm−1, δs(CH2): 1460, δas(CH3): 1460 cm−1.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 21

1.1.2.1.3 Kohlenwasserstoffe Jede der Normalschwingungen 3n–5 bzw. 3n–6 hat eine charakteristische Eigenfrequenz und kann durch Absorption in einem bestimmten Frequenzbereich des IR-Gebietes angeregt werden. Allerdings werden nicht alle möglichen Schwingungsformen im Routinespektrum als Banden deutlich sichtbar. So fallen bei den chemisch einfach aufgebauten Alkanen viele Banden zusammen, andere sind intensitätsschwach und manche Banden sind „symmetrieverboten“. Die Valenzschwingungen der Methylen- und Methylgruppen können im IR-Spektrum durch Überlagerung im Allgemeinen nicht getrennt werden. Die Deformationsschwingung tertiärer CH-Bindungen erscheint als schwache Bande bei 1340 cm−1 und ist ohne analytischen Wert. Bei CH2-Gruppen beobachtet man eine lagekonstante Bande zwischen 1400–1470 cm−1, die der Scherenschwingung δs(CH2) zukommt. In diesem Bereich liegt auch die δas(CH3)-Schwingung, während die δs(CH3)-Schwingung bei 1380 cm−1 liegt (Abb. 16). Auffälligkeiten der Absorption um 1380 cm−1 lassen sich analytisch auswerten. So zeigen geminale Methylgruppen, insbesondere Isopropyl und tert-Butylgruppen, in diesem Bereich jeweils zwei Banden, deren Intensitätsverhältnis im ersten Fall annähernd 1 : 1, im letzteren Fall etwa 0,5 : 1 beträgt und so den Nachweis dieser Gruppen wie auch ihre Differenzierung erlaubt. Heterosubstitutionen beeinflussen die Lage der symmetrischen CH3-Deformationsschwingung erheblich (Tab. 6).

22 

 1 Methodik

Tab. 6: Lage der symmetrischen CH3-Deformationsschwingung bei der Bindung an verschiedene Elemente. Element N F O Cl S

Bandenlage [cm−1] (µm) 1488 (6,72) 1475 (6,78) 1460 (6,85) 1355 (7,38) 1323 (7,56)

Element

Bandenlage [cm−1] (µm)

Br B P I Si

1305 (7,66) 1320–1280 (7,57–7,81) 1280 (7,81) 1255 (7,97) 1250 (8,00)

Olefinische Wasserstoffatome geben sich durch Valenzschwingungen und Deformationsschwingungen zu erkennen. So findet man im Spektrum von Limonen (4-Isopropenyl-1-methylcyclohexen) eine scharfe, mittelstarke Bande bei 3050 cm−1, die ebenfalls im Spektrum des Styrens (Phenylethylen) sowie im Spektrum des 1-Octens auftritt. Es handelt sich jeweils um C−H-Schwingungen ungesättigter Strukturelemente. Fehlt eine Absorption oberhalb von 3000 cm−1, so kann man den sicheren Schluss ziehen, dass olefinische Wasserstoffatome im Molekül nicht vorhanden sind. Eine entsprechende Absorption haben H-Atome an aromatischen Ringen. Die Absorption von Aryl−H ist jedoch relativ schwach und oft verdeckt (Abb. 21). Nicht ebene Deformationsschwingungen olefinischer Wasserstoffatome führen zu starken Absorptionen für die Vinylgruppe in den Bereichen 985–995 sowie 900–940 cm−1. Im Spektrum des Styrens liegen diese Banden bei 905 und 990 cm−1 und im Spektrum des 1-Octens bei 910 und 995 cm−1. Für trans-ständige olefinische Wasserstoffatome wird eine CH-Deformationsschwingung (engl. out of plane) um 965 cm−1 mit starker Absorption beobachtet, während sich cis-ständige olefinische Wasserstoffatome durch eine mittelstarke Bande in dem Bereich 700–860 cm−1 zu erkennen geben. Verbindungen des Typs R2C=CH2 haben starke Absorptionen bei 885–895 cm−1. Die Bestimmung des Substitutionsmusters des Benzenringes ist in Tab. 7 zusammengestellt. So findet man für Biphenyl Absorptionen bei 701 und 740 cm−1 und für Styren bei 690 cm−1 und 770 cm−1. Das Substitutionsmuster ist auch für m- und p-Xylen gut zu erkennen (Abb. 20). In vielen Fällen kann der Substitutionstyp am Benzenring im Bereich 1690–2100 cm−1 erkannt werden („Benzenfinger“, Abb. 15). Die C=C-Valenzschwingung tritt mit variabler Intensität zwischen 1610–1660 cm−1 auf. Bei mehr oder weniger symmetrischer Substitution kann diese Absorption sehr schwach sein (Tab. 8). Das Spektrum des Limonen zeigt diese Absorption bei 1630 cm−1 (Abb. 19).

1.1 Absorptionsspektroskopie 

Tab. 7: Substitutionsmuster des Benzenringes sind durch nicht ebene Deformationsschwingungen aromatischer Wasserstoffatome zu erkennen. Gruppe

Bande

Bemerkungen

Fünf benachbarte H

770–730(s)

monosubstituiert

Vier benachbarte H

770–735(s)

ortho-substituiert

Drei benachbarte H

810–750(s)

meta-substituierte usw. und 1,2,3-trisubstituierte

Zwei benachbarte H

860–800(s)

para-disubstituierte usw.

Isoliertes H

900–800(w)

meta-disubstituierte usw.; gewöhnlich nicht intensiv genug, um von Nutzen zu sein

Abb. 15: Der Substitutionstyp am Benzolring kann in vielen Fällen an den Benzolfingern in dem Bereich 1690–2100 cm−1 erkannt werden.

 23

24 

 1 Methodik

Tab. 8: Wichtige Korrelationen für Strukturelemente [20].

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 25

Abb. 16: IR-Spektren von Kohlenwasserstoffen, Präparation in KBr, Spektrograph UR 10 (VEB Carl Zeiss Jena). (a) Hexan, farblose, feuergefährliche Flüssigkeit, Sdp. 68 °C, Bestandteil des Benzins und Petroleums. Bei Konzentrationen ab 500 ppm ist bereits mit ersten narkotischen Symptomen zu rechnen. Im IR-Spektrum wird typische Absorption bei 720 cm−1 beobachtet, die immer auftritt, wenn mindestens vier CH2-Gruppen in gerader Kette vorliegen (δ(CH2)rocking). (b) Cyclohexan, farblose, leicht bewegliche Flüssigkeit, Sdp. 80,7 °C. Die Dämpfe reizen die Augen und die Atemwege. Die im Spektrum angegebene Formel wird für die nicht isolierbaren Konformeren verwendet. Bei Raumtemperatur überwiegt die Sesselkonformation. (c) Isooctan (2,2,4-Trimethylpentan) ist eine farblose, leicht entzündliche Flüssigkeit, Sdp. 99 °C. Sie wird als Flugbenzin eingesetzt und ist Bezugssubstanz bei der Bestimmung der Klopffestigkeit. Für die Isopropyl- bzw. tert-Butylgruppe tritt im IR-Spektrum eine typische Bandenaufspaltung um 1380 cm−1 auf [18].

26 

 1 Methodik

Abb. 17: IR-Spektren isomerer Butene, brennbare, farblose Kohlenwasserstoffe. Butene sind aus Krackgasen der Erdölindustrie zugänglich. (a) 1-Buten, Sdp. –6,5 °C. Die δ(=CH2)Deformationsschwingung („out of plane“) tritt bei 910 cm−1 auf und die δ(=CH)-o.o.p.-Schwingung bei 990 cm−1. Die langwellige Bande der Vinylgruppe hat im Allgemeinen die doppelte Extinktion. (b) cis-2-Buten, Sdp. 3,7 °C, zeigt die nicht ebene Deformationsschwingung der olefinischen Wasserstoffatome bei 690 cm−1. (c) trans-2-Buten, Sdp. 0,9 °C, hat die entsprechende Absorption δ(=CH)o.o.p. bei 965 cm−1.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 27

Abb. 18: IR-Spektren ungesättigter Kohlenwasserstoffe. (a) trans-1,2-Diethyl-1-methylethylen, ein Beispiel für ein 1,1,2-trisubstituiertes Ethylen, Film 20 µm. Die Absorption δ(=CH) o.o.p. wird bei 830 cm−1 beobachtet. Die entsprechende Valenzschwingung tritt als Schulter oberhalb von 3000 cm−1 auf. Unterhalb von 3000 cm−1 liegen die CH-Valenzschwingungen der Methyl- und Methylengruppen. (b) 1,1-Diethylethylen als Beispiel für ein 1,1-disubstituiertes Ethylen. Im Bereich um 3400 cm−1 wird Absorption durch OH-Verunreinigung beobachtet. Wieder gibt sich der olefinische Wasserstoff durch eine Valenzschwingung oberhalb von 3000 cm−1 zu erkennen. Die Schwingung δ(=CH2)o.o.p. wird bei 895 cm−1 beobachtet. (c) 1-Octin als Beispiel für ein Alkin. Die C≡C-Dreifachbindung gibt sich durch eine scharfe Bande bei 2150 cm−1 zu erkennen. Die ≡CH-Valenzschwingung liegt bei 3300 cm−1 und ist ebenfalls charakteristisch. Es tritt wieder Absorption bei 720 cm−1 auf, da mehr als drei CH2-Gruppen in gerader Kette verknüpft sind.

28 

 1 Methodik

Abb. 19: IR-Spektren ungesättigter Kohlenwasserstoffe, FT-Gerät NIC205 der Firma Nicolet. (a) Limonen (4-Isopropenyl-1-methylcyclohexen) ist eine angenehm zitronenartig riechende Flüssigkeit, die in Wasser unlöslich und in Alkohol löslich ist, Sdp. 176 °C. Die Verbindung kommt im Pomeranzen-, Kümmel-, Dill- und Zitronenöl vor. δs CH3 wird bei 1375 cm−1 und δs CH2 bei 1440 cm−1 beobachtet. Die C=C-Valenzschwingungen fallen bei 1645 cm−1 zusammen, während sich das 1,1-disubstituierte Olefin durch Absorption bei 890 cm−1 zu erkennen gibt (=CH2-wagging). (b) Styrol (Vinylbenzol) ist eine farblose, benzolartig riechende, stark lichtbrechende, leicht polymerisierende Flüssigkeit, Schmp. –30 °C, Sdp. 145 °C. Die Dämpfe reizen die Augen und die Atemwege. Aromatische Gerüstschwingungen werden im IR-Spektrum bei 1495 und 1575 cm−1 beobachtet, und die nicht ebenen Deformationsschwingungen der Vinylgruppe sind durch Banden bei 905 und 990 cm−1 zu erkennen. (c) 1,1-Diphenyl-3-methyl-1,2-butadien zeigt um 3000 cm−1 sowohl die aliphatischen als auch die aromatischen CH-Valenzschwingungen. Aromatische Gerüstschwingungen treten bei 1450 und 1500 cm−1 auf, während die asymmetrische Valenzschwingung des Allens bei 1950 cm−1 absorbiert.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 29

Abb. 20: IR-Spektren des Xylens. Die Isomeren des Xylens werden in der Technik selten getrennt. Es ist eine farblose, stark lichtbrechende, charakteristisch aromatisch riechende, brennfähige Flüssigkeit, die mit stark rußender Flamme verbrennt. Die Xylene sind in Wasser unlöslich und in Alkohol und Benzen leicht löslich. Sie sind gute Lösungsmittel für Kautschuk, Harze und Fette. o-Xylen Sdp. 144 °C, m-Xylen Sdp. 139 °C, p-Xylen Sdp. 138 °C. Aufgrund der nicht ebenen Deformationsschwingungen der aromatischen Wasserstoffatome lässt sich aus den IR-Spektren der Substitutionstyp ermitteln. Die δs-CH3-Bande liegt in allen Spektren erwartungsgemäß bei 1380 cm−1. Auch die „Benzolfinger“ zwischen 1700–2000 cm−1 sind für den Substitutionstyp charakteristisch.

30 

 1 Methodik

Abb. 21: IR-Spektren aromatischer Kohlenwasserstoffe. (a) Biphenyl, farblose, aromatisch riechende Blättchen, Schmp. 70 °C, in Alkohol und Ether gut löslich. Die Verbindung wird aufgrund der Hitzebeständigkeit als Heizflüssigkeit eingesetzt. Die Monosubstitution ist aus den „Benzolfingern“ zwischen 1700–2100 cm−1 zu erkennen sowie aus den nicht ebenen Deformationschwingungen bei 701 und 740 cm−1. (b) Phenylacetylen zeigt für die ≡CH-Valenzschwingung eine charakteristische Absorption bei 2380 cm−1. Die Dreifachbindung gibt sich durch eine scharfe Bande auch bei 2110 cm−1 zu erkennen. (c) (E)-Stilben. Während das cis-Stilben ein farbloses Öl von blütenförmigem Geruch bildet, Schmp. +1 °C, bildet das trans-Stilben farblose, glänzende Kristalle, Schmp. 125 °C. Es ist in Wasserdampf flüchtig und löslich in Alkohol und Ether.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 31

1.1.2.1.4 Stickstoffheterocyclen Der Begriff Heterocyclen bezeichnet ringförmige organische Verbindungen, deren Ringgerüst neben Kohlenstoffatomen mindestens ein Atom eines anderen chemischen Elements enthält. Zur Nomenklatur vgl. [142]. Heterocyclen mit Elementen der fünften und sechsten Hauptgruppe (Abb. 22–32):

32 

 1 Methodik

Abb. 22: IR-Spektren von Stickstoffheterocyclen. (a) Cytosin bildet farblose Blättchen, als Monohydrat Schmp. 320–325 °C (Zersetzung), gut löslich in Ether. Cytosin ist Bestandteil der Nukleinsäuren. Da tautomere Gleichgewichte möglich sind, wird breite Absorption um 3000 cm−1 beobachtet. (b) Uracil bildet farblose Nadeln, Schmp. 338 °C, in heißem Wasser gut, in Ether nicht löslich. Uracil findet sich allgemein als Bestandteil von Ribonukleinsäuren. Carbonylabsorptionen werden zwischen 1650–1750 cm−1 beobachtet. (c) Melamin (2,4,6-Triamino-1,3,5-triazin) bildet monokline Prismen, D. 1,573, thermische Zersetzung ab 350 °C, sublimiert, in heißem Wasser gut löslich. Es entsteht durch Cyclisierung von Harnstoff und reagiert mit Formaldehyd zu Harzen.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 33

Abb. 23: IR-Spektren von Stickstoffheterocyclen. (a) ε-Caprolactam bildet farblose, hygroskopische Blättchen, Schmp. 69 °C, Sdp. 268 °C. Die Polykondensation in technischem Maßstab wurde in den 1930er-Jahren von P. Schlack (Farbwerke Hoechst) erkannt. Die ν(C=O)-Bande liegt bei 1650 cm−1. (b) Hexamethylentetramin (Urotropin®, Schering) bildet farblose, rhombische Kristalle, die in Chloroform gut löslich und in Ether unlöslich sind, sublimiert bei etwa 230–270 °C. (c) Tropen (3α-Tropanol) bildet farblose Kristalle, Schmp. 63 °C, Sdp. 229 °C, hochgiftiges Alkaloid aus dem Bilsenkraut. (d) Maleinsäurehydrazid bildet farblose Kristalle, Schmp. 292–298 °C (Zersetzung), etwas in Wasser löslich. Da tautomere Gleichgewichte vorliegen, wird breite Absorption im IR beobachtet.

34 

 1 Methodik

Abb. 24: IR-Spektren von Stickstoffheterocyclen. (a) Koffein bildet farb- und geruchlose, bitter schmeckende Kristalle, Schmp. 238 °C, die in Wasser und Chloroform gut löslich sind. Koffein ist ein zu den Purinen zählendes Alkaloid, das erregend auf das zentrale Nervensystem (ZNS) wirkt. (b) Adenosin gehört zu den Nukleosiden. Es spaltet bei Hydrolyse in Adenin und d-Ribose. Es bildet in Wasser lösliche Kristalle, Schmp. 235–236 °C. (c) Adenin ist eine in der Natur universal verbreitete Purinbase. Die Verbindung sublimiert bei 220 °C. (d) Isocyanursäuredihydrat bildet farblose Kristalle, Schmp. 320–330 °C (Zersetzung). Carbonylabsorption oberhalb von 1700 cm−1, da tautomere Gleichgewichte vorliegen.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 35

Abb. 25: IR-Spektren von Stickstoffheterocyclen. (a) Chinolin ist eine farblose, stark lichtbrechende, antiseptisch wirkende Flüssigkeit mit scharfem, unangenehmem Geruch, Sdp. 238 °C. Sie ist mit Alkohol und Ether mischbar. (b) Piperazin bildet farblose, haut- und schleimhautätzende, hygroskopische, kristalline Schuppen, Schmp. 106 °C, die in Wasser löslich sind. (c) Thymin (5-Methyluracil) bildet farblose Kristalle, Schmp. 335–337 °C, infolge Ausbildung der Enolform wird oberhalb 3000 cm−1 breite Absorption beobachtet. (d) Pyridazin ist eine farblose, pyridinähnliche Flüssigkeit, Sdp. 207 °C. Die Verbindung ist mit Wasser und Alkohol mischbar.

36 

 1 Methodik

Abb. 26: IR-Spektren von Stickstoffheterocyclen. (a) Matrin in CCl4, farblose Kristalle, Schmp. 77 °C, ein Chinolizidin-Alkaloid, antibakterielle und antineoplastische Wirkung. (b) Anagyrin, ein Lupinan-Alkaloid, schwach gelblich, Sdp. 260–270 °C (12 Torr), optisch aktiv, löslich in Alkohol. (c) Sophoranol, ein Chinolizidin-Alkaloid. Der gesättigte Lactamring absorbiert unerwartet langwellig bei 1615 cm−1. Möglicherweise liegt eine Chelatbildung mit der OH-Gruppe vor. (d) Myosmin, ein Tabakalkaloid, der Pyridinkern gibt sich durch charakteristische Banden um 1560 und 1580 cm−1 zu erkennen.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 37

Abb. 27: IR-Spektren von Stickstoffheterocyclen. (a) Loxapin (Handelsname Adasuve) ist eine synthetisch hergestellte Verbindung aus der Gruppe der Dibenzoxazepinderivate, die als Arzneistoff (Neuroleptikum) zur schnellen Kontrolle von krankhafter Unruhe eingesetzt wird. C18H18ClN3O, MG 327, Schmp. 151–153 °C. (b) Geissoschizin, ein Chinolizidin-Alkaloid aus Rhazya stricta. (c) Geissoschizolin, wird in Brasilien aus der Pereiro-Rinde gewonnen und dient in der Volksmedizin als Fiebermittel.

38 

 1 Methodik

Abb. 28: IR-Spektren von Mutterkornalkaloiden (Ergotalkaloide), die in den Sklerotien des Mutterkorns enthalten sind, ein Fadenpilz, der auf Getreide wuchert. Die Ergotalkaloide sind für den sogenannten Ergotismus (Kribbelkrankheit, St.-Antonis-Feuer) verantwortlich, eine früher häufige durch den Genuss mutterkornhaltigen Brotes hervorgerufene Krankheit. (a) Dihydrolysergsäure(I)methylester, (b) Dihydroisolysergsäure(I)-methylester, (c) Dihydrolysergsäure(II)-methylester und (d) Dihydroisolysergsäure(II)-methylester in Nujol gegen Nujol. Lage der COOCH3-Gruppe: (a) e, (b) a, (c) a und (d) e.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 39

Abb. 29: IR-Spektren von Stickstoffheterocyclen. (a) Ethylenimin (Aziridin) ist eine farblose, ölige, nach Ammoniak riechende Flüssigkeit, Sdp. 55 °C. Die Substanz ist im Tierversuch karzinogen. Aufgrund der Ringspannung liegen die CH-Valenzschwingungen oberhalb von 3000 cm−1. (b) Theophyllin bildet farblose, bittere Blättchen, Schmp. 270–274 °C (Monohydrat), die in Chloroform gut löslich sind. Theophyllin gehört zu den Purinalkaloiden und hat gefäßerweiternde Wirkung. (c) 4-Ethylpyridin, aromatische Gerüstschwingungen werden bei 1590 und 1550 cm−1 beobachtet. Zwei benachbarte aromatische H führen zur Absorption bei 810 cm−1. (d) 3-(4-Pyridyl)-1-propanol hat die δs(CH2)-Bande bei 1410 cm−1 und die OH-Valenzschwingung bei 3300 cm−1.

40 

 1 Methodik

Abb. 30: IR-Spektren von Stickstoffheterocyclen. (a) 4-Acetylpyridin, zeigt die C=O-Valenzschwingung bei 1690 cm−1. Nicht ebene Deformationsschwingungen aromatischer H führen entsprechend dem Substitutionstyp zur Absorption bei 815 cm−1. (b) 3-Cyanopyridin zeigt für die C≡N-Valenzschwingung eine Bande bei 2220 cm−1 und für drei benachbarte aromatische H eine Absorption bei 770 cm−1. (c) 2-Fluorpyridin hat die C−F-Valenzschwingung bei 1250 cm−1 und aromatische Gerüstschwingungen um 1600 cm−1. Vier benachbarte aromatische H führen zur Absorption bei 775 cm−1. (d) 1-Methylthymin zeigt breite Absorption um 3000 cm−1, da tautomere Gleichgewichte möglich sind.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

Abb. 31: IR-Spektren von Stickstoffheterocyclen. (a) 2-Aminopyrimidin. Die primäre Aminogruppe gibt sich durch Absorption um 3180 und 3350 cm−1 zu erkennen und aromatische Gerüstschwingungen treten bei 1550 und 1650 cm−1 auf. (b) Pyrimidin (1,3-Diazin) bildet farblose Kristalle, Schmp. 20–22 °C, die in Wasser mit neutraler Reaktion löslich sind. Pyrimidine sind Bestandteile von Nucleinsäuren. (c) 4-Hydroxypteridin. Die Pteridine sind eine Gruppe weitverbreiteter Naturstoffe, die z. B. bei Schmetterlingen vorkommen. Die breite Absorption um 2800 cm−1 weist auf tautomeres Gleichgewicht hin. (d) 2,5-Dioxopiperazin hat die Carbonylabsorption bei 1690 cm−1.

 41

42 

 1 Methodik

Abb. 32: IR-Spektren von Stickstoffheterocyclen. (a) Amitrol ist ein nicht selektives systemisches Herbizid, Schmp. 157–159 °C (Bayer). Da tautomere Gleichgewichte möglich sind, wird oberhalb von 3000 cm−1 komplexe Absorption beobachtet. Die C=N-Valenzschwingung tritt bei 1640 cm−1 auf. (b) Pyridin ist eine farblose, brennbare Flüssigkeit mit unangenehmem Geruch, Sdp. 115 °C. Typisch für den Pyridinring ist eine Doppelbande im IR meist unterhalb von 1600 cm−1. (c) Isonicotinsäuremethylester ist eine farblose Flüssigkeit, Sdp. 209 °C, löslich in Ether und Benzen. (d) α-Picolin ist eine farblose, brennbare Flüssigkeit, Sdp. 129 °C. Die δs(CH3)-Bande tritt bei 1410 cm−1 auf.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 43

1.1.2.1.5 Schwefelverbindungen Organoschwefelverbindungen sind eine Gruppe chemischer Verbindungen, die einen organischen Teil und Schwefel enthalten. So lässt sich in vielen Verbindungen der zweibindige Sauerstoff durch Schwefel ersetzen. Schwefel kann jedoch auch vieroder sechsbindig sein. Flüchtige Organoschwefelverbindungen sind meist von unangenehmem Geruch. Organische Verbindungen mit eingebautem Schwefel im Molekül sind in der Natur weitverbreitet und in einer großen Vielzahl hergestellt worden (Abb. 33–36).

44 

 1 Methodik

Abb. 33: IR-Spektren von Schwefelverbindungen. (a) Dimethylsulfoxid-D6 ist eine farb- und geruchlose hygroskopische Flüssigkeit, Sdp. 189, MAK 50 ppm. Die S=O-Valenzschwingung absorbiert bei 1060 cm−1. (b) Dimethylsulfon bildet wasserlösliche, farb- und geruchlose Kristalle, Schmp. 110 °C. SO2-Valenzschwingungen treten bei 1140 und 1340 cm−1 auf. (c) Thioharnstoff bildet farblose, rhombische Prismen, die sich bei 135 °C zu Ammoniumthiocyanat umlagern. Die Verbindung hat somit keinen echten Schmelzpunkt. (d) Thioacetamid bildet farblose, monokline Tafeln, Schmp. 113–114 °C, die in Ether wenig und in Wasser gut löslich sind.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 45

Abb. 34: IR-Spektren von Schwefelverbindungen. (a) Thioessigsäure ist eine farblose, an der Luft rauchende Flüssigkeit, Sdp. 93 °C, die in Wasser und Alkohol löslich ist. Die Dämpfe reizen die Augen. ν(SH): 2550 cm−1, ν(C=O): 1700 cm−1, δs(CH3): 1350 cm−1. (b) Thiophenol ist eine farblose, knoblauchartig riechende Flüssigkeit, Sdp. 168 °C. Die S−H-Valenzschwingung tritt bei 2565 cm−1 auf. (c) 3-Mercaptopropionsäure ist eine farblose Verbindung, Schmp. 17–19 °C, Sdp. 111 °C (20 hPa). (d) β-Endosulfan, breit wirksames Insektizid, von Hoechst 1956 eingeführt. ν(=C−Cl): 995 cm−1, ν(C=C): 1605 cm−1, S=O-Valenzschwingung: 1200 cm−1.

46 

 1 Methodik

Abb. 35: IR-Spektren von Schwefelverbindungen. (a) Ethansulfonamid. Die primäre NH2Gruppe ist durch die Bandenaufspaltung um 3300 cm−1 zu erkennen. Die νs(SO2)-Bande liegt bei 1145 cm−1 und die νas(SO2)-Bande bei 1325 cm−1. Die NH-Deformationsschwingung wird bei 1565 cm−1 beobachtet. (b) 2-Hydroxydiethylsulfid. Die C−S-Valenzschwingung tritt bei 755 cm−1 auf und die OH-Valenzschwingung bei 3390 cm−1. (c) 2-Mercaptoethanol ist eine farblose, nach H2S riechende Flüssigkeit, Sdp. 157 °C. Die S−H-Valenzschwingung tritt bei 2550 cm−1 auf. (d) Chlorethylmethylsulfid hat die C−Cl-Valenzschwingung bei 680 cm−1.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 47

Abb. 36: IR-Spektren von Schwefelverbindungen. (a) Perchlormethylmercaptan ist eine gelbe, ölige Flüssigkeit von sehr unangenehmem Geruch, Sdp. 147 °C (Zersetzung), ein wichtiges Zwischenprodukt bei der Herstellung von Insektiziden. (b) Dimethylsulfid ist eine farblose, brennbare, giftige Flüssigkeit, Sdp. 37 °C. (c) Dibutylsulfid zeigt die C−S-Valenzschwingung bei 750 cm−1. (d) Ethylsenföl hat für die kumulierten Doppelbindungen eine Absorption bei 2100 cm−1, mikrobizide Eigenschaft.

48 

 1 Methodik

1.1.2.1.6 Alkohole und Phenole Die sich von den Alkanen ableitenden Alkohole werden auch Alkanole genannt. Um eine klare Abgrenzung der Alkohole von Halbacetalen oder Carbonsäuren sicherzustellen, kann man ergänzen, dass das Kohlenstoffatom (sp3-hybridisiert) mit der Hydroxygruppe nur noch mit Kohlenstoff oder Wasserstoffatomen gebunden sein darf.

Keil-Strich-Formel eines Halbacetals

Ist die Hydroxygruppe an ein Kohlenstoffatom gebunden, das Teil eines aromatischen Ringes ist, so werden die Verbindungen als Phenole bezeichnet. Sie zählen nicht zu den Alkoholen, da die Hydroxygruppe analog einer Carbonsäure sauer reagiert. Der Name einfacher Alkohole ergibt sich als Zusammensetzung aus dem Namen des ursprünglichen Alkans und der Endung „-ol“. Zusätzlich wird die Position der OH-Gruppe durch eine vorangestellte Zahl verdeutlicht, z. B. Propan-2-ol. Eine veraltete Bezeichnung für Alkohole nach Herman Kolbe ist „Carbinole“. Die Lage der OH-Valenzschwingungsfrequenz kann als Kriterium und Maß für die Stärke von Wasserstoffbrückenbindungen verwendet werden (Tab. 9). Je stärker eine Wasserstoffbrückenbindung ist, umso länger ist die OH-Bindung, umso tiefer die Schwingungsfrequenz und umso breiter und intensiver die Absorptionsbande. Die scharfe, freie „monomere“ Bande im Bereich 3650–3590 cm−1 kann in der Gasphase beobachtet werden, in verdünnter Lösung oder wenn durch sterische Hinderung die Wasserstoffbrückenbindung unmöglich ist. Reine Flüssigkeiten und viele Lösungen zeigen nur die breite „polymere“ Bande im Bereich 3600–3200 cm−1. Häufig findet man in den Spektren der flüssigen Phase auch beide Banden. Intramolekulare Wasserstoffbrückenbindungen beispielsweise in 1,2-Diolen haben eine scharfe Bande im Bereich 3570–3450 cm−1. Für Strukturuntersuchungen ist eine Absorption im Gebiet zwischen 1250–1000 cm−1, die im Wesentlichen von der C−O-Valenzschwingung herrührt, charakteristisch (Abb. 37 und 38). Tab. 9: Identifizierung von Alkoholen, Valenz- und Deformationsschwingungen in cm−1.

Primäre Alkohole Sekundäre Alkohole Tertiäre Alkohole Phenole Cyclohexanol -Äquatorial -Axial δ(OH)i.p.a A

Englisch in plane, i.p.

ν(C−O)

ν(OH) in H-Brücken

1075–1000 1125–1060 1190–1100 1260–1180

3340 3330 3320 3315–3590

1070 970 1300–1400

Zuordnung unklar

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 49

Abb. 37: IR-Spektren der Butanole, Schichtdicke 20 µm. Die Dämpfe der Butanole haben narkotische Wirkung (MAK-Wert 100 ppm). (a) 1-Butanol (Butylalkohol), Sdp. 117 °C. Die Verbindung ist Ausgangsstoff für die Synthese von Estern und Ethern. Die ν(OH)-Bande liegt mit breiter Absorption bei 3350 cm−1 und die ν(C−O)-Schwingung absorbiert bei 1080 cm−1. (b) 2-Butanol (sek.Butylalkohol), Sdp. 100 °C. Die ebene Deformationsschwingung δ(C−OH) liegt bei 1400 cm−1, die ν(C−O)-Bande wird bei 1110 cm−1 beobachtet und die ν(O−H)-Bande bei 3350 cm−1. (c) tert-Butanol (2-Methyl-2-propanol) bildet campherähnlich riechende Kristalle, Schmp. 25 °C. Die δs(CH3)-Bande bei 1380 cm−1 ist charakteristisch aufgespalten. Die δas(CH3)-Bande liegt mit geringerer Intensität bei 1470 cm−1. Die ν(C−O)-Bande wird bei 1200 cm−1 beobachtet.

50 

 1 Methodik

Abb. 38: IR-Spektren von Alkoholen. (a) 1-Octanol (veraltet: Caprylalkohol), als Film, D. 0,827, Schmp. –17 °C, Sdp. 195 °C. Diese angenehm riechende, farblose Flüssigkeit reizt bei Kontakt die Haut und die Augen. (b) Triphenylmethanol (früher: Triphenylcarbinol), in KBr, bildet farblose Blättchen, D. 1,188, Schmp. 164 °C, Sdp. 380 °C, die in Wasser unlöslich sind und sich in Alkohol, Ether und Benzol leicht lösen. Triphenylmethanol ist der Grundkörper von Rosanilin und Pararosanilin (Triarylmethanfarbstoffe). (c) 2-Phenoxyethanol (Phenylglycol), als Film, D. 1,109, Schmp. 14 °C, Sdp. 245 °C, mindergiftig, farblose Flüssigkeit. Das Spektrum zeigt charakteristische Banden für einen Alkohol, Ether und monosubstituierten Aromaten. Die Bande bei 1250 cm−1 kann der C−O-Valenzschwingung des Arylalkylethers zugeordnet werden (Dialkyletherbanden liegen kürzerwellig). Die Bande bei 1070 cm−1 ist der C−O-Valenzschwingung des Alkohols zuzuordnen. Die breite Bande bei 3350 cm−1 ist der OH-Valenzschwingung in H-Brücken zuzuordnen.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 51

1.1.2.1.7 Amine und Aminderivate Als Amine werden organische Abkömmlinge des Ammoniaks bezeichnet, bei denen ein oder mehrere Wasserstoffatome durch Alkyl- oder Arylgruppen ersetzt sind. Reagiert ein primäres Amin mit einem Keton oder Aldehyd, so entsteht ein Imin (Azomethin oder Schiff’sche Base). Reagiert jedoch ein sekundäres Amin entsprechend, so wird ein Enamin gebildet. Bildung eines Imins durch Reaktion eines primären Amins:

Allgemeiner Aufbau eines Enamins mit den Resten R1–R5, die Wasserstoffatome oder Organylreste sind.

Primäre Amine haben zwei scharfe Banden um 3330 cm−1 (Abb. 39 und 40). Der Abstand beträgt rund 70 cm−1. Die beiden Banden sind der symmetrischen und asymmetrischen Normalschwingung zuzuordnen. Bei sekundären Aminen tritt in diesem Bereich erwartungsgemäß nur eine Bande auf. Tertiäre Amine sind an der langwelligen N−CH2Bande bei 2780 cm−1 zu erkennen. Die protonierte Form tertiärer Amine zeigt eine charakteristische Bande bei 2500 cm−1. Die NH2-i.p.-Deformationsschwingung (engl. scis­ soring) liegt bei höheren Wellenzahlen als die entsprechende CH2-Frequenz, nämlich bei 1650–1590 cm−1 (Abb. 41). Die C−N−H-Deformationsschwingung sekundärer Amine erscheint im gleichen Bereich bei 1650–1550 cm−1, jedoch mit sehr viel schwächerer Intensität. Die (C=N)-Valenzschwingung der Azomethine absorbiert mit variabler Intensität um 1680 cm−1. Die NH-Banden von Pyrrol und Indol um 3400 cm−1 sind auffallend scharf.

Pyrrol

Indol

52 

 1 Methodik

Abb. 39: IR-Spektren von Aminen in KBr. (a) 1-Hexanamin (Hexylamin, 1-Aminohexan) ist eine wasserklare aminartig riechende Flüssigkeit, D. 0,767, Schmp. –19 °C, Sdp. 130 °C, mischbar mit Ethanol und Ether. Hexylamin findet Verwendung z. B. als Zwischenprodukt für die Herstellung von Kautschukchemikalien. Die Absorption für νs(NH2) liegt bei 3300 cm−1 und die νas(NH2)-Bande wird bei 3380 cm−1 beobachtet. Die Absorption für δs(NH2)i.p. tritt bei 1610 cm−1 auf und die ν(C−N)-Bande wird bei 1120 cm−1 beobachtet. (b) Di-n-propylamin ist eine farblose Flüssigkeit, D. 0,74, Schmp. –40 °C, Sdp. 110 °C, löslich in Wasser, Alkohol und Ether. Das sekundäre Amin reizt die Augen und die Atemwege. Für die N−H-Valenzschwingung wird erwartungsgemäß nur eine Bande bei 3300 cm−1 gefunden. Die ν(C−N)-Bande tritt bei 1120 cm−1 auf. (c) Triethylamin ist eine farblose, ammoniakartig riechende, ölige Flüssigkeit, D. 0,728, Schmp. 115 °C, Sdp. 89 °C. Dieses tertiäre Amin ist mit Wasser beliebig mischbar und in Alkohol und Ether löslich. Die Dämpfe reizen die Augen und die Atemwege. Die ν(C−N)-Bande wird bei 1080 cm−1 beobachtet.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 53

Abb. 40: IR-Spektren von Aminoverbindungen. (a) Tetraethylammoniumbromid (TEAB), MG 210,16, farblose, zerfließliche Kristalle, die sich in Wasser und Ethanol gut lösen. Die Verbindung findet Verwendung als Phasentransferkatalysator. (b) 1-Naphthylamin in KBr. Es bildet ein farbloses, an der Luft rot werdendes kristallines Pulver (flache Nadeln), das unangenehm riecht, D. 1,13, Schmp. 50 °C, Sdp. 301 °C. Um 3350 cm−1 treten NH-Valenzschwingungen auf. Die Absorption um 3040 cm−1 ist CH-Valenzschwingungen des Aromaten zuzuordnen. Die beiden scharfen Banden unterhalb von 800 cm−1 sind nicht ebene Deformationsschwingungen aromatischer Wasserstoffatome. Die Absorption bei 1620 cm−1 ist eine NH-Deformationsschwingung. (c) d,l-Tryptophan in Nujol (N = Nujolbanden). Es bildet seidenglänzende, fluoreszierende Blättchen, Schmp. 290–295 °C (Zersetzung), die in heißem Wasser und Alkohol gut löslich sind. Die Indol-(N−H)-Valenzschwingung wird bei 3400 cm−1 beobachtet. Die breiten Banden bei 2100 und 2500 cm−1 sind typisch für Aminosäuren. Die Bande bei 1665 cm−1 („Aminosäure I“) ist ungewöhnlich stark.

54 

 1 Methodik

Abb. 41: IR-Spektren von Aminen, Gerät Perkin Elmer 521. (a) 2-Aminoethanol („Ethanolamin“) ist eine farblose, ölige, ammoniakähnlich riechende, hygroskopische Flüssigkeit, die mit Wasser und Alkohol mischbar ist, D. 1,022, Schmp. 10 °C, Sdp. 171 °C. Die NH- und OH-Valenzschwingungen überlagern sich um 3200 cm−1. Die NH2-Deformationsschwingung (engl. scissoring) führt zur Absorption bei 1605 cm−1. (b) Diisopropylamin, ammoniakartig riechende, wasserklare, stark hautund schleimhautreizende bis ätzende Flüssigkeit, D 0,718, Schmp. –96 °C, Sdp. 84 °C, löslich in Wasser und Alkohol. (c) Ethylendiamin ist eine stark alkalische, farblose, nach Ammoniak riechende Flüssigkeit, D. 0,90, Schmp. 8,5 °C, Sdp. 116,5 °C, die in Wasser und Alkohol leicht löslich ist. Die Dämpfe reizen die Augen und die Atmungsorgane (MAK 10 ppm). Die NH2-Gruppen sind durch Absorptionen bei 3360, 3280 und 1600 cm−1 zu erkennen.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 55

Abb. 42: IR-Spektren von Aminen in KBr. (a) 1-Propanamin (n-Propylamin) ist eine farblose Flüssigkeit, D. 0,719, Schmp. –83 °C, Sdp. 49 °C. Die NH-Valenzschwingungen werden um 3300 cm−1 beobachtet. Die (NH2)i.p.-Deformationsschwingung (engl. scissoring) tritt bei 1625 cm−1 auf und die ν(C−N)-Schwingung bei 1080 cm−1. (b) Diethylamin ist eine farblose, leicht flüchtige, stark nach Ammoniak riechende, brennbare Flüssigkeit, D. 0,711, Schmp. –39 °C, Sdp. 56 °C. Die Flüssigkeit ist gut wasserlöslich und stark alkalisch (pKa = 11). Die Dämpfe verursachen eine starke Reizung der Augen und der Atmungsorgane. Erwartungsgemäß wird im Bereich der NH-Valenzschwingung nur eine Absorption beobachtet. (c) Anilin (Phenylamin, Aminobenzol) ist eine farblose bis bräunliche, ölige Flüssigkeit, D. 1,023, Schmp. –6 °C, Sdp. 184 °C. Anilin ist ein starkes Blutgift und zerstört die roten Blutkörperchen. Es besteht der Verdacht auf krebserzeugendes Potenzial (MAK-Wert 2 ppm). Anilin vermag manche sonst schwerlösliche Stoffe (Indigo, Schwefel) aufzulösen.

56 

 1 Methodik

1.1.2.1.8 Aminosäuren Aminosäuren ist die Bezeichnung für Carbonsäuren mit einer oder mehreren Aminogruppen im Molekül (Abb. 43). Im engeren Sinn versteht man darunter die 20 am Aufbau der Eiweißstoffe beteiligten l-α-Aminosäuren, die im festen Zustand und in neutraler wässriger Lösung als innere Salze (Zwitterionen) vorliegen. Die wässrige Lösung einer Aminosäure reagiert schwach basisch oder schwach sauer, je nachdem, ob der basische Charakter der −COO− bzw. der saure Charakter der −NH3+-Gruppe überwiegt. Durch Erniedrigung des pH-Wertes erhält man die Aminosäure als Kaution (die −COO−-Gruppe wird protoniert), während bei höheren pH-Werten die Aminosäure als Anion existiert (die −NH3+-Gruppe spaltet ein Proton ab) [24–30].

Abb. 43: IR-Spektren von Aminosäuren, Perkin Elmer 180, 0,2 mg in KI. (a) l(+)-Valin kommt hauptsächlich natürlich vor und bildet farblose Blättchen, D. 1,230, Schmp. 315 °C (in geschlossener Kapillare). Die primäre Aminogruppe ist aus dem IR-Spektrum aufgrund innerer Salzbildung nicht zu erkennen. (a) l-Methionin ist eine essenzielle Aminosäure, die farblose Kristalle bildet, D. 1,34, Schmp. 280–281 °C (Zersetzung). Um 1600 cm−1 überlagern sich die C=O-Valenzschwingung und NH-Deformationsschwingung. (c) l-Serin ist eine nicht essenzielle Aminosäure, die weiße, nadelförmige Kristalle bildet, Schmp. 210–220 °C.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 57

1.1.2.1.9 Halogenverbindungen Solange man nur endständig gebundenes Halogen an längeren Alkylketten betrachtet, liegen die C−Halogen-Banden in recht engen Grenzen: R−Cl 720–730 cm−1 und 640–650 cm−1 sowie R−Br 620–630 cm−1 (Abb. 44). Die Interpretation der IR-Spektren mittelständiger und mehrfach halogenierter Alkane ist erschwert, da für das Auftreten der C−Halogen-Bande in der Regel große Bereiche beobachtet werden, wie Tab. 10 belegt. Hierbei fällt auf, dass die Aryl−Halogen-Wellenzahlen in engeren Grenzen liegen als die entsprechenden Alkyl−Halogen-Verbindungen. Ein Grund liegt in der mechanischen Schwingungskopplung [20, 21]. Tab. 10: Absorptionsbereiche in organischen Halogenverbindungen in cm−1. Gruppe C−F C−Cl C−Br C−I

Alkylhalogenid

Arylhalogenid

1375–1120 830–560 680–515 610–485

1270–1100 1096–1034 1073–1028 1061–1057

Alkylchloride haben zwei C-Halogen-Banden, die man den trans- und gauche-Konformeren zuordnen kann (Abb.  45). Bei der ν(C−Cl)-Valenzschwingung wird das α-C-Atom stark aus seiner Ruhelage ausgelenkt. Dieser Vorgang hat bei der trans-Konformation wiederum eine Veränderung des C1−C2−C3-Valenzwinkels zur Folge. Entgegen früheren Annahmen nutzt die Natur die Halogene in einer ganzen Reihe natürlicher Verbindungen.

Telfairin, Vorkommen in dem Seetang Plocamium telfairiae, ν(C−Br): 680 cm−1.

Notoryn, Vorkommen in der Rotalge Laurencia nipponica, ν(C−Cl): 585 und 810 cm−1.

Diploicin, Vorkommen in der Flechte Buellia canescens, ν(CCl): 1100 cm−1.

58 

 1 Methodik

Abb. 44: IR-Spektren von Halogen-Verbindungen in KBr. (a) tert-Butylchlorid ist eine farblose, brennfähige Flüssigkeit, die in Wasser nahezu unlöslich ist. Sie ist mit organischen Lösungsmitteln mischbar, D. 0,847, Schmp. –26 °C, Sdp. 51 °C. Die C−Cl-Valenzschwingung wird bei 550 cm−1 beobachtet. Die tert-Butylgruppe ist aufgrund der Aufspaltung der Bande um 1380 cm−1 gut zu erkennen. (b) Bromoform (Tribrommethan) ist eine farblose, giftige, chloroformähnlich riechende Flüssigkeit, die in Wasser schwer und in Alkohol und Ether gut löslich ist, D. 2,90, Schmp. 5 °C, Sdp. 148 °C. Bromoform wird über die Haut und Schleimhaut leicht resorbiert. Die C−H-Valenzschwingung liegt oberhalb von 3000 cm−1, die C−Br-Valenzschwingung absorbiert bei 650 cm−1. (c) 1,1,2,2-Tetrabromethan ist ein gelbes, stark lichtbrechendes Öl mit campher-artigem Geruch, D. 2,964, Schmp. –1 °C, Sdp. 151 °C (72 hPa). Die Verbindung ist in Wasser unlöslich und mischbar mit Chloroform, Alkohol und Ether. Die Dämpfe wirken narkotisch und können Leber- und Nierenschäden verursachen (MAK-Wert 1 ppm). Für die C−Br-Bindung werden Absorptionen bei 610 und 640 cm−1 beobachtet.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 59

Abb. 45: IR-Spektren von Halogenverbindungen, Perkin Elmer 521, Präparation in KBr. (a) 2-Brompropan ist eine farblose, leicht entzündliche, in Wasser kaum und in organischen Lösungsmitteln gut lösliche Flüssigkeit mit chloroformartigem Geruch. Die Dämpfe reizen die Augen und die Atemwege, D. 1,322, Schmp. –89 °C, Sdp. 60 °C. Die C−Br-Valenzschwingung tritt bei 550 cm−1 auf. (b) 1,2-Dichlorpropan ist eine farblose, leicht bewegliche, aceton-ähnlich riechende, brennbare Flüssigkeit, D. 1,156, Schmp. –100 °C, Sdp. 96 °C. Die Verbindung ist in Wasser kaum und in organischen Lösungsmitteln gut löslich. Die Dämpfe wirken narkotisch. Die C−Cl-Valenzschwingungen werden bei 650 und 750 cm−1 beobachtet. (c) Ethyliodid ist eine farblose, hautreizende, stark lichtbrechende, etherisch riechende Flüssigkeit, D. 1,93, Schmp. –108,5 °C, Sdp. 72 °C. Die Verbindung ist in Alkohol und Ether löslich. Ethyliodid muss vor Licht geschützt aufbewahrt werden, da sonst Iodausscheidung erfolgt. Die C−I-Valenzschwingung wird bei 510 cm−1 beobachtet.

1.1.2.1.10 Phosphorverbindungen Phosphororganische Verbindungen sind gesättigte oder ungesättigte offenkettige oder cyclische Verbindungen mit Kohlenstoff-Phosphor-Bindungen. Aufgrund der Neigung des Phosphors, mehrere Koordinationsmöglichkeiten in den verschiedenen Wertigkeitsstufen zu realisieren, ist die Anzahl der phosphororganischen Verbindungen in den letzten Jahren stark angewachsen, wobei Verbindungen, in denen der Phosphor eine ungewöhnliche Koordination einnimmt, zurzeit im Mittelpunkt aktueller Forschung stehen.

60 

 1 Methodik

Im weiteren Sinne versteht man besonders in der Technik unter phosphororganischen Verbindungen die Ester der Phosphonsäure (Phosphonate) und vor allem Phosphorsäureester sowie Derivate, in denen der Sauerstoff gegen Schwefel ausgetauscht ist.

Phosphonsäure D. 1,651, Schmp. 73,6 °C, Sdp. 200 °C, farblose, hygroskopische, wasserlösliche Kristalle, die bevorzugte tautomere Form rechts.

Phosphorsäure D. 1,87, Schmp. 42 °C (wasserfrei), Sdp. 213 °C (Zersetzung), PKs1 = 2,16, farb- und geruchloser Feststoff.

Phosphate bzw. Phosphatreste spielen eine wichtige Rolle in der Biochemie lebender Organismen. Sie sind am Aufbau biologisch wichtiger Moleküle, etwa der DNS, beteiligt. Im Phosphodiester-Phosphotriester-System von Adenosindiphosphat (ADP) und Adenosintriphosphat (ATP) wird ADP durch Übertragung einer Phosphatgruppe „energetisch aufgeladen“.

Adenosindiphosphat, weißer Feststoff, molare Masse 427,20 g/mol.

Unter den phosphororganischen Verbindungen mit Sauerstoff-Phosphor-Bindungen (Abb. 46) finden sich Schädlingsbekämpfungsmittel, Flotationsmittel und Schmieröladditive. Von überragender Bedeutung im Pflanzenschutz sind die Insektizide auf der Basis der Phosphorsäureester, z. B. Tamaron ® (Bayer AG).

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 61

Abb. 46: IR-Spektren von Phosphorverbindungen. (a) Parathion (E 605) ist der Common Name für O,O-Diethyl-O-(4-nitrophenyl)-thiophosphat, Schmp. 6 °C, Sdp. 150 °C (0,8 mmHg), LD50 Ratte oral 2 mg/kg. 1948 von der Bayer AG eingeführtes Insektizid und Akarizid. Aufgrund der funktionellen Gruppen wird ein bandenreiches Spektrum beobachtet: P−O−Aryl 1235 cm−1, P−O-Alkyl 1040 cm−1, νas NO2 1525 cm−1, νs NO2 1350 cm−1, νP=S 680 cm−1 (schwach). (b) p-Trikresylphosphat (Phosphorsäuretritolylester, TCF) ist eine ölige Flüssigkeit, D. 1,16, Schmp. –33 °C, Sdp. 241–255 °C (5 mbar), die in Alkohol und Ether löslich ist. Verwendung findet die Verbindung u. a. als Hydraulikflüssigkeit. (c) Triphenylphosphin bildet farblose, monokline Prismen, Schmp. 80 °C, Polymerisationsinitiator für Olefine.

1.1.2.1.11 Mehrkernige Carbocyclen Eine Gruppe mehrkerniger aromatischer Verbindungen enthält Ringe, die durch Einfachbindungen miteinander verbunden sind oder an ein „aliphatisches“ C-Atom gebunden sind (engl. ring assemblies). Besonders wichtig sind polycyclische aromatische Gerüste, in denen zwei oder mehrere Ringe miteinander „kondensiert“ oder „anelliert“ sind. Viele dieser Verbindungen sind im Steinkohlenteer enthalten (Abb. 47).

62 

 1 Methodik

Abb. 47: IR-Spektren mehrkerniger Carbocyclen. (a) Fluoren bildet farblose Blättchen, D. 1,20, Schmp. 115 °C, Sdp. 298 °C, die in Wasser nicht und in Ether und Benzol löslich sind. (b) Phenanthren bildet farblose Tafeln, D. 0,980, Schmp. 101 °C, Sdp. 340 °C. (c) Pyren bildet farblose Kristalle, D. 1,271, Schmp. 150 °C, Sdp. 393 °C.

1.1.2.1.12 Chinone Bei einigen Phenolen mit mehreren OH-Gruppen ist eine Oxidation zu Chinonen möglich. Darauf beruht die Verwendung von Hydrochinon und Brenzcatechin zu fotografischen Entwicklern. Pyrogallol dient wegen seiner leichten Oxidierbarkeit zur Absorption von Sauerstoff in Gasgemischen (Abb. 48).

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 63

Abb. 48: IR-Spektren von Chinonen. (a) 1,4-Benzochinon bildet gelbe Kristalle, D. 1,31, Schmp. 116 °C (sublimiert), die in Alkohol, Ether und heißem Wasser löslich sind. Die Verbindung kommt in Meeresschwämmen vor. (b) Anthrachinon (9,10-Anthracendion) bildet rhombische, schwach gelblich-grüne, geruchlose Nadeln, D. 1,42, Schmp. 285 °C, Sdp. 377 °C. Die Verbindung ist in heißem Benzol gut löslich. (c) 1,4-Naphthochinon bildet gelbe, sublimierbare, stechend riechende Nadeln, D. 1,422, Schmp. 128 °C (sublimiert ab 100 °C). Die Verbindung ist in Benzol und Ether löslich. Sie wird als Polymerisationsregulator eingesetzt.

1.1.2.1.13 Ether Eine Bande hoher Intensität um 1110 cm−1 ist im IR-Spektrum der asymmetrischen C−O−C-Streckschwingung zugehörig. Die entsprechende symmetrische Valenzschwingung ist von geringer Intensität, da sich bei dieser Schwingung das Dipolmoment weit weniger stark ändert. Bei Vinyl- und Arylethern ist die C−O-Bindung fester, wie aufgrund mesomerer Effekte erklärt werden kann. Die entsprechende IR-Bande liegt daher höherfrequent, nämlich zwischen 1200–1250 cm−1 (Abb. 49).

64 

 1 Methodik

Abb. 49: IR-Spektren von Ethern in KBr. (a) Diethylenglycol ist eine farblose, viskose, hygroskopische, süßlich schmeckende Flüssigkeit, D. 1,12, Schmp. –10,5 °C, Sdp. 245 °C. Die νas(C−O−C)-Bande tritt bei 1120 cm−1 auf. (b) o-Dimethoxybenzol (Veratrol) bildet farblose Kristalle, die in organischen Lösungsmitteln gut löslich sind, D. 1,084, Schmp. 22 °C, Sdp. 207 °C. Die typische Absorption für Alkylarylether tritt bei 1250 cm−1 auf. Die 1,2-Disubstitution gibt sich durch eine Bande bei 730 cm−1 zu erkennen. (c) 2,2’-Dichlordiethylether, Bis(2-chlorethyl)ether ist eine farblose, chloroformartig riechende Flüssigkeit, D. 1,22, Schmp. –50 °C, Sdp. 178 °C. Die Verbindung verätzt die Augen und die Atemwege. Die Etherbande tritt bei 1120 cm−1 auf und die C−Cl-Valenzschwingung bei 730 cm−1.

1.1.2.1.14 Acetale Acetale sind geminale Diether (Dialkoxyalkane), die als Alkoholderivate von Aldehyden aufgefasst werden können. Für Ketonacetale ist auch die Bezeichnung „Ketale“ gebräuchlich (Abb. 50).

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 65

Abb. 50: IR-Spektren in CsI, Gerät Perkin Elmer 180. (a) Acetaldehyd-Diethylacetal (Acetal) ist eine farblose, brennfähige, leicht bewegliche Flüssigkeit. Sie ist mischbar mit Alkohol und Ether, D. 0,825, Sdp. 102 °C. (b) Methylal (Dimethoxymethan, Formaldehyddimethylacetal) ist eine farblose, leicht entzündliche, chloroformartig riechende Flüssigkeit, D. 0,86, Schmp. –105 °C, Sdp. 43 °C, die in Wasser und Ether löslich ist. (c) Acetondimethylketal entsteht nach einer Beobachtung von L. Claisen durch Umsetzung von Aceton mit Orthoameisensäuremethylester.

1.1.2.1.15 Terpene Seit alters her werden aus zahlreichen Pflanzen, wie z. B. Eukalyptus, Pfefferminze, Lemongras, Zitronenbaum und Thymian mehr oder weniger stark flüchtige Öle von intensivem, meist angenehmem Geruch gewonnen. Ursprünglich wurden zu diesem Zweck die zerkleinerten Pflanzenteile direkt destilliert, später trennte man die „ätherischen Öle“, die Terpene, durch Wasserdampfdestillation für Parfümeriezwecke ab (Ab. 51).

66 

 1 Methodik

Abb. 51: IR-Spektren von Terpenen in CsBr. (a) (–)-Carvon, kümmelartig riechendes, in reinem Zustand farbloses, sonst gelbliches Öl, D. 0,965, Sdp. 230 °C. Die ν(C=O)-Bande liegt bei 1680 cm−1. (b) 3-Caren, bicyclisches Terpen, D. 0,867, Sdp. 45 °C (11 mbar), zu 30–40 % in Terpentinölen enthalten. Die trisubstituierte Doppelbindung ist aufgrund der C=C-Valenzschwingung kaum zu erkennen, Absorption bei 1680 cm−1. (c) α-Ionon, farblose Flüssigkeit, optisch aktiv, D. 0,931, Sdp. 135 °C (23 mbar), es riecht nach Zedernholz. Die α,β-ungesättigte Carbonylgruppe absorbiert bei 1680 cm−1 [19].

1.1.2.1.16 Dreifachbindungen und kumulierte Doppelbindungen Die Identifizierung von Dreifachbindungen und kumulierten Doppelbindungen ist mithilfe des IR-Spektrums oft eindeutig, weil sie in einem Bereich absorbieren, in dem praktisch keine anderen starken Banden auftreten: Die C≡C-Valenzschwingung absorbiert mit variabler Intensität im Bereich 2100–2190 cm−1. Für Ketene (C=C=CO) wird Absorption um 2150 cm−1 beobachtet (Abb. 52).

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 67

Abb. 52: IR-Spektren ungesättigter Verbindungen in KBr, Gerät Perkin Elmer 180. (a) 1-Hexin ist eine farblose, hautreizende, leichtflüchtige, feuergefährliche Flüssigkeit, die mit stark rußender Flamme verbrennt, D. 0,721, Schmp. –132 °C, Sdp. 71 °C. Die C≡C-Valenzschwingung absorbiert bei 2115 cm−1. (b) D3-Acetonitril (Essigsäurenitril) ist eine angenehm riechende, farblose Flüssigkeit, die mit leuchtender Flamme brennt, D. 0,783, Schmp. –45 °C, Sdp. 82 °C. Acetonitril ist beim Einatmen giftig (MAK-Wert 40 ppm). Die C≡N-Valenzschwingung wird bei 2250 cm−1 beobachtet. (c) 2,3-Hexadien ist ein farbloser, feuergefährlicher Kohlenwasserstoff, D. 0,66, Sdp. 68 °C, Herkunft Fluka. Die kumulierten Doppelbindungen führen zur Absorption bei 1950 cm−1.

1.1.2.1.17 Nitroverbindungen Wird ein H-Atom an einem Kohlenstoffatom durch eine Nitrogruppe ersetzt, so ist die Verbindung der Gruppe der Nitroverbindungen zugehörig. Die einfachste Nitroverbindung ist das Nitromethan. Die Nitrogruppe ist mesomer, d. h., zwei Elektronenpaare besitzen delokalisierte Molekülorbitale. Der Dreimassenoszillator der Nitrogruppe ist in erster Näherung der Carboxylatgruppe verwandt, d. h., es treten die zwei intensiven Banden der asymmetrischen (1550 cm−1) und symmetrischen (1360 cm−1) Streckschwingungen auf (Abb. 53). Der durch die semipolare N→O-Bindung hervorgerufene Dipol macht die Bandenlage für polare Einflüsse besonders empfindlich.

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 1 Methodik

Abb. 53: IR-Spektren von Nitroverbindungen in KI. (a) 4-Nitrobenzoesäure bildet gelblichweiße Kristalle, D. 1,58, Schmp. 147 °C. (b) m-Nitrotoluen, gelbliche Flüssigkeit oder Kristalle, D. 1,157, Schmp. 16 °C, Sdp. 233 °C; Kontakt mit der Verbindung kann zu Lähmungen führen. (c) 4-Nitro-m-xylen, gelbe Flüssigkeit, D. 1,126, Schmp. 9 °C, Sdp. 246 °C, die Dämpfe reizen und schädigen die Augen und Atemwege.

1.1.2.2 FTIR-Spektrometer Grundlage der FTIR-Spektroskopie (FT = Fourier-Transformation) ist die Erfassung des gesamten Spektrums über ein Interferogramm. Sie ist also eine Interferenzmethode und ihr Prinzip ist in Abb. 54 dargestellt (sogenannte Michelson-Anordnung). Die gesamte Strahlung der Lichtquelle durchläuft die Probe und trifft auf eine halbdurchlässige Interferometerplatte. Diese fungiert als Strahlenteiler und reflektiert eine Hälfte der Strahlung zum Spiegel Sf. Die andere Hälfte trifft auf den Spiegel Sb. Die rücklaufende Strahlung interferiert bei IP, sodass der Detektor eine Überlagerung aller im Spektrum auftretenden Wellenlängen aufzeichnet, das sogenannte Interferogramm. Das Interferogramm hat zunächst nichts mit der Wellenlänge der IR-Strahlung zu tun. Erst durch die Fourier-Transformation wird das Interferogramm in die Fre-

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 69

quenzen der einzelnen Schwingungen zerlegt. Das Ergebnis dieses rechenintensiven Vorganges ist ein konventionelles IR-Spektrum. Die mathematische Transformation bewältigt ein Rechner [34].

Abb. 54: Interferometer (schematisch) mit EDV-Einheit (Sf = feststehender Spiegel, Sb = beweglicher Spiegel).

Was sind nun die Vorteile dieser Methode? Während der Messung wird die ganze Intensität der Lichtquelle ausgenutzt (günstiges Signal-Rausch-Verhältnis). Im Unterschied dazu erfassen Gitterspektrometer immer nur einen kleinen Wellenlängenausschnitt für kurze Zeit, der Rest geht verloren. Ein Gitterspektrometer benötigt zur Aufnahme eines Spektrums etwa 10–15 min, während das gleiche Spektrum beim FTIR-Verfahren in Sekundenschnelle im Rechner vorliegt. Bei einer Geschwindigkeit von 1 cm/s für den sich bewegenden Spiegel und einer Rechenzeit von etwa 30 s für die Fourier-Transformation kann das Spektrum in weniger als 1 min am Bildschirm erscheinen und ausgedruckt werden. Insgesamt zeichnet sich die FTIR-Spektroskopie durch drei Vorteile aus: hohe Empfindlichkeit, Schnelligkeit und Wellenzahlenpräzision. Dies hat eine für den organischen Chemiker sehr nützliche Anwendung ermöglicht: die Kopplung von Gaschromatographie und IR-Spektroskopie. Die aus der GC-Säule austretenden Fraktionen können direkt als Gasphasenspektren aufgenommen werden. Damit ist die GC-FTIR-Spektroskopie für viele Anwendungen zu einer echten Alternative oder Ergänzung der GC-MS-Kopplung geworden [69]. 1.1.2.3 Raman-Spektren Beim Durchgang von monochromatischem Licht durch eine transparente Substanz kann man neben dem gewöhnlichen Streulicht (das die gleiche Wellenlänge wie das eingestrahlte Licht besitzt) noch eine weitere, allerdings sehr schwache Streustrahlung von kürzerer oder längerer Wellenlänge als das eingestrahlte Licht beobachten. Das Zustandekommen dieser Raman-Linien beruht darauf, dass die Photonen des eingestrahlten Lichtes mit den Molekülen der Substanz in Wechselwirkung treten können und dabei entweder Energie an diese abgeben (und sie zu Schwingungen anregen) oder Energie von ihnen übernehmen, wenn ein Molekül von einem energie-

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 1 Methodik

reicheren in einen energieärmeren Schwingungszustand übergeht. Die Differenzen zwischen der Erregerlinie und den Raman-Linien bezeichnet man als Raman-Frequenzen. Bei geeigneter Temperatur sind die meisten Moleküle im Schwingungsgrundzustand. Entsprechend dem Boltzmann-Gesetz ist eine viel kleinere Anzahl von Molekülen im angeregten Schwingungszustand. Es hat also der Raman-Vorgang eine größere Wahrscheinlichkeit, die Schwingungsenergie vom Lichtquant auf das Molekül zu übertragen und ein Lichtquant niedrigerer Energie (h ⋅ ν0 – h ⋅ νs) zu emittieren als der umgekehrte Vorgang [32]. Raman-Spektren dienen ebenso wie die IR-Spektren zur Untersuchung von Molekülschwingungen und zeigen wie diese für einzelne Bindungen charakteristische Frequenzen (Tab. 11). Die „Auswahlregeln“ für IR- und Raman-Spektren sind jedoch verschieden: Während im IR-Spektrum nur solche Schwingungen als Absorptionsbanden in Erscheinung treten können, die mit einer Änderung des Dipolmomentes der Bindung verknüpft sind, ist eine Schwingung nur dann Raman-aktiv, wenn sich während der Schwingung die Polarisierbarkeit des Moleküls ändert. So ist beispielsweise im Ethen (H2C=CH2) die Streckschwingung der Doppelbindung symmetrisch und führt zu keiner Änderung des Dipolmomentes; sie ist darum im IR-Spektrum nicht zu erkennen, macht sich aber im Raman-Spektrum durch eine relativ starke Bande bemerkbar (Abb. 55–59) [68]. Tab. 11: Die Raman-Spektroskopie eignet sich besonders zum Nachweis unpolarer oder wenig polarer Bindungen.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 71

Abb. 55: Raman-Spektren ungesättigter Verbindungen. (a) IR- und Raman-Spektrum von 2-Butin-1,4diol, Herkunft Merck. Die C≡C-Valenzschwingung ist Raman-aktiv, jedoch aufgrund der Symmetrie IR-inaktiv. (b) Raman-Spektrum von Maleinsäure. Sie bildet farblose Kristalle, D. 1,590, Schmp. 130 °C. Die C=C-Valenzschwingung tritt bei 1630 cm−1 auf und die ν(C=O)-Bande wird bei 1700 cm−1 beobachtet. (c) Diethoxycarbonylacetylen zeigt die zentrale C≡C-Valenzschwingung bei 2250 cm−1 und die Carbonylabsorption wird bei 1720 cm−1 beobachtet.

72 

 1 Methodik

Abb. 56: Raman-Spektren von Benzolderivaten. Die Monosubstitution wird durch zwei Banden bei 1000/1030 cm−1 erkannt. Die entsprechende IR-Absorption liegt mit zwei Banden um 700 cm−1. Bei meta-Disubstitution, Spektrum (d), verschwindet die Bande bei 1030 cm−1. (a) Triphenylmethan, MG 244,32, farblose Kristalle, D. 1,014, Schmp. 93 °C, Sdp. 360 °C. (b) Benzoesäureanhydrid, MG 226,22, farblose Kristalle, D. 1,20, Schmp. 42 °C, Sdp. 360 °C. (c) Triphenylmethanol, MG 260,32, farblose Blättchen, D. 1,188, Schmp. 164 °C, Sdp. 380 °C. (d) m-Anisidin, MG 123,15, Schmp. –1 °C, Sdp. 251 °C, hautreizend, MAK 0,1 ppm, gelbliche Flüssigkeit.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 73

Abb. 57: Raman-Spektren monosubstituierter Benzolderivate. Die Monosubstitution ist durch die Banden bei 1000/1030 cm−1 zu erkennen. (a) Benzil, MG 210,22, gelbe oder farblose Prismen, Schmp. 95 °C, Sdp. 346 °C, löslich in organischen Lösungsmitteln. (b) Benzoin, MG 212,22, geruchlose, schwach gelbliche Kristallnadeln, unlöslich in Wasser, löslich in Aceton, Schmp. 132 °C (optisch aktive Form), 137 °C (Racemat), Sdp. 344 °C. (c) Diphenylether, MG 170,71, farblose, geranienartig riechende, monokline Kristalle, D. 1,075, Schmp. 28 °C, Sdp. 258 °C, unlöslich in Wasser, löslich in Ether. (d) Diphenylamin, MG 169,21, farblose, blättrige, schwach blumenartig riechende Kristalle, D. 1,158, Schmp. 54 °C, Sdp. 302 °C, wenig löslich in Wasser, gut löslich in Alkohol, haut- und schleimhautreizend.

74 

 1 Methodik

Abb. 58: Raman-Spektren aromatischer Verbindungen. (a) 1-Phenyl-1-propanol, MG 136,20, D. 0,9915, Sdp. 219 °C, für die Monosubstitution am Benzolring sind die beiden Banden um 1010 cm−1 charakteristisch. Die C−H-Valenzschwingungen der „aliphatischen“ Wasserstoffatome treten unterhalb von 3000 cm−1 auf und die entsprechende Valenzschwingung der „aromatischen“ Wasserstoffatome oberhalb von 3000 cm−1, ganz entsprechend zur IR-Absorption. (b) Phenylessigsäure, weiße, glänzende Blättchen, MG 136,14, Schmp. 76 °C, Sdp. 266 °C, löslich in heißem Wasser und Ether. (c) Benzoesäure, MG 122,12, farblose, glänzende Blättchen, D. 1,266, Schmp. 122 °C, Sdp. 244 °C, löslich in organischen Lösungsmitteln. (d) Phenylharnstoff, MG 136,15, farblose Prismen, D. 1,3, Schmp. 147 °C.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 75

Abb. 59: IR- und Raman-Spektrum von Diphenylacetylen (Tolan), MG 178,24, monokline Nadeln, D. 0,966, Schmp. 63 °C, Sdp. 300 °C, löslich in Ether. Die C≡C-Valenzschwingung ist aufgrund der Molekülsymmetrie IR-inaktiv, absorbiert jedoch im Raman-Spektrum bei 2220 cm−1.

Substitutionsmuster von Benzenderivaten In dem Bereich um 1600 cm−1 zeigen alle Benzenderivate sowohl IR- als auch RamanBanden mittlerer Intensität aufgrund aromatischer Gerüstschwingungen. Gelegentlich können diese Banden mit NH2-Deformationsschwingungen überlappen. Wird im Bereich zwischen 1560–1620 cm−1 im IR- und Raman-Spektrum keine Absorption beobachtet, so kann auf die Abwesenheit eines Benzenringes geschlossen werden. Weitere Interpretation basiert auf Raman-Banden um 1000 cm−1, die auf kombinierte Valenz- und Deformationsschwingungen der Ringatome zurückzuführen sind. Monosubstitution wird durch zwei Banden bei 1000 und 1030 cm−1 charakterisiert, wobei die 1000 cm−1-Bande generell von höherer Intensität ist (Abb.  60–65). Im Fall einer meta-Disubstitution des Benzenringes wird die Bande bei 1030 cm−1 nicht beobachtet und para-Disubstitution ist durch die Abwesenheit einer Bande um 1000 cm−1 zu erkennen [22, 31, 35, 36].

Abb. 60: Raman-Spektrum von (E)-Zimtsäure, MG 148,16, farblose Nadeln, Schmp. 133 °C, Sdp. 300 °C, pKs (25°) 4,46.

76 

 1 Methodik

Abb. 61: Raman-Spektren monosubstituierter Aromaten. (a) Benzensulfonamid bildet farblose Nadeln, Schmp. 156 °C, löslich in Ether und siedendem Alkohol, MG 157,15. (b) Benzylalkohol ist eine farblose, aromatisch riechende Flüssigkeit, D. 1,045, Schmp. –15 °C, Sdp. 205 °C, in Alkohol und Ether gut löslich, wenig in Wasser löslich. (c) Benzotrifluorid ist eine klare, aromatisch riechende Flüssigkeit, D. 1,189, Schmp. –29 °C, Sdp. 104 °C, in Wasser gering, in Ether gut löslich, die Dämpfe reizen die Haut und die Atemwege.

1.1.3 NMR-Spektroskopie Das Phänomen der NMR-Spektroskopie (engl. nuclear magnetic resonance) beruht darauf, dass Kerne, die entweder eine ungerade Protonenzahl oder eine ungerade Neutronenzahl haben, einen resultierenden Drehimpuls und damit ein magnetisches Moment haben, das in einem homogenen Magnetfeld energetisch verschiedene Orientierungen haben kann. Bei NMR-Messungen wird die zu untersuchende Substanz einem starken Magnetfeld ausgesetzt, wobei die genannten Atomkerne einer Richtungsquantelung des Drehimpulsvektors unterliegen. Dieser Richtungsquantelung entspricht eine Energiequantelung. Wenn man senkrecht zu dem Magnetfeld

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 77

Abb. 62: Raman-Spektren von Aromaten. (a) Benzylbromid, farblose Flüssigkeit, MG 171,04, D. 1,438, Schmp. –4 °C, Sdp. 199 °C, giftig. (b) Phenylisothiocyanat, senfartig riechende, tränenreizende Flüssigkeit, D. 1,1303, Schmp. –21 °C, Sdp. 221 °C, löslich in Ether. (c) Benzolsulfonylchlorid, MG 176,62, farblose, stechend riechende Flüssigkeit, D. 1,38, Schmp. 14,5 °C, Sdp. 251 °C. (d) Benzotrichlorid, MG 195,48, gelbliche, stechend riechende Flüssigkeit, Sdp. 221 °C.

elektromagnetische Strahlung einstrahlt, sind zwischen den Energieniveaus Übergänge möglich. Voraussetzung ist, dass die eingestrahlte Frequenz der Energiedifferenz zwischen den Kernspinniveaus entspricht. Die Anwendung der Kernresonanzspektroskopie zur Strukturbestimmung organischer Verbindungen ist aufgrund der allgemeinen Verfügbarkeit von NMR-Spektrometern rasch angestiegen [33–35].

78 

 1 Methodik

Abb. 63: Raman-Spektren von Aromaten. (a) 1-Phenyl-1-propanol, MG 136,20, unlöslich in Wasser, löslich in Alkohol, D. 0,9915, Sdp. 219 °C. (b) Phenylessigsäure, weiße, glänzende Blättchen, MG 136,14, Schmp. 76 °C, Sdp. 266 °C, löslich in heißem Wasser und Ether. (c) Benzoesäure, MG 122,12, farblose, glänzende Blättchen, D. 1,266, Schmp. 122 °C, Sdp. 244 °C, löslich in organischen Lösungsmitteln. (d) Phenylharnstoff, farblose Prismen, MG 136,15, D. 1,3, Schmp. 147 °C, löslich in heißem Wasser, Ether und Alkohol.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 79

Abb. 64: Raman-Spektren para-substituierter Benzenderivate, Erregerlinie 514,5 nm, bei 1000/1030 cm−1 wird nicht – wie bei der Monosubstitution – eine Bande beobachtet. (a) p-Kresol, MG 108,13, D. 1,017, Schmp. 36 °C, Sdp.202 °C, wenig in Wasser löslich, gut löslich in Alkohol und Ether, Reizung der Augen und der Atemwege, reagiert mit FeCl3 unter Blaufärbung. (b) p-Xylen, MG 106,16, farblose, aromatisch riechende Flüssigkeit (brennfähig), Sdp. 137–140 °C, haut- und schleimhautreizend. (c) p-Anisaldehyd, MG 136,14, farbloses, nach Weißdorn riechendes Öl, schwer löslich in Wasser, gut löslich in Alkohol und Ether.

1.1.3.1 Resonanzbedingung Der Richtungsquantelung des Drehimpulsvektors des Kerns im Magnetfeld entspricht also einer Energiequantelung. Für einen Kern gibt es in einem Magnetfeld 2I + 1 Orientierungen (I = Kernspinquantenzahl) und mit I = ½ für ein Proton gilt: E1 = γ ⋅ ћ ⋅ H ⋅ (+1/2) E1 = γ ⋅ ћ ⋅ H ⋅ (–1/2) ∆E = γ ⋅ ћ ⋅ H γ = gyromagnetisches Verhältnis, ћ = h/2π, H = Magnetfeldstärke.

(1)

80 

 1 Methodik

Abb. 65: Raman-Spektren von Benzoesäurederivaten. (b) 3-Chlorbenzoesäure, MG 156,57, D. 1,496, Schmp. 155–158 °C (sublimiert), in heißem Wasser und polaren organischen Lösungsmitteln löslich. (b) 3-Methylbenzoesäure, Schmp. 111–113 °C, Sdp. 263 °C (sublimiert), unlöslich in Wasser, löslich in Ether. (c) 3-Aminobenzoesäure, MG 137,12, D. 1,511, Schmp. 174 °C. (d) 4-Nitrobenzoesäure, MG 167,12, monokline Blättchen, D. 1,58, Schmp. 242 °C, bitterer Geschmack, reizt die Haut.

H ist das unmittelbar am Kern vorhandene Magnetfeld, das nicht gleich dem angelegten Magnetfeld H0 ist, da die den Kern umgebenden Elektronen eine Abschirmung verursachen. Es gilt: H = H0 · (1–σ) σ = Abschirmungskonstante.

(2)

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 81

Wenn ein Atom in ein einheitliches Magnetfeld gebracht wird, bewegen sich die den Kern umgebenden Elektronen so, dass sie im Bereich des Kerns ein sekundäres, dem angelegten Feld entgegengesetztes Feld erzeugen. Die Resonanzfrequenz ergibt sich nun, indem man in Gleichung (1) ∆E = h ⋅ ν setzt und Gleichung (2) berücksichtigt: 1

γ

ν = 2 ⋅ π ⋅H0 ⋅ (1 – σ).

(3)

Das gyromagnetische Verhältnis γ ist gleich dem Quotienten aus dem magnetischen Moment µ und der Kernspinquantenzahl I, sodass sich Gleichung (4) ergibt: μ

ν = 2⋅π⋅I  ⋅ H

(4)

Aus Gleichung (4) folgt, dass Protonen mit verschiedenen Abschirmungsparametern, d. h. unterschiedlicher elektronischer Umgebung, nacheinander in Resonanz gebracht werden können, indem entweder die Frequenz bei konstantem Feld oder das Feld bei konstanter Frequenz variiert wird. Ein NMR-Spektrum wird also für eine Verbindung erhalten, wenn Gleichung (3) bzw. (4) für jedes einzelne Proton im Molekül erfüllt worden ist. Bei einem Feld von 2 T liegen die Resonanzfrequenzen, die man einstrahlen muss, um Kerne vom tieferen auf das höhere Niveau anzuheben, im Bereich kurzer Radiowellen (Meterwellengebiet) [78]. Tab. 12: Kernspins in organischen Verbindungen. Isotop

Spin

H C 14 N 31 P 19  F 17 O 15 N

½ ½ 1 ½ ½ 5/2 ½

1

13

Natürliche Häufigkeit [%]

ResonanzFrequenz bei 2,35 T [MHz]

Spektralbereich [ppm]

99,98 1,11 99,63 100 100 0,04 0,37

100 25,1 7,2 40,5 94,1 13,6 10,1

20 350 1.000 800 400 700 1.000

In Tab. 12 sind die durch γ bestimmten Werte von ν bei einem Magnetfeld von 2,35 T für verschiedene Kerne angegeben. γ beträgt für ein Proton 26,7519⋅107 T−1⋅s−1 und für 13C 6,7283⋅107 T−1⋅s−1. σ bestimmt die Größe der Abweichung von dieser Frequenz in verschiedenen chemischen Verbindungen und damit dem in Tab.  12 angegebenen Spektralbereich. NMR-Spektrometer werden von einigen Firmen auf den Markt gebracht [36, 37].

82 

 1 Methodik

1.1.3.2 Relaxation Im Falle eines Protons liegt die energieärmere Orientierung des Drehimpulsvektors in Richtung des Magnetfeldes. Durch die Boltzmann-Beziehung wird der geringe Überschuss im energetisch tieferen Term angegeben: _ ΔE N+ = N_e kT

(5)

Das homogene Feld des Labormagneten muss also möglichst stark sein, da dann nach Gleichung (1) ∆E größer und damit der Unterschied der Besetzungszahlen größer wird. Durch Absorption von Radiowellen werden Kerne vom unteren in das obere Niveau angehoben und der Überschuss der Kerne im energieärmeren Zustand vermindert. Dieser Vorgang findet so lange statt, bis beide Niveaus gleich besetzt sind. Durch Relaxationsprozesse wird von den Kernen Energie abgegeben und die ursprüngliche Verteilung wiederhergestellt. Wenn durch Einstrahlung von Energie mehr Kerne in den oberen Quantenzustand gehoben werden, als durch Relaxation zurückfallen können, so ist die Besetzungszahl der beiden Zustände nach kurzer Zeit gleich und man beobachtet kein Resonanzsignal mehr (Sättigung). Man muss also weniger Energie einstrahlen, als von dem System durch Relaxation abgegeben werden kann. 1.1.3.3 Die chemische Verschiebung Die Positionen von Resonanzen in einem NMR-Spektrum werden relativ zu der Vergleichssubstanz Tetramethylsilan (TMS) gemessen. Man hat vereinbart, die Position eines Resonanzsignals in Bezug zum TMS-Signal durch den δ-Wert anzugeben: δ=

ν–νtms BETRIEBSFR.in MHz

(6)

Der Zähler von Gleichung (6) wird in Hertz (Hz) ausgedrückt (das ist der Abstand in Hz zum Resonanzsignal des TMS), der Nenner dagegen in Megahertz (MHz), sodass für δ, den Parameter der chemischen Verschiebung, die Einheit 10−6 oder ppm („parts per million“) resultiert. Im Falle eines 60 MHz-Spektrometers folgt: δ=

ν–νtms   60

ppm

(7)

Und da man willkürlich νTMS = 0 setzt, folgt Gleichung (8): ν

δ = 60  ppm

(8)

Die Abschirmungskonstante in Gleichung (3) ist umso kleiner, je geringer die Elektronendichte an dem betreffenden Proton ist. Wenn also die Elektronendichte an einem Atom infolge des induktiven Effektes eines benachbarten elektronegativen Atoms herabgesetzt ist, erscheint die Resonanz bei einem höheren δ-Wert [77].

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 83

Somit ist die wachsende Entschirmung von Methylbromid über Dibrommethan zu Bromoform erwartungsgemäß (Abb. 66). Aromatische Protonen sind aufgrund des Ringstromeffektes stark entschirmt. Im 13C-NMR-Spektrum der Essigsäure liegt aufgrund der Entschirmung das C-Atom der Carboxylgruppe bei tiefstem Feld (Abb. 67A), und auch die 1H-NMR-Spektren von 3-Cyanopropansäuremethylester sowie eines Substanzgemisches (Abb. 67C) haben die Resonanzsignale in Übereinstimmung mit wachsender Entschirmung. Beim Methylbromid z. B. ist auffallend, dass die Protonen der CH3-Gruppe gegenüber Ethan nach tieferem Feld verschoben sind, da hier der induktive Effekt (–I-Effekt) infolge der höheren Elektronegativität des Bromatoms gegenüber dem Kohlenstoff wirksam wird. Beim Anilin werden dagegen die aromatischen Protonen gegenüber Benzol nach höherem Feld verschoben, da hier ein mesomerer Effekt (+M-Effekt) wirksam ist (Abb. 68–81) [86]. 1.1.3.4 Spin-Spin-Kopplung Man könnte erwarten, dass in einem 1H-NMR-Spektrum so viele Linien auftreten, wie verschiedene Protonen vorhanden sind, also z. B. für Ethanol drei verschiedene Signale, nämlich für die CH3- und CH2-Gruppe und für das Proton der OH-Gruppe mit den relativen Intensitäten 3:2:1. Auf die Spin-Spin-Kopplung ist zurückzuführen, dass in einem NMR-Spektrum meist mehr Linien auftreten, als es der Zahl der magnetisch verschiedenen Atome entspricht. Zum Beispiel erhält man beim N-Methylacetamid (Abb. 82) durch Kopplung der N-Methylgruppe mit dem NH-Proton ein Dublett. Die Kopplungskonstante mit ca.  8 Hz ist durch den Abstand der beiden Signale gegeben. Beim Dichloracetaldehyd wird jedes Protonsignal durch Wechselwirkung mit dem Nachbarn in zwei Linien aufgespalten. Da die Kopplung des Aldehydprotons mit dem Methinproton durch die gleichen Bindungselektronen erfolgt wie die Kopplung des Methinprotons mit dem Aldehydwasserstoff, sind die Aufspaltungen gleich groß. Die Kopplungskonstante J ist durch den Abstand der beiden Linien in den Dubletts gegeben. Hat ein Proton zwei Nachbarn, wie etwa das Aldehydproton im Chloracetaldehyd, so spaltet das Resonanzsignal des Aldehydprotons in drei Linien mit den relativen Intensitäten 1:2:1 auf. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich die Methylenprotonen im Magnetfeld auf dreierlei Weise einstellen können: beide parallel zum Feld oder beide antiparallel, ferner das erste parallel, das zweite antiparallel oder umgekehrt. Ganz entsprechend bewirken beim Ethylbromid (Abb. 83) die Spineinstellungen der koppelnden Protonen die Aufspaltung des Methylsignals in ein Triplett und des Methylensignals in ein Quadruplett. Bei der Spinquantenzahl I = ½ entsprechen die relativen Intensitäten den Binominalkoeffizienten des Pascal-Dreiecks [87].

84 

 1 Methodik

Abb. 66: 1H-NMR-Spektren. (a) 60 MHz-Spektrum von p-Xylen, eine farblose, stark lichtbrechende, aromatisch riechende, brennfähige Flüssigkeit, D. 0,86, Sdp. 137–140 °C. Die Resonanz für die aromatischen Protonen ist stark entschirmt. (b) 90 MHz-Spektrum eines Gemisches von Brommethan, Dibrommethan und Tribrommethan. Bromoform ist eine farblose, giftige, chloroformähnlich riechende Flüssigkeit, die in Wasser schwer und in organischen Lösungsmitteln gut löslich ist, D. 2,9, Schmp. 5–6 °C, Sdp. 148–150 °C. Methylenbromid ist eine leicht flüchtige Flüssigkeit, D. 2,497, Schmp. –52 °C, Sdp. 97 °C, die in Wasser wenig löslich und mit Alkohol und Ether mischbar ist. Methylbromid ist ein in reiner Form geruchloses Gas, D. 1,730 (bei 0 °C), Schmp. –94 °C, Sdp. 4 °C, die Dämpfe reizen stark die Augen und die Atemwege. Die Protonenresonanzsignale sind erwartungsgemäß wachsend entschirmt. (c) 300 MHz-Spektrum von Essigsäurebenzylester, eine farblose, nach Jasmin duftende Flüssigkeit, D. 1,057, Schmp. –51 °C, Sdp. 213 °C. Die Methylenprotonen sind gegenüber den Methylprotonen noch stärker entschirmt.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 85

Abb. 67: NMR-Spektren. (a) 13C-NMR-Spektrum der Essigsäure in CDCl3. 1H-breitbandentkoppelt, d. h. ohne Berücksichtigung der 13C,1H-Kopplung. Das C-Atom der Carboxylgruppe ist stark entschirmt (tiefes Feld, hohe Frequenz bzw. hoher δ-Wert. Im 1H-NMR-Spektrum wird die Methylgruppe bei 2,1 ppm beobachtet und das Proton der Carboxylgruppe tritt bei 11,4 ppm in Resonanz. (b) 60 MHz-1H-NMR-Spektrum 3-Cyanopropansäuremethylester in CDCl3. Die Protonen der Methylengruppen haben zufällig dieselbe chemische Verschiebung, und aufgrund dieser chemischen Äquivalenz wird nur ein Signal beobachtet. Die Methylprotonen der Estergruppe sind stärker entschirmt. (c) 60 MHz-1H-NMR-Spektrum eines Substanzgemisches von Chloroform, Cyclohexan, Aceton und 1,4-Dioxan. Die Signale 1–4 können aufgrund der Entschirmung zugeordnet werden.

86 

 1 Methodik

Abb. 68: Chemische Verschiebungen von Protonen in verschiedenen Bindungstypen. Die Kernresonanzspektroskopie registriert die zur Überführung in den energiereicheren Zustand erforderliche Energie als Signal der dazugehörigen Frequenz. Die Lage dieser Signale, d. h. die Größe der zur Kernresonanz erforderlichen Energie, die sogenannte chemische Verschiebung, hängt von den Bindungsverhältnissen des betreffenden Atoms ab. Die Frequenz der Resonanz ist proportional dem angelegten Magnetfeld. Die 1H-Resonanzen von gesättigten Protonen (sp3-Hybridisierung) liegen um 1 ppm, acetylenische Protonen (sp-Hybridisierung) absorbieren um 2,5 ppm und olefinische (sp2-Hybridisierung) um 5 ppm. Ganz entsprechend ist die Reihenfolge für die 13C-Resonanzen.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 87

Abb. 69: 13C-Verschiebungen funktioneller Kohlenstoffe in einigen organischen Substanzklassen gegen Tetramethylsilan als Standard.

88 

 1 Methodik

Abb. 70: 1H-breitbandentkoppeltes 13C-NMR-Spektrum von Benzofuran (Cumaron), MG 118,13, farbloses, aromatisch riechendes Öl, D. 1,09, Sdp. 173–174, löslich in organischen Lösungsmitteln.

Abb. 71: 1H-breitbandentkoppeltes 13C-NMR-Spektrum von Thiophenol, MG 110,17, farblose, knoblauchartig riechende Flüssigkeit, D. 1,078, Schmp. –15 °C, Sdp. 168 °C, unlöslich in Wasser, gut löslich in Ether und Alkohol [76].

Abb. 72: 1H-breitbandentkoppeltes 13C-NMR-Spektrum von Dicyclohexylcarbodiimid, MG 206,34, farblose Kristalle, Schmp. 35–36 °C, Sdp. 148–152 °C (15 hPa), gut löslich in Alkohol und Ether.

Abb. 73: 1H-breitbandentkoppeltes 13C-NMR-Spektrum von Diketen (4-Methylen-2-oxetanon), MG 84,08, farblose Flüssigkeit, D. 1,09, Schmp. -7 °C, Sdp. 127 °C, die Dämpfe reizen die Augen und die Atemwege.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 89

Abb. 74: 1H-breitbandentkoppeltes 13C-NMR-Spektrum von Adamantan, C10H16, MG 136,23, gleicher räumlicher Aufbau wie Diamant, weswegen es früher auch „Diamantan“ genannt wurde. Die farblosen, campherartig riechenden Kristalle (D. 1,07) sublimieren trotz ihres hohen Schmelzpunktes (270 °C) bereits bei Raumtemperatur.

Abb. 75: 1H-breitbandentkoppeltes 13C-NMR-Spektrum von Triphenylphosphin (Triphenylphosphan, TPP), MG 262,28, farblose, monokline Prismen, D. 1,075, Schmp. 80 °C, Sdp. 188 °C (1,3 hPa), gut löslich in Alkohol und Ether, Ausgangsprodukt für die Herstellung von Yliden.

Abb. 76: 1H-breitbandentkoppeltes 13C-NMR-Spektrum von 1,2-Diphenylethan (Bibenzyl, MG 182,25, farblose Prismen, Schmp. 53 °C, Sdp. 284 °C, in Wasser unlöslich.

90 

 1 Methodik

Abb. 77: 1H-breitbandentkoppeltes 13C-NMR-Spektrum von Cholesterin (5-Cholesten-3β-ol), MG 386,64, farblose Blättchen, D. 1,052, Schmp. 148,5 °C, Sdp. 360 °C (geringe Zersetzung), in Wasser nicht, aber in Ether löslich; als Hauptvertreter der Zoosterine ist Cholesterin in allen Organen verbreitet.

Abb. 78: 1H-breitbandentkoppeltes 13C-NMR-Spektrum von Androsteron (3α-Hydroxy-5α-androstan17-on), MG 290,43, farbloses, geruchloses Kristallpulver, Schmp. 185 °C, wird von Digitonin nicht gefällt.

Abb. 79: 1H-breitbandentkoppeltes 13C-NMR-Spektrum von Phthalsäureanhydrid, MG 148,11, weiße, aromatisch riechende, sublimierbare Nadeln, D. 1,527, Schmp. 131 °C, Sdp. 295 °C, löslich in Benzol, wenig in Ether löslich.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 91

Abb. 80: 1H-breitbandentkoppeltes 13C-NMR-Spektrum von Spiroflor (3-Ethyl-2,4-dioxaspiro[5,5] undec-8-en), Riechstoff, MG 182,27, sehr komplexer natürlicher Duft, blumig, fruchtig, Hersteller: Henkel.

Abb. 81: 1H-breitbandentkoppeltes 13C-NMR-Spektrum von Malonsäurediethylester, MG 160,17, angenehm riechende, farblose Flüssigkeit, D. 1,055, Schmp. –50 °C, Sdp. 199 °C, mischbar mit Ether.

Abb. 82: 100 MHz-1H-NMR-Spektrum von N-Methylacetamid, MG 73,10, farblose, hygroskopische Kristalle, D. 0,957, Schmp. 28 °C, Sdp. 208 °C, löslich in Wasser und Ether.

92 

 1 Methodik

Abb. 83: 60 MHz-1H-NMR-Spektrum von Ethylbromid, MG 108,98, klare, farblose, stark lichtbrechende, leicht flüchtige und entflammbare Flüssigkeit, D. 1,45, Schmp. –117,8 °C, Sdp. 38 °C; die Dämpfe und die Flüssigkeit reizen die Augen und die Atemwege. Die Multiplizität der Signale ist anhand der Spineinstellungen der koppelnden Protonen erklärt.

Einfach zu interpretieren sind Spinsysteme des Typs AnXm oder AnMm mit zwei Sätzen von magnetisch äquivalenten Kernen, wobei νA  – νM mindestens um einen Faktor von etwa zehn größer sein soll als die Kopplungkonstante. Die Anzahl der Linien, die Multiplizität der Bande, ist dann für A: m · 2Ix + 1

und

für X: n · 2IA + 1

Ix und IA sind dabei die Spinquantenzahlen der Kerne X und A. Für IX = IA = ½ erhält man ein Spektrum erster Ordnung mit (m + 1)-Linien im A-Teil und (n + 1)-Linien im X-Teil (Abb. 84). Die Fläche unter der Signalkurve bezeichnet man als Intensität eines Resonanzsignals. Sie wird vom Computer ausgedruckt oder in Form einer Stufenkurve, dem Integral, gemessen. Der Vergleich der Stufenhöhen in einem Spektrum ergibt das Protonenverhältnis im Molekül. Natürlich muss bei Multipletts über die ganze Signalgruppe integriert werden (Abb. 85–90). Bei der 1H-Breitband-Entkopplung von 13C-NMR-Spektren werden für alle Kohlenstoffatome nur noch Singuletts im Spektrum beobachtet (sofern keine anderen koppelnden Kerne wie z. B. 31P in der Verbindung enthalten sind), da die sonst dominierenden 1H-13C-Kopplungen ausgeschaltet werden. Abbildung 91 zeigt das entkoppelte 13 C-Spektrum (Abb. 91a) und das Spektrum mit allen Kopplungen (Abb. 91b).

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 93

Abb. 84: 60 MHz-1H-NMR-Spektrum von 2-Nitropropan, MG 89,09, giftige, farblose Flüssigkeit, D. 0,9821, Schmp. –93 °C, Sdp. 120 °C, krebserzeugend. Das A6X-System führt zu einem Spektrum erster Ordnung.

Abb. 85: 300 MHz-1HNMR-Spektrum von Benzylacetat (Essigsäurebenzylester), C9H10O2, farblose Flüssigkeit mit charakteristischem Geruch, D. 1,06, Schmp. –51 °C, Sdp. 214 °C, löslich u. a. in Ethanol und Ether. Aufnahme in CDCl3 mit Integralen.

Bei der 1H-Breitbandentkopplung der 13C-Resonanzen kommt man zu einer vereinfachten Auswertung des Kernresonanzspektrums, da Signalaufspaltungen fehlen. Ein weiterer Vorteil liegt in der Signalverstärkung durch Kern-Overhauser-Effekte mit verkürzter Messzeit. Nachteile des Verfahrens liegen darin, dass keine Informationen über Kopplungskonstanten vorliegen und eine Auswertung der integralen Intensitäten nicht möglich ist. Beispielsweise zeigt das 13C-NMR-Spektrum von N-Acetyl-ß-d-neuraminsäuremethylester für 13 C-Atome bei 1H-Breitbandentkopplung erwartungsgemäß 13 Signale, da das Molekül keine Symmetrieelemente hat (Abb. 92).

94 

 1 Methodik

Abb. 86: 250 MHz-1HNMR-Spektrum von Styrol (Styren), C8H8, farblose, süßlich riechende, stark lichtbrechende Flüssigkeit, D.0,91, Schmp. –31 °C, Sdp. 145 °C, gut löslich in Aceton und Ether, Aufnahme in CDCl3. Die drei Dubletts von Dubletts für die drei Protonen HA, HM und HX sind im gleichen Verhältnis gespreizt.

Abb. 87: 250 MHz-1HNMR-Spektrum von Paraldehyd. Das Quartett und Dublett sind im gleichen Verhältnis vergrößert, gespreizt. Paraldehyd (2,4,6-Trimethyl-1,3,5-trioxan) ist eine farblose Flüssigkeit, C6H12O3, mit süßlichem Geruch, molarer Masse 132,16, D. 0,99, Schmp. 12 °C, Sdp. 124 °C, gut in Wasser löslich.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 95

Abb. 88: 300 MHz-1HNMR-Spektrum von Benzylalkohol (Phenylmethanol), C7H8O, farblose Flüssigkeit mit schwach aromatischem Geruch, D. 1,04, Schmp. –15 °C, Sdp. 206 °C, löslich in Alkohol und Ether, Brechungsindex 1,5396 (20 °C).

Abb. 89: 250 MHz-1H-NMR-Spektrum von Zimtsäure, C9H8O2, weiße Kristalle mit charakteristischem Geruch, Schmp. 134 °C, Sdp. Zersetzung.

Abb. 90: 300 MHz-1HNMR-Spektrum von Ethylacetat (Essigsäureethylester) in CDCl3, C4H8O2, molarer Masse 88,11, farblose Flüssigkeit mit fruchtigem Geruch, D. 0,894, Schmp. –83 °C, Sdp. 77 °C.

96 

 1 Methodik

Abb. 91: 13C-NMR-Spektren von Acetylsalicylsäure. Im breitbandentkoppelten 13C-Spektrum ergibt jedes der neun Kohlenstoffatome ein Signal. Aufgrund des Kern-Overhauser-Effektes sind die Signale der C-Atome, die direkt an Protonen gebunden sind (2,3,4,5,9), intensiver als die Signale der quartären C-Atome (1,6,7,8). Beim 1H-Breitband-Entkopplungsexperiment werden während des gesamten Messvorganges die Protonen entkoppelt. Das bedeutet, zusätzlich zur 13 C-Resonanzfrequenz wird die Protonenresonanzfrequenz eingestrahlt und die Übergänge aller Protonen gesättigt. Dabei wechseln die Protonen sehr schnell ihre Orientierung, sodass die 13 C-Atome die unterschiedlichen Spinzustände nicht „erkennen“ und somit keine C–H-Kopplung erfolgt.

Abb. 92: 100 MHz-13C-NMR-Spektrum von N-Acetyl-ß-d-neuraminsäuremethylester. Einige Signale können aufgrund der 13C-Verschiebungen funktioneller Kohlenstoffe zugeordnet werden (Abb. 69).

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 97

1.1.3.4.1 Karplus-Beziehung Die Karplus-Beziehung ist eine Gleichung, die nach ihrem Entdecker Martin Karplus benannt wurde und eine Korrelation der 3J-Kopplungskonstante und dem Diederwinkel in der NMR-Spektroskopie beschreibt. Die Kurve in Abb. 93 bezieht sich auf gesättigte Systeme. Aus der Abb. 93 folgt, dass bei dem Torsionswinkel 90° die Kopplungskonstante am kleinsten ist; liegt dieser Winkel bei 0 oder 180° ist die Kopplungskonstante am größten. Die Karplus-Beziehung wird besonders bei der Konformations- und Konfigurationsermittlung von Ethanderivaten und gesättigten Sechsringen benutzt. Der von Karplus angegebene Zusammenhang zwischen vicinaler Kopplungskonstante und Torsionswinkel ist eine wichtige Beziehung in der Konformationsanalyse. Die vicinale Kopplung tritt zwischen Protonen auf, die über zwei Atome miteinander verknüpft und somit über drei Bindungen voneinander getrennt sind. Sie liegt in einer Größenordnung zwischen 0–18 Hz (Tab. 13). In den Derivaten des Cyclohexans sind Kopplungen zwischen den axialen und äquatorialen Protonen deutlich zu unterscheiden: 3Jaa mit α = 180° etwa 8 Hz, 3Jee ≅ 3 Jae mit α = 60° etwa 2–4 Hz.

  Abb. 93: Bereich der vicinalen Kopplungskonstanten in Abhängigkeit vom Torsionswinkel. Die untere Kurve ist die „Karplus-Kurve“ und das schraffiert eingezeichnete Band gibt an, innerhalb welcher Grenzen sich die 3J(H,H)-Werte erfahrungsgemäß bewegen [38].

98 

 1 Methodik

Als Beispiel für axiale und äquatoriale 3J(H−H)-Kopplungen ist in Abb.  94 ein Gemisch von α- und ß-Glucose wiedergegeben. Aus dem Spektrum kann ermittelt werden, in welchem Verhältnis die beiden Anomere vorliegen: Die stärkste Entschirmung hat das Proton H-1 der α-Glucose in äquatorialer Stellung. Es koppelt zum Proton H-2, das sich in axialer Stellung befindet, mit 3,7 Hz. Das bei δ = 4,65 ppm absorbierende Proton koppelt mit 7,9 Hz zum axialständigen Proton H-2. Die Integrale über die beiden Dubletts ergeben ein Mengenverhältnis von etwa 40% α-Glucose und 60% ß-Glucose.

Abb. 94: 250 MHz-1HNMR-Spektrum eines Gemisches von α- und ß-Glucose. Um die prozentualen Anteile zu ermitteln, sucht man im Spektrum die Signale des Protons an C-1. Dieses anomere Proton, H-1, ist von allen Ringprotonen durch die beiden α-ständigen Sauerstoffe am stärksten entschirmt, außerdem koppelt es nur mit einem weiteren Proton, mit H-2. H-2 der ß-Glucose absorbiert bei höchstem Feld angenähert als Triplett, da die axialen Kopplungen angenähert gleich sind.

Griseofulvin ist ein Glied von stereochemischen Isomeren, von denen nur eines antibiotische Aktivität hat. Es wurde versucht, Stereochemie und Strukturaktivität in Verbindung zu bringen. In Abb. 95 ist das Protonenresonanzteilspektrum des 4α-Griseofulvolmethylethers wiedergegeben. Das Triplett von Dubletts bei 2,32 ppm (ein Proton) kann einem der C-5-Methylenprotonen zugeordnet werden. Aus den zwei großen 14 Hz-Kopplungen folgt, dass eine diaxiale 1,2-trans-Kopplung neben einer geminale Kopplung vorliegt. Für eine 1,2-trans-diaxiale Kopplung erscheint der Wert von 14 Hz ungewöhnlich groß, für Spirane dieses Typs ist die genannte Kopplung jedoch charakteristisch.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 99

Abb. 95: 100 MHz-1HNMR-Teilspektrum von 4α-Griseofulvolmethylether in CDCl3. Die Zeichnung gibt die Konfiguration des Ringes C dieser Verbindung wieder. Rechts: Griseofulvin, farblose Kristalle, 1939 in Kulturen von Penicillium griseofulvum entdecktes fungistatisches Antibiotikum. Tab. 13: Typische Spin-Spin-Kopplungskonstanten einiger Spinsysteme.

1.1.3.5 Aufnahme von NMR-Spektren Einige Milligramm der zu untersuchenden Substanz werden in 0,3–0,5 ml eines Lösungsmittels gelöst, das im interessierenden Spektralbereich nicht selbst absorbiert. Besonders gebräuchlich sind CDCl3 und CCl4. Die Lösung wird in ein NMR-

100 

 1 Methodik

Probenröhrchen gefüllt, welches in den Magneten gebracht wird. Um die Feldinhomogenität auszumitteln, wird das Röhrchen um seine Längsachse gedreht. Zur Aufnahme eines 1H-NMR-Spektrums bei einer Feldstärke von 7,05 T werden Radiowellen im Bereich von 300 MHz eingesetzt. Die meisten Wasserstoffkerne organischer Verbindungen absorbieren in diesem Bereich. 13C-Kerne absorbieren bei dieser Feldstärke bei 75,4 MHz. Bei in der Praxis gebräuchlichen CW-Geräten (engl. continous wave, CW) lässt man üblicherweise die Frequenz konstant und ändert zur Aufnahme des Spektrums die Feldstärke („Feld-Sweep“) entsprechend. Die Fourier-Transform-Geräte arbeiten dagegen nach dem Frequenz-Sweep-Verfahren, bei dem die Feldstärke konstant bleibt und die Frequenz der Strahlung verändert wird. Ein wesentliches Bauelement eines jeden Spektrometers ist der Magnet, in Abb. 96 als Längsschnitt gezeichnet. Von seiner Qualität hängt die Qualität des Experimentes und damit das endgültige Spektrum ab. Waren es bis Anfang der 1960er-Jahre Permanent- oder Elektromagnete mit einer magnetischen Flussdichte bis 1,41 T (entsprechend

Abb. 96: Schematischer Aufbau eines NMR-Spektrometers mit Kryomagnet; 1 Magnet: a Magnetspulen; b, c Einfüllstutzen für flüssiges Helium bzw. Stickstoff; d innere und äußere Vakuumkammern; 2 Probenkopf; 3 Substanzprobe; 4 Probenwechsler; 5 Shim-Einheit.

1.1 Absorptionsspektroskopie 

 101

einer Messfrequenz von 60 MHz für Protonen), erreicht man heute mit Kryomagneten schon etwa 19 T, d. h. 800 MHz Messfrequenz für Protonen. Kryomagneten sind in Spulenform gewickelt. Der dafür verwendete Draht ist aus supraleitenden Seltene-Erden-Legierungen gefertigt (Niob, Zirkonium). Da die Supraleitung jedoch nur bei sehr tiefen Temperaturen stattfindet, muss sich die Spule immer im vollen Umfang in flüssigem Helium befinden. Die Richtung des Magnetfeldes B0 liegt in der Längsachse der Messprobe. Als Magnetbehälter dienen große, hochevakuierte Doppelmantel-Dewargefäße (ca. 10−7 Torr), um die Verdampfungsverluste möglichst gering zu halten. Im inneren Dewar, gefüllt mit flüssigem Helium, befindet sich die Magnetspule. Der äußere, den Heliumbereich umschließende Dewar, enthält billigeren, flüssigen Stickstoff, um den Kryobereich möglichst gut zu isolieren. Im erweiterten Sinne kann man die Vorrichtung für die Probenrotation und die Shim-Einheit (zum Einstellen der Magnetfeldhomogenität) zum Probenkopf hinzunehmen (Abb. 96, 5). Diese befinden sich in einem Rohr konzentrisch um den Probenkopf, sie bleiben im Magneten, wenn der Probenkopf gewechselt wird. Oft rotiert das Probenröhrchen zur Verbesserung der effektiven Feldhomogenität um seine Längsachse. Die entsprechende Vorrichtung, eine Turbine, befindet sich am oberen Ende des Shim-Rohres. Bei der neuesten Gerätegeneration ist die Feldhomogenität so gut, dass auf die Rotation verzichtet werden kann [39].

Abb. 97: Ein 500 MHz-Fourier-Transform-Spektrometer mit (a) supraleitendem Magneten sowie mit (b) dem Kontrollpult und dem Schreiber.

102 

 1 Methodik

1.2 Massenspektroskopie Die Massenspektroskopie oder Massenspektrometrie ist ein analytisches Verfahren, bei dem eine zu untersuchende Substanz im gasförmigen Zustand unter hohem Vakuum (10−7 kPa bzw. 10−6 Torr) ionisiert und fragmentiert wird. Nach der Ionisierung werden die geladenen Partikel in einem elektrischen Feld beschleunigt, in einem Magnetfeld nach ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis getrennt und entsprechend ihrer Intensität registriert. Die Ionisierung der Moleküle erfolgt z. B. durch Elektronenstoß, dabei werden Molekülionen als Radikalkationen gebildet. Wird bei diesem Vorgang mehr Energie auf ein Molekül übertragen als zur Ionisierung notwendig ist − das Ionisierungspotenzial (engl. appearance potential) organischer Verbindungen liegt zwischen 8–15 eV −, zerfällt das gebildete Molekülion in Bruchstücke (Fragmentierung). Man wählt im Allgemeinen die Energie der Stoßelektronen so hoch (50–70 eV), dass ein von der übertragenden Energie unabhängiges und damit gut reproduzierbares Fragmentierungsspektrum entsteht (Abb. 98). Die im Massenspektrometer entstehenden Ionen lassen sich einteilen in a) Molekülionen, b) Fragmentionen, die sowohl durch einfache Bindungsbrüche aus den Molekülionen entstanden sein können als auch durch nochmalige Bindungsspaltung von Bruchstückionen und c) Umlagerungsionen, die durch unspezifische oder spezifische Umlagerungen entstehen [40–42]. Eine Art unspezifischer Umlagerung ist der Austausch von zwei Atomen des Molekülions. Dadurch entsteht ein Ion gleicher oder ähnlicher Struktur. So fanden McFadden und Wahrhaftig bei deuterierten Butanen Fragmentionen, die durch Austausch von Wasserstoff und Deuterium innerhalb des Molekülions entstanden sein mussten.

Abb. 98: Schematische Darstellung eines Massenspektrometers. Die zu untersuchende Substanzprobe (etwa 0,1–2 mg) wird zur Aufnahme des Massenspektrums in die evakuierte Ionisierungskammer eingebracht und dort durch einen Elektronenstrahl ionisiert. Durch elektrische Felder werden die positiv geladenen Teilchen beschleunigt und gebündelt durch einen engen Eingangsspalt in ein magnetisches Feld konstanter Feldstärke geführt, das senkrecht zur Richtung des elektrischen Feldes orientiert ist. Ungeladene Teilchen werden aus der Ionisierungskammer abgepumpt.

1.2 Massenspektroskopie 

 103

Isotopenionen, welche von der natürlichen Anwesenheit von Isotopen herrühren, können benutzt werden, um die Zahl der C-Atome in dem normalen korrespondierenden Ion zu bestimmen. In dem Spektrum einer synthetischen Verbindung, die in einer bestimmten Position einen Überschuss eines Isotops enthält, ist es möglich zu bestimmen, welches Ion von dem markierten Teil des Moleküls herrührt. Metastabile Ionen, welche eine Lebensdauer von etwa 10−6 s haben, dissoziieren teilweise in dem feldfreien Bereich zwischen der Ionenquelle und dem Magnetfeld und veranlassen dann das Auftreten diffuser Peaks im Massenspektrum. Obwohl die Intensität der metastabilen Peaks meist nur gering ist, haben sie große Bedeutung, da sie wichtigen Aufschluss über die im Massenspektrometer ablaufenden Fragmentierungswege geben: Teilchen mit der ursprünglichen Masse m1 gelangen nach Abspalten eines ungeladenen Partikels als Masse m2 zum Auffänger und werden bei m = m22/m1 als breite Bande registriert. Die wesentlichen massenspektrometrischen Fragmentierungswege lassen sich fast immer in der Weise erklären (wenn nicht gar voraussehen), dass vorzugsweise energetisch günstige Abbaureaktionen ablaufen, also die positive Ladung (sowie, falls vorhanden, das Radikal) bei allen Zwischenstufen stabilisiert ist, und dass schließlich eine stabile neutrale Spezies abgespalten wird. Um ein Massenspektrum zu erhalten, müssen die gebildeten Ionen nach ihren Massen getrennt werden. Hierzu werden sie im ersten Schritt auf bestimmte Ausgangsgeschwindigkeiten gebracht und zu einem Strahl gebündelt. Dies geschieht praktisch so, dass die Ionen durch ein schwaches elektrisches Feld aus der Ionisierungsregion der Quelle entfernt und anschließend über ein Potenzialgefälle beschleunigt werden (bei Magnetfeldgeräten mehrere kV, bei Quadrupolgeräten etwa 25 V). Aus dem durch elektrostatische Felder gebündelten Ionenstrahl wird dann durch einen Austrittsspalt ein schmaler Streifen herausgeschnitten. Die Geschwindigkeit v der einzelnen Ionen hängt nach Gleichung (1) und Gleichung (2) von der Ladung e und der Masse m der Ionen sowie von der Beschleunigungsspannung U ab: e ⋅U =

ν=

m⋅ v 2 2 2 ⋅ e ⋅U m

(1)

(2)

Als bewegte geladene Teilchen lassen sich die Ionen auf verschiedene Weise trennen. Eine Möglichkeit besteht in der oben beschriebenen Ablenkung in einem Magnetfeld. Der Ablenkungsradius r (in m) ergibt sich durch Gleichsetzung der Lorenzkraft (B ⋅ e ⋅ v) und der Zentrifugalkraft (m ⋅ v2/r) aus Gleichung (3). Substituiert man v nach Gleichung (2), so erhält man für jede Masse m einen bestimmten Bahnradius r (Gleichung 4).

104 

 1 Methodik

r=

ν=

m⋅ v e⋅ B 2 m ⋅U e ⋅ B2

(3)

∴

B2 ⋅ r 2 m = e 2U

(4)

1.2.1 Elementaranalysen Das Molekülion einer Verbindung ergibt nie ein einziges Signal im Massenspektrum, da die meisten in organischen Verbindungen vorhandenen Elemente als Isotopengemische auftreten. Die schwereren Nuklide unterscheiden sich in ihrer Masse von den leichteren durch nahezu ganze Massenzahlen und werden auch von gewöhnlichen Massenspektrometern einwandfrei getrennt. Man findet daher für jedes Ion eine Gruppe von Signalen, deren relative Intensität durch die Art und Zahl der vorhandenen Atomarten bzw. durch das natürliche Mischungsverhältnis der verschiedenen Nuklide bestimmt ist. Im Fall von Kohlenstoff, Schwefel und den Halogenen ist der natürliche Gehalt an schwereren Nukliden (13C, 34S, 37Cl, 81Br) so groß, dass man aus der Höhe des Isotopensignals auf die Anzahl der in dem betreffenden Ion vorhandenen Atome schließen kann. So hat in Verbindungen mit mehreren C-Atomen jedes Atom eine Wahrscheinlichkeit von 1,1  %, ein 13C-Atom zu sein; n C-Atome ergeben somit ein Isotopensignal mit der Masse M + 1 und der relativen Intensität (verglichen mit dem entsprechenden 12C-Signal) von n ⋅ 1,1 %. Ein Schwefelatom zeigt sich durch ein Isotopensignal der Masse M + 2 und der relativen Intensität n 4,4 %, ein Chloratom ebenfalls durch ein Isotopensignal der Masse M + 2 und der relativen Intensität n ⋅ 32,4 %. Besonders deutlich lässt sich das Vorhandensein eines Bromatoms erkennen: Man erhält dann zwei nahezu gleich intensive Signale, die sich um die Massenzahl zwei unterscheiden und die den Nukliden 79Br und 81Br zuzuschreiben sind (Abb. 99). Durch sorgfältige Auswertung der Isotopensignale lässt sich also in vielen Fällen eine Elementaranalyse der zu untersuchenden Substanz durchführen. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn doppeltfokussierende Geräte eingesetzt werden, da diese die Möglichkeit bieten, die Massenzahlen der Ionen auf vier Dezimalstellen genau zu bestimmen (hochauflösende Massenspektrometrie). Da die Atommassen der Atome eines Moleküls nicht exakt ganzzahlig sind, zeigen sich diese Differenzen in den letzten Dezimalstellen der Massenzahl. Also jeder Summenformel entspricht bei dieser hohen Genauigkeit eine individuelle Massenzahl. Beispielsweise könnte ein Ion der Masse 28 CO+, N2+, CH2N+ oder C2H4+ sein. Jedoch kann bei der großen Genauigkeit des Massenspektrometers auf die Identität geschlossen werden, da sich die Massen wie folgt unterscheiden: CO+: 27,9949, N2+: 28,0061, CH2N+: 28,0187 und C2H4+: 28,3128.

1.2 Massenspektroskopie 

 105

Abb. 99: Häufigkeitsverteilung bzw. Isotopenmuster von (a) Kohlenstoff, (b) Brom, (c) Chlor und (d) Schwefel (jeweils ein Atom im Molekül).

1.2.2 Historische Daten Während des Manhattan-Projekts wurden große Isotopenanreicherungsanlagen (Calu­ trons) gebaut, die nach dem Prinzip von Massenspektrometern arbeiteten. In den 1950er-Jahren wurde von Roland Gohlke und Fred McLafferty das erste Mal ein Massenspektrometer als Detektor für eine Chromatographiemethode eingesetzt [43]. Beide koppelten einen Gaschromatographen mit einem Massenspektrometer. Durch diese Methode konnten das erste Mal Substanzgemische in einer Anlage getrennt und identifiziert werden (Abb.  100) [44]. Für die Anwendung einer gaschromatographischen Methode müssen die entsprechenden Verbindungen jedoch im Vakuum flüchtig und dabei unzersetzt verdampfbar sein. Im Jahr 1953 entwickelte Wolfgang Paul den Quadrupol, der eine Selektion der Masse-zu-Ladung-Verhältnisse fliegender Ionen ermöglichte [45]. Ebenso entwickelte Wolfgang Paul die Ionenfalle, mit der Ionen in einem definierten kleinen Raum gehalten werden konnten. Für seine Entdeckungen erhielt Wolfgang Paul 1989 den Nobelpreis für Physik. Ab 1959 wurde die Massenspektrometrie von K. Biemann und Kollegen zur Proteinidentifikation eingesetzt [46]. Die bisherigen Methoden zur Erzeugung der benötigten Ionen waren sehr aggressiv und führten zu vielen Bruchstücken (Fragmente) beim Vermessen organischer Verbindungen. Daher setzte ab den 1960er-Jahren die Entwicklung immer schonenderer Ionisationsmethoden ein. Mitte der 1960er-Jahre wurde von Munson und Field die chemische Ionisation (CI) veröffentlicht [47]. Die Verbindung zweier Massenspektrometer über eine Kollisionskammer durch Jean Futrell führte 1966 zur Entwicklung des ersten Tandem-Massenspektrometers [48]. Im Jahr 1969 publizierte H.D. Beckey die Felddesorption (FD) [49]. In den späten 1970er-Jahren verwendete Jim Morrison drei Quadrupole in Serie, bei denen der erste Quadrupol als Massenfilter, der Zweite als Fragmentierung von Molekülen und der Dritte zur Detektion der Molekülionen diente. Durch Erhöhung des Drucks durch Zugabe eines Inertgases konnten Christie Enke, Richard Yost und Jim Morrison im Jahr 1979 eine kollisionsinduzierte Fragmentierung von Molekülen ohne eine Verwendung von Lasern erreichen [50].

106 

 1 Methodik

Abb. 100: Kopplung von Gaschromatographie und Massenspektrometrie (Gerät MAT 1125), Finnigan MAT.

1.2.3 Umlagerungen Massenspektrometrische Fragmentierungen sind häufig von Wasserstoffwanderungen begleitet. Eine eingehende Untersuchung dieser Reaktionen vorwiegend mittels Markierung durch Deuterium hat wesentlich zum Verständnis elektronenstoßinduzierter Bindungsspaltungen beigetragen. Später wurde gefunden, dass auch andere Gruppen wie Alkyl, Aryl, Hydroxyl u. a. nach einem Elektronenstoß wandern können. Diese Umlagerungen sind nicht nur von spezifisch mechanistischem Interesse, sondern die genaue Kenntnis über das Eintreten solcher Wanderungsreaktionen ist entscheidend für die richtige Deutung von Massenspektren oder zur Vermeidung von Fehlinterpretationen bei der „Element-Kartographie“. Die McLafferty-Umlagerung ist eine chemische Reaktion, die nur unter den Bedingungen der Massenspektrometrie ablaufen kann. Es handelt sich dabei um eine Reaktion, die vergleichbar ist mit der Esterpyrolyse oder der Tschugajew-Reaktion. Die Reaktion ist nach ihrem Entdecker Fred McLafferty benannt. Ein doppelbindungshaltiges Substrat, das zu Beginn der Reaktion als Radikalkation vorliegt, spaltet ein neutrales Molekül ab, wobei das verbleibende Fragment wieder als Radikalkation vorliegt. Beim Beispiel läuft über einen sechsgliedrigen Übergangszustand die Übertragung des Wasserstoffatoms aus der γ-Position auf das radikalische Heteroatom ab. Das dann dreifach gebundene (Hetero-)Atom trägt nun eine positive Ladung, während das Kohlenstoffatom an der γ-Position nun als Radikal vorliegt. Da primäre und sekundäre Radikale thermodynamisch und kinetisch instabil sind, erfolgt eine Bindungsverschiebung und das neutrale Abgangsmolekül (beim Beispiel ein Alken) wird abgespalten. Das Radikal liegt nun direkt neben einer Doppelbindung, die besser in der Lage ist, es

1.2 Massenspektroskopie 

 107

durch mesomere Effekte zu stabilisieren. Diese bessere Stabilisierung ist die Triebfeder für die Abspaltung des kleinen Moleküls [51–53].

Die Massenspektren von Vinylcarbinolen des Typs RCH(OH)−CH=CH2 zeigen die gleichen Bruchstücke wie die der isomeren Ethylketone R−CO−C2H5. Dies ist auf eine Umlagerung der Molekülionen der Vinylcarbinole in solche der Ethylketone vor Eintritt der Bruchstückbildung zurückzuführen. Die Massenspektren beider Verbindungsklassen unterscheiden sich nur geringfügig in den Intensitätswerten [54].

1.2.4 Typische Zerfallsreaktionen Homolyse einer C,C-Bindung nach Entfernen eines nicht bindenden Elektrons von einem Heteroatom (α-Spaltung):

Ausbildung eines allylischen bzw. benzylischen Carbeniumions:

Ausbildung eines Carbeniumions (tertiär bevorzugt vor sekundär, sekundär bevorzugt vor primär). Bei dieser Reaktion wird kein neues Elektronenpaar gebildet, sondern ein

108 

 1 Methodik

Elektronensextet. Ein ähnliches Verhalten findet man bei Heteroatomen aus höheren Perioden (P,S usw.), da hier Stabilisierung durch Elektronen innerer Schalen möglich ist.

Abstraktion eines Radikals von einer anderen Stelle innerhalb des Moleküls, wenn dadurch ein stabileres Radikal (tertiär > allyl > sekundär > primär) gebildet wird. Diesen Vorgang beobachtet man besonders häufig bei cyclischen Verbindungen, wie hier am Beispiel von Cyclopentylamin gezeigt sei [55, 56]:

1.2.5 Wirkstoffe Eine wichtige Voraussetzung für die Behandlung von Patienten, die unter einer Vergiftung leiden, ist die rasche und zuverlässige Identifizierung des Medikamentes. Die Kombination von Gaschromatographie und Massenspektrometrie hat sich als eine beweiskräftige Methode für diese Aufgabe erwiesen. Die Anwendung in toxikologischen Labors fordert geeignete Instrumente sowie eine Sammlung von Referenzspektren (Abb. 101–231).

Abb. 101: Noscapin, ein Antitussivum, C22H23NO7, MG 413.

1.2 Massenspektroskopie 

Abb. 102: Homofenazin, ein Tranquilizer, C23H28N3OSF3, MG 451.

Abb. 103: Acepromazin, ein Sedativum, C19H22N2OS, MG 326.

Abb. 104: Cyclopentobarbital, ein Hypnotikum, C12H14N2O3, MG 234.

Abb. 105: Methylpentinol, ein Tranquilizer, C6H10O, MG 98.

 109

110 

 1 Methodik

Abb. 106: Pentazocin, ein Analgetikum, C19H27NO, MG 285.

Abb. 107: Azatadin, ein Antihistaminikum, C20H22N2, MG 290.

Abb. 108: Sulfanilamid, ein Antibiotikum, C8H8N2O2S, MG 172.

Abb. 109:: 3-Hydroxylethosuximid, ein Antikonvulsivum, C7H11NO3, MG 157

1.2 Massenspektroskopie 

Abb. 110: Squalen, ein Adjuvans (keine eigene pharmakologische Wirkung), C30H50, MG 410.

Abb. 111: Bromhexin, ein Expektorans (Hustenlöser), C14H20N2Br2, MG 374

Abb. 112: Butaperazin, ein Tranquilizer, Neuroleptikum, C24H31N3OS, MG 409.

Abb. 113: Thiothixen, ein Neuroleptikum, C23H29N3O2S2, MG 443.

 111

112 

 1 Methodik

Abb. 114: Trazodon, ein Antidepressivum, C19H22N5OCl, MG 371.

Abb. 115: Fluphenazin, ein Neuroleptikum, C22H26N3OF3S, MG 437.

Abb. 116: Mequitazin, ein Antihistaminikum, C20H22N2S, MG 322.

Abb. 117: Thioproperazin, ein Neuroleptikum, Antipsychotikum, C22H30N4O2S2, MG 446.

1.2 Massenspektroskopie 

 113

Abb. 118: Aprindin, ein Antiarrhythmikum, C22H30N2, MG 322.

Abb. 119: Lysergsäurediethylamid (LSD), ein Psychotomimetikum, Aufhebung des Rausches durch Neuroleptika, C20H25N3O, MG 323.

Abb. 120: Bromisoval, ein Hypnotikum, C6H11N2O2Br, MG 222.

Abb. 121: Pentetrazol, ein Analeptikum (erregend auf das Nervensystem, in höheren Dosen giftig), C6H10N4, MG 138.

114 

 1 Methodik

Abb. 122: Crotylbarbital, ein Hypnotikum und Sedativum, C10H14N2O3, MG 210.

Abb. 123: Maprotilin, ein Antidepressivum, C20H23N, MG 277.

Abb. 124: Chlormezanon, ein Tranquilizer und Muskelrelaxans, C11H12NO3ClS, MG 273, in Deutschland nicht mehr zugelassen.

Abb. 125: Naphazolin, ein Vasokonstriktor (Gefäßverengung), C14H14N2, MG 210.

1.2 Massenspektroskopie 

 115

Abb. 126: Mescalin, ein Psychomimetikum (traumhaft veränderte Wahrnehmung von Sinnesreizen), C11H17NO3, MG 211.

Abb. 127: Tetrabenazin, ein Neuroleptikum, C19H27NO3, MG 317. Behandlung von Chorea Huntington (Bewegungsstörung).

Abb. 128: Chinidin, ein Antiarrhythmikum, C20H24N2O2, MG 324.

Abb. 129: Piritramid, ein Analgetikum (ein synthetisches Opioid), C27H34N4O, MG 430.

116 

 1 Methodik

Abb. 130: Metonitazen, ein Analgetikum, C21H26N4O3, MG 382.

Abb. 131: Benperidol, ein Neuroleptikum (Behandlung von Schizophrenien), C22H24N3O2F, MG 381.

Abb. 132: Propyphenazon, ein Antipyretikum, nicht steroidales Antiphlogistikum und Analgetikum, C14H18N2O, MG 230.

Abb. 133: Pipamperon, ein Neuroleptikum, es wirkt deutlich sedierend und weniger antipsychotisch, C21H30N3O2F, MG 375.

1.2 Massenspektroskopie 

 117

Abb. 134: Prenylamin, ein Koronardilator, Durchblutungsförderung der Herzkranzgefäße, C24H27N, MG 329.

Abb. 135: Propoxyphen, Analgetikum, C22H29NO2, MG 339.

Abb. 136: Ergometrin, ein Mutterkornalkaloid, C19H23N3O2, MG 325.

Abb. 137: Heptaminol, ein Kardiotonikum, C8H19NO, MG 145.

118 

 1 Methodik

Abb. 138: Ketoprofen, ein Antirheumatikum, C16H14O3, MG 254.

Abb. 139: Fencarbamid, ein Antispastikum (Herabsetzung einer krankhaft erhöhten Muskelspannung), C19H24N2OS, MG 328.

Abb. 140: Naloxon, zusammen mit Naltrexon ein Opioidantagonist (Antidot), C19H21NO4, MG 327.

Abb. 141: Loxapin (Handelsname Adasuve), Tranquilizer, Einsatz bei krankhafter Unruhe, C18H18N3OCl, MG 327.

1.2 Massenspektroskopie 

 119

Abb. 142: Benactyzin, ein Sedativum, Derivat der Benzilsäure, verwendet wird auch das Hydrochlorid, C20H25NO3, MG 327.

Abb. 143: Miconazol, ein Antimykotikum, Pilzerkrankungen der Haut, C18H14N2OCl4, MG 414.

Abb. 144: Triflupromazin, ein Neuroleptikum und Antiemetikum (Verhindern des Erbrechens), seit 2003 in Deutschland nicht mehr im Handel, mögliche Nebenwirkung: Herzrhythmusstörung, C18H19N2SF3, MG 352.

Abb. 145: Lorcainid, ein Antiarrhythmikum, C22H27N2OCl, MG 370.

120 

 1 Methodik

Abb. 146: Moperon, ein Neuroleptikum, kaum sedierend, ein Butyrophenonderivat, C22H26NO2F, MG 355.

Abb. 147: Pirenzepin, ein Anticholinergikum (atropinartige Wirkung), entspannende Wirkung auf die Muskulatur, Zunahme der Herzfrequenz, Erweiterung der Pupillen, C19H21N5O2, MG 351.

Abb. 148: Etodroxizin, ein Tranquilizer und Hypnotikum, C23H31N2O3Cl, MG 418.

Abb. 149: Heroin (Diacetylmorphin), ein Analgetikum und Antitussivum, C21H23NO5, MG 369.

1.2 Massenspektroskopie 

 121

Abb. 150: Acetyldesipramin, ein Antidepressivum, es wirkt antriebssteigernd und stimmungsaufhellend, C20H24N2O, MG 308.

. Abb. 151: Midazolam, ein Benzodiazepin (verschreibungspflichtig), Hypnotikum, C18H13N3ClF, MG 325.

Abb. 152: Triacetyllabetalol, ein Antihypertensivum (Antihypertonikum), ein blutdrucksenkender Wirkstoff, C25H30N2O6, MG 454.

122 

 1 Methodik

Abb. 153: Triacetylöstriol, ein Östrogen, weibliches Geschlechtshormon, C24H30O6, MG 414.

Abb. 154: Reserpin, ein Indolalkaloid, Antihypertonikum, Neuroleptikum, Vorkommen in Rauwolfia serpentina, C33H40N2O9, MG 608.

Abb. 155: Flunarizin, ein Calciumkanalblocker, Wirkung als Antihistaminikum und Antiarrhythmikum, Einsatz bei Migräne und Schwindel.

1.2 Massenspektroskopie 

 123

Abb. 156: Talbutal, Hypnotikum, mittellang wirkendes Barbiturat mit überwiegend sedierender und hypnotischer Wirkung, C11H16N2O3, MG 224.

Abb. 157: Acetylmetoclopramid, ein Antiemetikum, Übelkeit und Brechreiz werden unterdrückt, C16H24N3O3Cl, MG 341.

Abb. 158: Diacetylmepindolol, ein Betablocker, senkt den Blutdruck, C19H26N2O4, MG 346.

Abb. 159: Propallylonal, ein Hypnotikum, ein Barbituratderivat mit sedierender Wirkung, C10H13N2O3Br, MG 288.

124 

 1 Methodik

Abb. 160: Codein (Methylmorphin), Antitussivum und Analgetikum, die Suchtgefahr ist geringer als beim Morphin. In Deutschland unterliegt Codein dem Betäubungsmittelgesetz. C18H21NO3, MG 299.

Abb. 161: Cocain (Kokain), wird aus den Blättern des Kokastrauches gewonnen, ein Tropanalkaloid, bitter schmeckende Kristalle. Cocain ist eines der gefährlichsten und verbreitetsten Rauschmittel, C17H21NO4, MG 303.

Abb. 162: Morphin, neben Noscapin (Narkotin) das wichtigste Hauptalkaloid des Opiums (Gehalt etwa 1%), wird als schmerzlinderndes Mittel eingesetzt. C17H19NO3, MG 285.

1.2 Massenspektroskopie 

 125

Abb. 163: Thebain, zählt zur Gruppe der Opiate, kommt im Milchsaft des Mohns, Papaver bracteatum, vor. Thebain findet keine therapeutische Anwendung, wird jedoch als Opioidantagonist genutzt, C19H21NO3.

Abb. 164: Cafedrin, ein Analeptikum, wirkt erregend auf das Nervensystem, Injektionslösung mit Theodrenalin, C18H23N5O3, MG 357.

Abb. 165: Chlorpromazin, der Prototyp eines Neuroleptikums, es fand 1952 in Europa Eingang in die psychiatrische Praxis. Die Erfolge in den Nervenheilanstalten führten dazu, dass bald jeder hospitalisierte Schizophrene mit diesem Medikament behandelt wurde, C17H19N2ClS.

126 

 1 Methodik

Abb. 166: Methylcocain, lokales Anästhetikum, C18H23NO4, MG 317.

Abb. 167: Strychnin, bei geringer Dosierung ein Analeptikum, sonst stark giftig, kommt im Samen der Brechnuss vor, C21H22N2O2, MG 334.

Abb. 168: Chlorprothixen, ein Neuroleptikum, niedrigpotentes Antipsychotikum aus der Gruppe der Thioxanthene, Behandlung von Unruhe, C18H18NClS, MG 315.

Abb. 169: Ethaverin, ein Spasmolytikum (Muskelrelaxans), C24H29NO4, MG 395.

1.2 Massenspektroskopie 

Abb. 170: Butalbital, ein Hypnotikum, C11H16N2O3, MG 224.

Abb. 171: Clomipramin, ein Antidepressivum, C19H23N2Cl, MG 314.

Abb. 172: Atropin, ein Anticholinergikum, Zunahme der Herzfrequenz, Abnahme des Tonus der glatten Muskulatur des Magendarmtraktes, Erweiterung der Pupillen, C17H23NO3, MG 289.

Abb. 173: Tetrahydrocannabinol, ein Psychedelikum, Hanf (Cannabis) findet Anwendung gegen rheumatische und bronchiale Erkrankungen, C21H30O2, MG 314.

 127

128 

 1 Methodik

Abb. 174: Phenobarbital, ein Hypnotikum und Antiepileptikum, C12H12N2O3, MG 232.

Abb. 175: Phenytoin, ein Antiepileptikum (Dauerbehandlung), C15H12N2O2, MG 252.

Abb. 176: Triacetylpanthenol, ein Dermatikum, stimuliert die Zellneubildung bei der Wundheilung, C15H25NO7, MG 331.

Abb. 177: Physostigmin, ein Parasympathomimetikum, Indolalkaloid, enthalten im Samen der Kalabarbohne und in Früchten des Manchinelbaums, verstärkt die Wirkung des parasympathischen Nervensystems, C15H21N3O2, MG 275.

1.2 Massenspektroskopie 

 129

Abb. 178: Clonazepam, ein Anticonvulsivum, vermeidet epileptische Anfälle, C15H10N3O3Cl, MG 315.

Abb. 179: Profenamin, ein Antiparkinsonikum, C19H24N2S, MG 312.

Abb. 180: Methylwarfarin, ein Antikoagulans, reduziert die Blutgerinnung, C20H18O4, MG 322.

Abb. 181: Methylsulindac, ein Analgetikum und Antiphlogistikum, C21H19O3FS, MG 370.

130 

 1 Methodik

Abb. 182: Pyritinol, ein Antidementivum, Behandlung der senilen Demenz, C16H20N2O4S2, MG 368.

Abb. 183: Pimozid, Neuroleptikum, gegen Psychosen im schizophrenen Formenkreis, C28H29N3OF2, MG 461.

Abb. 184: Chloroquin, mit Chinin verwandt, beide haben den Chinolinring, kann als Arzneistoff zur Therapie und Prophylaxe der Malaria eingesetzt werden, C18H26N3Cl, MG 319.

Abb. 185: Verapamil, gegen koronare Vasodilatation, C27H38N2O4, MG 454.

1.2 Massenspektroskopie 

Abb. 186: Oxycodon, Analgetikum, stark wirksames Opioid, C18H21NO4, MG 315.

Abb. 187: Diphenoxylat, ein Emetikum (Antiperistaltikum), Brechmittel, C30H32N2O2, MG 452.

Abb. 188: Oxazolam, ein Tranquilizer, Benzodiazepin, C18H17N2O2Cl, MG 328.

Abb. 189: Triazolam, ein Benzodiazepin für kurzzeitige, schwere Schlafstörungen, Gefahr der Abhängigkeit, C17H12N4Cl2, MG 342.

 131

132 

 1 Methodik

Abb. 190: Drofenin, ein Spasmolytikum der Ciba AG, Anticholinergikum, das bei Nerven und Muskelfasern wirkt. Die Wirkung von Acetylcholin im parasympathischen Nervensystem wird unterdrückt, C20H31NO2, MG 317.

Abb. 191: Phenglutarimid, ein Antiparkinsonmittel, C17H24N2O2, MG 288.

Abb. 192: Diacetylpiperazin, ein Anthelmintikum, Medikament gegen Wurminfektionen, C8H14N2O2, MG 170.

1.2 Massenspektroskopie 

 133

Abb. 193: Indometacin, Analgetikum aus der Gruppe der nicht steroidalen Antirheumatika, C19H16NO4Cl, MG 357.

Abb. 194: Prednisolon, ein Glucocorticoid, ein Steroidhormon aus der Nebennierenrinde. Der Name bezieht sich auf die Funktion im Glucosestoffwechsel, wirkt u. a. entzündungshemmend, C21H28O5, MG 360.

Abb. 195: Chlorcyclizin, ein Antihistaminikum, wirksam auch gegen Hepatitis C, C18H21N2Cl, MG 300.

134 

 1 Methodik

Abb. 196: Methohexital, ein Narkotikum, kurz wirksames Schlafmittel, wird auch als Anästhesiemittel eingesetzt, C14H18N2O3, MG 262.

Abb. 197: Metronidazol, ein Antiparasitikum, Behandlung von Protozoeninfektionen (Antiprotozoikum), C6H9N3O3, MG 171.

Abb. 198: Progesteron, der wichtigste Vertreter der Gestagene (Gelbkörperhormon), ein Sexualhormon. Progesteron regt das Wachstum der Gebärmutterschleimhaut an und bereitet diese auf die Einbettung einer befruchteten Eizelle vor, C21H30O2, MG 314.

1.2 Massenspektroskopie 

 135

Abb. 199: Acetylcyproteron, ein Antiandrogen, wirkt als kompetitiver Antagonist am Androgenrezeptor mit gestagener Wirkkomponente, C24H29O4Cl, MG 416.

Abb. 200: Panthenol, ein Dermatikum, wird auch intravenös verabreicht, um die Darmaktivität zu fördern, C9H19NO4, MG 205.

Abb. 201: Tricosan, bakterienhemmender Wirkstoff, der in Krankenhäusern eingesetzt wird, um die Übertragung von Krankheitskeimen zu verhindern. C12H7O2Cl3, MG 288.

136 

 1 Methodik

Abb. 202: Methylindometacin, ein Analgetikum aus der Gruppe der nicht steroidalen Antirheumatika, C20H18NO4Cl, MG 371.

Abb. 203: Levallorphan, ein Opioidantagonist, Gegengift bei Vergiftung mit Morphin, heute durch Naloxon ersetzt, C19H25NO, MG 283.

Abb. 204: Acetylnorethisteron, ein Gestagen. Gestagene werden u. a. zur oralen Kontrazeption (Antibabypille) eingesetzt; die Wirkung der Gestagene wird im Zusammenhang mit Östrogenen ausgelöst, C22H28O3, MG 340.

1.2 Massenspektroskopie 

 137

Abb. 205: Diacetylöstradiol, ein Östrogen (weibliches Geschlechtshormon); zu dieser Gruppe zählen das Östron, das Östradiol und das Östriol, C22H28O4, MG 356.

Abb. 206: Triacetylprednisolon, ein Glucocorticoid. Glucocorticoide sind Steroidhormone aus der Nebennierenrinde, C27H34O8, MG 486.

Abb. 207: Acetylandrosteron, ein physiologisches Hormon. Es wird in der Leber gebildet. Ein Metabolit des Sexualhormons Testosteron, C21H32O3, MG 332.

Abb. 208: Testosteron ein Androgen, C19H28O2, MG 288.

138 

 1 Methodik

Abb. 209: Oxazepam, Tranquilizer, ein Benzodiazepin, angstlösende und entspannende Eigenschaften, C15H11N2O2Cl, MG 286.

Abb. 210: Lorazepam, Tranquilizer, ein Benzodiazepin, epileptische Potenziale unterdrückende Wirkung, C15H10N2O2Cl2, MG 320.

Abb. 211: Bisacodylderivat, ein Abführmittel (Laxativ), C21H19NO4, MG 349.

Abb. 212: Brotizolam, ein Tranquilizer und Muskelrelaxans, ein Thienodiazepin, C15H10N4ClBrS, MG 392.

1.2 Massenspektroskopie 

 139

Abb. 213: Hydroxytriazolam, ein Hypnotikum, kurze Halbwertszeit, Verwendung bei Einschlafstörungen, C17H12N4OCl2, MG 358.

Abb. 214: Fendilin, für Koronardilatation, auch antiarrhythmische Wirkung, C23H25N, MG 315.

Abb. 215: Diacetylmepindolol, ein Betablocker, Behandlung der arteriellen Hypertonie, C19H26N2O4, MG 346.

Abb. 216: Diazepam, Tranquilizer, ein Benzodiazepin, C16H13N2OCl, MG 284.

140 

 1 Methodik

Abb. 217: Bromazepam, ein Tranquilizer, Behandlung akuter Angstzustände, C14H10N3OBr, MG 315.

Abb. 218: Clotiazepam, analog dem Benzodiazepin, der Benzolring ist durch einen Thiophenring ersetzt. C16H15N2OClS, MG 318.

Abb. 219: Methyloxazepam, ein Tranquilizer, C17H15N2O2Cl, MG 314.

Abb. 220: Diphenoxylat, ein Opiatagonist mit peristaltikhemmender Wirkung, Behandlung von Durchfall (Diarrhoe), C30H32N2O2, MG 452.

1.2 Massenspektroskopie 

Abb. 221: Acetylphenytoin, ein Antiepileptikum, C17H14N2O3, MG 294.

Abb. 222: Diacetylclonidin, ein Antihypertensivum, C13H13N3O3Cl2, MG 313.

Abb. 223: Mecloxamin, ein Anticholinergikum, unterdrückt die Wirkung des Acetylcholins im parasympathischen Nervensystem, Zunahme der Herzfrequenz, C19H24NOCl, MG 317.

Abb. 224: Disulfiram, Abschreckung von Alkohol (engl. alcohol deterrent), C10H20N2S4, MG 296.

 141

142 

 1 Methodik

Abb. 225: Methadon, potentes Analgetikum, ein vollsynthetisch hergestelltes Opioid. Methadon ist Agonist am Opioidrezeptor. Es hat als Heroinersatzstoff seine Wirksamkeit bewiesen, C21H27NO, MG 309.

Abb. 226: Tilidin, ein Analgetikum, wurde 1967 von Goedecke (Valoron) patentiert und ist als Generikum im Handel. Um die Anwendung als Rauschmittel zu vermeiden, ist Tilidin mit Naloxon verbunden, C17H23NO2, MG 273.

Abb. 227: Fensulfothion, ein Nematizid, Abtötung von Fadenwürmern, C11H17O4S2P, MG 308.

1.2 Massenspektroskopie 

 143

Abb. 228: Chavicin, Spice, eine Droge, die aus synthetischen Cannabinoiden und aus getrockneten Pflanzenteilen besteht (Ersatz für Cannabisprodukte), Handel in Deutschland verboten, C17H19NO3, MG 285.

Abb. 229: Diacetylpenbutolol, Betablocker, Anwendung bei Bluthochdruck, C22H33NO4, MG 375.

Abb. 230: Flunarizin, ein Vasodilator, vorbeugende Behandlung der Migräne, auch Antihistaminikum, C26H26N2F2, MG 404.

Abb. 231: Warfarin, ein Antikoagulans, C19H16O4, MG 308.

144 

 1 Methodik

1.3 Laborautomatisierung Laborautomatisierung ist ein spezielles Gebiet der Automatisierungstechnik. Sie befasst sich mit der Automatisierung von Laborprozessen in der Chemie, Bio-, Pharma- und Lebensmitteltechnologie sowie in der Medizin. Der Begriff „Laborautomatisierung“ (auch Laborautomation) wurde in den 1970er-Jahren in der chemischen Industrie geprägt. Sie ist ursprünglich entstanden, um die bei Laborsynthesen bis dahin manuell durchgeführten verfahrenstechnischen Grundoperationen wie Rühren, Temperieren, Dosieren etc. sowie das Registrieren und Überwachen der Messwerte automatisiert durchzuführen. Ziel war es, durch automatisierte Fahrweise die Reproduzierbarkeit zu verbessern und Kosten zu sparen. Heute umspannt der Begriff Laborautomatisierung ein weites Feld in der chemischen, biochemischen sowie in der Nahrungs- und Getränkeindustrie und ist keinesfalls mehr eindeutig. Die Geräte und Programme für die Laborautomatisierung unterscheiden sich wesentlich, je nachdem ob sie zur Automatisierung eines verfahrenstechnischen Laborprozesses, z. B. eines Laborreaktorsystems, oder zur Automatisierung eines Analytiklabors eingesetzt werden. Entsprechend haben sich die Laborautomatisierungsanbieter in der Regel auf die Bereiche Synthese oder Analytik spezialisiert (Abb. 232).

Abb. 232: FTIR-Gerät NIC 205 der Firma Nicolet. Das Modell ist für den Einbau eines 50 MByteFestplattenlaufwerkes zur Speicherung von Spektrensammlungen geeignet. Die spektroskopische Erfahrung im Umgang mit charakteristischen Bandenlagen, funktionellen Gruppen, erwarteten Intensitäten und Strukturabhängigkeiten sind in einem Regelwerk der Software niedergelegt.

2 Arzneimittel Im Sinne des Arzneimittelgesetzes sind Arzneimittel Stoffe, die durch Anwendung im oder am menschlichen Organismus dazu bestimmt sind, die Beschaffenheit des Körpers erkennbar zu machen oder zu beeinflussen sowie Krankheitserreger zu beseitigen [57–59]. Eine wichtige Grundlage der Arzneimittelforschung (Pharmakologie) bildet der Tierversuch. Die spezielle Pharmakologie untersucht die Wirkungsweise einzelner Arzneimittel und das Verhalten des lebenden Organismus gegenüber diesen Substanzen. Die Grenze zwischen der Pharmakologie und der Toxikologie, die Lehre von den Giften, lässt sich nicht scharf ziehen, da es bei vielen Substanzen nur von der Dosierung abhängt, ob sie als Gift oder als Heilmittel wirken. Die Wirkungsweise eines Pharmakons hängt von der Höhe der verabreichten Dosis ab. Der einfachste Fall einer solchen Abhängigkeit, die sogenannte „Alles-odernichts-Reaktion“, kommt bei der karzinogenen Wirkung vor. Einige Pharmaka zeigen eine lineare Abhängigkeit der Wirkungsstärke von der Dosis. Wird die Dosis verdoppelt, verdoppelt sich auch die Wirkung. Häufiger ist jedoch eine nicht lineare Beziehung zwischen Dosis und Wirkung. Nach einem wirkungslosen Intervall nimmt die Wirkung mit steigender Dosis zu und erreicht schließlich ein Maximum, das auch bei weiterer Erhöhung der Dosis nicht überschritten wird. Die beiden wichtigsten Kriterien einer Dosis-Wirkungs-Kurve sind ihre Steilheit und ihre Lage. Unter therapeutischen Gesichtspunkten sind Pharmaka mit sehr steilem Verlauf der Dosis-WirkungsKurve weniger erwünscht, da diese eine so fein abgestufte Dosierung erfordern, wie sie praktisch nicht immer durchführbar ist. Am gebräuchlichsten ist die Angabe derjenigen Dosis, bei welcher 50% der Individuen die erwartete Wirkung zeigen. Sie wird als ED50 (ED = effektive Dosis) bezeichnet. Diejenige Dosis, durch welche 50% der Tiere eines Kollektivs getötet werden, wird als LD50 (LD = letale Dosis) bezeichnet. Sie ist nicht nur von toxikologischem Interesse, sie dient auch dazu, die sogenannte therapeutische Breite eines Pharmakons zu definieren. Diese wird ausgedrückt durch den Quotienten LD50/ED50 und charakterisiert die therapeutische Sicherheit eines Pharmakons. Je größer dieser Quotient ist, umso größer ist die Sicherheit bei der Anwendung eines Pharmakons. In manchen Fällen haben Arzneimittel unerwartete Nebenwirkungen. So tritt eine blutzuckersenkende Wirkung bei den von Domagk entdeckten Sulfonamiden auf, die zur Entwicklung der Antidiabetika führten. Als Arzneimittelkrankheiten bezeichnet man durch Arzneimittel ausgelöste krankhafte Zustände, die mitunter auch nach Absetzen des Mittels weiter bestehen bleiben: die Taubheit nach Langzeittherapie mit dem Antibiotikum Streptomycin; die depressive apathische Antriebsverminderung (Parkinsonismus) nach Behandlung mit Phenothiazinen, die als Psychopharmaka und Antihistaminika eingesetzt werden.

Open Access. © 2023 bei den Autorinnen und Autoren, publiziert von De Gruyter. Dieses Werk ist lizenziert unter der Creative Commons Namensnennung - Nicht-kommerziell - Keine Bearbeitung 4.0 International Lizenz. https://doi.org/10.1515/9783110649383-002

146 

 2 Arzneimittel

2.1 Arzneimittelpflanzen Arzneimittelpflanzen oder Heilmittelpflanzen werden für die Herstellung von Medikamenten und zu anderen medizinischen Zwecken verwendet. Sie enthalten meist eine Vielzahl von Wirksubstanzen und sind daher als Droge oder isoliert als Wirkstoff zu verwenden (Abb. 233–308). Zu Beginn der Neuzeit bemühte man sich um genaue Analysen der Inhaltsstoffe der Arzneimittelpflanzen und die Beobachtung ihrer Wirkungsweise. Die Phytotherapie entstand als eine wissenschaftlich begründete Heilmethode. Giftpflanzen wie Fingerhut (Digitalis), Strophantus und Tollkirsche (Belladonna) sind unentbehrliche Lieferanten hochwirksamer Arzneimittel geworden. Das Studium alter Kulturen und ihrer Verwendung von Heil- und Giftpflanzen hat zu wertvollen medizinischen Erkenntnissen geführt, z. B. enthält die Gattung Rauwolfia (Schlangenholz), in Indien und Afrika beheimatet, Reserpin, ein wichtiges Beruhigungs- und Blutdrucksenkungsmittel. Strophantus, ebenfalls eine afrikanische Pflanze, enthält als Herzglycosid Strophantin, die in Afrika beheimatete KalabarBohne beinhaltet Physiostigmin, eine in der Augenheilkunde wichtige Substanz, und schließlich stammt das bewährte Malariabekämpfungsmittel Chinin aus der Rinde verschiedener Cinchona-Arten. Aber auch die zur Behandlung chronischer, nervöser und funktioneller Leiden verwendeten einheimischen Pflanzen mit milder Wirkung wie Kamille, Hopfen, Melisse, Baldrian, Holunder und Weißdorn gewinnen gegenüber synthetischen Mitteln mit zahlreichen Nebenwirkungen wieder zunehmend an Bedeutung. Wenn es um Rauschmittel geht, ist der Mensch äußerst erfindungsreich und experimentierfreudig. Schon seit Jahrtausenden hat ihn offensichtlich die Möglichkeit gereizt, sich mit Drogen das Glück zu verschaffen, das ihm in seiner Alltagswelt versagt blieb. So schätzten Sumerer und Griechen die euphorisierend und schmerzstillende Wirkung von Schlafmohnextrakten, Inkas in Peru ließen sich von den Blättern des Cocastrauches stimulieren. Mittlerweile hat man nicht nur die aktiven Inhaltsstoffe solcher Pflanzen isoliert, z. B. Morphin und Kokain, sondern auch zahlreiche neue Wirkstoffe synthetisiert, von LSD bis Ecstasy. In Abessinien und im Jemen kauen die Einwohner die Blätter des Kathstrauches. Seine Wirksubstanz Cathin ist verwandt mit Serotonin und Noradrenalin und steht auf der Grenze zwischen Genussdroge und Rauschmittel. Seine anregende Wirkung übertrifft die von Kaffee; Müdigkeit und Hunger verschwinden. Ähnlich verbreitet ist in Asien das Betelkauen. Die gekauten Nüsse der Betelpalme enthalten Arecolin, ein Alkaloid, das (im Gegensatz zum Atropin) den Parasympathikus erregt. Es dämpft den Hunger und steigert das Wohlbefinden bis zur Euphorie. Die anregende Wirkung auf das Gehirn übt wahrscheinlich ein im Körper gebildetes Arecolinprodukt aus, das den hemmenden Neurotransmitter GABA (γ-Aminobuttersäure) beeinflusst.

2.1 Arzneimittelpflanzen 

 147

Abb. 233: Der Peyotekaktus (Lophophora williamsii) hat sein Verbreitungsgebiet in Mexiko. Der Inhaltsstoff Meskalin (Mescalin), C11H17NO3, ist ein orangebrauner Feststoff, MG 211, Schmp. 35–36 °C, löslich in Aceton und Chloroform. Die Substanz gehört zu den Halluzinogenen. Es treten Traumbilder mit Realitätsverlust sowie Glücksgefühle auf. Die oral wirksame Dosis liegt bei 200–400 mg. Der Rausch selbst hält 6–9 h an (Quelle: kinright/iStock Getty Images Plus).

Abb. 234: Der Rote Fingerhut (Digitalis purpurea) ist eine zweijährige, krautige Pflanze, die in Deutschland ihr natürliches Verbreitungsgebiet hat. Alle Pflanzenteile sind hochgiftig. Bereits der Verzehr von zwei Blättern kann zu einer tödlichen Vergiftung führen. Zu den Inhaltsstoffen gehört Digitoxin, ein Steroidglycosid, ein Wirkstoff gegen Herzinsuffizienz (Quelle: Katelyn Myrick/iStock/ Getty Images Plus).

148 

 2 Arzneimittel

Abb. 235: Roter Chinarindenbaum (Cinchona pubescens). Er gehört zur Familie der Rötegewächse und ist in Mittel- und Südamerika weit verbreitet. Der Inhaltsstoff Chinin dient zur Behandlung der Malaria (Quelle: L Feddes/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 236: Die Indische Schlangenwurzel (Rauvolfia serpentina) ist ein immergrüner, aufrecht wachsender Strauch, der eine durchschnittliche Wuchshöhe von 50 bis 100 cm erreicht. Die Pflanze gehört zur Familie der Hundsgiftgewächse und enthält das Indolalkaloid Reserpin, das über die indische Heilkunst Eingang in die westliche Medizin gefunden hat. Mit Reserpin begann die Ära der modernen Psychopharmaka (Quelle: MANORANJAN MISHRA/iStock/Getty Images Plus).

2.1 Arzneimittelpflanzen 

 149

Abb. 237: Der Schlafmohn (Papaver somniferum) ist im östlichen Mittelmeerraum beheimatet. Der Samen kann als Nahrungsmittel sowie zur Ölgewinnung verwendet werden. Der Saft des Schlafmohns kann geerntet werden und bildet in getrockneter Form das Rauschgift Opium. Ein Hauptalkaloid des Opiums ist Morphin, das zur Schmerztherapie zugelassen ist. C17H19NO3, MG 285, Schmp. 253–254 °C (Quelle: Powerofflowers/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 238: Der Cocastrauch (Erythroxylum coca) ist eine Pflanzenart aus der Familie der Rotholzgewächse. Es ist ein immergrüner, bis 2,5 m hoher Strauch, der an den Osthängen der Anden beheimatet ist. Zu den Inhaltsstoffen gehört das Alkaloid Kokain, ein starkes Stimulans und Betäubungsmittel. C17H21NO4, MG 303, Schmp. 98 °C (Quelle: Miguel Mamani/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 239: Die Strophanthus-Arten sind verholzende Pflanzen, die als Sträucher oder kleine Bäume wachsen. Sie können auch als Lianen an Bäumen klettern. Die in Zentralafrika heimischen Arten fanden zunächst nur für Pfeilgifte Verwendung. Der Inhaltsstoff γ-Strophantin gehört heute zur Wirkstoffklasse der Herzglycoside. C29H44O12, MG 584, Schmp. 190 °C (Quelle: Sunshower Shots/ iStock/Getty Images Plus).

150 

 2 Arzneimittel

Abb. 240: Die Kaffeepflanze gehört zur Familie der Rötegewächse. Fast alle Arten haben ihre ursprüngliche Heimat in Afrika. Der Inhaltsstoff Koffein ist ein Purinalkaloid und gehört zu den psychotropen Substanzen aus der Gruppe der Stimulanzien, C8H10N4O2, MG 194, Schmp. 236 °C (Quelle: Chansom Pantip/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 241: Der Affenbrotbaum hat heilsame Kräfte. „Mutter des Waldes“ nennen ihn die Madegassen. Vitamin C enthält das Fruchtfleisch (Quelle: Leamus/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 242: Die Schwarze Tollkirsche ist in Mitteleuropa heimisch und gehört zur Familie der Nachtschattengewächse. Es sind krautige, aufrecht wachsende Pflanzen, die bis 1,5 m hoch werden. Zu den Inhaltsstoffen gehört das Tropanalkaloid Atropin, das zur Pupillenerweiterung eingesetzt wird (Quelle: Werner Meidinger/iStock/Getty Images Plus).

2.1 Arzneimittelpflanzen 

 151

Abb. 243: Die Kalabarbohne, auch Gottesurteilsbohne genannt, ist eine Pflanzenart in der Unterfamilie der Schmetterlingsblütler. Sie ist in Westafrika beheimatet und vor allem aufgrund ihrer Giftigkeit bekannt. Die Lianen der Kalabarbohne erreichen eine Länge bis zu 15 m. Zu den Inhaltsstoffen gehört Physostigmin, ein wirksames Gegenmittel bei Atropinvergiftung (Quelle: Hein Nouwens/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 244: Hanf (Cannabis) zählt zu den ältesten Nutz- und Zierpflanzen der Welt. Neben dem Gebrauch als Faser- und Ölpflanze wird Hanf auch, meist in Form von Marihuana und Haschisch, als Rauschmittel und Arzneimittel verwendet. Zu den Inhaltsstoffen gehört Tetrahydrocannabinol (THC), das zu den psychoaktiven Cannobinoiden zählt, C21H30O2, MG 314 (Quelle: bruev/iStock/Getty Images Plus).

152 

 2 Arzneimittel

Abb. 245: Die Zitronenmelisse (Melissa officinalis) ist eine aus dem östlichen Mittelmeerraum stammende Pflanzenart aus der Familie der Lippenblütler. Es ist eine ausdauernde, krautige Pflanze, die eine Wuchshöhe um 1 m erreicht und nach Zitronen duftet. Die Zitronenmelisse wird als Gewürzund Arzneipflanze angebaut. Extrakte aus den Blättern werden zu Kräuterlikören verarbeitet. Die traditionelle Verwendung ist die Unterstützung der Magenfunktion und bei nervlicher Belastung. Zu den Inhaltsstoffen gehört die Rosmarinsäure, C18H16O8 (Quelle: Елена Черкасова/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 246: Der Fenchel (Foeniculum vulgare) gehört zur Familie der Doldenblütler. Es ist eine weltweit verbreitete Gemüse-, Gewürz- und Heilpflanze. Die krautige Pflanze erreicht eine Wuchshöhe von 2 m. Schon Hippokrates empfahl Fenchel und Hildegard von Bingen kennt Fenchel zur Schleimlösung. Fenchel wirkt magen- und darmstärkend. Zu den Inhaltsstoffen gehören Camphen und α-Pinen (Quelle: scisettialfio/iStock/Getty Images Plus).

2.1 Arzneimittelpflanzen 

 153

Abb. 247: Die Betelnusspalme (Areca catechu) erreicht eine Höhe bis 30 m. Unreife Betelnüsse werden in Asien klein gehackt und gekaut. Wegen des bitteren Geschmacks werden Gewürze zugegeben. In Ostafrika und Asien wird das Betelkauen seit Jahrhunderten praktiziert. Der Wirkstoff Arecolin wirkt gegen Ermüdung, C8H13NO2, MG 155 (Quelle: melianus usmany/iStock/ Getty Images Plus).

Abb. 248: Der Eukalyptus gehört zur Familie der Myrtengewächse. Es sind immergrüne Bäume und Sträucher, die ihre Heimat in Australien haben. Die Droge der Eukalyptusblätter ist der Lieferant des wichtigen Eukalyptusöles mit dem Hauptwirkstoff 1,8-Cineol. Verwendung findet 1,8-Cineol als Expectorans bei Bronchialkatarrhen, C10H18O, MG 154 (Quelle: DeniceBreaux /iStock/Getty Images Plus).

154 

 2 Arzneimittel

Abb. 249: Den Kakaobaum kannten schon die Azteken seit dem 14. Jahrhundert, wo er als heilig galt. Ein Sklave kostete zu dieser Zeit 100 Kakaobohnen. Von den zahlreichen Inhaltsstoffen wirken Serotonin und Dopamin als Stimmungsaufheller (Quelle: Tanarch/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 250: Der Faulbaum gehört zur Familie der Kreuzdorngewächse und ist in Eurasien und Marokko beheimatet. Die Früchte sind für kleine Kinder gefährlich. Die Rinde muss vor Gebrauch altern. Als Wirkstoff enthält sie Glucofrangulin A, das als Abführmittel wirkt (Quelle: Whiteway/iStock/Getty Images Plus).

2.1 Arzneimittelpflanzen 

 155

Abb. 251: Der Echte Teestrauch (Camillia sinensis) wächst als immergrüner Strauch oder kleiner Baum mit einer Wuchshöhe bis 5 m. Man trinkt den Tee vor allem wegen seines Geschmacks und seiner stresslindernden und anregenden Eigenschaften. Zu seinen Inhaltsstoffen gehört Theanin, das u. a. relaxierende Wirkung sowie angstlösende Eigenschaften hat, C7H14N2O3, MG 174, Schmp. 214–215 °C (Quelle: Barcin/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 252: Anis (Pimpinella anisum) ist eine Gewürz- und Heilpflanze in der Familie der Doldenblütler. Die Pflanze ist einjährig und wird etwa 50 cm hoch. Das aus den Früchten durch Destillation gewonnene Anisöl mit dem Hauptwirkstoff (E)-Anethol ein schleimlösendes Hustenmittel und wirkt antibakteriell, C10H12O, MG 148, Schmp. 22 °C (Quelle: emer1940/iStock/ Getty Images Plus).

156 

 2 Arzneimittel

Abb. 253: Die Arnika (Arnica montana) ist eine Pflanzenart in der Familie der Korbblütler. Die mehrjährige, krautige Pflanze wird etwa 50 cm hoch. Alle Teile der Pflanze sind giftig. Umschläge mit Arnikatinktur helfen bei Zerrungen von Muskeln. Zu den Wirkstoffen gehört Helenalin, C15H18O4, MG 262 (Quelle: daniilfotos/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 254: Der Kathstrauch (Catha edulis), auch Abessinischer Tee genannt, ist eine Pflanze aus der Familie der Spindelbaumgewächse. Er wird hauptsächlich in Kenia, Oman und Äthiopien angebaut. In diesen Ländern ist Kath eine Alltagsdroge. Die jungen Blätter des Kathstrauchs werden als leichtes Rauschmittel konsumiert. Beim Kauen der Kathblätter wird hauptsächlich der Wirkstoff Cathin, ein Amphetamin, über die Mundschleimhaut aufgenommen, C9H13NO, MG 151, Schmp. 174–176 °C (Quelle: weisschr/iStock/Getty Images Plus).

2.1 Arzneimittelpflanzen 

 157

Abb. 255: Der Gemeine Augentrost (Euphrasia rostkoviana) gehört zur Familie der Sommerwurzgewächse [60]. Er wächst in Mitteleuropa auf Wiesen, an trockenen Ufern und in lichten Wäldern. Der Aufguss des Augentrostkrautes wird äußerlich zu Augenbädern und Umschlägen bei Entzündungen des Auges eingesetzt. Zu den Inhaltsstoffen gehört Aucubin, ein glycosidischer Bitterstoff, C15H22O9, MG 346, Schmp. 180 °C (Quelle: Ian_Redding/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 256: Der Echte Baldrian gehört zur Familie der Baldriangewächse. Alle Baldrianarten enthalte Alkaloide und ätherische Öle, die charakteristisch riechen. Das Verbreitungsgebiet umfasst die gemäßigten Zonen Europas, Asiens, Afrikas und Amerikas. Extrakte werden gern zur Schlafeinleitung eingesetzt. Zu den Inhaltsstoffen gehört Dibenzylbutan (Quelle: LianeM/iStock/Getty Images Plus).

158 

 2 Arzneimittel

Abb. 257: Der Balsambaum (Myroxylon balsamum) gehört zur Familie der Hülsenfrüchtler und ist in Mittel- und Südamerika verbreitet. Die Hülsenfrucht ist etwa 10 cm lang und enthält einen einzelnen Samen. Zu den Inhaltsstoffen gehört Perubalsam, eine dunkelbraune ölige Flüssigkeit, die die u. a. Wirksubstanzen trans-Nerolidol und Zimtsäurebenzylester enthält. Perubalsam findet Verwendung als Wundheilmittel (Quelle: Nastasic/DigitalVision Vectors).

Abb. 258: Das Basilikum (Ocimum basilikum) ist eine Gewürz- und Heilpflanze in der Familie der Lippenblütler. Basilikum wird in den gemäßigten Breiten als einjährige Pflanze kultiviert. Die krautige Pflanze erreicht eine Wuchshöhe von etwa 50 cm. Zu den Inhaltsstoffen gehören u. a. Estragol und Campfer. Basilikum wird bei Magen- und Darmbeschwerden eingesetzt (Quelle: ranmaru_/iStock/Getty Images Plus).

2.1 Arzneimittelpflanzen 

 159

Abb. 259: Die Gewöhnliche Berberitze (Berberis vulgaris) ist ein Strauch, der in Eurasien verbreitet ist. Der Hauptwirkstoff Berberin wirkt gegen Leberfunktionsstörungen, C20H18NO4, MG 336, Schmp. 155–157 °C (Quelle: Halyna Chernykh/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 260: Die Echte Kamille (Matricaria chamomilla L.) gehört zur Familie der Korbblütler. Die Pflanze ist praktisch in ganz Europa heimisch. Es ist eine Heilpflanze, die vor allem bei Magen- und Darmbeschwerden sowie bei Entzündungen Verwendung findet. Der für die Nutzung wesentliche Bestandteil der Echten Kamille ist das Kamillenöl; sein Hautbestandteil ist (–)-α-Bisabolol (Quelle: teddiviscious/iStock/Getty Images Plus).

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 2 Arzneimittel

Abb. 261: Die Echte Bärentraube gehört zur Familie der Heidekrautgewächse. Es ist ein niedriger Strauch mit kugelförmigen, weißen bis rosa Blüten. In Deutschland gilt die Art als gefährdet. Die Blätter enthalten u. a. Arbutin, das antibakteriell wirkt. Die Pflanze hilft bei Harnwegsinfektionen. Arbutin bildet farblose, bitter schmeckende Nadeln, C12H16O7, MG 272, Schmp. 199,5 °C (Quelle: siur/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 262: Die Aubergine ist eine subtropische Pflanzenart, die zur Familie der Nachtschattengewächse gehört. Solange die Strauchfrucht unreif ist, enthält sie das Steroidalkaloid Solanidin, C27H43NO, MG 868, Schmp. 285 °C, ist also giftig. Der Verzehr des Fruchtfleisches verbessert die Blutfettwerte (Quelle: Yuliia Bilousova/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 263: Das Wermutkraut (Artemisia absinthium) ist eine krautige Pflanze mit einer Wuchshöhe um 50 cm. Die Pflanze kommt im gemäßigten Eurasien vor sowie in Nordafrika. Sie wächst bevorzugt auf trockenen Böden. Wermutkraut enthält als Hauptwirkstoff Absinthin und findet seit der Antike Verwendung als Heilpflanze. Dem Wermut werden zahlreiche Wirkungen zugeschrieben, darunter Hilfe bei Kopfschmerzen und Menstruationsbeschwerden (Quelle: Kerrick/iStock/Getty Images Plus).

2.1 Arzneimittelpflanzen 

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Abb. 264: Das Echte Johanniskraut blüht um den Johannistag (24. Juni) herum. Der Name bezieht sich also auf Johannes den Täufer. Die Pflanze wird bei leichter bis mittelschwerer Verstimmung eingesetzt. Der Hauptwirkstoff ist Hypericin, C30H16O8, MG 504, Schmp. 320 °C (Quelle: lynnebeclu/ iStock/Getty Images Plus).

Abb. 265: Der Echte Beinwell (Symphytum officinale) ist eine Pflanzenart aus der Familie der Raublattgewächse. Sie wird als Heilpflanze verwendet und angebaut und zur Behandlung von Wunden eingesetzt. Der Hauptwirkstoff ist Alantoin, C4H6N4O3, MG 158, Schmp. 225 °C (Quelle: np-e07/iStock/Getty Images Plus).

162 

 2 Arzneimittel

Abb. 266: Die Virginische Zaubernuss (Hamamalis virginiana) bildet sommergrüne Sträucher oder kleine Bäume. Die Blüten duften angenehm in einem weiten Umkreis. Die Kapselfrüchte enthalten zwei Samen. Die Kapselfrüchte öffnen sich explosionsartig und schleudern die Samen etwa 10 m fort. Die Pflanze ist in gemäßigten Breiten der Nordhalbkugel beheimatet. Die Virginische Zaubernuss wird als Heilpflanze genutzt. Die gewonnenen Arzneidrogen haben blutstillende, entzündungshemmende und adstringierende Wirkung. Zu den Inhaltsstoffen zählt die Gallussäure, C7H6O5, MG 170, Schmp. 253 °C (Zersetzung) (Quelle: Billy_Fam/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 267: Das Schwarze Bilsenkraut (Hyoscyamus niger) ist eine Pflanze aus der Familie der Nachtschattengewächse. Die krautige Pflanze wird 20–60 cm hoch und ist in Eurasien und Afrika weit verbreitet. Das Schwarze Bilsenkraut gelangte in den europäischen Apotheken zur Anwendung bei Geschwüren. Zu den Hauptwirkstoffen gehört Hyoscyamin (Quelle: Bruskov/iStock/Getty Images Plus).

2.1 Arzneimittelpflanzen 

 163

Abb. 268: Die Pfefferminze ist eine Heil- und Gewürzpflanze aus der Gattung der Minzen. Die Pflanze ist in Europa heimisch. Wichtige Wirkstoffe sind das ätherische Öl sowie Flavonoide. Sie wirkt krampflösend im Magen-Darm-Bereich. Zu den Inhaltsstoffen gehört Menthol (Quelle: mauribo/ iStock/Getty Images Plus).

Abb. 269: Der Olivenbaum (Olea europaea) gehört zur Familie der Ölbaumgewächse. Er wird seit dem 4. Jahrtausend v. Chr. als Nutzpflanze kultiviert. Der Baum bildet eine einsamige Steinfrucht, die Olive. Der harte Kern, der Samen, ist von weichem Fruchtfleisch umgeben. Unreife Oliven sind grün, reife schwarz. Die Olive ist eine mediterrane Steinfrucht. Wirtschaftlich bedeutend ist die Gewinnung von Olivenöl und die Früchte werden in den Handel gebracht. Das Öl ist wegen des hohen Anteils an ungesättigten Fettsäuren gesund. Zu den Inhaltsstoffen gehört die α-Linolensäure, C18H30O2, MG 278, Schmp. −11 °C, Sdp. 232 °C (23 hPa) [61] (Quelle: Neurone89/iStock/Getty Images Plus).

164 

 2 Arzneimittel

Abb. 270: Der Gewöhnliche Löwenzahn gehört zur Familie der Korbblütler. Es ist eine ausdauernde, krautige Pflanze, die eine Wuchshöhe bis 30 cm erreicht. Die Pflanze ist über die nördliche Erdhalbkugel verbreitet. Der Löwenzahn fördert allgemein die Sekretion der Verdauungsdrüsen. Zu den Inhaltsstoffen gehört Tetrahydroridentin B (Quelle: Pusteflower9024/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 271: Die Sonnenblume (Helianthus annuus) gehört zur Familie der Korbblütler. Die krautige Pflanze erreicht die Wuchshöhe 2 m. Zu den Inhaltsstoffen der Kerne gehört α-Tocopherol (Vitamin E) (Quelle: Oleksandr Shatyrov/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 272: Der Granatapfel (Punica granatum) gehört zur Familie der Weiderichgewächse. Das Verbreitungsgebiet liegt in West- bis Mittelasien. Aus dem Saft wird auch Granatapfelwein gewonnen. Zu den Inhaltsstoffen gehört Flavan, C15H14O, MG 210. Granatäpfel können zur Behandlung von Durchfall und Geschwüren eingesetzt werden (Quelle: ozgurdonmaz/iStock/Getty Images Plus).

2.1 Arzneimittelpflanzen 

 165

Abb. 273: Der Gemeine Stechapfel (Datura stramonium) ist in Mitteleuropa verbreitet. Die einjährige Pflanze erreicht eine Höhe bis 1,5 m. Die Blüten öffnen sich erst zur Nacht und werden hauptsächlich von Nachtfaltern besucht. Die Pflanze gehört zur Familie der Nachtschattengewächse und ist weltweit verbreitet. Der Rauch getrockneter Blätter kann zur Linderung von Asthma eingesetzt werden. Zu den Inhaltsstoffen gehört Scopolamin, C17H21NO4, MG 303, Schmp. 59 °C (Quelle: isabela66/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 274: Die Hundsrose (Rosa canina) ist mit Abstand die häufigste wild wachsende Art der Gattung Rose. Die Früchte, die sogenannten Hagebutten, sind eiförmig und reich an Vitamin A1, C20H30O, MG 286, Schmp. 61–63 °C. Aus der getrockneten Schale der Hagebutte kann man einen vitaminreichen Aufguss herstellen (Quelle: Savushkin/E+).

166 

 2 Arzneimittel

Abb. 275: Der Ginseng (Panax ginseng) gehört in die Familie der Araliengewächse und ist in Gebirgsund Waldregionen im nördlichen Korea und in China heimisch. Zur Gewinnung der Wurzeln als Basis für die Erzeugung von medizinisch-pharmazeutischen Produkten wird die Pflanze weltweit kultiviert. Zu den Inhaltsstoffen gehören Dammarene (tetracyclische Triterpene). Die Ginsengwurzel gilt als Sinnbild für Gesundheit und langes Leben (Quelle: odyfoto/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 276: Die Gewöhnliche Goldrute ist in Mitteleuropa weit verbreitet, bevorzugt in lichten Wäldern. Sie kann bei Blasen- und Nierenleiden eingesetzt werden. Die Droge wirkt kräftig diuretisch. Zu den Inhaltsstoffen gehören Flavonoide, die sich vom Flavan ableiten, C15H14O, MG 210 (Quelle: Enskanto/iStock/Getty Images Plus).

2.1 Arzneimittelpflanzen 

 167

Abb. 277: Die Große Brennnessel (Urtica dioica) ist in Deutschland nahezu überall anzutreffen. Es ist eine ausdauernde, krautige Pflanze, die Rhizome als Ausbreitungs- und Überdauerungsorgane bildet. Die Pflanze kann bei Harnwegsinfektionen eingesetzt werden. Zu den Inhaltsstoffen gehört Rutin, C27H30O16, MG 610, Schmp. 214–215 °C (Quelle: Jevtic/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 278: Die Hänge-Birke (Betula pendula) bildet Blütenkätzchen und geflügelte Nussfrüchte und gehört zur Familie der Birkengewächse. Es ist ein laubabwerfender, sommergrüner Baum, der ausgewachsen die Höhe 30 m erreicht. Der harzige Inhaltsstoff der Rinde kann bei Psoriasis eingesetzt werden. Zum Inhaltsstoff des Harzes gehört Betulin, C30H50O2, MG 442,72, Schmp. 257 °C (Quelle: TonyBaggett/iStock/Getty Images Plus).

168 

 2 Arzneimittel

Abb. 279: Die Tomate (Solanum lycopersicum) ist eine Pflanzenart aus der Familie der Nachtschattengewächse. Das in der Tomate vorhandene Lycopin hat sich in einem besonderen Maße für die männliche Gesundheit als besonders nützlich erwiesen: es hemmt die Bildung von Prostatakrebs, C40H56, MG 536, Schmp. 175 °C (Quelle: Denisfilm/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 280: Der Gartenkürbis (Cucurbita pepo) ist eine einjährige krautige Pflanze. Die Kürbissamen finden Verwendung bei gutartiger Prostatavergrößerung. Die Sterole sollen hierbei die Bindung von Dihydrotestosteron beeinflussen, das für die Vergrößerung der Prostata verantwortlich gemacht wird. Zu den Inhaltsstoffen gehört Stigmasterin (Quelle: Ibrix/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 281: Der Kulturapfel (Malus domestica) gehört zur Familie der Rosengewächse. Dem Apfel wird eine Wirkung als Heilmittel zugeschrieben: Anregung des Verdauungssystems und Anregung des Stoffwechsels. Zu den Inhaltsstoffen gehören Nikotinsäure, C6H5NO2, MG 123, Schmp. 236 °C sowie Folsäure, C19H19N7O6 (Quelle: Lightstone-Media/iStock/Getty Images Plus).

2.1 Arzneimittelpflanzen 

 169

Abb. 282: Die Grapefruit gehört zur Familie der Zitruspflanzen. Zur Wirkung zählen Senkung des Blutdruckes sowie der Blutfette. Zu den Inhaltsstoffen gehört das Flavonoid Naringenin, C15H12O5, MG 272, Schmp. 251 °C (Quelle: jopelka/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 283: Die Zitrone gehört zur Familie der Zitruspflanzen. Sie kann bei Erkrankung der Atemwege eingesetzt werden und ist harntreibend. Zu den Inhaltsstoffen gehören die Zitronensäure sowie (R)-(+)-Limonen (Quelle: _LeS_/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 284: Der Ginkgo (Ginkgo biloba) ist eine in China heimische, heute weltweit angepflanzte Baumart. In Ostasien wird der Baum wegen seiner essbaren Samen kultiviert. Ginkgoextrakte werden als Antidementiva eingesetzt. Zu den Inhaltsstoffen gehören Ginkgolide (Quelle: v_apl/ iStock/Getty Images Plus).

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 2 Arzneimittel

Abb. 285: Hibisken (Hibiscus acetosella und Hibiscus boryanus) gehören zur Familie der Malvengewächse. Sie werden als Zierpflanzen für Parks und Gärten verwendet. Auch pharmazeutisch werden die Hibiskusblüten eingesetzt. In der Volksmedizin sind die Indikationen Erkältungskrankheiten und Appetitanregung belegt. Zu den Inhaltsstoffen gehören Delphinidin, C15H11O7, MG 303 und d-Äpfelsäure, C4H6O5, MG 134, Schmp. 100 °C (Quelle: undefined undefined/ iStock/Getty Images Plus).

Abb. 286: Die Italienische Strohblume (Currykraut) gehört zur Familie der Korbblütler. Sie ist im Mittelmeerraum beheimatet. Das ätherische Öl wirkt bakterienhemmend und entzündungshemmend. Zu den Inhaltsstoffen gehören Nerylacetat sowie α- und β-Selinen (Quelle: emer1940/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 287: Der Muskatnussbaum (Myristica fragrans) ist eine Pflanzenart aus der Familie der Muskatnussgewächse. Sein Samen, die Muskatnuss, und deren Samenmantel werden als Gewürze verwendet. Muskatnussbäume werden im tropischen Asien, in Südamerika sowie in Afrika kultiviert. In der Volksmedizin gilt die Muskatnuss als Aphrodisiakum und als Hypnotikum. Zu den Inhaltsstoffen gehören Lycopin, C40H56, MG 536, Schmp. 175 °C, und Myristinsäure, C14H28O2, MG 228, Schmp. 54–55 °C (Quelle: Riza Azhari/iStock/Getty Images Plus).

2.1 Arzneimittelpflanzen 

 171

Abb. 288: Die Edle Weinrebe (Vitis vinifera) wird systematisch angebaut, um Weintrauben zu ernten, die als Tafeltrauben und Rosinen in den Handel kommen bzw. zu Wein oder Traubensaft weiterverarbeitet werden. Die Weinrebe gehört zu den ältesten Kulturpflanzen. Bereits 5000 v. Chr. lässt sich der Anbau bei den Sumerern nachweisen. Trauben enthalten besonders in ihren Kernen und in ihrer Haut wertvolle Pflanzenstoffe wie z. B. Quercetin und Resveratrol. Diese hoch wirksamen Substanzen können den Blutdruck senken und das Immunsystem stärken (Quelle: alika1712/iStock/ Getty Images Plus).

Abb. 289: Die Engelstrompete (Brugmansia aurea) gehört zur Familie der Nachtschattengewächse, deren ursprüngliches Verbreitungsgebiet in Südamerika liegt. Der Konsum der Engelstrompete soll stimmungshebend wirken. Zu den Inhaltsstoffen gehören Hyoscyamin und Scopolamin (Quelle: nickkurzenko/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 290: Penicillium chrysogenum ist eine Art der Schimmelpilze aus der Gattung der Pinselschimmel. Sie ist ein weltweit verbreiteter Saprobiont, der überwiegend in toter, sich zersetzender Substanz lebt und einen erheblichen Anteil am Stoffkreislauf in Ökosystemen der Erde hat. Bekannt geworden ist die Art vor allem durch die Entdeckung des Penicillins durch Alexander Fleming im Jahr 1928. Heute wird die Art zur industriellen Penicillinherstellung genutzt (Quelle: Satirus/iStock/Getty Images Plus).

172 

 2 Arzneimittel

Abb. 291: Spanischer Pfeffer (Capsicum annuum) oder Paprika ist eine Pflanzenart aus der Familie der Nachtschattengewächse. Der Ursprung der Pflanze liegt in Süd- und Mittelamerika. Die Wirkung der Pflanze ist appetitanregend und entzündungshemmend. Zu den Wirkstoffen gehört Capsaicin, C18H27NO3, MG 305, Schmp. 65–66 °C (Quelle: kentarus/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 292: Echter Kümmel (Carum carvi) ist eine Pflanzenart in der Familie der Doldenblütler. Kümmel ist eines der ältesten Gewürze. Es ist eine sommergrüne krautige Pflanze, die eine Wuchshöhe bis 80 cm erreicht. Kümmel hat blähungswidrige und krampflösende Eigenschaften. Zu den Inhaltsstoffen gehört (S)-(+)-Carvon (Quelle: emer1940/iStock/Getty Images Plus).

2.1 Arzneimittelpflanzen 

Abb. 293: 25 MHz-13C-NMR-Spektrum (1H-breitbandentkoppelt) von Geraniol, C10H18O, farblose Flüssigkeit mit blumigem Geruch, Sdp. 229 °C.

Abb. 294: 25 MHz-13C-NMR-Spektrum (1H-breitbandentkoppelt) von l(–)-Borneol, farbloser, geruchloser Feststoff, Schmp. 208 °C.

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174 

 2 Arzneimittel

Abb. 295: 25 MHz-13C-NMR-Spektrum von Campher. Die Signale können aufgrund der obigen Spektren zugeordnet werden.

Abb. 296: 13C-NMR-Spektrum (1H-Breitband-entkoppelt) von Chinin in CDCl3. C20H24N2O2, weißer Feststoff, Schmp. 177 °C. Die im Spektrum angegebenen Daten können zugeordnet werden.

Abb. 297: IR-Spektrum von Chinin, Präparation in KBr, Gerät Perkin-Elmer, Model 257.

2.1 Arzneimittelpflanzen 

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Abb. 298: IR-Spektrum von Vitamin C, Präparation in KBr.

Abb. 299: IR-Spektrum von Heroin, ein Opioidanalgetikum, C21H23NO5, MG 369, Schmp. 171–174 °C.

Abb. 300: IR-Spektrum von Ephidrin, ein Alkaloid aus der Gattung Meerträubel, C10H15NO, MG 165, Schmp. 38–40 °C.

176 

 2 Arzneimittel

Abb. 301: IR-Spektrum von Amphetamin, zählt zu den „Weckaminen“, C9H13N, MG 135, Sdp. 200–203 °C.

Abb. 302: IR-Spektrum von Cocain, C17H21NO4, MG 303, Schmp. 98 °C.

Abb. 303: 70 eV-Massenspektrum von Hydromorphon, ein mit dem Morphin strukturverwandtes Analgetikum, Alkaloide des Schlafmohns, C17H19NO3, MG 285.

Abb. 304: 70 eV-Massenspektrum von Chinin, ein Antipyretikum und Antimalariamittel. In der Chinarinde vorkommendes Alkaloid, C20H24N2O2, MG 324.

2.1 Arzneimittelpflanzen 

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Abb. 305: 70 eV-Massenspektrum von Papaverin, ein Spasmolytikum aus dem Schlafmohn, C20H21NO4, MG 339.

Abb. 306: 70 eV-Massenspektrum von Moxaverin, ein Isochinolinderivat, von Papaverin abgeleitet. Ein Schlafmohnalkaloid, das als Spasmolytikum wirkt, C20H21NO2, MG 307.

Abb. 307: IR-Spektrum von Acetylsalycilsäure (Aspirin). Die Salycilsäure hat antipyretische und analgetische Wirkung. Sie kommt als Methylester in ätherischen Ölen vor und als Pflanzenhormon in Pflanzen. Sie ist für die pflanzliche Abwehr von Pathogenen von Bedeutung. Durch Umsetzung von Salycilsäure mit Acetanhydrid erhält man das Arzneimittel der Bayer AG, Aspirin.

178 

 2 Arzneimittel

Abb. 308: IR-Spektrum von (+)-Fenchon in KBr. Fenchon ist ein bicyclisches Monoterpenketon. Es kommt im Fenchel vor und ist Bestandteil vieler ätherischer Öle. In Wasser ist es unlöslich, in Ethanol hingegen gut löslich. Es tritt in Form zweier Enantiomere auf. Fenchon schmeckt bitter und riecht campherartig. Es wirkt wachstumshemmend auf Bakterien und Pilze. In höherer Dosierung wirkt es zentralerregend auf den menschlichen Organismus. Derivate des Fenchons sind die Fenchole. Die Fenchole besitzen Bedeutung als Komponenten von Parfüms.

2.2 Hypnotika (Schlafmittel) Schlafstörungen sind so alt wie die Menschheit und müssen nicht in jedem Fall behandelt werden. Wem jedoch durchwachte Nächte die Kräfte rauben, der greift heute ab und an zu einer Schlaftablette. Die Synthese des ersten Barbiturates galt einstmals für viele Patienten als Segen. Pflanzliche Schlafmittel verwendet die Volksmedizin schon seit Jahrtausenden. Beruhigend wirkende Kräuter wie Baldrian und Hopfen gehören zum Arzneischatz zahlreicher Kulturen. Auch Alkohol und das aus Pflanzen gewonnene Opium wirken sedierend und wurden über viele Jahrhunderte als Schlafmittel eingesetzt. Beide haben jedoch den Nachteil, dass ihr dauernder und exzessiver Gebrauch schwere Nebenwirkungen wie Persönlichkeitsstörungen und Organschäden hervorrufen. Renommierte Hersteller für Arzneimittel, die Firmen Bayer und Merk, brachten im Jahr 1903 Veronal rezeptfrei auf den Markt. Es wurde so populär, dass Nebenwirkungen nicht lange unentdeckt bleiben konnten. Letztlich wurde dem Arzneimittel seine lange Halbwertszeit zu Verhängnis. Heute ist bekannt, dass die Diethylbarbitursäure eine starke Bindung mit den Eiweißkörpern des Blutes eingeht und deshalb nur langsam eliminiert wird (Abb. 309–314).

2.2 Hypnotika (Schlafmittel) 

 179

Abb. 309: IR-Spektrum von Barbital in KBr. Barbital, Veronal, ein lang wirkendes Barbiturat, das früher als Schlafmittel genutzt wurde, aber bei unsachgemäßer Dosierung leicht zum Tode führt, C8H12N2O3, MG 184, Schmp. 189–191 °C.

Abb. 310: 70 eV-Massenspektrum von Barbital. Ein Hypnotikum [62], C8H12N2O3, MG 184. Das Molekülion fehlt, es tritt auch bei niedriger Elektronenenergie bei der Ionisierung im Spektrum nicht auf.

Abb. 311: 70 eV-Massenspektrum von Alphenal, ein Sedativum und Schlafmittel mit antikonvulsiver Wirkung (krampflösend), C13H12N2O3, MG 244, Schmp. 156 °C.

180 

 2 Arzneimittel

Abb. 312: 70 eV-Massenspektrum von Dimethylphenobarbital. Es wird zur Epilepsiebehandlung und zur Narkosevorbereitung eingesetzt, C14H16N2O3, MG 260, Schmp. 156 °C.

Abb. 313: 70 eV-Massenspektrum von Hexobarbital, ein Injektionsnarkotikum, ein weißes, hygroskopisches Pulver, C12H16N2O3, MG 236, Schmp. 146,5 °C.

Abb. 314: 70 eV-Massenspektrum von Heptabarbital, ein kurz wirksames Mittel für Einschlafstörungen, C13H18N2O3, MG 250, Schmp. 174 °C.

2.3 Sympathomimetika Sympathomimetika wirken stimulierend auf den Sympathikus − einen Teil des vegetativen Nervensystems, der vorwiegend ergotrop wirkt. Dadurch wird eine Erhöhung des Blutdruckes und der Herzfrequenz, eine Erweiterung der Atemwege, eine allgemeine Leistungssteigerung und ein erhöhter Energieverbrauch bewirkt. Euphorie

2.3 Sympathomimetika 

 181

und eine Hemmung des Hungerzentrums im Zwischenhirn und somit eine Verminderung des Appetits sind weitere Folgen (Abb. 315–320). Die meisten Präparate unterliegen der Rezeptpflicht, da ihre Einnahme grundsätzlich nur unter ärztlicher Kontrolle stattfinden sollte, denn sie stellt einen erheblichen Eingriff in den menschlichen Organismus dar. So haben die meisten Sympathomimetika neben der gewünschten Wirkung, etwa eine Verbesserung der Atmung, auch unterschiedlich ausgeprägte Nebenwirkungen aus dem beschriebenen Spektrum; z. B. eine Blutdruckerhöhung [63–65].

Abb. 315: (a) UV-Spektrum und (b) 1H-NMR-Spektrum von 4-Methylaminorex, 4,5-Dihydro-4-methyl5-phenyl-2-oxazolamin. Das UV-Spektrum wurde in 0,1 N Schwefelsäure aufgenommen und das NMR-Spektrum in CDCl3, C10H12N2O, MG 176, Schmp. 139–141 °C (Racemat) [66].

Abb. 316: IR-Spektrum von 4-Methylaminorex in KBr.

182 

 2 Arzneimittel

Abb. 317: 70 eV-Massenspektrum von Ephedrin, ein Phenylethylaminalkaloid, C10H15NO, MG 165, Schmp. 38–40 °C. Das Arzneimittel wird auch in der Augenheilkunde als Ersatz für Atropin eingesetzt [67].

Abb. 318: 70 eV-Massenspektrum von Acetylmethamphetamin, C12H17NO, MG 191.

Abb. 319: 70 eV-Massenspektrum von Dimephenopan, C11H17N, MG 163.

Abb. 320: 70 eV-Massenspektrum von Tetraacetylorciprenalin. Die Verbindung ist chiral und wird als Racemat eingesetzt. Heute ist das Arzneimittel nur noch für den akuten Asthmaanfall zugelassen.

2.4 Steroide 

 183

2.4 Steroide Steroide sind Verbindungen, die einen Cyclopentanoperhydrophenanthrenkern haben. Sie schließen einen weiten Bereich von Naturstoffen ein, die Sterine, die Gallensäuren, die Sexualhormone, die D-Gruppe der Vitamine, Krötengifte (überwiegend Steroide mit ungesättigten Lactonringen), Hormone der Nebennierenrinde, Sapogenine (Steroide mit Spiroketalringen) und weitere kleinere Gruppen. Die den Steroiden zugehörigen Verbindungen unterscheiden sich durch die Kernsubstituenten R1, R2 und R3 in (1), den Grad der Ungesättigtheit und die relative Stereochemie und Konfiguration der Ringe A, B, C und D. Die Nummerierung der Ringe und Seitenketten ist in Formel (2) am Beispiel des Skeletts des Stigmastans wiedergegeben. Die Reste R1 und R2 in Formel (1) sind überwiegend Methylgruppen, die jedoch als oxidierte Gruppen wie Hydroxymethylen- oder Aldehydgruppen vorliegen können. R3 kann fehlen, Östran (R1 = R3 = H, R2 = CH3) und Androstan (R1 = R2 = CH3, R3 = H) oder mehrere C-Atome haben, Pregnan (R1 = R2 = CH3, R3 = Ethyl), Cholan ((R1 = R2 = CH3, R3 = CH(CH3)(CH2)2CH3 ), Cholestan (R1 = R2 = CH3, R3 = CH(CH3)(CH2)3CH(CH3)2 ) und Ergostan (R1 = R2 = CH3, R3 = CH(CH3)(CH2)2CH(CH3)CH(CH3)2 ).

2

Cholestan und Ergostan

184 

 2 Arzneimittel

In einigen Azasteroiden sind Seitengruppen mit Stickstoffatomen vorhanden, wie in Solanidin und Tomatidin. Gewöhnlich werden die Steroidbezeichnungen von folgenden Namen abgeleitet: 1. dem pharmakologischen Trivialnamen (Östron, Testosteron, Cortison u. a.) und 2. den Grundkörpern (Androstan, Pregnan, Cholan usw.). Bei dem Begriff Steroide taucht heutzutage oft die Assoziation Doping auf, ausgelöst durch den in den Medien viel diskutierten Missbrauch künstlicher Steroide im Leistungssport. Vielfach unbekannt ist dagegen, dass diese Stoffe auch völlig natürlich im Körper vorkommen, wobei das bekannteste Steroid das Cholesterin ist. Bei Menschen und Tieren stellt der Körper aus dem Steroid Cholesterin wichtige Eiweißstoffe und Steroidhormone her. Ein weiteres körpereigenes Steroid ist das Cortisol, welches zu der Gruppe der Glucocorticoide gehört. Neben den natürlichen gibt es die künstlich hergestellten Steroide. Dazu zählen die Anabolika oder anabolen Steroide, die dem Muskelaufbau dienen und dem männlichen Sexualhormon Testosteron ähneln. Diese Steroide sind als unerlaubtes Dopingmittel bekannt geworden. Andere künstliche Steroide werden in Form von synthetischen Hormonen zu medizinischen Zwecken eingesetzt, wie etwa das Hydrocortison oder das Progesteron. Ohne den Einsatz von künstlichen Steroiden, insbesondere der Glucocorticoide (d. h. Cortisonpräparate), könnten heutzutage viele Krankheiten nicht wirksam behandelt oder geheilt werden. Jedes synthetisch hergestellte Steroid übt eine unterschiedliche Wirkung auf Körper und Organe aus, die dank der vielfach höheren Dosis wesentlich stärker als die des entsprechenden natürlichen Steroids ist. Cortisonpräparate werden z. B. zur Entzündungshemmung eingesetzt. Sie führen bei allergischem Schnupfen oder Asthma zur Abschwellung der Schleimhäute und wirken krampflösend. Sie kommen auch bei drohender Frühgeburt zum Einsatz, um die Reifung der Lungen des Babys zu fördern. Auf die Haut aufgetragen entwickeln diese Steroide ebenfalls eine entzündungshemmende Wirkung bei Ekzemen oder allergischen Reaktionen. Mit „intelligenten“ Steroiden wird versucht, nur die Hautoberfläche zu behandeln, ohne tiefere Schichten in Mitleidenschaft zu ziehen. Synthetisch hergestellte Glucocorticoide werden zu medizinischen Zwecken bei einer Vielzahl von Immunerkrankungen und in akuten Notfällen eingesetzt. Mit ihnen lassen sich Krankheiten wie Asthma, Epilepsie, Hauterkrankungen wie Neurodermitis, Multiple Sklerose, Morbus Crohn, rheumatische Erkrankungen oder manche Arten von Krebs wie Leukämie und Multiples Myelom behandeln.

2.4 Steroide 

 185

Steroide werden auch eingesetzt, wenn der Körper selbst nicht genügend lebenswichtige Glucocorticoide produziert. Auch nach Organtransplantationen sind Steroide von großer Bedeutung. Verabreicht werden diese Präparate sowohl als Injektion, in Form von Tabletten und Inhalation als auch zur örtlichen Anwendung in Form von Salbe.

Testosteron, C19H28O2, MG 288, Schmp. 155 °C, Grundgerüst des Androstans, Sexualhormon, Produktion u. a. im Hoden.

Progesteron, C21H30O2, MG 314, Schmp. 227–231 °C, C21-Steroidhormon, ein Gestagen, Bildung in der Plazenta.

Pregnan, C21H36, Vorstufe in der Biosynthese der Gestagene (Gelbkörperhormon).

Androsteron, C19H30O2, MG 290, Schmp. 185 °C, Metabolit des Testosterons, männliches Geschlechtshormon.

Cholesterin, C27H46O, MG 386, Schmp. 147–150 °C, kommt in allen tierischen Zellen vor.

Cortisol, C21H30O5, MG 362, Schmp. 212 °C, Hemmung von Entzündungen.

186 

 2 Arzneimittel

Cortison, C21H28O5, MG 360, Schmp. 222 °C, Steroidhormon, Bildung in der Nebennierenrinde.

Dexamethason, C22H29FO5 MG 392, Schmp. 262 °C, künstliches Glucocorticoid.

Die Steroidchemie erlebte seit der Isolierung und Strukturermittlung der ersten Hormone durch A. Butenandt im Jahr 1929 (Östron) und 1931 (Androsteron) eine stürmische Entwicklung. Dies lag auch darin begründet, dass an den Forschungsstätten der Hochschulen und der Industrie z. B. Steroide synthetisiert wurden, deren pharmakologische Wirksamkeit teilweise die der natürlichen Hormone weit übertreffen. Die Probleme und speziellen Fragestellungen einer modernen Konstitutionsaufklärung sind in den meisten Fällen nur durch eine kombinierte Anwendung spektroskopischer Methoden zu lösen. Es sind also die Zuordnungen bestimmter IR-, UV- und NMR-Absorptionen sowie die massenspektrometrische Fragmentierung zu diskutieren [70–73].

2.4.1 Massenspektrometrie Bei der Spaltung des alicyclischen Grundskeletts der Steroide entstehen zunächst hauptsächlich Radikalkationen. Solche Zwischenprodukte neigen in starkem Maß zu Umlagerungsreaktionen, die oft nur schwer zu durchschauen sind [55]. In der Steroidchemie handelt es sich meist darum, die Position von Substituenten an einem bekannten Skelett zu bestimmen. Da funktionelle Gruppen die Bruchstückbildung beeinflussen, kann aus dem Auftreten bestimmter Bruchstücke mitunter die Stellung eines Substituenten ermittelt werden. Die Hauptschwierigkeit bei der Lösung derartiger Aufgaben ist die zurzeit noch ungenügende Kenntnis vom Ausmaß der gegenseitigen Beeinflussung funktioneller Gruppen, denn oft verursacht die Einführung eines zusätzlichen Substituenten oder einer Doppelbindung eine völlige Änderung der Hauptspaltungsreaktionen (Abb. 321–326).

2.4 Steroide 

 187

Abb. 321: 70 eV-Massenspektrum von Acetylnorethisteron. Norethisteron war das erste oral wirksame synthetische Gestagen. Es wurde erstmals 1951 von Djerassi und Sondheimer synthetisiert [143]. Das Gestagen wird bei Menstruationsstörungen eingesetzt.

Abb. 322: 70 eV-Massenspektrum von Quinestrol, ein Östrogen.

Abb. 323: 70 eV-Massenspektrum von Mesterolon, ein Androgen, um z. B. altersbedingte Potenzstörungen zu beheben, C20H32O2, MG 304.

Abb. 324: 70 eV-Massenspektrum von Triacetylöstriol, ein Östrogen, C24H30O6, MG 414.

188 

 2 Arzneimittel

Abb. 325: 70 eV-Massenspektrum von Allylöstrenol, ein Gestagen, C21H32O, MG 300. Zu den Hauptabbaureaktionen gehört die α-Spaltung zur OH-Gruppe unter Eliminierung eines Allylradikals.

Abb. 326: 70 eV-Massenspektrum von Androsteron, hat schwach androgene Aktivität und ist wichtig für die Ausbildung der sekundären Geschlechtsmerkmale, C19H30O2, MG 290.

2.4.2 IR- und Raman-Spektren Die Schwingungen symmetrischer Moleküle lassen sich entsprechend ihren Symmetrieeigenschaften in Raman- und infrarotaktive Rassen einteilen. Bei Molekülen ohne Symmetrie − wie den Steroiden − sind alle Schwingungen im Raman- und IR-Spektrum „erlaubt“; dies bedeutet jedoch nicht, dass alle beobachtbar sein müssen. Schwingungen mit großer Dipolmomentänderung verursachen starke Absorptionen im IR-Spektrum. Im Raman-Spektrum treten dagegen starke Banden für große Polarisierbarkeitsänderungen auf. Es liefern sich also IR- und Raman-Spektren komplementäre Bilder der Schwingungsvorgänge. Schwingungen, an denen polare Bindungen beteiligt sind, dominieren im IR-Spektrum; im Raman-Spektrum erscheinen dagegen Schwingungen von unpolaren Einfach- und Mehrfachbindungen. Das IR-Spektrum zeigt eher die Anordnung polarer Substituenten, während das Raman-Spektrum besonders Aussagen über das Steroidgerüst liefert (Abb. 327–338).

2.4 Steroide 

Abb. 327: IR-Spektrum von 3,17-Dihydroxy-19-nor-17α-pregnatetraen-(1,3,510,20) in KBr.

Abb. 328: IR-Spektrum von 17β-Acetoxy-2α-brom-4,4-dimethyl-3-oxo-5α-androstan in KBr.

Abb. 329: IR-Spektrum von 3β-Acetoxy-methylen-20-oxo-5α-pregnan.

 189

190 

 2 Arzneimittel

Abb. 330: IR-Spektrum von 3α-Ethinyl-3β,17β-dihydroxy-5α-androstan in KBr.

Abb. 331: IR-Spektrum von 3β,17-Dimethoxy-17α-pregnen-5-in-(20) in KBr.

Abb. 332: IR-Spektrum von 3,17-Dioxoöstren-(4) in KBr.

2.4 Steroide 

 191

Abb. 333: IR-Spektrum von 17-Hydroxy-3-methoxy-21-methylen-19-nor-17α-pregnatrien-(1,3,510) in KBr.

Abb. 334: IR-Spektrum von ∆1,3,5(10)-Östratrien-3,17α-diol in KBr.

Abb. 335: IR-Spektrum von 5α-Androstan-3-on in KBr.

192 

 2 Arzneimittel

Abb. 336: IR-Spektrum von 20,20-Ethylendioxy-3β-hydroxy-pregnen-(4).

Abb. 337: IR-Spektrum von 3,3-Ethylendioxy-17β-hydroxy-5α-androstan.

2.4.3 UV-Absorption Auf dem Steroidgebiet eignet sich die UV-Spektroskopie zum Nachweis und zur quantitativen Bestimmung spurenweise vorhandener Verbindungen mit chromophoren Systemen. Und im selben Maße, wie sich Messergebnisse ansammeln, werden Beziehungen zwischen UV- Absorption und Struktur offenbar, die schließlich ein wertvolles Hilfsmittel zur Konstitutionsermittlung bieten (Abb. 339–349). Beispielsweise absorbieren konjugierte homoannulare Steroiddiene in dem Bereich 260–285 nm, während bei heteroannularen Dienen diese Absorption zwischen 220–250 nm liegt. Die Absorptionskoeffizienten heteroannularer Diene sind im Allgemeinen größer (14000–28000) als die homoannularer Diene (5000–15000) [75].

2.4 Steroide 

 193

Abb. 338: Raman-Spektren kristalliner Steroide mit der Linie 514,5 nm eines Argon-IonenLasers [74]: (a) 17β-Hydroxy-21-methyl-3-oxo-19-nor-pregnen-4-in-(20), (b) 3β-Methoxy-17-oxoandrosten-(5), (c) 3β,17β-Dihydroxy-5α-androsten-(814), (d) 17β-Hydroxy-3-oxo-androstadien-(4,6).

194 

 2 Arzneimittel

Eine nicht konjugierte Carbonylgruppe zeigt im Allgemeinen eine flache UV-Absorptionsbande, deren Maximum sich nicht genau angeben lässt. Die Schärfe und Intensität der Bande wird jedoch durch Einführung einer Acetoxy- oder eines Halogensubstituenten in α-Stellung zur C=O-Gruppe erhöht. Gewöhnlich wird auch die Lage des Absorptionsmaximums verschoben, wobei sowohl Größe als auch Richtung dieser Verschiebung davon abhängen, ob der Substituent axial oder äquatorial orientiert ist. Das UV-Spektrum einer Substanz kann im sauren oder alkalischen Bereich einen völlig anderen Charakter erhalten. Allerdings gibt es in allen Fällen eine Wellenlänge, deren Extinktion vom pH-Wert unabhängig bleibt. Dieser isosbestische Punkt ist in Abb. 339 eingetragen.

Abb. 339: UV-Absorption von Östradiol in Gegenwart von NaOH in 80%igem Methanol. _ _ _ pH 7,0 _._ pH 11,8 ___ pH 13,1.

2.4 Steroide 

 195

Abb. 340: (a) 100 MHz-1H-NMR-Spektrum von Cholesterin in CCl4. (b) Dieselbe Lösung nach Zugabe von Eu(DPM)3.2Py ebenfalls bei 100 MHz. (c) Gedehntes Spektrum der Methylresonanzen in (b) [79].

196 

 2 Arzneimittel

Abb. 341: 1H-NMR-Spektren von 2β-Hydroxy-5α14α-androstan in CDCl3, (a) normales Spektrum bei 100 MHz, (b) 100 MHz-Spektrum mit Eu(DPM)3.

Abb. 342: 1H-NMR-Spektrum von Testosteron in Pyridin-D5, 60 MHz.

2.4 Steroide 

 197

Abb. 343: 1H-NMR-Spektrum von Prednisolon in Pyridin-D5, 60 MHz.

Abb. 344: 100 MHz-1H-NMR-Teilspektrum von 5α,6-Dihydroveratramin in CDCl3, Scott et al. [144].

198 

 2 Arzneimittel

Abb. 345: 100 MHz-1H-NMR-Spektrum von 3-O-Acetylbufalin in CDCl3, C26H36O5, MG 428, Gsell und Tamm [145].

Abb. 346: 100 MHz-1H-NMR-Spektrum von Sarverogenin in Deuteropyridin, Fuhrer et al. [146].

2.4 Steroide 

 199

Abb. 347: 100 MHz-1H-NMR-Spektrum von Rubrosteron in Deuteropyridin, C19H26O5, MG 334, Takemoto et al. [147].

Abb. 348: 13C-NMR-Spektrum von Jervin bei 15,08 MHz in Pyridin nach Protonenrauschentkopplung, MG 425, Schmp. 238 °C.

200 

 2 Arzneimittel

Abb. 349: 13C-NMR-Spektrum von Veratramin bei 15,08 MHz, in Pyridin.

2.5 Alkaloide Alkaloide sind überwiegend in Pflanzen vorkommende stickstoffhaltige Verbindungen, die nach Eingabe in den tierischen Organismus eine physiologische Wirkung zeigen; diese spezifische Wirkung kann toxisch oder heilend sein. Man findet die Alkaloide besonders in der Familie der Mohngewächse, der Schmetterlingsblütler, der Hahnenfußgewächse und der Nachtschattengewächse. Gewöhnlich ist das Vorkommen auf die Blätter, die Samen, die Rinde oder die Wurzel der Pflanze begrenzt. Mit dem Entwicklungsstand der Pflanze kann sowohl der gesamte Alkaloidgehalt als auch der relative Anteil der einzelnen Basen beträchtlich schwanken. Mitunter liegen diese Basen als Salze der Pflanzensäuren vor, der Essig-, Oxal-, Milch- oder Weinsäure. Aufgrund der physiologischen Wirksamkeit zogen die Alkaloide seit Beginn der wissenschaftlichen Chemie die Aufmerksamkeit der Naturforscher auf sich: Das aus den Blättern des Cocastrauches gewonnene Diethylamid der Lysergsäure (S.202) verursacht, an gesunde Versuchspersonen gegeben, Symptome, die denen der Schizophrenie gleichen. Das bitter schmeckende weiße Chinin war über Jahrhunderte das einzige Mittel, um die Malariakrankheit zu lindern. Für die Extraktion der meisten Alkaloide hat sich die Verwendung des polaren Lösungsmittels Methanol unter Zusatz von Essigsäure bewährt. Nach Eindampfen und Aufnahme in einem wässrigen sauren Medium (z. B. verdünnte Salzsäure) können Fremdbestandteile wie Fette und andere lipophile Stoffe durch Extraktion mit dem lipophilen Lösungsmittel Ether entfernt werden. Für die Extraktion der Alkaloide aus der wässrigen Phase hat sich Chloroform nach Alkalisierung mit Natronlauge oder einer anderen geeigneten Base bewährt. Aus der Chloroformphase geht nach Trocknen und Eindampfen in der Regel ein Alkaloidgemisch hervor, das bevorzugt durch chromatografische Trennung aufgetrennt werden kann. (Siehe auch Massenspektren Abb. 259–364.)

2.5 Alkaloide 

 201

Als klassisches Nachweisreagenz für Alkaloide wird Dragendorff-Reagenz verwendet. In Gegenwart von Alkaloiden bildet sich ein Ionenpaar mit der Zusammensetzung [BI4]–[NHR3]+, das, je nach Alkaloid, als gelboranges bis braunes Präzipitat zu erkennen ist. Für Mensch und Vieh stellt der Befall von Nahrungs- und Futtergetreide mit dem Mutterkornpilz Secale cornutum ein Problem dar (Abb. 350), denn die im Mutterkorn enthaltenen Alkaloide haben eine hohe Toxizität [80, 81].

Abb. 350: Roggenähre. Roggen ist ein besonders häufig betroffenes Nahrungsgetreide, aber auch der als Viehfutter genutzte Weizen. Auch Gräser sind befallgefährdet (Quelle: binabina/iStock/Getty Images Plus). Kokain, C17H21NO4, MG 303, Schmp. 98 °C, Hydrochlorid 195 °C, ein starkes Stimulans und Betäubungs mittel. Das Alkaloid findet weltweit Anwendung als Rauschdroge. Die Verbindung hat kein physisches Abhängigkeitspotenzial. Kokain ist ein Tropanalkaloid aus der süd amerikanischen Cocapflanze.

Heroin, C21H23NO5, MG 369, Schmp. 171–174 °C, Diacetylmorphin, ein halbsynthetisches, stark analgetisches Opioid (Rauschgift) mit hohem Abhängigkeitspotenzial bei jeder Konsumform. Die therapeutische Anwendung von Heroin ist in den meisten Ländern verboten.

202 

 2 Arzneimittel

Lysergsäure, C16H16N2O2, MG 268, Schmp. 240 °C, pKs-Wert: 3,3, etwas in Pyridin löslich, eine β-Aminosäure, Vorstufe für Ergolinalkaloide. Das Alkaloid wird u. a. vom Mutterkornpilz gebildet, es gibt vier Stereoisomere. Lysergsäure kann zum Auslösen von Wehen eingesetzt werden.

Theophyllin, C7H8N4O2, Schmp. 275 °C, pKs-Wert: 8,6. Ein Stimulanz und Bronchospasmolytikum, ein Purinalkaloid aus Teeblättern. In geringer Menge kommt Theophyllin auch in Kaffeebohnen vor. Es steigert die Leistung des Herzens und wirkt harntreibend.

Reserpin, C33H40N2O9, MG 608, Schmp. 264 °C, ein Antihypertonikum und Neuroleptikum, ein natürlich vorkommendes Indolalkaloid, welches über die Rauvolfia serpentina aus der indischen Heilkunst Eingang in die westliche Medizin gefunden hat.

Chinin, C20H24N2O2, weißer, geschmackloser Feststoff, MG 177, Schmp. 177 °C, pKs-Wert 8,15, schwer löslich in Wasser, gehört zur Gruppe der Chinolinalkaloide, natürliches Vorkommen in der Chinarinde, ein Muskelrelaxans und Malariamittel.

Morphin, C17H19NO3, MG 285, Schmp. 253 °C, pKs-Wert: 8,21, ein Opioidanalgetikum, Hauptalkaloid des Opiums. Morphin ist bei starken Schmerzen zugelassen, obwohl es leicht zur Sucht führt. Es unterliegt betäubungsmittelrechtlichen Vorschriften.

2.5 Alkaloide 

 203

2.5.1 Indolalkaloide Die Indolalkaloide sind durch den Indol- oder Indolin- bzw. 2,3-Dihydroindolgrundkörper charakterisiert. Entsprechend ihrer biogenetischen Herkunft aus Tryptophan tragen sie fast alle in Stellung 3 des Indolringes einen 2-Aminoethylrest, der meistens in einen oder mehrere am Indol anellierte Ringe integriert ist [82].

Indol

(S)-Tryptophan

Die Indolchemie begann mit dem Studium des häufig verwendeten Farbstoffs Indigo. Indigo kann in Isatin und weiter zu Oxindol umgewandelt werden (Abb. 351).

Isatin

Oxindol

Abb. 351: UV/VIS-Spektrum von Isatin, C8H5NO2, MG 147, Schmp. 200 °C. Isatin nimmt eine Blaufärbung bei Mischung mit Benzol an. Isatin ist ein endogener MAO-Hemmer (Monoaminooxidase, MAO, ein Enzym).

Weitere wichtige Indolderivate sind Psilocybin (ein Phosphorsäureester des N,N-Dimethyl-4-hydroxytryptamins), das die physiologisch wirksame Substanz des mexikanischen Zauberpilzes Stropharia darstellt und das verwandte Serotonin (5-Hydroxytryptamin), das als Indolderivat nicht pflanzlicher Herkunft nicht zu den Alkaloiden

204 

 2 Arzneimittel

gerechnet wird. Serotonin ist im Blut und in tierischen Zellen weit verbreitet und als gefäßverengende Substanz wirksam. Bufotenin, das N,N-Dimethylderivat des Serotonins, ist im Krötengift enthalten und die aktive Substanz des narkotisch wirkenden Schnupftabaks Cohoba.

Psilocybin

Serotonin

Bufotenin

Physostigmin ist das wichtigste Steroid der Calabarbohne; es wird trotz seiner hohen Giftigkeit in der Humanmedizin als pupillenverengende Substanz eingesetzt. Die Urethangruppierung ergibt sich aus dem Befund, dass bei der Hydrolyse neben dem phenolischen Eserolin Methylamin und CO2 entstehen.

Physostigmin

Eserolin

Strychnin kann aus den Samen von Strychnos nux-vomica isoliert werden. Früher wurde Strychnin als Rattengift verwendet, wodurch es zu Intoxikationsunfällen bei Menschen kamen. Heute spielt es eine geringe Rolle als Analeptikum sowie als homöopathisches Heilmittel. Die Konstitutionsaufklärung des Strychnins zog sich wegen des komplizierten Systems von sieben kondensierten Ringen über mehrere Jahre hin [83]

Strychnin, C21H22N2O2, MG 334, Schmp. 268 °C. Bei Verschlucken von Strychnin kann mit Aktivkohle die weitere Aufnahme des Giftes in den Körper unterbunden werden. Als Antidot gegen Strychnin wird Physostigmin eingesetzt.

Der Charakter der funktionellen Gruppen ließ sich ableiten, da ein Stickstoffatom als tertiär und das andere als Amidgruppe erkannt wurde (Abb. 352–358).

2.5 Alkaloide 

 205

Abb. 352: 100 MHz-1H-NMR-Spektrum von Pleiocarpamin. Das Spektrum zeigt alle die für eine Ethylidenseitenkette zu erwartenden Protonensignale sowie die Absorption von vier Protonen in der Aromatenregion. Bei 3,60 ppm wird das Singulett der Carbomethoxygruppe beobachtet. Detaillierte Strukturaussagen lassen sich aufgrund der Spinentkopplung gewinnen. Wie ist die Multiplizität der Methylabsorption bei 1,48 ppm zu erklären, 7 Hz und weitere Dublettierung mit 2,5 Hz? Guggisberg et al. [148].

Abb. 353: 100 MHz-1H-NMR-Spektrum von Fructosin in CDCl3. In den Bereichen 0,9–1,6 ppm und 1,6–2,2 ppm finden sich je vier Protonen („rein aliphatische Protonen“). Ebenfalls vier Protonen absorbieren in dem Aromatengebiet zwischen 6,8–8,0 ppm. Die restlichen Protonen liegen zwischen 2,2–4,8 ppm und können mithilfe von Entkopplungsexperimenten zugeordnet werden. Das bei 4,83 ppm liegende verbreiterte Dublett kann bei Bestrahlung des OH-Protons (breites Signal bei ca. 3,0 ppm) mit ∆ν = +186 Hz zu einem scharfen Dublett vereinfacht werden.

206 

 2 Arzneimittel

Abb. 354: IR-Spektrum von Venalstonidin in CH2Cl2 [84].

Abb. 355: 60 MHz-1H-NMR-Spektrum von Venalstonidin in CDCl3 [84].

Abb. 356: 60 MHz-1H-NMR-Spektrum von Obscurinervidin in CDCl3.

2.5 Alkaloide 

 207

Abb. 357: IR-Spektrum von Geissospermin in KBr. Bertho et al. [149]. Geissospermin findet sich als physiologisch wirksame Substanz in der Rinde der in Brasilien heimischen Apocynee Geiissospermum vellosii, gewöhnlich als Pereiro-Rinde bezeichnet. Ein Extrakt der Rinde wird in Brasilien in der Volksheilkunde als Fiebermittel eingesetzt.

Abb. 358: UV-Spektrum von Reserpin und Reserpsäure B in Ethanol. Reserpin kann heute als das wichtigste Rauwolfia-Alkaloid betrachtet werden, denn es scheint der Hauptträger der sedativen und hypotensiven Wirkung der rohen Extrakte von Rauwolfia serpentina Benth. zu sein. Furlenmeier et al. [85].

208 

 2 Arzneimittel

2.5.2 Opioide Opioide sind natürliche, aus dem Opium gewonnene oder (halb-)synthetisch hergestellte Arzneimittel mit schmerzlindernden, dämpfenden, beruhigenden und psychotropen Eigenschaften. Die Effekte beruhen auf der Bindung an endogene Opioidrezeptoren. Opioide werden u. a. in Form von Tabletten, Tropfen, als Injektion und als transdermales Pflaster verabreicht und hauptsächlich gegen Schmerzen, gegen Husten und in der Anästhesie eingesetzt. Es handelt sich um potente Wirkstoffe, die mit Vorsicht angewandt werden müssen. Eine Überdosis ist lebensgefährlich. Opioide können als Rauschmittel missbraucht werden und zu einer Abhängigkeit und Sucht führen. Opioide werden schon seit Tausenden von Jahren als Schmerzmittel verwendet. Zunächst in Form von Opium, dem getrockneten Milchsaft des Schlafmohns Papaver somniferum L. (Papaveraceae). Zu Beginn des 19.  Jahrhunderts wurde erstmals das reine Opiumalkaloid Morphin isoliert und später mit der neu erfundenen Injektionsnadel verabreicht. Im 20. Jahrhundert wurden zahlreiche Derivate und synthetische Opioide entwickelt und dem Betäubungsmittelgesetz unterstellt. Darunter sind einige Wirkstoffe, die nicht mehr von den natürlichen Alkaloiden abgeleitet sind. So sind beispielsweise Pethidin, Fentanyl und Methadon vom Tropanalkaloid Atropin aus Nachtschattengewächsen abgeleitet (Abb. 369–371). Zu den Opioiden zählen auch Acetylcodein, Acetylethylmorphin, Acetyllevorphanol sowie Acetyloxycodon.

Pethidin, C15H21NO2, MG 247, Schmp. 30 °C. Pethidin ist das älteste vollsynthetische Opioid. Es wurde im Juli 1937 von Otto Schaumann und Otto Eisleb bei den I.G. Farben (Werk Hoechst) erstmals synthetisiert (Handelsnahme Dolantin). Es gehört weltweit zu den wichtigsten Analgetika.

Fentanyl, C22H28N2O, MG 336, Schmp. 87,5 °C, ist ein synthetisches Opioid, das als Schmerzmittel in der Anästhesie (bei Narkosen) sowie zur Therapie akuter und chronischer Schmerzen eingesetzt wird. Fentanyl wirkt als Agonist am µ-Opioidrezeptor.

Methadon, C21H27NO, MG 309, Schmp. 77 °C (freie Base, racemisches Gemisch), ist ein vollsynthetisch hergestelltes Opioid mit starker schmerzstillender Wirksamkeit. Methadon ist reiner Agonist am µ-Opioidrezeptor. Es hat als Heroinersatzstoff seine Wirksamkeit bewiesen.

2.5 Alkaloide 

 209

Abb. 359: 70 eV-Massenspektrum von Acetylcodein. Codein ist eine natürlich vorkommende Verbindung aus der Gruppe der Opiate. Es wird als Hustenstiller eingesetzt und in Kombination mit Paracetamol als Schmerzmittel, C20H23NO4, MG 341.

Abb. 360: 70 eV-Massenspektrum von Acetylethylmorphin, ein potentes Antitussivum, C21H25NO4, MG 355.

Abb. 361: 70 eV-Massenspektrum von Acetyllevorphanol, ein potentes Analgetikum und Antitussivum, C19H25NO2, MG 299.

Abb. 362: 70 eV-Massenspektrum von Acetyloxycodon, ein potentes Analgetikum (ein Opioid), C20H23NO5, MG 357.

210 

 2 Arzneimittel

Abb. 363: 70 eV-Massenspektrum von Ketobemidon, ein Opioidanalgetikum, C15H21NO2, MG 247, Schmp. 156–157 °C.

Abb. 364: 70 eV-Massenspektrum von Dihydromorphin, ein Opioidanalgetikum, C17H21NO3, MG 287, Schmp. 253–254 °C.

Abb. 365: UV-Spektren von Morphol-O3-methylether und Morphenolmethylether in Ethanol [86].

2.5 Alkaloide 

 211

Abb. 366: 60 MHz-1H-NMR-Spektrum von Neopin in CDCl3. C18H21NO3, ein Opiumalkaloid, MG 299, aus Papaver somniferum.

Abb. 367: 60 MHz-1H-NMR-Spektrum von Thebain, ein Opiumalkaloid, C19H21NO3, MG 311, farblose Blättchen, Schmp. 190–193 °C, Vorkommen in Papaver bracteatum, Thebain selbst findet keine therapeutische Anwendung, wird jedoch als Opioidantagonist genutzt.

212 

 2 Arzneimittel

Abb. 368: 60 MHz-1H-NMR-Spektrum von Codeinon in CDCl3, ein Opioid und nahe verwandt mit Morphin, C18H19NO3, MG 297.

2.5.3 Amaryllidaceen-Alkaloide Aus einigen Arten der Amaryllidaceen sind etwa 100 Alkaloide isoliert worden, die an anderer Stelle der Natur offenbar nicht auftreten und daher als den Pflanzen dieser Familie eigentümliche Inhaltsstoffe betrachtet werden können. Die bisher aufgeklärten Alkaloide dieser Gruppe gehören Strukturtypen mit verschiedenen Ringgerüsten an: Belladintyp (1), Lycorintyp (2), Lycorenintyp (3), Crinidintyp (4), Montanintyp (5) und Tazettintyp (6). Zwischen diesen Gruppen wurden nahe biogenetische Beziehungen aufgedeckt [87].

(× diese Positionen sind in den Alkaloiden zum Teil oder alle durch Sauerstofffunktionen besetzt)

2.5 Alkaloide 

 213

Abb. 369: UV-Spektren von (a) Lycopin (A) und Dihydrolycorin (B) in Ethanol und (b) UV-Spektrum des Lycorinan hydromethins in Ethanol. Vorkommen in Lycoris radiata, Familie: Amaryllidaceae. Der Inhaltsstoff Lycorin hat Antitumoraktivität in Krebszellen. Kondo und Katsura [150].

Abb. 370: IR-Spektren von Amaryllidaceen-Alkaloiden: (a) (+)-Epibuphanisin, ein Alkaloid vom Crinidintyp. (b) Buphacetin, ebenfalls ein Alkaloid vom Crinidintyp. Die Blattscheiden werden von den Eingeborenen Neuguineas zur Wundbehandlung verwendet [88].

214 

 2 Arzneimittel

Abb. 371: IR-Spektrum von Macronin, ein Inhaltsstoff von Crinum macrantherum, der zur Wundbehandlung eingesetzt werden kann.

2.5.4 Lycopodium-Alkaloide Die Inhaltsstoffe der Kryptogamen-Gattung Lycopodium haben sich als Alkaloide erwiesen, die an anderer Stelle im Pflanzenreich offenbar nicht auftreten. Wichtige Vertreter sind Annotinin (1), Alolycopin (2), und Lucidulin (3). Die Lycopodium- oder Bärlapp-Alkaloide haben komplexe Wirkung: mild analgetisch, antipyretisch und wundheilend. Das Kernresonanzspektrum eines Acetylderivatives von Alolycopin ist in Abb. 372 wiedergegeben.

Abb. 372: 100 MHz-1H-NMR-Spektrum von O-Acetylalolycopin in CDCl3 [89].

2.5 Alkaloide 

 215

Abb. 373: IR-Spektrum von Alolycopin (2) in CCl4 [89].

2.5.5 Ipecacuanha-Alkaloide Aus den Wurzeln von Psychotria ipecacuanha, Psychotria granadensis und Radix ipecacuanha wurden Alkaloide isoliert, die als gemeinsames Strukturelement ein 3-Ethylbenzochinolizin-Gerüst besitzen, das über eine am C-Atom 2 befindliche Methylengruppe mit der Position 1 eines Isochinolinkerns verknüpft ist [90]. Lange Zeit war es ein begehrtes Ziel, diese Alkaloide totalsynthetisch zu erschließen, da sie mit Erfolg bei der auch heute noch verbreiteten Amöbenruhr eingesetzt werden können. Typische Vertreter sind Emetin (1), Psychotrin (2) und Emetamin (3).

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3

2

216 

 2 Arzneimittel

Abb. 374: IR-Spektrum von (+)-Emitin (1) in KBr [90].

Abb. 375: IR-Spektrum von 2-Dehydroemitin in KBr [91].

Abb. 376: IR-Spektrum von 2-Dehydroisoemitin in KBr [91].

2.5 Alkaloide 

 217

2.5.6 Berberin Berberin ist ein Alkaloid aus der Gruppe der Isochinolinalkaloide. Es kommt u. a. in den Pflanzen Berberitze sowie in Orangenwurzeln vor (Abb. 377). Berberin ist kräftig gelb gefärbt, weshalb man früher die Berberitze zum Färben von Wolle und Leder benutzte. Noch heute wird in Nordindien Wolle mit Berberin gelb gefärbt. Unter UV-Licht fluoresziert Berberin kräftig gelb. Es ist der einzige bekannte natürliche Farbstoff mit quartärer Stickstoffbase (Abb. 378 und 379).

Berberin, Gegenion Chlorid, C20H18ClNO4, MG 371, Schmp. 147–148 °C

Abb. 377: Schöllkraut, der Milchsaft der Pflanze enthält Berberin (Quelle: v_zaitsev/iStock/Getty Images Plus).

Berberin hat ein komplexes Wirkungsspektrum: Wegen seiner antiseptischen Wirkung wurden vielfach Berberin und seine Salze im Orient als Darmantiseptikum angewendet. Auch systemische Effekte wurden bekannt: blutdrucksenkende Wirkung, dilatierende Wirkung auf die Koronararterien sowie antikoagulatorische und herzfrequenzsenkende Wirkung. Berberin wirkt beruhigend auf das ZNS. Es moduliert die Neurotransmitter und deren Rezeptorsystem im Gehirn. Außerdem spielt Berberin im Zuckerstoffwechsel eine Rolle. Es erhöht die Expression des Insulinrezeptors an der Oberfläche von Zellen. Dadurch wird der Gehalt an Glucose im Blut reduziert. Auch der Cholesteringehalt des Blutes wird durch Berberin gesenkt. In Kombination mit Simvastatin wurde eine deutlich stärkere Wirkung als bei einer Monotherapie beobachtet. Zurzeit

218 

 2 Arzneimittel

wird geprüft, ob Berberin positiven Einfluss auf den Verlauf der Alzheimerkrankheit nehmen kann. Gegenüber verschiedenen Krebszellen zeigt Berberin in vitro ein antineoplastisches Potenzial. Es wirkt sowohl in vitro als auch in vivo antiproliferativ. Zudem wirkt es gegen potenziell karzinogene Mikroorganismen wie Helicobacter pylori und Viren wie beispielsweise das Hepatitis-B-Virus.

Abb. 378: 1H-NMR-Spektrum von Cavidin in CDCl3 bei 100 MHz, Yu und MacLean [132].

Abb. 379: 1H-NMR-Spektrum von Thalictrifolin in CDCl3 bei 100 MHz, Yu und MacLean [132].

2.5 Alkaloide 

 219

2.5.7 Lobelia-Alkaloide Die in einigen europäischen Ländern und den USA kultivierte Heilpflanze Lobelia inflata enthält eine große Anzahl von Piperidinalkaloiden, die in den Positionen 2 und 6 substituiert sind (Abb. 380). Nach den funktionellen Gruppen der Substituenten unterscheidet man drei Strukturtypen: Lobelidiole, Lobelionole und Lobelidione (Tab. 14). Die Blätter der Lobelia inflata werden wegen ihres Alkaloidgehaltes zu Heilzwecken genutzt und werden von nordamerikanischen Indianern als Tabak geraucht. Lobelin wirkt anregend auf die Atmung und kann als Analeptikum für das Atemzentrum bei Asthma eingesetzt werden. Außerdem hat Lobelin die Funktion als Tabakentwöhnungsmittel: Es verstärkt die Wirkung des Nicotins, wodurch Brechreiz hervorgerufen wird (Abb. 381). Tab. 14: Strukturformeln von Lobelia-Alkaloiden. α-Lobelin (1), Lobelanidin (2), Lobelanin (3).

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Abb. 380: Kleine Lobelie (Quelle: Aviavlad/iStock/Getty Images Plus).

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220 

 2 Arzneimittel

Abb. 381: 70 eV-Massenspektrum von Lobelanin (3).

2.5.8 Mutterkornalkaloide Als Mutterkornalkaloide (Ergotalkaloide) werden etwa 80 natürlich vorkommende organische Verbindungen aus der Gruppe der Indolalkaloide bezeichnet. Sie finden sich hauptsächlich im Mutterkorn, den Sklerotien des Mutterkornpilzes Claviceps purpurea, der auf Roggen und anderen Süßgräsern als Parasit lebt. Die zum Großteil toxischen Alkaloide waren die Ursache für die als Ergotismus bezeichneten epidemieartigen Vergiftungen, die vom Frühmittelalter bis zum Ende des 20. Jahrhunderts auftraten. Heute dienen teilsynthetische Abkömmlinge und natürlich vorkommende Mutterkornalkaloide als Arzneistoffe [92].

Methylergometrin, C20H25N3O2, MG 339, Schmp. 172 °C, wird halbsynthetisch aus Ergometrin hergestellt. Es wird in der Geburtshilfe zur Verminderung von Blutungen und zur Kontraktion der Gebärmutter (Uterus) während der Nachgeburtsperiode sowie im Wochenbett eingesetzt.

Lisurid, C20H26N4O, MG 338, Schmp. 186 °C. Lisurid ist ein Arzneistoff, der in der Therapie des Morbus Parkinson und in der Prophylaxe der Migräne eingesetzt wird. In Deutschland ist der Handelsname Dopergin ®, das verschreibungspflichtig ist. Mit Tergurid ist eine verwandte Verbindung zurzeit in der klinischen Prüfung.

2.5 Alkaloide 

 221

LSD, Lysergsäurediethylamid, C20H25N3O, MG 323, Schmp. 80–85 °C (Base), ist ein chemisch hergestelltes Derivat der Lysergsäure, die als Mutterkornalkaloid vorkommt. LSD ist eines der stärksten bekannten Halluzinogene. Es ruft schon in sehr geringen Dosen pseudohalluzinogene Wirkungen hervor.

2.5.9 Yohimbin Yohimbin ist eine vornehmlich in den Blättern und der Rinde des Yohimbe-Baumes natürlich vorkommende Verbindung aus der Gruppe der Indolalkaloide (Abb. 382 und 383). Darüber hinaus ist Yohimbin auch in den Wurzeln zahlreicher Schlangenwurze (Rauwolfia-Arten) anzutreffen. Yohimbin, C21H26N2O3, MG 354, Schmp. 241 °C, Wirkstoffklasse: Aphrodisiakum. Yohimbin ist ein hochpotenter Antagonist an α2-Adrenozeptoren, der u. a. in der glatten Muskulatur von Blutgefäßen zu finden ist. Eine Blockade dieser glattmuskulären Rezeptoren führt zu einer Erweiterung der Gefäße. Yohimbin überquert zudem rasch die Blut-Hirn-Schranke und erhöht durch zentrale Mechanismen den Blutdruck und die Herzfrequenz.

Abb. 382: 70 eV-Massenspektrum von Yohimbin.

222 

 2 Arzneimittel

Abb. 383: UV-Spektren von Yohimbin (A) und Reserpin (B, S. 202), Lösungsmittel Ethanol [93].

2.5.10 Koffein Koffein (auch Coffein und früher Caffein) ist ein Purinalkaloid aus der Stoffgruppe der Xanthine und gehört zu den psychotropen Substanzen aus der Gruppe der Stimulanzien. Koffein ist der anregend wirkende Bestandteil von Genussmitteln wie Kaffee, Tee, Cola, Mate und Energiedrinks. In reiner Form tritt es als weißes, geruchloses, kristallines Pulver mit bitterem Geschmack auf.

Koffein, C8H10N4O2, farb- und geruchloser Feststoff, MG 194, Schmp. 235 °C, Wirkstoffklasse: Stimulans. Wirkungen: Anregung des ZNS, Steigerung der Herzfrequenz, Bronchialerweiterung, geringe Erhöhung des Blutdrucks.

Die Wirkung des Koffeins begründet sich auf zellulärer Ebene: Nervenzellen tauschen Botenstoffe aus und verbrauchen Energie. Dabei entsteht Adenosin als Nebenprodukt. Eine der Aufgaben des Adenosins besteht darin, das Gehirn vor „Übermüdung“ zu schützen. Es setzt sich an bestimmte Rezeptoren auf den Nervenbahnen. Ist Adenosin gebunden, ist das ein Signal für die Zelle, etwas weniger zu arbeiten. So entsteht ein negativer Rückkopplungseffekt: Je aktiver die Nervenzellen, desto mehr Adenosin wird gebildet und desto mehr Rezeptoren werden besetzt. Die Nervenzellen arbeiten langsamer. Das Koffein ist dem Adenosin in seiner chemischen Struktur ähnlich und besetzt dieselben Rezeptoren, aktiviert sie jedoch nicht. Adenosin kann nicht mehr

2.5 Alkaloide 

 223

andocken und die Nervenbahnen bekommen kein Signal – deshalb arbeiten sie auch bei steigender Adenosinkonzentration weiter. Die Adenosinrezeptoren werden kompetitiv durch Koffein gehemmt.

Adenosin, C10H13N5O4, MG 267, Schmp. 234–237 °C. Adenosin ist ein Nukleosidund besteht aus der Nukleinbase Adenin und dem Zucker β-d-Ribose. Das Analogon mit Desoxyribose ist das Desoxyadenosin. Adenosin ist Bestandteil der Ribonukleinsäure.

Auf Anregung Goethes untersuchte der Apotheker Friedlieb Ferdinand Runge Kaffeebohnen mit dem Ziel, die wirksame Substanz im Kaffee zu finden. 1819 gelang es Runge erstmals, aus den Kaffeebohnen reines Koffein zu isolieren. Er kann somit als Entdecker des Koffeins angesehen werden.

2.5.11 Vinca-Alkaloide Vinca-Alkaloide finden sich in den Gattungen der Hundsgiftgewächse. Im Madagaskar-Immergrün (Abb. 384) sind die Alkaloide Vinblastin und Vincristin enthalten, die als Arzneistoffe in der Chemotherapie von Krebserkrankungen eingesetzt werden. Es handelt sich um therapeutisch bedeutsame Diindolalkaloide.

Abb. 384: Madagaskar-Immergrün mit Vinblastin (R1 = COOCH3, R2 = CH3, R3 = OCH3 und R4 = COCH3) und Vincristin (R2 = COOCH3, R2 = CHO, R3 = OCH3 und R4 = COCH3) (Quelle: magicflute002/iStock/ Getty Images Plus).

224 

 2 Arzneimittel

Für Vincarodin, das zunächst ebenfalls für ein Dimeres gehalten wurde, konnte nach massenspektrometrischer Bestimmung der Summenformel C22H26N2O5 durch spektroskopische Vergleichsmessungen (Abb. 385) die Konstitution ermittelt werden [94].

Abb. 385: 1H-NMR-Spektrum von Vincarodin bei 220 MHz in CDCl3 [94].

2.6 Psychopharmaka Psychopharmaka sind psychoaktive Arzneistoffe, welche die neuronalen Abläufe im Gehirn beeinflussen und dadurch eine Veränderung der psychischen Verfassung bewirken. Ab etwa 1950 verbreitete sich der Begriff zunehmend im Zusammenhang mit der Substanz Chlorpromazin und Imipramin in der psychiatrischen Fachliteratur.

Chlorpromazin, ein Phenothiazinderivat und ein Neuroleptikum von mittlerer Potenz, C17H19ClN2S, ölige Flüssigkeit, MG 318, Schmp. < 25 °C, Sdp. 200 °C (107 Pa). Das Arzneimittel gilt als Grundstein der modernen Psychopharmakatherapie.

Imipramin zählt zur Klasse der Dibenzazepine und ist ein Arzneistoff aus der Gruppe der trizyklischen Antidepressiva, C19H24N2, MG 280, Schmp. 174 °C. Imipramin war der erste moderne Arzneistoff zur Behandlung von Depressionen überhaupt und wurde zum Prototyp einer ganzen Klasse von Psychopharmaka.

2.6 Psychopharmaka 

 225

Psychische Erkrankungen werden gewöhnlich entweder psychotherapeutisch oder medikamentös behandelt. Bei schweren Psychosen wie Schizophrenie und manisch-depressiver Krankheit sind Medikamente das Mittel der Wahl, um die Symptome zu mildern (Abb. 386–413). So ist z. B. Meprobamat ein zentral dämpfender und angstlösender Wirkstoff aus der Gruppe der Carbamate zur Behandlung von Angst und Spannungszuständen. Allerdings kann das Arzneimittel abhängig machen und bei Überdosierung zum Tod führen.

Meprobamat, C9H18N2O4, weißes Pulver, Anxiolytikum, MG 218, Schmp. 103–107 °C.

Anfang der 1960er-Jahre wurde Meprobamat durch Benzodiazepine – wie beispielsweise Chlordiazepoxid und Diazepam  – verdrängt. Der bedeutendste Vorteil dieser Substanzklasse liegt in der Tatsache, dass Überdosen nicht tödlich sind. Das erste Unternehmen, das auf diesem Gebiet Erfolg hatte, war der Pharmahersteller Roche in Nutley, New Jersey, in dessen Forschungslabors der Chemiker Leo Sternbach 1960 Librium und Valium synthetisierte.

Diazepam (Valium), C16H13ClN2O, schwach gelblicher Feststoff, ein Benzodiazepin, Anxiolytikum, Antikonvulsivum, Hypnotikum, MG 284, Schmp. 125 °C. Das Arzneimittel hat eine relativ lange Halbwertszeit. Es wird auch bei Angstzuständen und zur Therapie epileptischer Anfälle eingesetzt.

Chlordiazepoxid (Librium), C16H14ClN3O, ein Benzodiazepin, Anxiolytikum, MG 299, Schmp. 230–232 °C. Das Arzneimittel wird zur symptomatischen Behandlung von akuten und chronischen Spannungs-, Erregungs- und Angstzuständen verwendet. Das Medikament unterliegt dem Betäubungsmittelgesetz.

226 

 2 Arzneimittel

Abb. 386: 70 eV-Massenspektrum von Acetoxymidazolam, ein Tranquilizer, C20H15N3O2ClF, MG 383.

Abb. 387: 70 eV-Massenspektrum von Normethylacetylmedazepam, Benzodiazepin, Tranquilizer, C17H15N2OCl, MG 298.

Abb. 388: 70 eV-Massenspektrum von Medazepam, ein Tranquilizer, C16H15N2Cl, MG 270.

Abb. 389: 70 eV-Massenspektrum von Prazepam, ein Tranquilizer und Muskelrelaxans, C19H17N2OCl, MG 324.

2.6 Psychopharmaka 

 227

Abb. 390: 70 eV-Massenspektrum von Lormetazepam, ein Tranquilizer, wirkt auch als Muskelrelaxans und hat angstlösende Wirkung, C16H12N2O2Cl2, MG 334.

Abb. 391: 70 eV-Massenspektrum von Flurazepam, gehört zu den lang wirkenden Benzodiazepinen, wird bei Schlafstörungen eingesetzt, C21H23N3OClF, MG 387.

Abb. 392: 70 eV-Massenspektrum von Acetylbenzoctamin, ein Sedativum zur Vorbereitung der Anästhesie. C20H21NO, MG 291.

Abb. 393: 70 eV-Massenspektrum von Normethylacetylacepromazin, ein Sedativum, C20H22N2O2S, MG 354.

228 

 2 Arzneimittel

Abb. 394: 70 eV-Massenspektrum von Clobazam, ein Tranquilizer, C16H13N2O2Cl, MG 300.

Abb. 395: 70 eV-Massenspektrum von Acetylhydroxyzin, ein Tranquilizer, C23H29N2O3Cl, MG 416.

Abb. 396: 70 eV-Massenspektrum von Diacetyllorazepam, C19H14N2O4Cl2, MG 404, ein Tranquilizer.

Abb. 397: 70 eV-Massenspektrum von Tiotixen, aus der Gruppe der Thioxanthene zur Behandlung der Schizophrenie, C23H29N3O2S2, MG 443.

2.6 Psychopharmaka 

 229

Abb. 398: 70 eV-Massenspektrum von Penfluridol, ein Neuroleptikum, C28H27NOClF5, MG 523.

Abb. 399: 70 eV-Massenspektrum von Fluspirilen, Behandlung von Schizophrenie, C29H31N3OF2, MG 475.

Abb. 400: 70 eV-Massenspektrum von Methyldroperidol, Vorbeugung von Übelkeit und Erbrechen nach Operationen, C23H24N3O2F, MG 393.

Abb. 401: 70 eV-Massenspektrum von Prothipendylsulfoxid, C16H19N3OSMG 301, ein schwach wirksames Neuroleptikum.

230 

 2 Arzneimittel

Abb. 402: 70 eV-Massenspektrum von Normethylacetylclomipramin, C20H23N2OCl, MG 342, ein Antidepressivum.

Abb. 403: 70 eV-Massenspektrum von Trimipramin, C20H26N2, MG 294, ein Antidepressivum.

Abb. 404: 70 eV-Massenspektrum von Acetylhomofenazin, ein Tranquilizer, C25H30N3O2SF3, MG 493.

Abb. 405: 70 eV-Massenspektrum von Dimetacrin, ein Antidepressivum, C20H26N2, MG 294.

2.6 Psychopharmaka 

 231

Abb. 406: 70 eV-Massenspektrum von Acetylmaprotilin, aus der Gruppe der tricyclischen Antidepressiva, C22H25NO, MG 319.

Abb. 407: 70 eV-Massenspektrum von Trazodon, ein StimmungsaufhellerC19H22N5OCl, MG 371.

Abb. 408: 70 eV-Massenspektrum von Acetyldixyrazin, ein Neuroleptikum, C26H35N3O3S, MG 469.

Abb. 409: 70 eV-Massenspektrum von Normethylacetylperazin, zur Behandlung von Psychosen, C21H25N3OS, MG 367.

232 

 2 Arzneimittel

Abb. 410: 70 eV-Massenspektrum von Opipramol, ein tricyclischen Antidepressivum, C23H29N3O, MG 363.

Abb. 411: 70 eV-Massenspektrum von Haloperidol, Neuroleptikum gegen Schizophrenie, C21H23NO2ClF, MG 375.

Abb. 412: IR-Spektrum von Prazepam, C19H17ClN2O, MG 324, Schmp. 147–148 °C. Ein Arzneistoff aus der Gruppe der Benzodiazepine mit angstdämpfenden und schlaffördernden Eigenschaften.

2.6 Psychopharmaka 

 233

Abb. 413: IR-Spektrum von Flunitrazepam in KBr (2,5 mg in 150 mg KBr).

Der bedeutendste Vorteil der Benzodiazepine besteht in der Tatsache, dass Überdosen nur in seltenen Fällen tödlich sind. Im Gegensatz hierzu liegt bei Barbituraten (Abb. 309) die letale Dosis nur um einen kleinen Faktor über derjenigen, die nötig ist, um Schlaf auszulösen. Lange Zeit hindurch genossen die Barbiturate daher den zweifelhaften Ruf, die bevorzugten Todespillen für Selbstmordkandidaten zu sein. Da mutlose, deprimierte Menschen im Allgemeinen auch unter Schlaflosigkeit leiden, verordneten die Ärzte solchen Patienten routinemäßig Barbiturate als Schlafmittel. Bedauerlicherweise bedeutete das, dass die Menschen, die am stärksten selbstmordgefährdet waren, regelmäßig mit dem am schnellsten wirksamen und schmerzlosesten Mittel versorgt wurden, um ihr Ansinnen in die Tat umzusetzen. In dieser Hinsicht sind die Benzodiazepine die ungefährlichsten Pharmaka, die bekannt sind. An Versuchstieren hat man Dosen getestet, die um den Faktor 1000 höher waren, als man benötigte, um die Muskeln zu relaxieren und Verhaltenseffekte auszulösen. Weder Mäuse, Ratten, Katzen noch Affen starben daran. Nachdem Librium und Valium auf den Markt gekommen waren, schluckte manch selbstmordgefährdeter Patient den gesamten Inhalt einer Flasche − 100 Pillen oder mehr; das Einzige, was mit diesen Personen passierte, war, dass sie in einen tiefen Schlaf fielen, aus dem sie nach zwei bis drei Tagen ohne jegliche Nachwirkungen wieder erwachten. Jedoch sind Benzodiazepine nicht ganz ungefährlich. Ihr Abhängigkeitspotenzial ist zwar schwächer als das von Barbituraten, doch immer noch beunruhigend. Außerdem verstärken sie − vermutlich wegen ihrer sedierenden Eigenschaften − die depressionsfördernden Wirkungen von Alkohol und Barbituraten.

234 

 2 Arzneimittel

Wenn ein Benzodiazepin zusammen mit einer sedierenden Substanz eingenommen wird, kann das tödliche Folgen haben. Viele Todesfälle sind auf solch eine Kombination zurückzuführen. Judy Garlands Tod im Jahre 1969 war der synergetischen Wechselwirkung zwischen Alkohol und Valium zuzuschreiben. Besonders beunruhigend ist die Tatsache, dass man nie genau voraussagen kann, welche Menge an Benzodiazepin in Kombination mit Alkohol tödlich ist; die individuellen Unterschiede sind hier enorm. In manchen Fällen kann die gleichzeitige Einnahme von Alkohol und bloß dem Zwei- bis Dreifachen der verordneten Benzodiazepindosis zu einem Atemstillstand führen (Abb. 414). Aus der Sicht des Pharmakologen sind Psychedelika weitgehend uninteressant. Jemand, der sich mit der Entwicklung von Medikamenten beschäftigt, die Krankheitssymptome beheben und, wenn möglich, Krankheiten heilen sollen, hat naturgemäß wenig im Sinn mit einer Klasse von Substanzen, die keinerlei bewiesenen therapeutischen Nutzen, aber eine an Missbrauch reiche Geschichte haben und Psychosen hervorrufen können. Viele Hirnforscher jedoch schätzen Psychedelika mehr als alle anderen Psychopharmaka. Diese Wissenschaftler sind stark daran interessiert, verstehen zu lernen, warum die durch LSD und Psilocybin ausgelösten Veränderungen offenbar an den Kern des Bewusstseins rühren.

LSD

Psilocybin

Abb. 414: 1H-NMR-Spektrum von Flunitrazepam bei 300 MHz in CDCl3, Bezugssubstanz TMS. Die in der Strukturformel angegebenen Protonen können sicher zugeordnet werden.

2.7 Stimulanzien 

 235

2.7 Stimulanzien In jeder Kultur und in jedem Zeitalter waren Menschen gezwungen zu unterscheiden, wann die Anwendung psychoaktiver Substanzen nützlich und wann sie schädlich ist. Das gilt insbesondere für Mittel, die medizinisch bedeutsam sind, aber auch zur Steigerung des allgemeinen Wohlbefindens weithin Verwendung gefunden haben. Viele der chemischen Verbindungen, die Menschen zur Entspannung, aus Geselligkeit, zur Entdeckung des eigenen Ichs oder zur Flucht vor Problemen einnehmen, bergen die Gefahr, missbraucht zu werden und sich dann als sehr gefährlich zu erweisen. Beispielsweise war Opium sowohl eines der ersten Arzneimittel der westlichen Zivilisation als auch eines ihrer ersten Rauschgifte, mit dem Missbrauch betrieben wurde. Cocain und die Amphetamine sind heute in der westlichen Welt die wichtigsten Aufputschmittel und stellen Beispiele für Pharmaka dar, deren Wirkungen einerseits ihren Einsatz als Arzneimittel rechtfertigen, andererseits die Gefahr des Missbrauchs mit sich bringen (Abb. 415–423).

Abb. 415: Die Blätter des Cocastrauches (Erythroxylum coca) enthalten Cocain. Erst Mitte des 19. Jahrhunderts gelangten Cocablätter in nennenswerten Mengen nach Europa (Quelle: Miguel Mamani/iStock/Getty Images Plus).

Abb. 416: Die Samen von Strychnos nux-vomica, dem ostindischen Brechnussbaum, enthalten Strychnin, das in der Vergangenheit in niedrigen Dosen als Stimulans des ZNS verwendet wurde (Quelle: channarongsds/iStock/Getty Images Plus).

236 

 2 Arzneimittel

Abb. 417: 70 eV-Massenspektrum von Trimethylpyritinol, C19H26N2O4S2, MG 410. Der Arzneistoff wird als Antidementiva (Behandlung der senilen Demenz) eingesetzt.

Abb. 418: 70 eV-Massenspektrum von Acetylfenethyllin, C20H25N5O3, MG 383, ein „Weckamin“, das in Deutschland als Fertigarzneimittel nicht erhältlich ist.

Abb. 419: 70 eV-Massenspektrum von Methylphenidat, C14H19NO2, MG 233, Schmp. 224–226 °C, ein Arzneistoff mit stimulierender Wirkung aus der Gruppe der Phenylethylamine. Er wird auch bei Narkolepsie eingesetzt.

2.7 Stimulanzien 

 237

Abb. 420: IR-Spektrum von Mephedron, C11H15NO, MG 177, Schmp. 66 °C, auch bekannt unter „4-MMC“, eine psychoaktive Substanz aus der Gruppe der Amphetamine.

Abb. 421: IR-Spektrum von MDMA, 3,4-Methylendioxy-N-methylamphetamin. Die Substanz gehört zur Gruppe der Amphetamine und ist als „Partydroge“ bekannt. C11H15NO2, MG 193, Schmp. 152 °C.

Abb. 422: IR-Spektrum von Methamphetamin, C10H15N, MG 149.

238 

 2 Arzneimittel

Abb. 423: IR-Spektrum von „MDPV“, C16H21NO3, MG 275, Schmp. 238 °C.

2.8 Analeptika Analeptika sind Substanzen, die in therapeutischen Mengen verabreicht, erregend auf das Nervensystem oder einzelne Funktionsabschnitte, wie z. B. das Atemzentrum, wirken. In höheren Dosen sind sie giftig und krampfauslösend. Ihre therapeutische Breite ist gering. Zu den Analeptika gehören auch Koffein und Nikotin [95] Abb. 424–427).

Abb. 424: 70 eV-Massenspektrum von Lobelin, C22H27NO2, MG 337, Hauptalkaloid der nordamerikanischen Lobelia inflata (Lobeliaceae).

Abb. 425: 70 eV-Massenspektrum von Cafedrin, C18H23N5O3, MG 357, erregende Wirkung auf das Atemzentrum.

2.9 Betablocker 

 239

Abb. 426: 70 eV-Massenspektrum von Acetyletofyllin, C11H14N4O4, MG 266, ein Cardiakum.

Abb. 427: 70 eV-Massenspektrum von Acetyletamivan, C14H19NO4, MG 265, ein Analeptikum.

2.9 Betablocker Eine Reihe ähnlich wirkender Arzneistoffe, die sich im Körper mit ß-Adrenozeptoren verbinden, werden „Betablocker“ oder „Betarezeptorenblocker“ genannt. Sie hemmen kompetitiv die Wirkung des „Stresshormons“ Adrenalin sowie den Neurotransmitter Noradrenalin. Zu den wichtigsten Wirkungen gehören die Senkung der Ruheherzfrequenz und die Senkung des Blutdrucks. Auch bei koronaren Herzkrankheiten werden Betablocker eingesetzt. Der bekannteste und mit Abstand am meisten verschriebene Wirkstoff ist Metoprolol (Abb. 428–431).

Abb. 428: 70 eV-Massenspektrum von Metoprolol, C15H25NO3, MG 267.

240 

 2 Arzneimittel

Abb. 429: 70 eV-Massenspektrum von Acetyltimolol, C15H26N4O4S, MG 267, auch Einsatz als Augentropfen bei Grünem Star.

Abb. 430: 70 eV-Massenspektrum von Sotalol, C12H20N2O3S, MG 272.

Abb. 431: 70 eV-Massenspektrum von Diacetylnifenalol, C15H20N2O5.

2.10 Antibiotika Ein Antibiotikum im ursprünglichen Sinne ist ein natürlich gebildetes, niedermolekulares Stoffwechselprodukt von Pilzen oder Bakterien, das schon in geringer Konzentration das Wachstum anderer Organismen hemmt oder diese abtötet. Als Antibiotikum in weiterem Sinne gilt heute auch eine antimikrobiell eingesetzte Substanz, die in der Natur nicht vorkommt und teilsynthetisch, vollsynthetisch oder gentechnisch gewonnen wird.

2.10 Antibiotika 

 241

Antibiotika und ihre Derivate werden vielfach als Arzneistoffe in der Behandlung von Infektionskrankheiten verwendet. Nicht zu den Antibiotika zählen Desinfektionsmittel. Im allgemeinen Sprachgebrauch bezieht sich die Bezeichnung Antibiotika meistens auf Arzneistoffe oder Arzneimittel zur Behandlung bakterieller Infektionskrankheiten. Zusammen mit Mitteln gegen Infektionskrankheiten durch Protozoen (Antiprotozoika), gegen Pilze (Antimykotika), gegen Viren (Virostatika) und Würmer (Antihelminthika) bilden sie die Gruppe der Therapeutika gegen Infektionskrankheiten (Antiinfektiva) [96]. Spektroskopische Methoden für die qualitative und quantitative Analyse von Penicillinen wurden beschrieben [97]. Die UV-Spektroskopie kann bei der Penicillinanalyse nur begrenzt angewandt werden. Nur die Abbauprodukte des Penicillins und einige wenige dem Penicillin verwandte Verbindungen (einschließlich Cephalosporin C) haben charakteristische UV-Absorptionsbanden [98]. Die in fester Phase aufgenommenen IR-Spektren sind gute „Fingerprints“ für individuelle Penicilline und die Strukturanalyse der Penicilline gehört zu den ältesten Anwendungen der IR-Spektroskopie [99] (Abb. 432–436).

Penicilline

Cephalosporin C

F – CH2CH=CHCH2CH3 G – CH2C6H5 K – (CH2)6CH3

R

X – CH2C6H4OH–p V – CH2OC6H5

Abb. 432: IR-Spektrum des Kaliumsalzes von (1-Phenoxyethyl)penicillin.

242 

 2 Arzneimittel

Abb. 433: IR-Spektrum von (1-p-Chlorphenoxyethyl)penicillin in KBr.

Abb. 434: IR-Spektrum des Kaliumsalzes von Penicillin-G-methylester-S,S-dioxid in KBr.

Die NMR-Spektroskopie ist eine weitere nützliche Technik zur Charakterisierung von β-Lactam-Arzneimitteln. Im Allgemeinen können die NMR-Spektren der löslichen Salze der Penicilline und Cephalosporine in D2O gemessen werden.

Abb. 435: 1H-NMR-Spektrum bei 60 MHz des Kaliumsalzes von (1-Phenoxyethyl)penicillin in D2O.

2.10 Antibiotika 

 243

Abb. 436: 1H-NMR-Spektrum bei 60 MHz des Kaliumsalzes von Penicillin-G-methylester-S,S-dioxid in DMSO.

2.10.1 Chloramphenicol Aus der Kulturlösung von Streptomyces venezuelae isolierten J. Ehrlich und Mitarbeiter als Hemmstoff mit interessanten antibiotischen Eigenschaften das Chloramphenicol. Erste Untersuchungen über die antibiotische Aktivität des Kulturfiltrates zeigten Wachstumshemmungen gegenüber einigen gramnegativen Bakterienstämmen [100].

Chloramphenicol, C11H12Cl2N2O5, MG 323, Schmp. 150 °C, Antibiotikum. Chloramphenicol wird heute ausschließlich vollsynthetisch produziert. Als Nebenwirkung wurde aplastische Anämie in seltenen Fällen bekannt.

Abb. 437: IR-Spektrum von Chloramphenicol in KBr (Herkunft: Boehringer, Mannheim).

244 

 2 Arzneimittel

Das Antibiotikum besitzt die Struktur einer p-Alkylnitrobenzol-Verbindung, was auch durch das UV-Spektrum mit einem Absorptionsmaximum bei 278 nm bestätigt wird. Im IR-Spektrum gibt sich die Nitrogruppe durch zwei Banden bei 1350 und 1520 cm−1 zu erkennen und der p-substituierte Benzolring durch eine Absorption bei 820 cm−1 (Abb. 437). Die Zuordnung und Multiplizität der Signale der aliphatischer Protonen, die ein ABMX-System bilden, ist in Abb. 438 wiedergegeben. Aus Messungen der OH-Resonanzen schloss O. Jardetzky, dass die OH-Gruppen dieser Verbindung in Wasserstoffbrückenbindungen vorliegen. Man beobachtet, dass die chemischen Verschiebungen der OH-Resonanzen von Konzentrationsänderungen unabhängig sind, wodurch die intra- und nicht intermolekulare Natur der Bindung belegt sei [101].

Abb. 438: 1H-NMR-Teilspektrum bei 90 MHz von Chloramphenicol in DDMSO/CD3COOD. Herkunft: Boehringer Mannheim GmbH, NMR-Labor Dr. Steingroß.

Das Massenspektrum von Diacetylchloramphenicol (Abb. 439) zeigt kein Molekülion bei der Elektronenanregungsenergie von 70  eV. Erniedrigt man diese Energie auf 15 eV, also in die Nähe der Ionisierungsenergie des Moleküls, so tritt ebenfalls kein Molekülion auf.

Abb. 439: 70 eV-Massenspektrum von Diacetylchloramphenicol.

2.10 Antibiotika 

 245

2.10.2 Cycloserin Cycloserin (Handelsname: Seromycin ®, USA) ist eine heterocyclische organische Verbindung, die zu den Oxazolidinonen zählt und chiral ist. Die Substanz wird als antibiotisch wirksamer Arzneistoff zur Behandlung von Tuberkulose verwendet. Cycloserin gilt als Mittel der zweiten Wahl und wird nur dann eingesetzt, wenn der Erreger gegen andere Antibiotika resistent ist [102].

Cycloserin, (R)-4-Amino-1,2-oxazolidin-3-on, C3H6N2O2, MG 102, Schmp. 155–156 °C, gut löslich in Wasser, Antibiotikum.

Bislang erst in Anfängen erforscht ist der Einsatz von Cycloserin in der Verhaltenstherapie. Die Psychotherapie bestimmter Angststörungen verlief unter begleitender Behandlung mit Cycloserin deutlich effektiver. Dabei wirkt Cycloserin nicht angstdämpfend, sondern verstärkt die Wirkung des psychotherapeutischen Verfahrens. Es gibt Anhaltspunkte dafür, dass Acetylderivate von Cycloserin Acylübertragungen katalysieren und dass diese katalytische Rolle die antibiotischen Eigenschaften verursacht. Ein Diacetylderivat von Cycloserin kann präpariert werden, welches rasch in Wasser bei pH 7,0 zu einem Monoacetylderivat hydrolysiert. In Abb. 440 ist das 1 H-NMR-Spektrum von Diacetyl-Cycloserin wiedergegeben.

Abb. 440: 1H-NMR-Spektrum bei 60 MHz von Diacetyl-Cycloserin in Pyridin-D5 [103]. Das Singulett bei 2,09 ppm ist der Acetylgruppe der Acetamidoseitenkette zugehörig und das zweite Signal bei 2,44 ppm wird durch die zweite Acetylgruppe verursacht. Die Signalgruppe zwischen 4,25–5,75 ppm ist den Protonen HA, HB und HX zuzuordnen. Diese Protonen bilden ein ABX-System, dessen X-Teil durch Kopplung mit HY kompliziert wird. Pople et al. [151].

246 

 2 Arzneimittel

2.10.3 Actinomycine Actinomycine sind eine Klasse von Peptidantibiotika aus Streptomyceten. Sie besitzen als gemeinsamen Actinoylchromophor ein 2-Aminophenoxazin-3-on-System, das zweifach methyliert und über zwei Amidbindungen mit Pentapeptidlactonringen verknüpft ist. Die durch Synthese bestätigte Primärstruktur von Actinomycen C1 ist in Abb. 441 wiedergegeben [104].

Abb. 441: Primärstruktur von Actinomycin C1. Dieses Actinomycin wird in der englischsprachigen Literatur mit „D“ bezeichnet. Es ist das am besten untersuchte und meist verwendete.

Für die Konfigurationsstudien an den Peptidlactongruppen wurden anstelle des komplizierten Actinomycinmoleküls NMR-spektroskopisch leichter analysierbare „halbierte“ Actinomycine eingesetzt [104]. Solche Untersuchungen setzten eine besonders zuverlässige Identifizierung zahlreicher 1H- und 13C-NMR-Signale voraus. Dieses gelang vor allem mit synthetischen Peptiden und Actinomycinen, die an ausgewählten Stellen des Moleküls mit Deuteriumatomen markiert worden waren. Auf diesem Wege wurde eine weitgehende Zuordnung der Actinomycin C1-Resonanzen möglich (Abb. 442).

2.10 Antibiotika 

 247

Abb. 442: 1H-NMR-Spektrum bei 100 MHz von Actinomycin C1 (Abb. 441) in CDCl3 mit D2O geschüttelt [105].

2.10.4 Griseofulvin und Griseofulvol Entsprechend dem Chloramphenicol ist Griseofulvin (1) ein Glied von stereochemischen Isomeren, von denen nur eines antibiotische Aktivität hat [106]. Es wurde versucht, Stereochemie und Strukturaktivität in Verbindung zu bringen. Levine und Hicks [107] untersuchten NMR-spektroskopisch das Reduktionsprodukt Griseofulvol (2) und bestimmten die Konfiguration am C-4 und die bevorzugte Konformation des Ringes C.

1

2

Es wurde erwartet, dass Methylierung von Griseofulvol (2) mit Methyljodid in Methanol unter Retention der Konfiguration verläuft. Die NMR-Spektren des Ethers und des vorausgegangenen Alkohols unterscheiden sich jedoch auffallend in dem Bereich δ 1,5–3,06 ppm, sodass eine Umkehrung der Konfiguration nahe lag. Diese Annahme wurde gestützt durch die Isolierung eines isomeren Ethers, der ein zu Griseofulvol ähnliches NMR-Spektrum hatte (Abb. 443). Das Triplett von Dubletts bei δ 2,32 ppm (ein Proton) kann einem der C-5-Methylenprotonen zugeordnet werden.

248 

 2 Arzneimittel

Aus den zwei großen 14 Hz-Kopplungen folgt, dass eine diaxiale 1,2-trans-Kopplung neben einer geminalen Kopplung vorliegt. Auch für eine 1,2-trans-diaxiale-Kopplung erscheint jedoch der Wert von 14  Hz ungewöhnlich groß und J-Werte dieser Größe sind für Spirane dieses Typs charakteristisch. Die vicinale Kopplung ( J = 3,5 Hz) wird offenbar durch das äquatoriale Proton der C-4-Position verursacht. Es folgt, dass die 14 Hz-Kopplung durch das axiale Proton der C-6-Position verursacht wird und somit der Ring C wie in Abb. 443 wiederzugeben ist.

Abb. 443: 1H-NMR-Spektrum bei 100 MHz von 4α-Griseovulvolmethylether in CDCl3. Die Zeichnung gibt die Konfiguration des Ringes C dieser Verbindung wieder [107].

2.10.5 Sulfonamide Sulfonamide (chemisch genauer Sulfanilamide) sind eine Gruppe synthetischer chemischer Verbindungen, die aufgrund ihrer antimikrobiellen Wirkung als Antibiotika eingesetzt werden (Abb. 444 und 445). Ihre Wirkung beruht darauf, dass sie die Bakterien an der Herstellung von Folsäure hindern, die für die Herstellung von Nukleotiden, den Grundbausteinen der Erbsubstanz, nötig ist.

  p - Aminobenzolsulfonamid

2.10 Antibiotika 

 249

Abb. 444: 70 eV-Massenspektrum von Acetylsulfanilamid, C8H10N2O3S.

Abb. 445: 70 eV-Massenspektrum von Sulfamethiazol, C10H12N4O2S2.

2.10.6 Trimethoprim Trimethoprim ist ein Arzneistoff aus der Wirkstoffgruppe der Antibiotika. Die Verbindung wirkt bakteriostatisch, indem sie den Folsäurestoffwechsel von grampositiven und gramnegativen Keimen hemmt (Abb. 446).

Abb. 446: 70 eV-Massenspektrum von Trimethoprim, C14H18N4O3.

250 

 2 Arzneimittel

2.10.7 Penicilline Die Penicilline oder Penizilline sind eine Gruppe von antibiotisch wirksamen Substanzen, die sich strukturell von der 6-Aminopenicillansäure ableiten.

6-Aminopenicillansäure, C8H12N2O3S, MG 216, Schmp. 198–200 °C, LD50, Ratte oral >2000 mg/kg.

Neben natürlich vorkommenden Penicillinen, die als sekundäre Stoffwechselprodukte von verschiedenen Penicillium- und Aspergillusarten gebildet werden, zählt man dazu auch biosynthetisch und teilsynthetisch hergestellte Penicilline, wie in Abb. 447 und 448 wiedergegeben ist. Penicillin G, ein heute noch therapeutisch verwendetes natürliches Penicillin, gehört zu den ältesten verwendeten Antibiotika, dem neben seinem großen medizinischen Nutzen auch die Vorreiterrolle für die wissenschaftliche Verwendung dieser Wirkstoffgruppe zugeschrieben wird. Nach der Entdeckung der antibiotischen Wirksamkeit von Penicillinen durch Alexander Fleming wurde die enorme Bedeutung der Antibiotika für die Medizin erkannt, was das moderne Verständnis der Bedeutung bakterieller Krankheitserreger maßgeblich beeinflusst und revolutioniert hat.

Abb. 447: 70 eV-Massenspektrum von Phenoxymethylpenicillin.

Abb. 448: 70 eV-Massenspektrum von Ampicillin.

2.12 Anthelmintika 

 251

2.11 Antiprotozoika Antiprotozoika sind Arzneimittel zur Behandlung von parasitären Infektionskrankheiten, die durch Protozoen, also einzellige Erreger, verursacht werden. Damit gehören die Antiprotozoika zur Stoffgruppe der Antiparasitika. Die häufigsten Protozoeninfektionen sind Malaria, Trypanosomiasis, Amöbenruhr, Leishmaniose und Toxoplasmose (Abb. 449). Bei einigen Substanzen wie z. B. Artemisinin wird die Zerstörung morphologischer Bestandteile des Einzellers angenommen [108].

Artemisinin, C15H22O5, MG 282, weißer Feststoff, Schmp. 151 °C, Antiprotozoikum.

Abb. 449: 70 eV-Massenspektrum von Metronidazol, C6H9N3O3, MG 171 °C, Schmp. 159–163 °C, Antiprotozoikum und auch Antibiotikum.

2.12 Anthelmintika Anthelmintika sind Medikamente gegen Wurminfektionen, die durch Eingeweidewürmer hervorgerufen werden. In der Regel handelt es sich um Stoffe, die als spezifisches Gift in den Stoffwechsel von Würmern eingreifen, wie z. B. Mebendazol oder Tiabendazol (Abb. 450).

Mebendazol, C16H13N3O3, MG 295, Schmp. 288–289 °C, Anthelmintikum, Handelsname Vermox ®, ein Benzimidazolderivat.

252 

 2 Arzneimittel

Abb. 450: 70 eV-Massenspektrum von Tiabendazol, C10H7N3S, MG 201.

2.13 Analgetika Ein Analgetikum oder Schmerzmittel ist ein Stoff, der schmerzstillend (analgetisch) wirkt. Im Idealfall unterdrückt er die Schmerzempfindung, ohne das Bewusstsein, die sensorische Wahrnehmung und andere wichtige Funktionen des ZNS zu beeinflussen bzw. die Leitung von Aktionspotenzialen in afferenten Nervenfasern zu unterdrücken (Abb. 451–470).

Ibuprofen, C13H18O2, MG 206, Schmp. 76 °C, die Verbindung gehört auch zu den Antirheumatika. Chemisch gehört Ibuprofen zur Gruppe der Arylpropionsäuren.

Benzocain, C9H11NO2, MG 165, Schmp. 89–92 °C, ein Lokalanästhetikum vom Estertyp zur Oberflächenbetäubung mit schnellem Wirkungseintritt.

Procain (Novocain), C13H20N2O2, MG 236, Schmp. 61 °C, ein Lokalanästhetikum vom Estertyp, das zuerst in der Zahnmedizin eingesetzt wurde. Vor der Entdeckung des Procains wurde Cocain eingesetzt.

2.13 Analgetika 

 253

Sulindac, C20H17FO3S, MG 356, Schmp. 182–185 °C.

Ketobemidon, C15H21NO2, MG 247, Schmp. 156–157 °C, ein vollsynthetisch hergestelltes Opioid aus der Gruppe der Pethidine mit starker schmerzstillender Wirkung.

Abb. 451: 70 eV-Massenspektrum von Tramadol, C16H25NO2, MG 263.

Abb. 452: 70 eV-Massenspektrum von Phenylbutazon, C19H20N2O2, MG 308.

254 

 2 Arzneimittel

Abb. 453: 70 eV-Massenspektrum von Paracetamol, C8H9NO2, MG 151.

Abb. 454: 70 eV-Massenspektrum von Ethenzamid, C9H11NO2, MG 165.

Abb. 455: 70 eV-Massenspektrum von Fentanyl, C22H28N2O, MG 336.

Abb. 456: 70 eV-Massenspektrum von Morazon, C23H27N3O2, MG 377.

2.13 Analgetika 

 255

Abb. 457: 70 eV-Massenspektrum von Propyphenazon, C14H18N2O, MG 230, Schmp. 102–106 °C.

Abb. 458: 70 eV-Massenspektrum von Salicylamid, C7H7NO2, MG 137.

Abb. 459: 70 eV-Massenspektrum von Zomepirac, C15H14NO3Cl, MG 307.

Abb. 460: 70 eV-Massenspektrum von Nifenazon, C17H16N4O2, MG 308.

256 

 2 Arzneimittel

Abb. 461: 70 eV-Massenspektrum von Isopyrin, C14H19N3O, MG 245.

Abb. 462: 70 eV-Massenspektrum von Benzydamin, C19H23N3O, MG 309.

Abb. 463: 70 eV-Massenspektrum von Sulindac, C20H17O3FS, Schmp. 182–185 °C.

Abb. 464: 70 eV-Massenspektrum von Pentazocin, C19H27NO, MG 285, Schmp. 145–147 °C, stark wirksamer schmerzstillender Arzneistoff, wird in Deutschland nicht mehr verwendet.

2.13 Analgetika 

 257

Abb. 465: 70 eV-Massenspektrum von Buprenorphin, C31H43NO5, MG 509, stark wirksames Analgetikum.

Abb. 466: 70 eV-Massenspektrum von Diacetylditazol, C23H24N2O5, MG 408.

Abb. 467: 70 eV-Massenspektrum von Methylphenylbutazon, C20H22N2O2, MG 322, ein Pyrazolidindionderivat, wird auch als Antirheumatikum eingesetzt.

Abb. 468: 70 eV-Massenspektrum von Ketobemidon, C17H23NO3, MG 289.

258 

 2 Arzneimittel

Abb. 469: 70 eV-Massenspektrum von Dextromoramid, C25H32N2O2, MG 392, stark wirksames Analgetikum.

Abb. 470: 70 eV-Massenspektrum von Normethylpethidin, C14H19NO2, MG 233, stark wirksames Analgetikum.

2.13.1 Narkotika Narkotika werden für Narkosen benutzt. Dies können entweder Injektionsnarkotika oder Inhalationsnarkotika sein. Je nach Dosierung können auch Hypnotika und Sedativa für Narkosen eingesetzt werden (Abb. 471–474).

Desfluran, C3H2F6O, MG 168, Sdp. 23,5 °C, ein Inhalationsanästhetikum aus der Gruppe der Flurane. Desfluran zeichnet sich durch gute Steuerbarkeit aus.

Narcein, C23H27NO8, MG 445, Schmp. 138 °C, sein Anteil im Opium beträgt bis 0,2 %. Narcein wirkt schwächer als Morphin, potenziert jedoch seine Wirkung um ein Vielfaches. Verwendung finden auch Narceinester.

2.13 Analgetika 

 259

Ketamin, C13H16ClNO, MG 237, Schmp. 92–93 °C. Ketamin wird in der Humanund Tiermedizin eingesetzt. Als halluzinogene psychotrope Substanz wird Ketamin auch als Rauschdroge zweckentfremdet. Ketamin ist in der Liste der unentbehrlichen Arzneimittel der WHO aufgeführt.

Sevofluran, C4H3F7O, MG 200, Siedepunkt: 58 °C. Die Verwendung von Sevofluran zur Narkoseführung ist weit verbreitet, vor allem in der Kinderanästhesie.

Propofol, C12H18O, MG 178, Schmp. 18 °C, Sdp. 256 °C. Das Narkotikum ist gut steuerbar. Im Handel ist Propofol in einer Emulsion gelöst.

Abb. 471: 70 eV-Massenspektrum von Acetylketamin, C15H18NO2Cl, MG 279.

Abb. 472: 70 eV-Massenspektrum von Diethyl-Naloxon, C23H29NO4, MG 383, ein Narkotikumantagonist.

260 

 2 Arzneimittel

Abb. 473: 70 eV-Massenspektrum von Methohexital, C14H18N2O3, MG 262.

Abb. 474: 70 eV-Massenspektrum von Narcobarbital, C11H15N2O3Br, MG 302.

2.13.2 Lokalanästhetika Lokalanästhetika werden für die örtliche Betäubung eingesetzt. Moderne Wirkstoffe besitzen keine euphorisierende oder suchterregende Wirkung und dürfen nicht mit Betäubungsmitteln im Sinne des Betäubungsmittelgesetzes wie Morphin oder Heroin verwechselt werden (Abb. 475–478). Prilocain, C13H20N2O, MG 220, Schmp. 37–38 °C, Lokalanästhetikum vom Amidtyp. Es wirkt recht rasch und seine Wirkung hält 3–6 h an. Für die Oberflächenanästhesie wird es mit Lidocain kombiniert. Articain, C13H20N2O3S, MG 284, Schmp. 177–178 °C. Der Arzneistoff wird vorwiegend in der Zahnmedizin verwendet. Der Wirkstoff wurde 1974 von den Farbwerken Hoechst patentiert. Der Wirkeintritt beträgt 2 min und die Wirkdauer 0,5–3 h.

2.13 Analgetika 

 261

Ropivacain, C17H26N2O, MG 274, Schmp. 144–146 °C, ein Lokalanästhetikum vom Amidtyp. Der Wirkbeginn ist relativ langsam und die Wirkdauer beträgt bis 12 h. Das Arzneimittel wird in der Geburtshilfe eingesetzt und zur Schmerztherapie nach orthopädischen Operationen.

Dyclonin, C18H27NO2, MG 289, wird zur Anästhesie von Schleimhäuten eingesetzt. Es findet sich auch in Pastillen und Sprays.

Oxybuprocain, C17H28N2O3, MG308, ein Lokalanästhetikum, das vor allem in der Augenheilkunde eingesetzt wird. Es wird auch gegen lokale Entzündungen im Halsund Rachenbereich eingesetzt.

Abb. 475: 70 eV-Massenspektrum von Lidocain, C14H22N2O, MG 234.

Abb. 476: 70 eV-Massenspektrum von Mepivacain, C15H22N2O, MG 246.

262 

 2 Arzneimittel

Abb. 477: 70 eV-Massenspektrum von Benzocain, C9H11NO2, MG 165.

Abb. 478: 70 eV-Massenspektrum von Bupivacain, C18H26N2O, MG 286.

2.14 Antikoagulanzien Die Gabe eines Medikamentes zur Hemmung der Blutgerinnung wird als Antikoagulation bezeichnet. Das eingesetzte Medikament wird Antikoagulans (Gerinnungshemmer) genannt. Eine Gerinnungshemmung wird bei Erkrankungen oder Zuständen nötig, bei denen eine Neigung zur Bildung von Blutgerinnseln (Thromben) vorliegt, sowie um Thrombosen oder Embolien in den Arterien oder in den Venen zu vermeiden bzw. zu behandeln (Abb. 479–481).

Abb. 479: 70 eV-Massenspektrum von Acenocoumarol, C20H17NO6, MG 367.

2.15 Protonenpumpenhemmer 

 263

Abb. 480: 70 eV-Massenspektrum von Methylphenprocoumon, C19H18O3, MG 294.

Abb. 481: 70 eV-Massenspektrum von Methylwarfarin, C20H18O4, MG 322.

2.15 Protonenpumpenhemmer Protonenpumpenhemmer oder Protonenpumpeninhibitoren sind Arzneistoffe, die die Bildung von Magensäure in den Belegzellen des Magens unterdrücken. Sie sind in der Humanmedizin zur Linderung von Sodbrennen angezeigt. Auch bei Magenund Zwölffingerdarmgeschwüren werden sie eingesetzt. Protonenpumpenhemmer werden in Form magensaftresistenter Kapseln oder Tabletten verabreicht. Teilweise stehen die Substanzen auch für eine intravenöse Anwendung zur Verfügung. Wirkstoffe dieser Klasse sind Omeprazol und dessen reines S-Enantiomer Esomeprazol, Pantoprazol, Lansoprazol und dessen reines R-Enantiomer Dexlansoprazol sowie Rabeprazol (Abb. 482).

Omeprazol, R-Form, C17H19N3O3S, MG 345, Schmp. 156 °C, gut löslich in Methanol, Wirkstoffklasse: Protonenpumpenhemmer.

264 

 2 Arzneimittel

Abb. 482: 13C-NMR-Spektrum bei 200 MHz von Omeprazol in CDCl3. Varian XL-200 NMR-Spektrometer.

Rabeprazol, R-Form, C18H21N3O3S, MG 359, Schmp. 99–100 °C, farblose Kristalle, Wirkstoffklasse: Protonenpumpenhemmer.

2.16 Antihypertensiva Antihypertensiva sind Arzneimittel, die in der Medizin zur Behandlung der arteriellen Hypertonie eingesetzt werden. Es handelt sich also um blutdrucksenkende Arzneimittel (Abb. 483–503).

Valsartan, C24H29N5O3, MG 435, Schmp. 116–117 °C, Einsatz bei Bluthochdruck mit leichter bis mittelschwerer Herzinsuffizienz. Das Arzneimittel wurde 1991 von Ciba-Geigy AG – heute Novartis – patentiert.

2.16 Antihypertensiva 

 265

Pentoxifyllin, C13H18N4O3, MG 278, Schmp. 105 °C, ein Xanthinderivat, das für Fließeigenschaften des Blutes eingesetzt wird. Das Arzneimittel hat auch entzündungshemmende Eigenschaften.

Labetalol, C19H24N2O3, MG 328. Das Arzneimittel gehört zu der Gruppe der Salicylsäurederivate und wird für die Hypertonie eingesetzt, verwendet wird das besser wasserlösliche und weniger toxische Hydrochlorid.

Bamethan, C12H19NO2, MG 209, ein Vasodilator. Die Verbindung wird also als blutdrucksenkendes Arzneimittel eingesetzt.

Abb. 483: 70 eV-Massenspektrum von Pentifyllin, C13H20N4O2, MG 264.

Abb. 484: 70 eV-Massenspektrum von Acetylpentoxifyllin, C15H22N4O4, MG 322.

266 

 2 Arzneimittel

Abb. 485: 70 eV-Massenspektrum von Triacetylbamethan, C18H25NO5, MG 335.

Abb. 486: 70 eV-Massenspektrum von Triacetyllabetalol, C25H30N2O6, MG 454.

Abb. 487: IR-Spektrum von Amylnitrit, Senkung des Blutdruckes und Erweiterung besonders der Herzkranzgefäße, C5H11NO2, MG 117.

2.16 Antihypertensiva 

Abb. 488: IR-Spektrum von Clonidin-hydrochlorid.

Abb. 489: IR-Spektrum von Alacepril, C20H26N2O5S, MG 406.

Abb. 490: IR-Spektrum von Amlodipin, C20H25ClN2O5, MG 408.

 267

268 

 2 Arzneimittel

Abb. 491: IR-Spektrum von Amosulalolhydrochlorid, C18H25ClN2O5S.

Abb. 492: IR-Spektrum von l-Arginin, C6H14N4O2, ein Vasodilator.

Abb. 493: IR-Spektrum von Alprenolol-hydrochlorid, C15H23NO2⋅HCl.

2.16 Antihypertensiva 

Abb. 494: IR-Spektrum von Alprostadil, C20H34O5, MG 354.

Abb. 495: IR-Spektrum von Acebutolol-hydrochlorid, C18H29N2O4Cl.

Abb. 496: IR-Spektrum von Carvedilol, C24H26N2O4, MG 406.

 269

270 

 2 Arzneimittel

Abb. 497: IR-Spektrum von Arotinololhydrochlorid, C15H21N3O2S3 ⋅ HCl.

Abb. 498: IR-Spektrum von Atenolol, C14H22N2O3, MG 266.

Abb. 499: IR-Spektrum von Bisoprolol, ß-Rezeptorenblocker zur Therapie von Bluthochdruck, C18H31NO4, MG 325.

2.16 Antihypertensiva 

 271

Abb. 500: IR-Spektrum von Candesartan, ein Antihypertensivum, das besonders bei Herzinsuffizienz eingesetzt wird, C24H20N6O3, MG 440.

Abb. 501: IR-Spektrum von Bunazosinhydrochlorid, das Arzneimittel senkt den Blutdruck.

272 

 2 Arzneimittel

Abb. 502: IR-Spektrum von Captopril, C9H15NO3S, MG 217.

Abb. 503: IR-Spektrum von Cilazapril, blutdrucksenkend.

2.17 Sexualhormone Als Sexualhormone werden Hormone bezeichnet, die Anteil an der Gonadenentwicklung, Ausprägung der Geschlechtsmerkmale und Steuerung der Sexualfunktionen haben. Sexualhormone werden aufgrund ihrer Wirkungsweise klassifiziert und stellen keine einheitliche Stoffklasse dar (Abb. 504–506).

2.17 Sexualhormone 

 273

Abb. 504: IR-Spektrum von Danazol, ein Derivat des Testosterons, C22H27NO2, MG 337, Schmp. 224–226 °C. Seit den frühen 1970er-Jahren wurde Danazol zur Therapie der Endometriose eingesetzt.

Abb. 505: IR-Spektrum von Chlormadinonacetat, C21H27ClO3, MG 362, ein synthetisch hergestelltes Sexualhormon, das zur Behandlung von Hormonstörungen der Frau eingesetzt wird.

Abb. 506: 70 eV-Massenspektrum von Dimethylstilbestrol, ein Östrogen.

274 

 2 Arzneimittel

2.18 Antiarrhythmika Antiarrhythmika ist ein Oberbegriff für Arzneistoffe, die zur Behandlung von Herzrhythmusstörungen eingesetzt werden. Die Nutzung einer Klassifikation ist vielfach infrage gestellt worden, weil einige Antiarrhythmika Eigenschaften mehrerer Klassen haben. Beispielsweise blockiert Sotalol neben Kaliumkanälen auch Betarezeptoren und Dronedaron hat Wirkeigenschaften aller Klasse. Daneben gibt es Antiarrhythmika, die sich in keine der Klassen einordnen lassen (Abb. 507–513).

(R)-Sotalol, C12H20N2O3S, MG 272 °C, Schmp. 206–207 °C.

Dronedaron, C31H44N2O5S, MG 556.

Abb. 507: IR-Spektrum von Carteololhydrochlorid, C16H24N2O3, MG 292.

2.18 Antiarrhythmika 

 275

Abb. 508: IR-Spektrum von Aprindinhydrochlorid, C20H30N2, MG 322, Schmp. 120 °C.

Abb. 509: IR-Spektrum von Amiodaronhydrochlorid, C25H29I2NO3, MG 645, Schmp. 156 °C, wird für zahlreiche Herzrhythmusstörungen eingesetzt.

276 

 2 Arzneimittel

Abb. 510: 70 eV-Massenspektrum von Quinidin-N-oxid, C20H24N2O3, MG 340.

Abb. 511: 70 eV-Massenspektrum von Flecainid, C17H20N2O3F6, MG 414, Schmp. 145–147 °C.

Abb. 512: 70 eV-Massenspektrum von Disopyramid, C21H29N3O, MG 339.

Abb. 513: 70 eV-Massenspektrum eines Amiadaronderivates, C19H16O3I2, MG 545.

2.19 Zytostatika 

 277

2.19 Zytostatika Zytostatika (Cytostatika) sind natürliche oder synthetische Substanzen, die das Zellwachstum bzw. die Zellteilung hemmen. Sie werden vor allem zur Behandlung von Krebs (Chemotherapie), teilweise auch zur Behandlung von Autoimmunkrankheiten eingesetzt (Abb. 514–519).

Abb. 514: IR-Spektrum von Cytarabin, ein Derivat des Nukleosids Cytidin, C9H13N3O5, MG 243, Schmp. 212–213 °C.

Abb. 515: IR-Spektrum von Busulfan, C6H14O6S2, MG 246, Schmp. 114 °C.

278 

 2 Arzneimittel

Abb. 516: 70 eV-Massenspektrum von Chlorambucil, C14H19NO2Cl2, MG 303.

Abb. 517: IR-Spektrum von Cisplatin, Pt(NH3)2Cl2, MG 300, Schmp. 270 °C. Das Arzneimittel enthält ein komplex gebundenes Platinatom.

Abb. 518: IR-Spektrum von Aclarubicinhydrochlorid, C42H53NO5, MG 811, Schmp. 151–153 °C.

2.20 Antihistaminika 

 279

Abb. 519: 70 eV-Massenspektrum von Cyclophosphamid, C7H15N2O2Cl2P, MG 260.

2.20 Antihistaminika Antihistaminika, oder Histaminrezeptorblocker, sind Wirkstoffe, welche die Wirkung des körpereigenen Botenstoffs Histamin abschwächen oder aufheben, indem sie Histaminrezeptoren blockieren (Antagonismus) oder ihre Rezeptoraktivität senken. Antihistaminika werden insbesondere zur Behandlung von Allergien bzw. gegen Magenschleimhautentzündung eingesetzt (Abb. 520–541). Histamin, C5H9N3, MG 111, Schmp. 83–84 °C, gut löslich in Wasser und Ethanol. Histamin ist ein Naturstoff, der im menschlichen oder tierischen Organismus als Gewebshormon und Neurotransmitter wirkt und auch im Pflanzenreich und in Bakterien weit verbreitet ist.

Abb. 520: IR-Spektrum von Amlexanox, C16H14N2O4, MG 298.

280 

 2 Arzneimittel

Abb. 521: IR-Spektrum von Cimetidin, C10H16N6S, MG 252, Schmp. 140 °C.

Abb. 522: IR-Spektrum von Chlorphenaminmaleat, im Spektrum ist die Struktur für Chlorphenamin wiedergegeben, das in Arzneimitteln als Chlorphenaminmaleat vorliegt.

2.20 Antihistaminika 

 281

Abb. 523: IR-Spektrum von Cortisonacetat, ein Glucocorticoid, C23H30O6, MG 402.

Abb. 524: IR-Spektrum von Cloperastinhydrochlorid. Das Arzneimittel wird auch als Antitussivum eingesetzt.

Abb. 525: IR-Spektrum von Cetirizinhydrochlorid, ein Antihistaminikum.

282 

 2 Arzneimittel

Abb. 526: 70 eV-Massenspektrum von Dimetinden, C20H24N2, MG 292.

Abb. 527: IR-Spektrum von Azelastinhydrochlorid, C22H24ClN3O⋅HCl, das Arzneimittel wird besonders bei Rhinitis eingesetzt, Wirkstoffklasse: H1-Antihistaminika.

Abb. 528: IR-Spektrum von Betamethason, C22H29FO5, MG 392, ein synthetisches Glucocorticoid.

2.20 Antihistaminika 

Abb. 529: 70 eV-Massenspektrum von Orphenadrin, C14H14, MG 182.

Abb. 530: IR-Spektrum von Clofedanolhydrochlorid, C17H20ClNO⋅HCl, wird auch als Lokalanästhetikum eingesetzt.

Abb. 531: 70 eV-Massenspektrum von Chloropyramin, C16H20N3Cl.

 283

284 

 2 Arzneimittel

Abb. 532: 70 eV-Massenspektrum von Clemastin, C21H26NOCl, MG 343.

Abb. 533: 70 eV-Massenspektrum von Brompheniramin, C16H19N2Br.

Abb. 534: 70 eV-Massenspektrum von Ketotifen, C19H19NOS, MG 309.

Abb. 535: 70 eV-Massenspektrum von Diphenhydramin, C17H21NO, MG 255.

2.20 Antihistaminika 

Abb. 536: 70 eV-Massenspektrum von Clemastin, C21H26NOCl, MG 343.

Abb. 537: 70 eV-Massenspektrum von Antazolin, C17H19N3, MG 265.

Abb. 538: 70 eV-Massenspektrum von Clomipramin, C19H23N2Cl, MG 314.

Abb. 539: 70 eV-Massenspektrum von Azatadin, C20H22N2, MG 290.

 285

286 

 2 Arzneimittel

Abb. 540: 70 eV-Massenspektrum von Acetyldimetinden, C21H24N2O, MG 320.

Abb. 541: 70 eV-Massenspektrum von Isothipendyl, C16H19N3S, MG 285.

2.21 Lipidsenker Lipidsenker sind Arzneimittel zur Behandlung gestörter Blutfettwerte und zur Vorbeugung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Für den richtigen Einsatz eines bestimmten Lipidsenkers oder einer Kombination sind Überlegungen zum individuellen Gesundheitszustand des Patienten unerlässlich (Abb. 542–544).

Atorvastatin zur Therapie der Hypercholesterinämie, C33H35FN2O5, MG 558, Schmp. 159–160 °C. Im deutschsprachigen Raum wird das Arzneimittel unter dem Namen Sortis ® vertrieben.

2.21 Lipidsenker 

Fluvastatin wird zur Senkung des Gesamtcholesterinspiegels eingesetzt, C24H26FNO4, MG 411, Schmp. 194–197 °C.

Gemfibrozil, ein oraler Lipidsenker, C15H22O3, MG 250, Schmp. 61–63 °C.

Simvastatin, ein Chloesterinsenker, C25H38O5, MG 418, Schmp. 127–132 °C.

Abb. 542: IR-Spektrum von Clofibrat, Lipidsenker, C12H15ClO3.

 287

288 

 2 Arzneimittel

Abb. 543: IR-Spektrum von Atorvastin, Therapie der Hypercholesterinämie, C33H35FN2O5, MG 558, Schmp. 159–160 °C.

Abb. 544: IR-Spektrum von Bezafibrat, C19H20ClNO4, MG 361.

2.22 Dermatika Ein Dermatikum ist ein Arzneimittel, das zur Anwendung auf der Haut bestimmt ist. Dermatika stehen als Fertig- und Rezepturarzneimittel zur Verfügung und gehören zu den äußerlich angewendeten Arzneimitteln (Externa). Zahlreiche Arzneimittelgruppen werden lokal auf der Haut angewendet, z. B. Hautpflegemittel, topische Glucocorticoide, Antihistaminika, Antibiotika und Desinfektionsmittel (Abb. 545–551).

2.22 Dermatika 

 289

Triclosan, C12H7Cl3O2, MG 289, Schmp. 55–60 °C, bakterienhemmender Wirkstoff, der in kosmetischen Präparaten als Biozid eingesetzt wird.

Tretinoin, C20H28O2, MG 300, Schmp. 182 °C. Die Struktur leitet sich vom Vitamin A1 ab.

Triamcinolon, C21H27FO6, MG 394, ein Arzneistoff aus der Gruppe der Glucocorticoide. Er wirkt antiallergisch und entzündungshemmend.

Erythromycin, C37H67NO13, MG 733, Schmp. 190–193 °C. Wirkstoffklasse: Makrolidantibiotikum.

290 

 2 Arzneimittel

Abb. 545: IR-Spektrum von Bifonazol, C22H18N2, MG 310, Antimykotikum.

Abb. 546: IR-Spektrum von Butenafinhydrochlorid, C23H27N ⋅ HCl.

Abb. 547: IR-Spektrum von Clotrimazol, C22H17ClN2, MG 344.

2.22 Dermatika 

 291

Abb. 548: 70 eV-Massenspektrum von Triacetylpanthenol, C15H25NO7, MG 331, Wund- und Heilsalbe, stimuliert die Zellneubildung.

Abb. 549: 70 eV-Massenspektrum von Triacetylprednisolon, C27H34O8, MG 486, ein Glucocorticoid.

Abb. 550: 70 eV-Massenspektrum von Panthenol, C9H19NO4, MG 205.

Abb. 551: 70 eV-Massenspektrum von Chloropyramin, C16H20N3Cl.

292 

 2 Arzneimittel

2.23 Gichttherapeutika Gicht ist eine entzündliche Erkrankung der Gelenke, die sich akut in starken Schmerzen, Schwellung und Rötung äußert. Die Ursache der Stoffwechselerkrankung ist eine Erhöhung der Harnsäurekonzentration im Blut und eine entzündliche Ausfällung von Uratkristallen in den Gelenken und anderen Geweben. Zur medikamentösen Akutbehandlung werden nicht steroidale Entzündungshemmer, Glucocorticoide und Colchicin eingesetzt. Bei wiederkehrenden Anfällen gilt Allopurinol als Mittel der ersten Wahl zur Vorbeugung. Alternativ stehen Febuxostat und Probenecid zur Verfügung (Abb. 552–554).

Allopurinol, C5H4N4O, MG 136, Schmp. >350 °C. Die WHO hat Allopurinol in die Liste der unentbehrlichen Arzneimittel aufgenommen. Es unterbindet den Abbau von Purinen zu Harnsäure.

Colchicin, C22H25NO6, MG 399, Schmp. 155–157 °C. Der Name bezieht sich auf das Vorkommen in der Herbstzeitlosen (Colchicum autumnale). Die Arzneidroge kommt bei Gicht zum Einsatz.

Febuxostat, C16H16N2O3S, MG 316, Schmp. 238 °C, Handelsname ADENURIC ®. Der Arzneistoff wird zur Behandlung der chronischen Hyperurikämie eingesetzt.

Probenecid, C13H19NO4S, MG 285 Schmp. 194–196 °C. Der Arzneistoff gehört zu den sogenannten Urikosurika.

2.23 Gichttherapeutika 

 293

Abb. 552: IR-Spektrum von Benzbromaron, C17H12Br2O3, MG 424, Schmp. 151 °C, ein Urikosurikum, Behandlung der Hyperurikämie.

Abb. 553: IR-Spektrum von Allopurinol.

Abb. 554: IR-Spektrum von Colchicin.

294 

 2 Arzneimittel

2.24 Muskelrelaxanzien Muskelrelaxanzien sind Substanzen, die eine reversible Entspannung der Skelettmuskulatur bewirken. Entsprechend ihrem Wirkmechanismus unterscheidet man zwischen den direkt an der motorischen Endplatte des Muskels angreifenden peripheren Muskelrelaxantien und den zentralen Muskelrelaxanzien, die im ZNS den Muskeltonus herabsetzen [109] (Abb. 555–557). Dantrolen, C14H10N4O5, MG 314, Schmp. 279–280 °C, ein Hydantoinderivat aus der Gruppe der Muskelrelaxanzien. Der Arzneistoff wird auch beim neuroleptischen Syndrom eingesetzt.

Pancuronium, C35H60Br2N2O4, MG 572, Schmp. 215 °C, ein Steroid, das als nicht polarisierendes Muskelrelaxans mit langer Wirkungsdauer verwendet wird. Suxamethonium, C14H30N2O4, MG 290, ein depolarisierendes Muskelrelaxans, das eingesetzt wird, um eine vorübergehende Muskellähmung herbeizuführen. Decamethonium, C16H38N2, MG 258, ein depolarisierendes Muskelrelaxans mit kurzer Wirkungsdauer.

Vecuronium, C34H57BrN2O4, MG 637, Schmp. 228 °C. Das Muskelrelaxans gehört zur Gruppe der Aminosteroide.

2.24 Muskelrelaxanzien 

Abb. 555: IR-Spektrum von Afloqualon, ein Muskelrelaxans.

Abb. 556: IR-Spektrum von Chlorphenisincarbamat, C10H12ClNO4, MG 245, Schmp. 86–92 °C.

Abb. 557: IR-Spektrum von Dantrolennatriumhydrat, wird oral in Kapselform eingesetzt.

 295

296 

 2 Arzneimittel

2.25 Antiseptika Ein Antiseptikum ist ein chemischer Stoff, der in der Medizin eingesetzt wird, um eine Wundinfektion und in weiterer Folge eine Sepsis zu verhindern. Die Sepsis (griech. Fäulnis), umgangssprachlich auch „Blutvergiftung“, ist eine komplexe, systemische Entzündungsreaktion des Organismus auf eine Infektion durch Bakterien oder Pilze (Abb. 558–563).

Abb. 558: IR-Spektrum von Ethacridinlactat, Acrinolhydrat, C18H21N3O4, MG 343, ein Antiseptikum.

Abb. 559: IR-Spektrum von Berberinhydrat, Gegenion Chlorid, MG 371, Schmp. 147–148 °C, C20H18ClNO4, ein Isochinolinalkaloid.

2.25 Antiseptika  

Abb. 560: 70 eV-Massenspektrum von Trichlorphenol, C6H3OCl3, MG 195.

Abb. 561: 70 eV-Massenspektrum von Chlorxylenol, C8H9OCl, MG 156.

Abb. 562: 70 eV-Massenspektrum von Pentachlorphenol, C6HOCl5, MG 203.

Abb. 563: 70 eV-Massenspektrum von Laudamonium, C20H35N, MG 289.

 297

298 

 2 Arzneimittel

2.26 Parkinsonmittel Parkinsonmittel sind Arzneimittel, die zur Behandlung der Parkinsonkrankheit verwendet werden. Die Parkinsonkrankheit ist durch einen Mangel an Dopamin charakterisiert, der seine Ursache im Absterben dopaminerger Nervenzellen in den Basalganglien des Gehirns hat. Dopamin ist zusammen mit Acetylcholin, Serotonin und Noradrenalin für die richtige Weitergabe motorischer Informationen verantwortlich. Fehlt Dopamin, kommt es zu einem relativen Acetylcholinüberschuss sowie zu einem Serotonin- und Noradrenalinmangel: Die vom Gehirn gewollte Bewegung irgendeines Muskels wird von diesem nicht oder nicht korrekt ausgeführt und/oder er bewegt sich eigenständig (Abb. 564–577). Dopamin, C8H11NO2, MG 153, Schmp. 128 °C. Dopamin ist ein biogenes Amin aus der Gruppe der Katecholamine und ein wichtiger, überwiegend erregend wirkender Neurotransmitter des ZNS. Acetylcholin, C7H16NO2, MG 146 (ohne Chlorid), Schmp. 149–152 (Chlorid). Acetylcholin ist einer der wichtigsten Neurotransmitter in vielen Organismen, so auch im Menschen.

Serotonin, C10H12N2O, MG 176, Schmp. 167–168 °C. Serotonin ist ein Gewebshormon und Neurotransmitter. Es kommt u. a. im ZNS, im Darmnervensystem und im Blut vor. Serotonin wirkt auch auf die Magen-Darm-Tätigkeit. Noradrenalin, C8H11NO3, MG 169, Schmp. 217 °C (Zersetzung). Noradrenalin ist ein körpereigener Botenstoff, der als Stresshormon und Neurotransmitter wirkt. Als Körperhormon wird die Substanz im Nebennierenmark gebildet.

2.26 Parkinsonmittel 

 299

Abb. 564: IR-Spektrum von Biperidenhydrochlorid. Biperiden: C21H29NO MG 311, Schmp. 101 °C. Antiparkinsonmittel, wird auch eingesetzt gegen die Nebenwirkungen von Antipsychotika.

Abb. 565: IR-Spektrum von Bromocriptinmesilat. „Mesilat“ ist Methansulfonsäure. Bromocriptin: C32H40BrN5O5, MG 654, Schmp. 215–218 °C.

300 

 2 Arzneimittel

Abb. 566: 70 eV-Massenspektrum von Phenglutarimid, C17H24N2O2, MG 288.

Abb. 567: 70 eV-Massenspektrum von Tiaprid, C15H24N2O4S, MG 328.

Abb. 568: 70 eV-Massenspektrum von Procyclidin, C19H29NO, MG 287.

Abb. 569: 70 eV-Massenspektrum von Metixen, C20H23NS, MG 309.

2.26 Parkinsonmittel 

Abb. 570: 70 eV-Massenspektrum von Profenamin, C19H24N2S, MG 312.

Abb. 571: 70 eV-Massenspektrum von Pridinol, C20H25NO, MG 295.

Abb. 572: 70 eV-Massenspektrum von Trihexylphenidyl, C20H31NO, MG 301.

Abb. 573: 70 eV-Massenspektrum von Diacetyllevodopa, C13H17NO4, MG 251.

 301

302 

 2 Arzneimittel

Abb. 574: 70 eV-Massenspektrum von Memantin, C12H21N, MG 179.

Abb. 575: 70 eV-Massenspektrum von Acetylmetixen, C21H23NOS, MG 337.

Abb. 576: 70 eV-Massenspektrum von Amantadin, C10H17N, MG 151.

Abb. 577: 70 eV-Massenspektrum von Benzatropin, C21H25NO, MG 307.

2.27 Antidiabetika 

 303

2.27 Antidiabetika Ein Antidiabetikum ist ein Medikament zur Behandlung des Diabetes mellitus. Es gibt mehrere Substanzgruppen mit verschiedenartigen Wirkprinzipien und Einsatzgebieten. Prinzipiell unterscheidet man zwischen insulinotropen und nicht insulinotropen Medikamenten. Die insulinotropen Substanzen bewirken eine Insulinausschüttung der Bauchspeicheldrüse, während die nicht insulinotropen Substanzen die Ausscheidung von Glucose über die Niere fördern (Abb. 578–580).

Metformin, C4H11N5, MG 129, Schmp. 218–220 °C. Das Arzneimittel wird besonders bei Übergewicht eingesetzt. Das molekulare Wirkprinzip ist nicht vollständig geklärt.

Biguanid, C2H7N5, MG 101, Schmp. 130 °C. Die Substanz gehört zu der Gruppe der Biguanide und wird auch als Antimalariamittel eingesetzt.

Glimepirid, C24H34N4O5S, MG 490, Schmp. 207 °C, ein orales Antidiabetikum aus der Gruppe der Sulfonylharnstoffe.

Glibenclamid, C23H28ClN3O5S, MG 494, Schmp. 173–175 °C, ein Antidiabetikum aus der Gruppe der Sulfonylharnstoffe.

Repaglinid, C27H36N2O4, MG 452, ein weißes, geruchloses Pulver, das in Wasser praktisch unlöslich ist.

304 

 2 Arzneimittel

Abb. 578: IR-Spektrum von Buforminhydrochlorid, C6H15N5, MG 157.

Abb. 579: IR-Spektrum von Chlorpropamid, C10H13ClN2O3S, MG 276.

Abb. 580: IR-Spektrum von Acetohexamid, C15H20N2O4S, MG 324.

2.28 Anorektika 

 305

2.28 Anorektika Die Anorektika oder Appetitzügler werden zum Zweck der Gewichtsreduktion eingesetzt. Diese Wirkung beruht auf einer Hemmung des Hungerzentrums oder einer Beeinflussung des Sättigungszentrums im Hypothalamus des Gehirns. Viele dieser Arzneistoffe sind aufgrund von Nebenwirkungen in Deutschland nicht mehr im Handel. Frei über das Internet erhältliche Produkte, die als pflanzlich deklariert sind, können synthetische Arzneimittel in hohen Dosierungen enthalten und zu Vergiftungserscheinungen führen [110] (Abb. 581–584). Aminorex, C9H10N2O, MG 162, Schmp. 137 °C. Aminorex ist eine synthetisch hergestellte chemische Verbindung, die unter dem Namen Menocil als Appetitzügler bis 1968 auf dem Markt war. Phentermin, C10H15N, MG 149, Schmp. 202–205 °C. Phentermin ist ein Phenylalkylamin, welches als Appetitzügler und Psychostimulans Verwendung findet.

Fenfluramin, C12H16F3N, MG 231, Schmp. 166 °C. Fenfluramin ist ein Anorektikum, das strukturchemisch dem Amphetamin verwandt ist, aber keine psychostimulierenden Begleiteffekte hat.

Furfenorex, C15H19NO, MG 229. Das Arzneimittel wird nicht mehr verwendet, da es ein hohes Suchtpotenzial hat.

Sibutramin, C17H26ClN, MG 279, Schmp. 193 °C. Das Arzneimittel wird zur Reduktion bei starkem Übergewicht eingesetzt.

Abb. 581: 70 eV-Massenspektrum von Fenbutrazat, C23H29NO3, MG 367.

306 

 2 Arzneimittel

Abb. 582: 70 eV-Massenspektrum von Acetyletilamfetamin, C13H19NO, MG 205.

Abb. 583: 70 eV-Massenspektrum von Mazindol, C16H13N2OCl, MG 284.

Abb. 584: 70 eV-Massenspektrum von Pentorex, C11H17N, MG 163.

2.29 Vasoaktive Substanzen Vasoaktive Substanzen sind Stoffe, welche den Gefäßtonus beeinflussen. Sie wirken über zentrale oder periphere Mechanismen. Man unterscheidet Vasodilatoren, gefäßerweiternde Arzneimittel, und Vasokonstringenzien, gefäßverengende Arzneimittel [111] (Abb. 585–594).

2.29 Vasoaktive Substanzen 

 307

Histamin, C5H9N3, MG 111, weißer Feststoff, Schmp. 83–84 °C, ein Vasokonstingenz.

Oxymetazolin, C16H24N2O, MG 260, Schmp. 181–183, ein Vasokonstringenz, wird zum Abschwellen der Nasenschleimhaut eingesetzt.

Nitroprussid, Na2[Fe(CN)5NO]⋅2 H2O, rubinrote rhombische Kristalle, MG 297. In der Intensivmedizin wird der Arzneistoff zur kurzzeitigen Senkung des Blutdrucks eingesetzt, also ein Vasodilator.

Prostacyclin, C20H32O5, MG 352, ein Vasokonstringenz. Prostacyclin gehört zu der Gruppe der Prostaglandine.

Abb. 585: 70 eV-Massenspektrum von Diacetyldiprophyllin, ein Vasodilator, C14H18N4O6, MG 338.

308 

 2 Arzneimittel

Abb. 586: 70 eV-Massenspektrum von Prenylamin, ein Vasodilator, C24H27N, MG 329.

Abb. 587: 70 eV-Massenspektrum von Verapamil, ein Vasodilator, C27H38N2O4, MG 454.

Abb. 588: 70 eV-Massenspektrum von Acetylfendilin, ein Vasodilator.

Abb. 589: IR-Spektrum von Beclometason-17,21-dipropionat. Beclometason, C22H29ClO5, MG 408, ist ein synthetisches Glucocorticoid mit vasokonstriktiven Eigenschaften.

2.29 Vasoaktive Substanzen 

 309

Abb. 590: 70 eV-Massenspektrum von Bencyclan, C19H31NO, MG 289, ein Vasodilator.

Abb. 591: 70 eV-Massenspektrum von Pentoxifyllin, C13H18N4O3, MG 278, ein Vasodilator.

Abb. 592: 70 eV-Massenspektrum von Acetyltetryzolin, C15H18N2O.

Abb. 593: 70 eV-Massenspektrum von Diacetyltetryzolin, C17H20N2O2, MG 284, ein Vasokonstringenz.

310 

 2 Arzneimittel

Abb. 594: 70 eV-Massenspektrum von Diacetyloxymetazolin, C20H28N2O3, MG 344, ein Vasokonstringenz.

2.30 Antiphlogistika Entzündungshemmung bezeichnet die körpereigene oder therapeutische Abschwächung von Entzündung, bei der die Ursache der Entzündung nicht beseitigt wird. Entzündungshemmend wirkende Arzneimittel werden Antiphlogistika oder Antiinflammatorika genannt. Sie werden neben physikalischen Verfahren in der Behandlung entzündlicher Erkrankungen eingesetzt. Das bedeutendste entzündungshemmende Hormon ist das Cortisol, das besonders bei Stress vom Hypothalamus ausgeschüttet wird (Abb. 595).

Abb. 595: IR-Spektrum von Acemetacin, C21H18ClNO6, MG 415, ein nicht steroidales Antiphlogistikum.

2.31 Antiemetika Antiemetika sind Medikamente, die Übelkeit und Brechreiz unterdrücken sollen. Sie werden beispielsweise bei Reisekrankheit und Übelkeit während der Schwangerschaft eingesetzt (Abb. 596–598).

2.31 Antiemetika 

 311

Abb. 596: IR-Spektrum von Clebopridmalat, ein Antiemetikum. Die Strukturformel gibt Cleboprid wieder, C20H24ClN3O2, MG 373. Malate sind die Ester der Äpfelsäure; nicht zu verwechseln mit den Maleaten, den Estern der Maleinsäure.

Abb. 597: 70 eV-Massenspektrum von Acetylmetoclopramid, C16H24N3O3Cl, MG 341, ein Antiemetikum.

Abb. 598: 70 eV-Massenspektrum von Bromoprid, C14H22N3O2Br, MG 343, ein Antiemetikum.

312 

 2 Arzneimittel

2.32 Laxativa Laxativa (Laxanzien, Abführmittel) sind Arzneimittel, die den Stuhlgang bzw. die Darmentleerung fördern und gegen Verstopfung eingesetzt werden. Eine Ernährungsumstellung mit vermehrter Aufnahme von Ballaststoffen in Kombination mit einer ausreichenden Flüssigkeitsaufnahme kann helfen, die Darmtätigkeit anzuregen (Abb. 599–601).

Abb. 599: IR-Spektrum von Bisacodyl, ein Arzneistoff aus der Gruppe der Laxanzien, C22H19NO4, MG 361, Schmp. 132 °C.

Abb. 600: 70 eV-Massenspektrum von Bisacodyl.

2.33 Diuretika 

 313

Abb. 601: 70 eV-Massenspektrum, Hydrolyseprodukt von Bisacodyl.

2.33 Diuretika Ein Diuretikum (griech. „den Urin befördernd“) ist ein Arzneimittel, das eine Ausschwemmung von Wasser aus dem menschlichen oder tierischen Körper durch die Nieren (Diurese) bewirkt. Pflanzliche Arzneimittel haben neben den chemisch-synthetisch hergestellten Arzneistoffen nur eine untergeordnete therapeutische Bedeutung (Abb. 602).

Abb. 602: IR-Spektrum von Bumetanid, ein Diuretikum, C17H20N2O5S, MG 364, Schmp. 232–237 °C.

Abb. 603: 70 eV-Massenspektrum von Hydrochlorothiazid, ein Diuretikum, C7H8N3O4ClS2, MG 297, Schmp. 274 °C.

314 

 2 Arzneimittel

Hydrochlorothiazid (HCT oder auch HTZ genannt) ist eine harntreibende Substanz aus der Gruppe der Thiaziddiuretika, als deren Prototyp es gilt (Abb. 603). Es wird bei Bluthochdruck, Herzinsuffizienz oder zur Ausschwemmung von Ödemen angewandt, häufig in Form eines Kombinationspräparates.

2.34 Expektoranzien Ein Expektorans, deutsch Hustenlöser, ist ein Arzneimittel, das den Auswurf von Bronchialsekret fördern soll, indem es die Sekretproduktion erhöht oder die Viskosität vermindert. Allerdings haben synthetische Expektoranzien in größeren und neueren Studien wenig spezifische Wirkung gezeigt (Abb. 604–609).

Abb. 604: IR-Spektrum von Bromhexinhydrochlorid. Bromhexin, C14H20Br2N2, MG 376, Schmp. 237 °C, wird gegen festsitzenden Husten eingesetzt.

2.34 Expektoranzien 

Abb. 605: IR-Spektrum von Acetylcystein, C5H9NO3S, MG 163, Schmp. 106–108 °C, wird als Hustenlöser eingesetzt.

Abb. 606: 70 eV-Massenspektrum von Acetyldihydrocodein, C20H25NO4, MG 343.

Abb. 607: 70 eV-Massenspektrum von Ambroxol, C13H18N2OBr2, MG 376.

 315

316 

 2 Arzneimittel

Abb. 608: 70 eV-Massenspektrum von Normethadon, C20H25NO, MG 295.

Abb. 609: 70 eV-Massenspektrum von Thebacon, C20H23NO4, MG 341.

2.35 Nicht steroidale Antirheumatika Nicht steroidale Antirheumatika (NSAR) sind Schmerzmittel, die ihrer entzündungshemmenden Wirkung wegen symptombezogen auch zur Rheumatherapie eingesetzt werden. Im Gegensatz dazu werden Glucocorticoide als steroidale Antirheumatika bezeichnet [112] (Abb. 610–613).

Piroxicam, C15H13N3O4S, MG 331, Schmp. 203 °C. Das Arzneimittel wird vor allem bei Schmerzzuständen des Bewegungsapparates eingesetzt (Arthritis, Rheuma).

Ibuprofen, C13H18O2, MG 206, Schmp. 76 °C. Das NSAR wird gegen Schmerzen, Entzündungen und Fieber eingesetzt.

2.35 Nicht steroidale Antirheumatika 

 317

Ketoprofen (R-Form), C16H14O3, MG 254, Schmp. 94 °C. Das Arzneimittel gehört zu der Gruppe der sauren, nicht opioiden Analgetika.

Diclofenac, C14H11Cl2NO2, MG 296, Schmp. ca. 280 °C. Diclofenac ist ein Arzneistoff, der bei leichten bis mittleren Schmerzen und Entzündungen eingesetzt wird, z. B. bei Rheuma und Arthrose.

Acetylsalicylsäure, C9H8O4, MG 180, Schmp. 136 °C. Acetylsalicylsäure, kurz ASS, ist ein weit verbreiteter, schmerzstillender, entzündungshemmender Wirkstoff, der seit 1977 auf der Liste der unentbehrlichen Arzneimittel der WHO steht.

Abb. 610: 70 eV-Massenspektrum von Proquazon, C18H18N2O, MG 278.

Abb. 611: 70 eV-Massenspektrum von Methylacemetacin, C22H20NO6Cl, MG 429.

318 

 2 Arzneimittel

Abb. 612: 70 eV-Massenspektrum von Diclofenac, C14H11NO2Cl2, MG 295.

Abb. 613: 70 eV-Massenspektrum von Tolmetin, C15H15NO3, MG 257.

2.36 Therapie der Osteoporose Die Osteoporose ist eine häufige Alterserkrankung des Knochens, die ihn anfällig für Brüche macht. Die auch als Knochenschwund bezeichnete Krankheit ist gekennzeichnet durch eine Abnahme der Knochendichte infolge eines den Aufbau übersteigenden Abbaus von Knochengewebe im Rahmen des natürlichen Knochenumbaus. Einige Arzneimittel hemmen den Abbau des Knochengewebes (Abb. 614).

Zoledronsäure, C5H10N2O7P2, MG 272. Zoledronsäure ist auch angezeigt bei einem zu hohen tumorbedingten Kalziumspiegel im Blut. Es handelt sich um eine Substanz aus der Gruppe der Bisphosphonate.

Risedronsäure, C7H11NO7P2, MG 283, Risedronsäure ist ein Arzneistoff aus der Gruppe der Bisphosphonate und wird als Natriumsalz insbesondere zur Behandlung der Osteoporose eingesetzt.

2.37 Vitamine 

 319

Abb. 614: IR-Spektrum von Natriumalendronat-Hydrat.

2.37 Vitamine Vitamine sind organische Verbindungen, die der Organismus nicht als Energieträger, sondern für andere lebenswichtige Funktionen benötigt, die jedoch der Stoffwechsel nicht bedarfsdeckend synthetisieren kann. Vitamine müssen mit der Nahrung aufgenommen werden, sie gehören zu den essenziellen Stoffen. Pflanzen benötigen keine Vitamine, sie können alle für sie notwendigen organischen Stoffe selbst synthetisieren. Einige Vitamine werden dem Körper als Vorstufen, sogenannte Provitamine zugeführt, die der Körper dann erst in die Wirkform umwandelt. Da es sich bei den Vitaminen um recht komplexe organische Moleküle handelt, kommen sie in der unbelebten Natur nicht vor. Vitamine müssen erst von Pflanzen, Bakterien oder Tieren gebildet werden (Abb. 615–620).

Abb. 615: IR-Spektrum von Biotin, auch Vitamin B7 oder Vitamin H genannt, ist ein wasserlösliches Vitamin, C10H16N2O3S. Folgen bei Mangel: Entzündungen der Haut und Zunge.

320 

 2 Arzneimittel

Abb. 616: IR-Spektrum von Cholecalciferol, auch Vitamin D3 genannt, C27H44O. Folgen bei Mangel. Rachitis und Osteomalazie.

Abb. 617: 60 MHz-1H-NMR-Spektrum von Vitamin B1 in D2O.

2.37 Vitamine 

Abb. 618: IR-Spektrum von Vitamin B1 in KBr.

Abb. 619: IR-Spektrum von Vitamin E (α-Tocopherol) in KBr.

Abb. 620: IR-Spektrum von all-trans-Vitamin A in KBr.

 321

322 

 2 Arzneimittel

2.38 Antiepileptika Antiepileptika sind Arzneimittel, die zur Behandlung oder Verhinderung von epileptischen Anfällen eingesetzt werden. Es handelt sich um eine Gruppe chemisch heterogener Arzneistoffe, wie die nachfolgenden Massenspektren belegen (Abb. 621–624).

Abb. 621: 70 eV-Massenspektrum von Hydroxyphenobarbital.

Abb. 622: 70 eV-Massenspektrum von Carbamazepin.

Abb. 623: 70 eV-Massenspektrum von Primidon.

2.39 Virostatika 

 323

Abb. 624: 70 eV-Massenspektrum von Valproinsäure.

2.39 Virostatika Ein Virostatikum ist ein Stoff, der die Vermehrung von Viren hemmt. Virostatika werden vielfach als Arzneistoffe in der Behandlung von durch Viren verursachten Infektionskrankheiten verwendet. Viren haben keinen eigenen Stoffwechsel, was eine kausale Behandlung von viralen Infektionskrankheiten erschwert. Oft ist keine Behandlung notwendig, da Virusinfektionen häufig spontan ausheilen. Virostatika werden vor allem für solche Infektionen eingesetzt, bei denen das Immunsystem des Patienten alleine nicht zur Eradikation des Virus in der Lage ist (Abb. 625, 626).

Abb. 625: IR-Spektrum von Aciclovir, C8H11N5O3, MG 225, Schmp. 256 °C. Die Verbindung wird besonders gegen Herpesviren eingesetzt.

324 

 2 Arzneimittel

Abb. 626: IR-Spektrum von Amantadinhydrochlorid, C10H18ClN, ein Derivat des Adamentan zur Behandlung gegen Influenzaviren.

2.40 Spasmolytika Ein Spasmolytikum ist ein krampflösendes Arzneimittel. Es senkt den Spannungszustand der glatten Muskulatur oder löst deren Verkrampfung. Anwendungsgebiet dieser Pharmaka sind Spasmen (Krämpfe) der glatten Muskulatur des Magen-DarmTrakts, der Gallen- und Harnwege, der Bronchien und der Gefäße (Abb. 627–630).

Abb. 627: 70 eV-Massenspektrum von Dicycloverin, C19H35NO2, MG 309.

Abb. 628: 70 eV-Massenspektrum von Fenpipramid, C21H26N2O, MG 322.

2.41 Insektizide 

 325

Abb. 629: 70 eV-Massenspektrum von Ethaverin, C24H29NO4, MG 395.

Abb. 630: 70 eV-Massenspektrum von Proxyphyllin, C10H14N4O3, MG 238.

2.41 Insektizide Ein Insektizid ist ein Pestizid, das zur Abtötung, Vertreibung oder Hemmung von Insekten und deren Entwicklungsstadien angewendet wird. Insektizide werden nicht nur in der Land- und Forstwirtschaft, sondern auch im Hygienebereich eingesetzt. So parasitiert beispielsweise die Kopflaus Pediculus ausschließlich beim Menschen und Schimpansen, und die Krätze ist eine durch die Krätzmilbe verursachte parasitäre Hautkrankheit des Menschen (Abb. 631–633).

Abb. 631: IR-Spektrum von Benzylalkohol, Arzneimittel gegen Kopfläuse, C7H8O, MG 108, Siedepunkt 206 °C.

326 

 2 Arzneimittel

Abb. 632: 70 eV-Massenspektrum von Carboxycrotamiton, ein milbenabtötender Wirkstoff zur Behandlung der Krätze, C13H15NO3, MG 233.

Abb. 633: 70 eV-Massenspektrum von Ethylparathion, ein Ester der Thiophosphorsäure, C10H14NO6P, MG 275.

2.42 Immunsuppressiva Immunsuppressiva sind Substanzen, welche die Funktionen des Immunsystems vermindern. Immunsuppressiv wirkende Medikamente werden z. B. bei der Prophylaxe von Abstoßungsreaktionen nach einer Gewebstransplantation eingesetzt. Auch entzündliche rheumatische Erkrankungen und schweres Asthma bronchiale können eine Indikation für die Anwendung sein. Allerdings sind diese Medikamente nicht ohne Nebenwirkungen und Risiken. Insbesondere bei den weniger selektiv wirkenden Substanzen kommt es zu einer durch die Hauptwirkung bedingten Einschränkung der Abwehrmechanismen, was das Infektionsrisiko steigert und die Vermehrung und Verbreitung maligner Zellen im Organismus erleichtert − also das Risiko einer Krebserkrankung erhöht (Abb. 634). Glucocorticoide wie beispielsweise Prednisolon oder Dexamethason sind Bestandteil der meisten immunsuppressiven Therapieschemata. Sie wirken in sehr frühen Phasen der Immunreaktion und vermitteln ihre Effekte über verschiedene Mechanismen; dadurch hemmen sie die Aktivierung von Lymphozyten.

2.43 Antipyretika 

 327

Abb. 634: IR-Spektrum von Ciclosporin, C62H111N11O12, MG 1202, Schmp. 148–151 °C, ein Arzneistoff aus der Gruppe der Immunsuppressiva, der aus norwegischen Schlauchpilzen isoliert werden kann.

2.43 Antipyretika Ein Antipyretikum ist fiebersenkendes oder vor Fieber schützendes Mittel. Ein solcher Wirkstoff wird als antipyretisch bezeichnet. Meist wird es als Komponente von Analgetika verabreicht. Das Antipyretikum erhöht die Wärmeabgabe durch Erweiterung der Hautgefäße und führt zu vermehrter Schweißsekretion, wodurch der Körper „entfiebert“ wird. Zu den Antipyretika zählen beispielsweise nicht steroidale Antirheumatika, Aminophenolderivate sowie Pyrazolonderivate (Abb. 635, 636).

328 

 2 Arzneimittel

Abb. 635: IR-Spektrum von Acetaminophen (Paracetamol), ein Antipyretikum und Analgetikum, C8H9NO2, MG 151, Schmp. 169 °C.

Abb. 636: 70 eV-Massenspektrum von Cinchonin, ein Alkaloid aus Chinarindenbäumen, ein Antipyretikum, C19H22N2O, MG 294, Schmp. 205 °C.

2.44 Aphrodisiaka Aphrodisiaka wurden nach der griechischen Göttin der Liebe, Aphrodite, benannt. Parfüms sind zwar keine echten Aphrodisiaka, kommen diesen jedoch nahe. Stimulierend wirkende Düfte sind fester Bestandteil der Angebotspalette des einschlägigen Handels. Seit jeher waren Kokotten stark parfümiert, manche mehr, manche weniger subtil. Im letzten Jahrhundert sollen persische Kurtisanen einen Beutel mit Moschus zwischen ihren Brüsten getragen haben, was uns, eingedenk der enormen Intensität des Duftes, heute noch befremdlich erscheinen mag. Der Gedanke an einen Liebestrank, der den Angebeteten in Gefühlen entbrennen lässt oder den faulen Kameraden aus seinem Schlummer erweckt, zieht die Menschheit von jeher an. Unvermindert stark ist die Nachfrage nach Aphrodisiaka, für die bereitwillig Geld ausgegeben wird, obwohl nur die wenigsten irgendeine Wirkung zeigen. Eine Ausnahme bildet in gewisser Hinsicht wohl das 1998 herausgebrachte

2.45 Schokolade 

 329

Viagra, das allerdings nur zur Behandlung krankheits-, stress- und altersbedingter Impotenz einsetzbar ist, nicht zur Libidosteigerung gesunder Männer.

Viagra, Wirkstoff: Sildenafil, C22H30N6O4S, MG 474, Schmp. 187 °C, es zählt zur Gruppe gefäßerweiternder Substanzen und wird bei Erektionsstörungen beim Mann eingesetzt.

Zahlreiche Naturstoffe wurden und werden als erfolgreiche Liebesmittelchen angepriesen. Manche sind Sexuallockstoffe anderer Arten, beispielsweise das Pheromon Androstenon, das den Geschlechtskontakt zwischen Eber und Sau fördert. Keiner dieser Stoffe wirkt nachweisbar auch auf den Menschen, was allerdings ihre Beliebtheit nicht schmälert.

Androstenon, C19H28O, MG 272, Schmp. 140–144 °C, wird im Hoden des Ebers gebildet und wandert bei Geschlechtsreife durch das Fettgewebe zu den Speicheldrüsen.

Bei den indischen Nashörnern kann die Paarung bis zu 1 h dauern. Da wundert es nicht, dass das Rhinozeros als Inbegriff der Potenz gilt und chinesische Ärzte verschreiben das Horn als Naturmedizin gegen Impotenz. Dabei ist wissenschaftlich bewiesen, dass Rhinozeroshorn als Aphrodisiakum vollkommen wirkungslos ist.

2.45 Schokolade Wenn wir heutzutage von Schokolade sprechen, denken wir an ein Stück von einer Tafel. Ursprünglich war Schokolade jedoch ein Getränk. Der Name leitet sich vom aztekischen xoclatl, „bitteres Wasser“, her. Man mischte den schaumigen Trunk aus Kakao, Maismehl und Zimt, und um dem europäischen Geschmack näher zu kommen, süßte man später mit Zucker und gab Vanille hinzu. Die Verwendung von Kakao und der Schokolade sowohl als Lebensmittel als auch als Medizin ist für Lateinamerika und Europa belegt. Schokolade wurde als generell kräftigend, leicht verdaulich und als Aphrodisiakum empfohlen. Noch bis ins 19. Jahrhundert wurde Schokolade in Apotheken als „Kräftigungsmittel“ verkauft.

330 

 2 Arzneimittel

Schokolade enthält Phenylethylamin (PEA), das möglicherweise seinen Einfluss auf unser vegetatives Nervensystem und vielleicht auch auf das Sexualzentrum im Gehirn ausübt, denn es ähnelt im Aufbau einer Klasse körpereigenen Stimulanzien, den Amphetaminen. Phenylethylamin, C8H11N, farblose Flüssigkeit, MG 121, Schmp.  300 °C, schlecht in Wasser löslich, λmax = 480 nm.

5.7 Alizarinfarbstoffe 

 389

5.6 Indigofarbstoffe Indigo ist als solcher in der Indigopflanze nicht enthalten, sondern leitet sich von dem farblosen Glucosid Indican ab. Extrahiert man die zerquetschte Pflanze mit Wasser, so wird das Glucosid durch Enzyme zu Glucose und Indoxyl hydrolysiert; Letzteres bildet schließlich an der Luft den blauen Farbstoff.

Es hat bis in die jüngste Zeit nicht an Versuchen gefehlt, die − letztlich durch die Elektronendichteverteilung bedingte − Struktur des Indigo durch abgewandelte, detaillierte Formeln so genau zu beschreiben, dass die charakteristischen Indigoeigenschaften verständlich werden. Im Vordergrund stand dabei fast immer das Bestreben, die tiefe Farbe des Indigo zu erklären [129]. In Abb. 685 sind die IR-Spektren von Indigo, Dehydroindigo und N,N’,O,O’-Tetramethylleukoindigo im festen Zustand wiedergegeben. Sie zeigen, dass die C=O-Frequenz des Indigo (1626 cm−1) im Vergleich zu Fünfringcarbonylverbindungen sehr niedrig liegt (Cyclopentanon: ν C=O = 1742 cm−1). Die C=O-Frequenz des Dehydroindigo wird dagegen − zunächst überraschend − bei 1724 cm−1 gefunden; einen ähnlichen hohen Zahlenwert zeigt auch dessen Di-N-Oxid, das Diisatogen (ν C=O = 1712 cm−1). Beim Tetramethylleukoindigo beobachtet man mit ν C−O = 1239 cm−1 einen ähnlichen Wert wie bei phenolischen Ring-Substituent-Schwingungen (z. B. Anisol 1248 cm−1). Und es liegt nahe, die ungewöhnlich niedrige Carbonylfrequenz des Indigo auf Wasserstoffbrückenbindungen zurückzuführen; hierfür spricht auch die im kristallinen Indigo bei 3246 cm−1 beobachtete breite ν NH-Bande.

5.7 Alizarinfarbstoffe Die Alizarinfarbstoffe oder Anthrachinonfarbstoffe sind eine Gruppe von wichtigen, vorwiegend synthetischen Beizenfarbstoffen. Alle Mitglieder sind Derivate des Ali-

390 

 5 Farbstoffe

Abb. 685: IR-Spektren von (a) Indigo, (a) Dehydroindigo und (c) Tetramethylleukoindigo in KBr.

zarins, die sich durch verschiedene Substituenten an den beiden äußeren Benzolringen unterscheiden (Tab. 17). Alizarin selbst besitzt ein aus drei Sechsringen aufgebautes Anthrachinongerüst, das außerdem zwei phenolische Hydroxygruppen trägt. Neben Alizarin kommt auch das Purpurin natürlich vor. Tab. 17: Derivate der Alizarinfarbstoffe. Name Alizarin R Alizarinbordeaux Purpurin Alizarinorange Alizarinrot Alizarinsaphirol B

Struktur

R1

R2

R3

R4

R5

(R6) R7

R8

–OH –OH –OH –OH –OH –NH2

–OH –OH –OH –OH –OH –H

–OH –H –H –NO2 –SO3H –SO3H

–H –H –OH –H –H –OH

–H –OH –H –H –H –NH2

(–H) (–H) (–H) (–H) (–H) (–H)

–H –OH –H –H –H –OH

–H –H –H –H –H –SO3H

Die Alizarinfarbstoffe werden vorwiegend zum Färben von Wolle eingesetzt. Als Beizenfarbstoffe haften sie nur dann an Fasern, wenn diese vorher mit Beizen auf Basis von Metallsalzen wie z. B. Aluminium- oder Chromsalzen behandelt wurden. Auf der Faser bilden sich dann die entsprechenden schwer löslichen Metallkomplexe (Abb. 686).

5.8 Phthalocyaninfarbstoffe 

 391

Abb. 686: UV/VIS-Spektren von Alizarin und Indigo.

5.8 Phthalocyaninfarbstoffe Phthalocyanine sind eine Klasse makrocyclischer Verbindungen mit einer alternierenden Stickstoff-Kohlenstoff-Ringstruktur. Strukturell sind sie den verwandten Klassen organischer Farbstoffe wie dem Porphyrin und den Cyaninen ähnlich. Phthalocyanine zeichnen sich durch hohe chemische und thermische Stabilität aus. Phthalocyanin ist gegenüber konzentrierter Schwefelsäure beständig und lässt sich bei 500 °C im Vakuum sublimieren.

Phthalocyanin, Tetrabenzotetraazaporphyrin, dunkelblaue Kristalle, molare Masse: 514, Schmp. > 300 °C, sublimiert bei 550 °C, nahezu unlöslich in Wasser.

Bei vielen Phthalocyaninfarbstoffen befindet sich ein Metallatom (v. a. Kupfer, Nickel, Cobalt) in chelatartiger Bindung (Abb.  687). Phthalocyaninfarbstoffe werden durch Schmelzen von Metallsalzen mit Phthalsäuredinitril hergestellt. Sie sind äußerst beständige, farbstarke Substanzen, die sich besonders als Pigmente eignen.

392 

 5 Farbstoffe

Abb. 687: IR-Spektrum von Kupferphthalocyanin in KBr.

5.9 Gallenfarbstoffe Als Gallenfarbstoffe oder Biline (engl. bile pigments) werden Verbindungen bezeichnet, die dasselbe Grundgerüst besitzen wie Bilirubin, der Hauptfarbstoff in der Galle des Menschen und der Wirbeltiere.

Bilirubin, C33H36N4O6, roter Feststoff, molare Masse 584, fast unlöslich in Wasser, löslich in Benzol.

Gallenfarbstoffe besitzen durchweg „spektralreine“ Farben, d. h., sie haben trotz komplizierter Molekülstruktur nur eine Absorptionsbande im sichtbaren Spektralbereich (Abb. 688). Das Protonenresonanzspektrum des Dimethylesters von Biliverdin ist in Abb. 689 wiedergegeben. Die bei tiefstem Feld liegenden drei Peaks sind dem undeuterierten Lösungsmittel zugehörig. Die Intensitäten der NMR-Signale können auf die sechs Protonen der beiden Methoxygruppen bezogen werden.

5.10 Indolfarbstoffe 

 393

Abb. 688: Elektronenspektren von Urobilin in Methanol: freie Base, Hydrochlorid und Zinkkomplex [130].

Abb. 689: 60 MHz-1H-NMR-Spektrum von Biliverdindimethylester in Pyridin-D5 [131].

5.10 Indolfarbstoffe Indol ist ein aromatischer Heterocyclus und kommt als Strukturfragment in vielen Naturstoffen vor. Die Indolchemie begann mit dem Studium des häufig verwendeten Farbstoffs Indigo. Indigo kann in Isatin und weiter zu Oxindol umgewandelt werden. 1866 reduzierte Adolf von Beyer Oxindole mithilfe von Zinkstaub zu Indol. 1869 schlug er eine Strukturformel für Indol vor.

Indol, 2,3-Benzopyrrol, C8H7N, farblose Blättchen, die einen blumenartigen Geruch haben, molare Masse 117, Schmp. 52 °C, Sdp. 254 °C, schwer in Wasser löslich.

394 

 5 Farbstoffe

Bestimmte Indolderivate waren wichtige Farbstoffe bis zum Ende des 19. Jahrhunderts. In den 1930er-Jahren stieg das Interesse an Indol, als bekannt wurde, dass Indol Grundbestandteil vieler wichtiger Naturstoffe wie Alkaloide (z. B. Strychnin und Auxin) und der Aminosäure Tryptophan und von ihr abgeleiteter Neurotransmitter (Serotonin, Melatonin) ist. Es bleibt ein aktiver Bereich der Forschung bis heute. Indol ist schwach basisch, bildet aber mit Säuren kaum Salze; stattdessen reagiert es leicht zu harzigen Polymeren. Durch Alkalimetalle wird das NH-Proton abstrahiert. Bei elektrophilen Reaktionen reagiert bevorzugt der Pyrrolring (Abb. 690).

Abb. 690: IR-Spektrum von d,l-Tryptophan (in Nujol). A 3400 cm−1 Indol-(N−H)-Valenzschwingung, B 3030 cm−1 breite „Ammonium“-Bande von −NH3+, C ≈2500 und zwei Banden, sehr häufig bei Aminosäuren, treten auch bei primären Ammoniumsalzen auf ≈ 2100 cm−1, D 1665 cm−1 Aminosäure I, ungewöhnlich stark, E 1610 cm−1 wahrscheinlich Arylgruppe, F 1585 cm−1 Aminosäure II, ionisierte Carboxylatgruppe −COO−, G 1555 cm−1 −NH3+-Deformationsschwingung, H 755 oder 745 cm−1 (C−H)out-of-plane-Schwingungen eines 1,2-disubstituierten Benzolringes, N Nujolbanden.

5.11 Carotinoide Als „Carotinoide“ wird eine umfangreiche Klasse natürlich vorkommender fettlöslicher Pigmente bezeichnet, denen chemisch als Grundgerüst ein Tetraterpen gemeinsam ist. Ihr System von konjugierten Doppelbindungen absorbiert Licht bestimmter Wellenlängen und verleiht je nach Anzahl und Lage der Seitenkette im Carotinoid diesem einen gelblichen bis rötlichen Farbton. Die bisher bekannten Carotinoide werden in Carotine und sauerstoffhaltige Xanthophylle unterschieden (Abb. 691).

5.12 Phenazinfarbstoffe 

 395

Abb. 691: Carotinoide bewirken eine gelbliche bis rötliche Färbung nicht nur bei Karotten. Als fettlösliche Pigmente in oberflächennahen Anteilen von Früchten, Blüten, Federkleid oder einem Chitinpanzer prägen sie das Aussehen verschiedener Pflanzen und Tiere. Auch das Eigelb und Lebensmittel wie Käse oder Margarine verdanken ihre charakteristische Farbe dem Vorliegen von Carotinoiden − gelegentlich erst nach Zugabe als Lebensmittelfarbstoff (Quelle: PRACHOT YUENYONG/iStock/Getty Images Plus).

5.12 Phenazinfarbstoffe Phenazin ist eine polycyclische aromatische Verbindung mit zwei Stickstoffatomen im mittleren der drei Ringe. Diese Struktur liegt auch im Pyrazin als Einzelring vor. Phenazin ist ein gelber Feststoff und Ausgangsstoff für viele abgeleitete Verbindungen, die als Farbstoffe (z. B. Neutralrot, Safranine, Eurhodin, Indulin, Pyocyanin, Mauveine) dienen. Phenazin, Dibenzopyrazin, C12H8N2, molare Masse 180, Schmp. 172–177 °C, Sdp. 360 °C, mäßig löslich in Ethanol, 13C-NMR-Signale (Protonenbreitbandentkopplung): a = 144,0 ppm, 131,0 ppm, 130,3 ppm.

Eine klassische Methode zur Synthese von Phenazin ist die Reaktion von Nitrobenzol und Anilin bei der Wohl-Aue-Reaktion (1901). Der Ring mit den beiden Stickstoffatomen tritt als Chromophor auf.

396 

 5 Farbstoffe

5.13 Carbazolfarbstoffe Carbazol ist eine heterocyclische Verbindung, die sich formal vom Pyrrol durch Anfügen von zwei Benzogruppen ableitet. Carbazol kann auch als Stickstoffanalogon des Fluoren betrachtet werden, woraus die Bezeichnung 9-Azafluoren resultiert.

Carbazol, C12H9N, beigefarbener Feststoff, geruchlos, molare Masse 167, Schmp. 244–246 °C, Sdp. 355 °C, praktisch unlöslich in Wasser.

Carbazol kommt im Steinkohlenteer und in Erdöl vor, es kann thermisch oder fotochemisch durch oxidativen Ringschluss aus Diphenylamin synthetisiert werden. Auch die Synthese über die Diazotierung von N-Phenyl-1,2-diaminobenzol und Stickstoffabspaltung, die sogenannte Graebe-Ullmann-Synthese, ist möglich (Abb. 692).

Abb. 692: Massenspektrum von 1,2,3,4-Tetrahydrocarbazol.

5.14 Inden- und Azulenfarbstoffe Inden ist eine farblose Flüssigkeit mit aromatischem Geruch. Es gehört zu den Arenen und wird durch Steinkohlendestillation gewonnen. Zudem entsteht es bei der Erhitzung von Acetylen unter Luftabschluss. Inden ist Ausgangsstoff für Azulen (Abb. 693). Inden, 1H-Inden, Indonaphthen, Benzocyclopentadien, C9H8, molare Masse 116, Schmp. –2 °C, Sdp. 182 °C, praktisch unlöslich in Wasser.

5.14 Inden- und Azulenfarbstoffe 

 397

Abb. 693: 400 MHz-1H-NMR-Spektrum von Inden in CDCl3, (a) normale Aufnahme, (b) INDOR-Differenzspektrum.

Azulen ist ein blauer kristalliner aromatischer Kohlenwasserstoff. Es ist ein Isomer des Naphthalins und hat für einen Kohlenwasserstoff ein auffallend hohes Dipolmoment. Azulen löst sich in organischen Lösungsmitteln mit tiefblauer Farbe. Kohlenwasserstoffe, die sich formal vom Azulen ableiten, werden Azulene genannt; sie sind blau bis violett gefärbt. Ein Beispiel dafür ist das blaue 6-tert-Butylazulen. Die bekannteste natürliche Azulenverbindung, „Proazulen C“ (Matricin), kommt in der Kamille vor. Azulenderivate aus natürlichen Quellen werden häufig in Kosmetikprodukten verwendet. Azulen, Bicyclo[5.3.0]decapentaen, C10H8, schwarzviolette Kristalle, molare Masse 128, Schmp. 99 °C, Sdp. 242 °C, praktisch unlöslich in Wasser.

Echte Kamille, Matricaria chamomilla (Quelle: teddiviscious/ iStock/Getty Images Plus).

398 

 5 Farbstoffe

5.15 Flavone Flavone sind gelbe Pflanzenfarbstoffe, von denen etwa 300 natürlich vorkommende Verbindungen bekannt sind (Tab. 18). Die meisten Flavone kommen als Glycoside vor, z. B. Hyperosid, Quercitrin, Hesperidin, Luteolin und Chrisin (Abb. 694).

Flavon, Strukturformel Tab. 18: Ausgewählte Flavone und deren Struktur. Name Apigenin Acacetin Genkwanin Luteolin Chrysoeriol Diosmetin Tricetin Tricin

Struktur

R5

R6

R7

R3’, R5’

R4’

–OH –OH –OH –OH –OH –OH –OH –OH

– – – – – – – –

–OH –OH –OCH3 –OH –OH –OH –OH –OH

–H, –H –H, –H –H, –H –H, –OH –H, –OCH3 –H, –OH –OH, –OH –OCH3, –OCH3

–OH –OCH3 –OH –OH –OH –OCH3 –OH –OH

Abb. 694: 70 eV-Massenspektrum von 5,7-Dihydroxy-4’-methoxyisoflavanon.

5.17 Phenanthrolinfarbstoffe 

 399

5.16 Naphthylaminfarbstoffe 1-Naphthylamin ist ein Derivat des Naphthalins. Es gehört zur Gruppe der aromatischen Aminoverbindungen. Neben dem 1-Naphthylamin gibt es auch das Isomer 2-Naphthylamin, welches erhebliche gesundheitliche Gefahren auslöst. Großtechnisch wird 1-Naphthylamin gewonnen, indem Naphthalin mit Nitriersäure (Salpetersäure mit Schwefelsäure) zu 1-Nitronaphthalin im diskontinuierlichen Rührkessel nitriert wird. Nach dem Abtrennen wird das Nitronaphthalin mit Eisen zum 1-Naphthylamin reduziert. 1-Naphthylamin wird u. a. für die Synthese von Azofarbstoffen und Herbizide eingesetzt (Abb. 695).

Abb. 695: IR-Spektrum von 1-Naphthylamin (in KBr). A (N−H)-Valenzschwingungen (unterschiedlich assoziierte Spezies), B 3040 cm−1 (C−H)-Valenzschwingung bei Aromaten, C 1620 cm−1 (N−H)-Deformationsschwingung, D 1570 und 1510 cm−1 (C=C)-Valenzschwingungen bei Aromaten, E 1290 cm−1 (C−N)-Valenzschwingung, X1 und X2: nicht ebene Valenzschwingungen aromatischer Wasserstoffe.

5.17 Phenanthrolinfarbstoffe Phenanthrolin („phen“) ist formal ein Derivat des Phenanthrens, in dem zwei Methingruppen gegen Stickstoffatome ausgetauscht sind. Phenanthrolin kann gemäß der Skraup’schen Synthese durch Erhitzen von 8-Aminochinolin mit konzentrierter Schwefelsäure dargestellt werden. In der Komplexchemie findet es als zweizähniger Ligand Verwendung. Der bekannteste Phenanthrolinkomplex ist das Ferroin, das als Redoxindikator eingesetzt wird.

400 

 5 Farbstoffe

Ferroin ist ein Redoxindikator, der von Rot (Fe2+, Ferroin) nach Blau (Fe3+, Ferriin) durch Oxidation umschlägt.

5.18 Einteilung der Farbstoffe Beim Färbevorgang gehen die Farbstoffe chemische Verbindungen mit Atomen oder Atomgruppen der Stofffasermoleküle ein. In der Natur spielen Farbstoffe eine bedeutende Rolle. Das grüne Chlorophyll in den Pflanzen ermöglicht die Photosynthese, Farbe spielt in der Tierwelt bei der Arterkennung oder bei der Balz eine entscheidende Rolle. Der rote Blutfarbstoff Hämoglobin besitzt die Fähigkeit, Sauerstoff zu binden und abzugeben. Nach verschiedenen Gesichtspunkten können Farbstoffe unterschieden werden. – Beizenfarbstoffe färben eine Stofffaser erst, wenn diese mit einem Beizmittel wie Alaun oder Eisen- und Chromsalzen vorgebeizt wurde. Mit Beizenfarbstoffen kann man Wolle gut färben. – Dispersionsfarbstoffe werden hauptsächlich zum Färben von Polyester eingesetzt. Es handelt sich um wasserunlösliche Pigmente, die durch den Zusatz von Netzmitteln im Wasser dispergieren und eine Suspension bilden. Durch Hilfsmittel und erhöhte Temperatur wird die Faser aufgeweicht, sodass die Farbstoffteilchen im Molekülgitter der Polymere gefangen werden. – Entwicklungsfarbstoffe wie das Anilinschwarz bilden die Farbe erst durch die chemische Reaktion des Farbstoffes mit der Textilfaser. – Azofarbstoffe werden künstlich hergestellt. Sie enthalten im Molekül die Azogruppe R−N=N−R. Der erste Azofarbstoff, das Anilingelb, wurde im Jahr 1860 synthetisiert. Beispiele für Azofarbstoffe sind Methylorange oder Brilliantgelb. – Flavonoide bilden eine Gruppe von Pflanzenfarbstoffen, die für den pflanzlichen Stoffwechsel von Bedeutung sind. Sie sind auch für das Rot und Gelb in Blütenpflanzen verantwortlich. Die typische Struktur eines Flavonoides findet sich im Farbstoff Luteolin, der aus der Reseda zugänglich ist. – Indigofarbstoffe leiten sich von der Struktur des Indigos ab. Zu ihnen gehört auch der 6,6-Dibromindigo, der aus der Purpurschnecke gewonnen wird. – Reaktivfarbstoffe enthalten eine Molekülgruppe, einen sogenannten Anker, der mit den OH-Gruppen der Cellulosefasern von Baumwolle eine neue chemische Verbindung bildet. Dies erklärt die hohe Wasch-, Licht- und Säureechtheit der Cibacron-Farbstoffe.

5.18 Einteilung der Farbstoffe 

 401

6 Pestizide Im September 2014 erklärte sich die Gemeinde Mals im italienischen Vinschau (Südtirol) per Volksabstimmung zur „Ersten Pestizid-freien Gemeinde Europas“. Darauf aufbauend veröffentlichte der österreichische Autor Alexander Schiebel im Herbst 2017 das Buch „Das Wunder von Mals − wie ein Dorf der Agrarindustrie die Stirn bietet“ sowie Ende Mai 2018 den gleichnamigen Dokumentarfilm. „Pestizide“ ist die zusammenfassende Bezeichnung für chemische Substanzen zur Bekämpfung von solchen tierischen oder pflanzlichen Organismen, die Nutztiere, Nutzpflanzen, Lebensmittel oder Materialien schädigen oder zerstören. Die Pestizide werden meist nach den zu bekämpfenden Schadorganismen in die Gruppe der Akarizide (Mittel gegen Milben), Insektizide (Mittel gegen Insekten), Mulluskizide (Mittel gegen Schnecken), Nematizide (Mittel gegen Fadenwürmer), bzw. Fungizide (Mittel gegen Pilze) und Herbizide (Mittel gegen Unkräuter) eingeteilt. Die chemische Schädlingsbekämpfung hat erhebliche Erfolge in der Seuchenbekämpfung und zusammen mit anderen Pflanzenschutzmaßnahmen eine augenfällige Hebung der landwirtschaftlichen Produktion erzielt. Mit diesen Erfolgen gekoppelt traten jedoch neue Bedrohungen der Umwelt und der menschlichen Gesundheit auf, z. B. durch Rückstände an oder in Lebensmitteln, in Wohnungen und an Textilien. Besorgniserregend ist vor allem die Anhäufung der Wirkstoffe in der Nahrungskette, die beim Menschen schwere Vergiftungen, Krebsschäden und andere Erkrankungen zur Folge haben kann. Außerdem haben fast alle bekannten Schädlingsarten bereits gegen chemische Wirkstoffe resistente (vielfach multiresistente) Populationen entwickelt. Bei der biotechnischen Schädlingsbekämpfung werden künstlich erzeugte physikalische oder chemische Schlüsselreize zweckentfremdet ausgenutzt, z. B. locken Lichtfallen nachtaktive Fluginsekten an.

6.1 Insektizide Unter den tierischen Schädlingen sind artenmäßig die Insekten am stärksten vertreten. Die zu ihrer Bekämpfung verwendeten Insektizide (Insektengifte) gehören chemisch sehr unterschiedlichen Gruppen an und unterscheiden sich auch in ihren Wirkungsmechanismen. Fast keine Bedeutung mehr haben heute die meist als Fraßgifte wirkenden anorganischen Insektizide wie Arsen-, Thallium- oder Quecksilberverbindungen; sie sind meist auch für Warmblüter außerordentlich toxisch und bilden aufgrund ihrer Stabilität häufig gefährliche Rückstände. Große Bedeutung als Insektizide haben dagegen zahlreiche synthetisch hergestellte Verbindungen: Thiophosphorsäureester (z. B. das von G. Schrader 1944 bei den Farbenfabriken Bayer entwickelte E 605), Chlorkohlenwasserstoffe (z. B. das 1945 bei Open Access. © 2023 bei den Autorinnen und Autoren, publiziert von De Gruyter. Dieses Werk ist lizenziert unter der Creative Commons Namensnennung - Nicht-kommerziell - Keine Bearbeitung 4.0 International Lizenz. https://doi.org/10.1515/9783110649383-006

404 

 6 Pestizide

den ICI von T. van der Linden entwickelte „Lindan“) sowie DDT, Dieldrin und Aldrin sowie Carbamate (z. B. Servin).

Parathion (E 605), C10H14NO5PS, braune Flüssigkeit mit knoblauchartigem Geruch, molare Masse 291, Schmp. 6,1 °C, Sdp. 375 °C, praktisch unlöslich in Wasser.

Lindan (γ-Hexachlorcyclohexan), C6H6Cl6, farb- und geruchloser Feststoff, molare Masse 290, Schmp. 112, Sdp. 323 °C.

DDT, Dichlordiphenyltrichlorethan, C14H9Cl5, wachsartiger Feststoff mit charakteristischem Geruch, molare Masse 354, Schmp. 108 °C.

Dieldrin, C12H8Cl6O, gelblicher Feststoff mit naphthalinartigem Geruch, molare Masse: 380, Schmp. 176–177 °C, unlöslich in Wasser.

6.1.1 Methamidophos Methamidophos ist eine chemische Verbindung aus der Gruppe der Thiophosphorsäureamide und ein Organophosphatinsektizid. Da die Verbindung ein Stereozentrum am Phosphoratom enthält, gibt es zwei Stereoisomere, die sich wie Bild und Spiegelbild verhalten, das R-Enantiomer und das S-Enantiomer. Als Insektizid wird das Racemat – ein Eins-zu-eins-Gemisch aus dem R-Enantiomer und dem S-Enantiomer – eingesetzt. Methamidophos wird ausgehend von Dimethylphosphordithiosäure (DMPA) hergestellt, welches zu O,O-Dimethylchlorthiophosphat (DMPCT) chloriert wird. Dieses reagiert mit Ammoniak und danach mit entweder Dimethylsulfat oder Methyliodid zum Endprodukt. Methamidophos ist eine farblose kristalline Substanz. Das technische Produkt (etwa 73% Reinheit) bildet gelbliche bis farblose Kristalle mit einem Schmp. unter 40 °C. Bei Erhitzung zersetzt sich die Verbindung, ohne zu sieden.

6.1 Insektizide 

 405

Methamidophos ist ein 1969 eingeführtes systemisch wirkendes Insektizid und Akarizid mit breitem Wirkungsspektrum in zahlreichen Kulturen. Es wird in China in großer Menge beim Anbau von Reis verwendet. In den Staaten der EU und in der Schweiz sind keine Pflanzenschutzmittel mit diesem Wirkstoff zugelassen. Methamidophos zeigte eine sehr hohe akute Toxizität: LD50 (Ratte, oral): 7,5 mg/kg Körpergewicht.

Abb. 696: IR-Spektrum in KBr von Methamidophos (Tamaron®), C2H8NO2PS, farbloser Feststoff, 3434 cm−1: NH-Valenzschwingungen, –P=O-Valenzschwingung: 1731 cm−1, C–O–P-Valenzschwingung: 1155 cm−1.

6.1.2 DDT Das von Paul Müller, Vizedirektor der J.R. Geigy AG 1939 entwickelte DDT (Dichlordiphenyltrichlorethan), wofür er 1948 den Nobelpreis für Medizin erhielt, hat Hungerkatastrophen verhindert. Man braucht also nicht darüber zu diskutieren, ob Pflanzenschutzmittel nötig sind. Ein indischer Regierungssprecher formulierte es deutlicher: „Verbot von DDT ist Völkermord“. Aber dieses berüchtigte DDT, das fast schon als Chiffre für Umweltverseuchung steht, hat die Diskussion für das richtige Pflanzenschutzmittel in Gang gebracht. Zum ersten Mal wurde deutlich, dass wir – ohne es zu wollen – die Erde als Ganzes vergiften könnten: DDT findet sich in den Geweben arktischer Pinguine ebenso wie in der Milch für Großstadtkinder. Einigkeit herrscht über das Hauptübel dieses Insektennervengiftes: Es ist zu stabil. Erst im Laufe von Jahrzehnten wird es abgebaut. Von den Feldern in die Flüsse und Ozeane gespült, reichert es sich in Mikroorganismen an und gelangt so in immer größeren Konzentrationen die Nahrungskette aufwärts. Möwen haben beispielsweise das 2000-Fache der zulässigen DDT-Menge im Körper. Im Laufe der Zeit wurde festgestellt, dass DDT und einige seiner Abbauprodukte hormonähnliche Wirkungen zeigen. Greifvögel legten Eier mit dünneren Schalen, was zu erheblichen Bestandseinbrüchen führte. DDT geriet unter Verdacht, beim Menschen Krebs auslösen zu können. Aus diesen Gründen wurde die Verwendung von DDT von den meisten westlichen Industrieländern in den 1970er-Jahren verboten (Abb. 697).

406 

 6 Pestizide

Abb. 697: IR-Spektrum von DDT in KBr. 1500 und 1600 cm−1 aromatische Gerüstschwingung, 770 cm−1: zwei benachbarte aromatische Wasserstoffe.

6.1.3 Parathion Parathion (Synonym E 605), ein Alkylphosphat, ist ein Ester der Thiophosphorsäure und wird daher Thiophos genannt. Im Volksmund wird für das Pflanzenschutzmittel auch der Begriff „Schwiegermuttergift“ verwendet, da das Insektizid für viele bekannt gewordene Suizide und Morde missbraucht wurde. Die Substanz und ihre Wirksamkeit wurde 1944 von Gerhard Schrader im Rahmen seiner Arbeiten über Phosphorsäureester entwickelt und untersucht. Nachdem die Unterlagen und Patente 1945 zu den Alliierten übergegangen waren, wurde Parathion ab 1947 u. a. von American Cyanamid und Monsanto vermarktet, in Europa ab 1948 von der Bayer AG. Bayer produzierte Parathion unter der Bezeichnung „E 605“. Dies führt immer wieder zu Verwechslungen mit den von der Europäischen Union veralteten E-Nummern für Lebensmittelzusatzstoffe. Im Jahr 1949 wurden bei der Verwendung von „Bayer E 605“ Gesundheitsschäden festgestellt. Da schon beim Einstäuben der Pflanzen die im Freien eingeatmete Menge ausreicht, um schwere Gesundheitsschäden herbeizuführen, wurde amtlicherseits auf strenge Befolgung der Gebrauchsanweisung ausdrücklich hingewiesen (Abb. 698).

6.1.4 Chlorpyrifos Chlorpyrifos ist ein Insektizid, das von der Dow Chemical Mitte der 1960er-Jahre eingeführt wurde. Es zählt bis heute zu den an den häufigsten eingesetzten landwirtschaftlichen Pestiziden in den USA. Chemisch ist Chlorpyrifos ein Thiophosphorsäureester. In der EU wurde die Zulassung als Wirkstoff in Pflanzenschutzmitteln im Januar 2020 aufgehoben.

6.1 Insektizide 

 407

Abb. 698: IR-Spektrum von Parathion in KBr.

Chlorpyrifos hat Kontakt-, Fraß- und Atemgiftwirkung. Es wirkt auf das Nervensystem von Insekten, indem es das Enzym Acetylcholinesterase hemmt. Chlorpyrifos wird vielfältig zur Bekämpfung saugender und beißender Insekten sowie gegen Bodenschädlinge in zahlreichen landwirtschaftlichen Kulturen, gegen Ameisen in Haus und Garten, gegen Hausfliegen, Haushalts- und Lagerschädlinge, gegen Kleidermotten, zur Moskitobekämpfung, als Stallspritzmittel sowie gegen Ektoparasiten an Tieren eingesetzt. In der Forstwirtschaft werden die Polter oft mit Chlorpyrifos behandelt, um sie vor Borkenkäfern und anderen Forstschädlingen zu schützen. In der Schweiz wurde Chlorpyrifos im Jahr 2013 zur Bekämpfung des Rapsglanzkäfers neu zugelassen und ab Juli 2020 wegen Umweltbedenken wieder zurückgezogen. In den USA wurde Chlorpyrifos gegen Schaben und andere Insekten in Häusern und Wohnungen eingesetzt, Aufgrund von Gesundheitsgefahren für Kinder ist diese Verwendung seit 2001 stark eingeschränkt (Abb. 699).

Abb. 699: IR-Spektrum von Chlorpyrifos in KBr, C9H11Cl3NO3PS.

408 

 6 Pestizide

6.1.5 Dichlorvos Dichlorvos ist ein 1951 eingeführtes Insektizid aus der Gruppe der Phosphorsäureester. Dichlorvos ist eine viskose, farblose bis gelbbraune Flüssigkeit. Sie hat einen aromatischen Geruch und ist brennbar. Die Weltjahresproduktion beträgt etwa 4300 t. Davon werden in Westeuropa 300 t hergestellt. Als Kontakt- und Fraßgift wird Dichlorvos gegen Schädlinge im Hygienebereich und in der Landwirtschaft eingesetzt. Im November 2006 wurde die EU-Richtlinie 2006/92/EG veröffentlicht, nach der Dichlorvosrückstände in Lebensmitteln nur noch in sehr geringem Verhältnis nachweisbar sein dürfen. Für wirbellose Tiere, Fische, Vögel und Bienen ist Dichlorvos äußerst giftig. Dichlorvos zeigte bei Tests mit Mikroorganismen eine mutagene Wirkung. Bei Säugern trat diese – vermutlich wegen des raschen Abbaus im Organismus – nicht auf. Bei Langzeitfütterungsstudien mit extrem hohen Dosierungen wurde an Mäusen und Ratten eine kanzerogene Wirkung nachgewiesen. Die Tendenz zur Bioakkumulation ist sehr gering, da der Ester in Wasser, rascher in alkalischem Milieu, hydrolysiert. Dichlorvos wird auch von Mikroorganismen in Wasser und im Boden schnell abgebaut. Dichlorvos wirkt, wie alle Phosphorsäureester, hemmend auf das Enzym Cholinesterase und stört dadurch die Funktion von Nervenzellen. Die Substanz kann nicht nur über den Magen-Darm-Trakt, sondern auch durch Einatmen oder über die Haut aufgenommen werden (Abb. 700).

Abb. 700: IR-Spektrum von Dichlorvos in KBr, C4H7Cl2O4P.

6.1.6 Parathionmethyl Parathionmethyl ist ein Wirkstoff zum Pflanzenschutz und eine chemische Verbindung aus der Gruppe der Thiophosphorsäureester und ist chemisch mit (Ethyl-)Parathion

6.1 Insektizide 

 409

verwandt. Es ist ein brennbarer farbloser Feststoff, der praktisch unlöslich in Wasser ist. Das technische Produkt wird als bräunliche Lösung ausgeliefert und enthält 80% der Verbindung. Parathionmethyl riecht nach verfaulten Eiern. Parathionmethyl wurde als Insektizid und Akarizid mit breitem Wirkungsspektrum in zahlreichen Kulturen verwendet. Seit 1999 sind in Deutschland, Österreich und der Schweiz keine Pflanzenschutzmittel mit diesem Wirkstoff zugelassen. Im Jahr 1999 starben in dem peruanischen Dorf Tauccainarca 24 Kinder, nachdem sie ein Milchsubstitut getrunken hatten, das mit Parathionmethyl vermischt war. Der Hersteller Bayer geriet dabei in die Kritik, da er den in Europa inzwischen verbotenen Wirkstoff in Südamerika vermarktete (Abb. 701).

Abb. 701: IR-Spektrum von Parathlonmethyl in KBr. P–O–Aryl: 1020 cm−1 , P–O–Alkyl: 1350 cm−1, zwei benachbarte aromatische H: 780 cm−1, NO2: 1450/1510 cm−1, aromatische C–H-Valenzschwingung: oberhalb von 3000 cm−1.

6.1.7 Carbofuran Carbofuran ist ein Insektizid, Akarizid und Nematizid mit breitem Wirkungsspektrum. Es gehört zur Stoffgruppe der Carbamate und ist ein systemisch wirkendes Insektizid mit Wirkung als Fraß- und Kontaktgift. Seine Wirkung beruht u. a. auf der Hemmung der Cholinesterasen. Carbofuran ist aufgrund einer Entscheidung im Juni 2007 für den Bereich der Europäischen Union nicht mehr als Wirkstoff in Pflanzenschutzmitteln zugelassen. In der Bundesrepublik Deutschland war Carbofuran kein zugelassener Wirkstoff, bei Bedarf wurden jedoch Ausnahmegenehmigungen erteilt. Carbofuran war in der Schweiz gegen eine Vielzahl von Schadinsekten im Erwerbsgartenbau sowie beim Anbau von Mais, Rüben, Champignons und Zwiebeln zugelassen.

410 

 6 Pestizide

Carbofuran ist ein farbloser bis hellbrauner Feststoff mit schwachem Geruch nach Phenol. Die molare Masse ist 221 und der Schmp. liegt bei 153 °C. Als LD50 wurden bei der Ratte 8,2–14, l mg kg−1 ermittelt. Die Halbwertszeit für den Abbau im Boden beträgt acht bis 13 Tage. Die Mobilität im Boden ist hoch. Cabofuran ist bienentoxisch (Abb. 702).

Abb. 702: IR-Spektrum von Carbofuran. Oberhalb von 3000 cm−1:· N–H-Valenzschwingung und aromatische C–H-Valenzschwingungen, 1495 cm−1: aromatische Gerüstschwingung, 1200 cm−1: C–O–C-Valenzschwingung.

6.1.8 Aldrin Aldrin ist ein Insektizid, das u. a. gegen Termiten, Heuschrecken und Drahtwürmer eingesetzt wurde. Von Pflanzen und Tieren wird es in Dieldrin umgewandelt. In Deutschland wurde der Gebrauch von Aldrin 1981 verboten, seit Inkrafttreten des Stockholmer Übereinkommens im Jahre 2004 gilt ein weltweites Verbot. Es ist nach Kurt Alder, dem Mitentdecker der Diels-Alder-Reaktion benannt. Die Anwendung wurde in Deutschland wegen der Persistenz und der Anreicherung in der Nahrungskette schon ab 1971 stark eingeschränkt. Aldrin wird durch eine Diels-Alder-Reaktion aus Norbornadien (das seinerseits durch eine Diels-Alder-Reaktion von Cyclopentadien und Ethin hergestellt wird) und Hexachlorcyclopentadien synthetisiert.

6.1 Insektizide 

 411

Beim Arbeiten mit Aldrin waren die Inhalation von Stäuben oder Dämpfen sowie die Aufnahme über die Haut die häufigsten Aufnahmewege. Aldrin hat eine starke neurotoxische Wirkung. Bei einer akuten Vergiftung treten oft Kopfschmerzen und Schwindel auf (Abb. 703).

Abb. 703: IR-Spektrum von Aldrin in KBr, C12H8Cl6, molare Masse 364, Schmp. l05 °C; Sdp. 145 °C, praktisch unlöslich in Wasser.

6.1.9 Lindan Lindan bzw. Hexachlorcyclohexan ist ein Halogenkohlenwasserstoff, der vor allem als Insektizid genutzt wird. Im Jahr 2009 wurde es in den Anhang A des Stockholmer Übereinkommens aufgenommen. Lindan wurde erstmals 1825 durch Michael Faraday hergestellt. Benannt ist es nach dem niederländischen Chemiker Teunis van der Linden (1884–1965), der die Verbindung erstmals isoliert und beschrieben hatte. Hexachlorcyclohexan wird durch additive Photochlorierung von Benzol hergestellt. Ein Überschuss von Chlor wird in Benzol gelöst und mit energiereichem UV-Licht bestrahlt. Das Reaktionsprodukt ist ein Gemisch verschiedener Isomere, von denen ausschließlich γ-Hexachlorcyclohexan insektizide Eigenschaften hat. Lindan wurde früher als Insektizid in der Land- und Forstwirtschaft eingesetzt, beispielsweise zur Bekämpfung von Engerlingen und gegen Schädlinge an Raps und Kohl. Ein weiteres wichtiges Einsatzfeld waren die Holzschutzmittel. Lindan neigt zu starker Adsorption, z. B. an Algen, und ist für Wasserorganismen giftig. Da es nur langsam abgebaut wird und relativ stark lipophil ist, reichert es sich vor allem über Fische stark in der Nahrungskette des Menschen an. Lindan darf daher ungebunden unter keinen Umständen in die Umwelt gelangen (Abb. 704).

412 

 6 Pestizide

Abb. 704: IR-Spektrum von Lindan in KBr, C6H6Cl6, molare Masse: 290, Schmp. 112,9 °C, Sdp. 323 °C, 700 cm−1 : C–Cl-Valenzschwingung.

6.1.10 Heptachlor Heptachlor ist ein Insektizid, das als Kontakt- oder Fraßgift wirkt. Es wurde vor allem gegen Bodeninsekten und Termiten, teilweise auch gegen Anophelesmücken als Malariaüberträger eingesetzt. Beim Menschen führt Heptachlor zu Leberschäden und zu einer Überreizung des Zentralnervensystems. Es steht im Verdacht, Krebs zu erregen. Die Halbwertszeit im Boden beträgt bis zu zwei Jahre. Heptachlor wird mittels einer Reaktion von Hexachlorcyclopentadien mit Cyclopentadien dargestellt, bei welcher Chlorden als Zwischenprodukt entsteht. Dieses wird im Dunkeln und unter Beigabe von Bleicherde zu technischem Heptachlor chloriert. Im Stockholmer Übereinkommen vom 22. Mai 2001 wurde ein weltweites Verbot zur Herstellung, Verkauf und Anwendung von zwölf persistenten organischen Schadstoffen (engl. persistent organic pollutants, POP) ratifiziert. Unter diesem „dreckigen Dutzend“ befindet sich auch Heptachlor. In Deutschland darf im Trinkwasser der Grenzwert von 30 mg/l für Heptachlor und sein Epoxid gemäß Trinkwasserverordnung nicht überschritten werden (Abb. 705).

6.1.11 Disulfoton Disulfoton ist ein Insektizid und gehört zur Klasse der Dithiophosphorsäureester. Es ist ein selektives Insektizid und Akarizid, welches insbesondere gegen saugende Insekten wirksam ist. Disulfoton wird auf Baumwoll-, Tabak-, Zuckerrüben-, Mais-, Weizen-, Erdnuss- und Kartoffelfeldern gegen Blattläuse, Fransenflügler und Spinnmilben eingesetzt. In den Staaten der EU und in der Schweiz sind keine Pflanzenschutzmittel mit diesem Wirkstoff zugelassen.

6.1 Insektizide 

 413

Abb. 705: IR-Spektrum von Heptachlor in KBr, weißer Feststoff mit campherähnlichem Geruch, Schmp. 95–96 °C, Sdp. 145 °C (2 hPa), schlecht in Wasser löslich, Summenformel C10H5Cl7, C–Cl-Valenzschwingungen: 750/745 cm−1.

Bei einem Chemieunfall 1986 in Schweizerhalle wurde praktisch die gesamte Aalpopulation des Rheins durch in den Fluss gelangendes Disulfoton und andere Chemikalien getötet. In Karlsruhe, nach fast 400 km Fließstrecke, wurde noch eine Spitzenkonzentration von 25 µg/l gemessen. Disulfoton, O,O-Diethyl-S-ethylmercaptoethyldithiophosphat, Summenformel C8H19O2PS3, ist eine farblose Flüssigkeit. Die molare Masse beträgt 274,41 g/mo1, die Dichte liegt bei 1,144 g/cm3, der Schmp. liegt unter −25 °C und der Sdp. liegt bei 2 hPa bei 132 °C. Die Verbindung ist in Wasser schlecht löslich (Abb. 706).

Abb. 706: IR-Spektrum von Disulfoton in KBr, 1040 cm−1 : P–O–Alkyl, 1250 cm−1 : C–O–P-Valenzschwingung.

414 

 6 Pestizide

6.1.12 Malathion Malathion ist ein Dithiophosphorsäureester, ein Insektizid, das sich irreversibel an das Enzym Cholinesterase bindet. Malathion wird im Organismus zum toxischen Malaoxon umgewandelt.

Malaoxon, C10H19O7PS, hellgelbe Flüssigkeit, molare Masse: 314, Schmp. Offshoretechnik< ist der Sammelbegriff für die Aufsuchung und Gewinnung von Erdöl und/oder Erdgas aus dem Meeresboden. Der Öl- und Gasreichtum der Region geht auf die hohe Bioproduktivität im Mesozoikum (vor 225 bis 65 Millionen Jahre) zurück: Im warmen Wasser eines tropischen Randmeeres, das damals den Raum um den heutigen Persischen Golf einnahm, kam es immer wieder zu massiven Planktonablagerungen, die durch Verwitterungsprodukte des neu entstehenden Zagros-Gebirges rasch überdeckt wurden. Durch den Luftabschluss konnte das Plankton nicht verwesen. Biochemische Prozesse wandelten das organische Material in der Folgezeit in Erdöl und Erdgas um. Per Pipeline kann das Gas nicht zu den großen Verbrauchern in Europa, Amerika und Fernost transportiert werden. Die dafür nötigen Investitionen verteuern den Rohstoff so sehr, dass ihn niemand haben will. Das Gas wurde deshalb lange Zeit einfach abgefackelt. Einigermaßen konkurrenzfähig wird das in Katar produzierte Erdgas nur sein, indem man es verflüssigt und in Tankschiffen zu den weit entfernten Verbrauchern bringt (Abb. 764).

464 

 7 Chemische Industrie

Abb. 764: Flüssiggastanker, Ladetank 125.000 m3 (Quelle: IgorSPb / iStock / Getty Images Plus).

7.2 Petrochemie Die Petrochemie (oder Petrolchemie) ist die Chemie der Erdölprodukte. Da Erdöl und Erdgas im Wesentlichen aus Kohlenwasserstoff-Verbindungen bestehen, beschäftigt sich die Petrochemie mit der Synthese von Kohlenwasserstoffverbindungen aus Bestandteilen des Erdöls und Erdgases. Bekannteste Beispiele sind die Herstellung von Kraftstoffen für Fahrzeugmotoren sowie die Herstellung aller Arten von Kunststoffen. Die Petrochemie ist Bindeglied zwischen Erdölverarbeitung und eigentlicher chemischer Industrie. Anlagen der Petrochemie sind entweder in Erdölraffinerien integriert oder in speziellen petrochemischen Werken angesiedelt, die häufig als gemeinsame Tochterfirmen von Mineralöl- und Chemieunternehmen betrieben werden. Die Anlagen zeichnen sich durch große Kapazität und hohen Automatisierungsgrad aus. Die wichtigsten Primärprodukte der Petrochemie sind Ethylen, Propylen, Butadien, Isobuten, Benzen, Toluen, und Xylen sowie Synthesegas für die Herstellung von Methanol und Oxoalkoholen (Tab. 19).

7.3 Gentechnologie 

 465

Tab. 19: Petrochemische Verfahrenswege [138].

7.3 Gentechnologie Die Gentechnologie (Abb. 765) befasst sich mit der Isolierung, Analyse und Veränderung des genetischen Materials. Ihr Ziel ist die Analyse und In-vitro-Neukombination von Nukleinsäuren. Sie entwickelte sich seit Mitte der 1970er-Jahre und hat seit dem bedeutende wissenschaftliche und zunehmend auch wirtschaftliche Erfolge erzielt. Bereits 1982 konnte durch Bakterien produzertes Humaninsulin auf dem Pharmamarkt angeboten werden. Bis zu diesem Zeitpunkt mussten Diabetiker (Diabetes mellitus) mit einem Insulinmangel mit tierischem Insulin, vorwiegend Schweineinsulin, behandelt werden [139]. Allein in Deutschland leben etwa 400.000 Diabetiker, für die Insulin bereitgestellt werden muss.

466 

 7 Chemische Industrie PESTIZIDE Pflanze: Baumwolle, Mais, Kartoffel Methode: Ein Bakterien-Gen wird in die Pflanze eingesetzt. Es entwickelt sich ein Giftstoff, der Insekten tötet. (Quelle: AdShooter / iStock / Getty Images Plus) RADIOAKTIVITÄT Pflanze: Ackerschmalwand Methode: Ein Gen lässt die Pflanze einen blauen Farbstoff durch Mutationen produzieren. So wird radioaktive Strahlung sichtbar. (Quelle: Biserka Stojanovic / iStock / Getty Images Plus)

HALTBARKEIT Pflanze: Tomate Methode: Durch genetische Veränderung sollen die Pflanzen das Enzym bremsen, das die Zellwand zersetzt und dadurch die Frucht erweicht. (Quelle: Denisfilm / iStock / Getty Images Plus)

Abb. 765: Beispiele für Gentechnologie.

7.3.1 Forensische Chemie Mit Hilfe der Chemie können oft Straftaten lückenlos bewiesen werden. Zu den wichtigsten Teilgebieten der forensischen Chemie zählt der Nachweis von Fingerabdrücken, das moderne DNA-Fingerprinting, das Instrumentarium für die Identifizierung von Menschen anhand ihres Erbgutes. Beispielsweise wurden im Frühjahr 2011 aus der Asservatenkammer der Staatsanwaltschaft Lübeck Kleidungsstücke des früheren CDU Ministerpräsidenten Uwe Barschel, knapp 24 Jahre nach seinem mysteriösen Tod, auf DNA-Spuren geprüft,

7.3 Gentechnologie 

 467

darunter auch der Anzug, mit dem der tote Barsehei in der Badewanne eines Genfer Hotels entdeckt worden war. Die forensische Chemie bedient sich derselben Spurenanalyse wie zum Beispiel die Doping-Kontrolle im Sport, die Kunstwerkprüfung sowie die Werkstoffprüfung in der Archäologie. Häufig ist die Zusammenarbeit mit (anderen Disziplinen erforderlich, mit der Toxikologie, Pathologie, Serologie und Pharmakologie. Die Papierchromatographie, Dünnschicht und Gaschromatographie, die HPLC und Ionenpaarchromatographie werden eingesetzt, um die Vielzahl der interessierenden und oft nur in Spuren vorhandenen Substanzen zu analysieren: Blut, Speichel, Drogen, Pflanzenschutzmittel, Gifte sowie Metallspuren in Geschossen. Beweiskräftige Verfahren der physikalischen Analyse sind Massenspektrometrie, Differentialthermoanalyse sowie IR- und NMR-Spektroskopie. Biochemische Untersuchungsmethoden ermöglichen Rückschlüsse aus Blutflecken: die Rassenzugehörigkeit, das Alter sowie überstandene Epidemien. Oft werden Analysenmethoden miteinander gekoppelt, wie die Gaschromatographie und Massenspektrometrie. Die forensische Chemie setzt also chemische und physikalische Methoden in der Gerichtschemie ein [forensis (lat.) = zum Forum bzw. Gericht gehörig].

7.3.2 Das Humangenom-Projekt Die Wurzeln des Humangenom-Projektes liegen in den 1960er Jahren, nämlich die Beobachtung, dass manche Bakterien resistent gegen Infektionen mit bestimmten Viren sind, die als Bakteriophagen (Bakterienfresser) bezeichnet werden. In den widerstandsfähigen Mikroben fanden sich Enzyme, die den Phagen buchstäblich den Lebensfaden durchtrennen: Sie zerschneiden deren DNA an genau definierten Stellen. Man nennt diese spezifischen DNA-Scheren >Restriktionsendonucleasen< (Abb. 766). Ein weiterer Meilenstein der Gentechnologie war 1969 die Entdeckung der >Reverse Transkriptase100 bedeutet einen Überschuss an NCO. Entstehung von Makromolekülen durch Kombination oder Disproportionierung von zwei Makroradikalen. Coffein, in den Samen des Kaffeestrauchs, den Blättern des Teestrauchs und der Matepflanze vorkommendes Alkaloid, 1,3,7-Trimethylxanthin. Koffein erregt in den üblichen Mengen (etwa 0,1 g) das Zentralnervensystem. J, der Abstand zweier benachbarter Linien des Multipletts im NMRSpektrum. Sie wird in Hz angegeben. drei stellungsisomere Methylphenole, sie finden sich u. a. im Steinkohlenteer, ihre chemischen Eigenschaften ähneln dem Phenol. Die Kresole werden in Grobdesinfektionsmitteln (z. B. Seifen) verwendet. Von technischer Bedeutung sind die Herstellung von Phenolharzen, von Phosphorsäureestern sowie als Lösungsmittel für Kunststoffe. durch Polymerisation von Vinylidenfluorid, Schmp. 170 °C, Reichelt Chemietechnik. cyclische innere Amide von Aminosäuren.

Glossar 

Lactone Lamorfrequenz

Lawson

Leimharze

Lewis-Säuren

Linolsäure

Liponsäure

Lysin

Makrofol Maleinsäure

Methylenblau

Methylisobutylketon Methylorange

Methylpyrrolidon

 513

entstehen aus Hydroxycarbonsäuren durch intramolekulare Wasserabspaltung. bringt man ein Teilchen, welches einen Spin besitzt, in ein äußeres Magnetfeld, so präzediert dieser Spin mit der Larmorfrequenz um das Magnetfeld. gelber, in alkalischer Lösung orangeroter Naturfarbstoff, der aus Hennablättern isoliert werden kann; chemisch das 2-Hydroxy- l,4naphthochinon. Es wird in der Kosmetik zum Färben verwendet; benannt nach dem Botaniker J. Lawson (1794–1876). veretherte Harnstoff-Formaldehyd-Harze. Um Harze zu erhalten, die in den gebräuchlichen organischen Lösungsmitteln löslich sind, müssen die stark polaren Methylolgruppen blockiert werden, was durch Veretherungsreaktion bewirkt wird. nach G.N. Lewis (1923) bestehen Säuren aus Molekülen oder Ionen mit einer Elektronenpaarlücke, es sind Elektronenpaarakzeptoren. Lewis-Säuren reagieren mit Lewis-Basen nach dem Schema s + IB = S–B. 9,12-Octadecadiensäure, ist mit hohem Anteil im Leinöl, Mohnöl, Sonnenblumenöl und in tierischen Fetten. Für die Ernährung eine wichtige essenzielle Fettsäure; sie senkt den Cholesterinspiegel des Blutes und wird technisch zur Herstellung von Seifen, Emulgatoren und Anstrichfarben verwendet. ein cyclisches Disulfid, das in der Seitenkette eine Carboxylgruppe enthält. Liponsäure ist amidartig an Enzymproteine gebunden und Cofaktor von Wasserstoff übertragenden Enzymen. l-2,6-Diaminocapronsäure, essenzielle, basische Aminosäure. Der Tagesbedarf des Menschen beträgt etwa l g. Die Verbindung ist u. a. in Getreideproteinen enthalten und ist Zusatz von Futtermitteln. Polycarbonat der Bayer AG auf der Basis von 4,4’-Dihydroxydiphenylpropan. cis-Butendisäure. Maleinsäure und Maleinsäureanhydrid werden zur Herstellung von Kunststoffen, Maleinatharze, eingesetzt. Auch zur Herstellung von Farbstoffen, Textilhilfsstoffen und Herbiziden wird Maleinsäure eingesetzt. Bei Erhitzen auf 160 °C geht Maleinsäure unter Abspalten von Wasser in Maleinsäureanhydrid über. ein Phenothiazinfarbstoff, wird zum Färben von Papier sowie als Mikroskopierfarbstoff eingesetzt. Methylenblau lässt sich leicht zum farblosen Leuko-Methylenblau reduzieren und wird deshalb bei der Untersuchung biochemischer Redoxprozesse als Wasserstoffakzeptor und Redoxindikator verwendet. Abk. MIBK, Lösungsmittel für Lacke, gute Löseeigenschaften auch für Fette, Kautschuk, Nitrocellulose und Polyvinylchlorid. Natriumsalz der 4-Dimethylaminoazobenzol-4’-sulfonsäure, ein Azofarbstoff, der als lndikatorfarbstoff eingesetzt wird; früher auch zum Wollefärben verwendet. N-Methyl-2-pyrrolidon, farblose, mit Wasser und vielen organischen Lösungsmitteln mischbare Flüssigkeit, dient als Lösungsmittel für Lacke und wird zur Stofftrennung (Extraktion und Extraktivdestillation) eingesetzt.

514 

 Glossar

Methylrot Methylviolett

Monomethylolharnstoff Moschus

Naphtha

Naphthalin

Naphthazarin

Nematizide Nikotin

Noscapin

Novodur®

Ölsäure, Öleinsäure

Önanthsäure Opium

Indikatorfarbstoff der Säure-Base-Titration. Gemisch von Hydrochloriden verschiedener Triarylmethanfarbstoffe, in Wasser mit violetter Farbe löslich. Die Verbindung wird für Farbbänder und Stempelfarben eingesetzt, daneben auch als Mikroskopierfarbstoff und in der Medizin als Wurmmittel (gegen Madenwürmer). entsteht bei der Polykondensation von Harnstoff mit Formaldehyd. Riechstoffgemisch, auch heute noch in Asien stark begehrtes Sekret aus dem Moschusbeutel der männlichen Moschustiere. Bei der Parfümherstellung wird Moschus immer mehr durch ähnlich riechende synthetische Substanzen verdrängt. Zu den Inhaltsstoffen gehört Muscon (3-Methylcyclopentadecanon). Moschus verschwand erst 1891 aus dem Arzneibuch. Bezeichnung für Benzinfraktionen mit Siedepunkt zwischen 30–180, 100–120 °C oder für höher siedende Gemische, die bei der Erdöldestillation anfallen. Naphtha ist bedeutendste Rohstoffquelle der Petrochemie. kondensierter aromatischer Kohlenwasserstoff, der u. a. aus Steinkohlenteer gewonnen wird. Naphthalin dient zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid und Farbstoffen. 5,8-Dihydroxy-1,4-naphthochinon, kristallisiert in grünlich glänzenden Nadeln, bildet mit Chromhydroxid einen schwarzvioletten Farblack, wird in der Wollfärberei verwendet. griech. nema, Faden, Wirkstoffe zur Abtötung von Fadenwürmern (Bodendesinfektionsmittel). Nicotin, 3-(1-Methyl-2-pyrrolidinyl)pyridin, Hauptalkaloid der Tabakpflanze. Es wird in der Wurzel gebildet und in den Blättern abgelagert. Nikotin ist eine farblose, ölige Flüssigkeit und eines der stärksten Pflanzengifte (tödliche Dosis für den Menschen etwa 0,05 g). Narkotin, Summenformel C22H23NO7, Hauptalkaloid des Opiums, es ersitzt wie Papaverin eine vom Benzylchinolin abgeleitete Struktur. Es ähnelt dem Codein, wirkt hustenstillend. Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymeres, (ABS)-Kunststoffe der Firma INEOS Styrolution, Eigenschaftsmix für das Spritzgießen, gute Wärmeformbeständigkeit, gute Schlagzähigkeit und Dimensionsstabilität. Anwendungen: Fahrzeugaußenbereich (z. B. Heckspoiler), Fahrzeuginnenbereich (z. B. beschichtete Teile). cis-9-Octadecensäure, ungesättigte Fettsäure, die mit Glycerin verestert in fast allen Pflanzenölen und Tierfetten vorkommt. Ölsäure hat Bedeutung zur Hydrophobierung von Textilien und zur Herstellung von PVC-Stabilisatoren. Sie ist auch von Interesse als „nachwachsender Rohstoff“. Heptansäure, dient zur Herstellung von Riechstoffen (Ester) und Schmiermitteln. Milchsaft aus den unreifen Fruchtkapseln des Schlafmohns, kommt als dunkelbraune plastische Masse in den Handel, enthält etwa 25 verschiedene Alkaloide, 10–12 % Morphin, daneben u. a. Noscapin, Thebain, Codein, Papaverin und Narcein.

Glossar 

Organosiliconverbindungen

Ornithin

Orseille

Osteoporose Oxycodon Perlon Phenolharze Phenylhydrazin

Polyacrylnitril Polyamide

Polyester Polyether Polyisopren

Polymethacrylate Polystyrol Polytetrafluorethylen

Polyvinylacetat Polyvinylchlorid

Pteridine

 515

der technologische Sammelbegriff „Silicone“ kennzeichnet eine Gruppe hochmolekularer Stoffe, welche Silizium und Sauerstoff als molekülverknüpfende Elemente enthalten. 2,5-Diaminovaleriansäure, basische Aminosäure, die nur in wenigen Proteinen vorkommt, jedoch als Baustein einiger Peptidantibiotika sowie besonders als Zwischenprodukt des Harnstoffzyklus auftritt. braunroter bis violetter Pflanzenfarbstoff, der aus Flechten gewonnen wird; dient zur Gewinnung von Orcein, ein rotbrauner Oxazinfar bstoff. Verminderung von Knochenmasse; führt in fortgeschrittenem Stadium zu Knochenbrüchen. Dihydroxycodeinon, ein stark wirkendes semisynthetisches Opioid, das bei starken Schmerzen eingesetzt wird. Handelsbezeichnung für mehrere Polyamidfasern. Phenoplaste, gelbe bis braune Kunstharze, die durch Polykondensation von Phenolen mit Formaldehyd hergestellt werden. entsteht durch Reduktion von Benzoldiazoniumchlorid und ist ein wichtiges Reagenz für den Nachweis von Verbindungen, die Carbonylgruppen enthalten, Bildung von Phenylhydrazonen. entsteht durch Polymerisation von Acrylnitril in wässriger Emulsion. PAN hat Bedeutung für die Herstellung von Polyacrylnitrilfasern. Polymere mit der wiederkehrenden Carbonsäureamidgruppe –CO–NH–. Die Herstellung der PA kann durch Polykondensation von Diaminen mit Dicarbonsäuren erfolgen. entstehen durch Polykondensation von Dicarbonsäuren mit mehrwertigen Alkoholen. Polymere, bei denen Bausteine der Molekülkette durch Sauerstoffatome miteinander verknüpft sind. kommt in der Natur in der cis-Form im Kautschuk und in der trans-Form in Guttapercha und in Balata vor. Synthetisch hergestelltes Polyisopren findet als Synthesekautschuk Verwendung. thermoplastische Kunststoffe, die durch radikalische Polymerisation von Methacrylsäureestern entstehen. ein billiger Massenkunststoff für Radio- und Fernsehgeräte, Spielzeug und Einwegverpackungen für Lebensmittel. Abk. PTFE, Handelsname Teflon®, hochmolekularer, kristalliner Thermoplast, der wegen seiner hohen Schmelztemperatur um 340 °C nur durch Pressen und Sintern verarbeitet werden kann. PVAC, zeichnet sich durch hohe Licht- und Wetterbeständigkeit aus. Es ist Bindemittel für Dispersionsfarben. wichtiger Standardkunststoff, entsteht durch Suspensionspolymerisation, bei der unter Druck Vinylchlorid mithilfe von Dispergiermitteln (z. B. Celluloseether) in Wasser emulgiert und durch Zusatz von organischen Perverbindungen als Initiator zur Reaktion gebracht wird. weit verbreitete Naturstoffe, denen das Ringgerüst des Pteridins (bicyclische, heterocyclische Verbindung) zugrunde liegt, z. B. Pigmente in Schmetterlingsflügeln. Ein biochemisch wichtiger Abkömmling ist die Folsäure.

516 

 Glossar

Rabeprazol

Raman-Effekt

Refraktometer

Reserpin Ribose

Ringstromeffekt der NMR-Spektroskopie

Rohstoffe

Röntgenstrukturanalyse

Roskydal 550 Schaumstoffe

Schoolery-Regel

Scopolamin Strophantus

Strychnin

C18H21N3O3S, molare Masse 359 g/mol, Protonenpumpenhemmer zur Behandlung und Prophylaxe peptidischer Magen- und Zwölffingerdarmgeschwüre. die von A.G.S. SMEKAL 1923 vorausgesagte und 1928 von C.V. Raman nachgewiesene unelastische Streuung von Photonen an Materie. Das Streuspektrum von mit monochromatischem Licht bestrahlten chemischen Verbindungen, Flüssigkeiten und Festkörpern hat neben der Linie aus der elastischen Streuung bei der Frequenz w0 des einfallenden Lichts (Rayleigh-Streuung) noch die sogenannten Raman-Linien bei den Frequenzen w0 ± w. Messgerät zur Bestimmung der Brechzahl oder der Abbe-Zahl. Die Wirkungsweise beruht auf den Gesetzen der Brechung, bei manchen Refraktometern zusätzlich auf denen der Interferenz. wichtigste Verbindung aus der Gruppe der Rauwolfia-Alkaloide, besitzt eine blutdrucksenkende und beruhigende Wirkung. in der Natur weit verbreitet vorkommendes Monosaccharid aus der Reihe der Pentosen: Coenzyme, Nukleotide, Nukleoside, Nukleinsäuren, Glycoside. Die chemische Verschiebung im Benzen liegt bei 7,3 ppm, ist also ca. 2 ppm höher als im Ethen. Das bedeutet, dass die Protonen in aromatischen Systemen weniger abgeschirmt sind als in aliphatischen Doppelbindungssystemen. allgemeine Bezeichnung für diejenigen Bestandteile der Natur, die von Menschen gezielt angeeignet und genutzt werden. Als Synonym für Rohstoffe wird häufig die Bezeichnung „natürliche Ressourcen“ verwendet. die Bestimmung der Struktur von Kristallen, d. h. der räumlich periodischen Anordnung der Gitterbausteine (Atome, Ionen, Moleküle), mithilfe der Beugung von Röntgenstrahlen an· der Gitterstruktur eines Kristalls. Polyesterharz der Bayer AG auf der Basis von Phthalsäure, Adipinsäure und Maleinsäure. künstlich hergestellte Werkstoffe mit zelliger Struktur und geringer Dichte. Die Ausgangsbasis für Schaumstoffe können Kunststoffe, Kautschuk, aber auch anorganische Stoffe sein. Aus Polyurethanen lassen sich Weich- und Hartschaumstoffe herstellen, wobei bei der Herstellung Treibmittel beigemischt werden. benannt nach J.N. Schoolery, ermöglicht die Bestimmung der chemischen Verschiebung von Methylengruppen mit einem Inkrementsystem. in Nachtschattengewächsen vorkommendes Alkaloid mit beruhigender und krampflösender Wirkung. Gattung der Hundsgiftgewächse in den Tropen der Alten Welt, sie enthalten herzwirksame Glycoside, Strophantine mit Steroidstruktur. sehr giftiges Alkaloid aus den Samen von Strychnosarten, Summenformel C21H22N2O2, wirkt durch Lähmung des Zentralnervensystems. Früher wurde es zur Nagetierbekämpfung eingesetzt.

Glossar 

Styrol Sulfanilsäure

Sulindac Taktizität

Tetrahydrofuran Thermoplaste

Tokopherol

Triazine

Trichlorphenole

Ubretid Ultracorten®

Ultrasüß Undecensäure

Uracil

Urethane

 517

Vinylbenzol, Vorkommen im Steinkohlenteer, wichtiges Monomer zur Erzeugung thermoplastischer Kunststoffe, Polystyrol, ABS-Polymerisate. 4-Aminobenzolsulfonsäure, entsteht durch Sulfonierung von Anilin; dient als Ausgangsstoff für die Synthese von Azofarbstoffen und Arzneimitteln, besonders der Sulfonamide zur Behandlung bakterieller Infektionen. nicht steroidales Antirheumatikum, Molmasse 356 g/mol, Summenformel C20H17FO3S, in Deutschland nicht zugelassen. Stereoregularität. Bei isotaktischen Polymeren sind die Seitengruppen alle auf der gleichen Seite, bei syndiotaktischen Polymeren abwechselnd auf der einen und der anderen Seite der Hauptkette. Tetramethylenoxid, Hydrierungsprodukt des Furans; wird als Lösungsmittel für Lacke, Druckfarben und Klebstoffe eingesetzt. sind amorphe Kunststoffe, deren Moleküle nicht miteinander vernetzt sind. Dadurch können oberhalb der Glastemperatur ganze Moleküle ihren Platz wechseln. Thermoplaste sind in der Wärme plastisch verformbar und schmelzbar. Sie sind außerdem in geeigneten Lösungsmitteln quellbar und mehr oder weniger gut löslich. Zu den Thermoplasten gehören die Standardkunststoffe Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol und Polyvinylchlorid. Vitamin E, eine Gruppe fettlöslicher Vitamine, Vorkommen in Pflanzenölen. Bezüglich der biologischen Wirkung ist die Funktion als Antioxidans gesichert. Die Verbindung wird Lebensmitteln, Kosmetika und Anstrichfarben zugesetzt. sechsgliedrige heterocyclische Verbindungen mit drei Stickstoffatomen im Molekülring, 1,3,5-Triazin hat Bedeutung für die Synthese von Kunststoffen und Farbstoffen. die sechs Stellungsisomeren des Phenols. 2,4,5-Trichlorphenol dient u. a. als Zwischenprodukt bei der Herstellung des Desinfektionsmittels Hexachlorophen sowie des Totalherbizids 2,4,5-Trichlorphenoxyessigsäure. Medikament bei Blasenentleerungsstörungen und bei Ermüdungslähmung der Muskulatur. Prednison, ist ein synthetisch hergestelltes Steroidhormon aus der Klasse der Glucocorticoide, es hat eine immunsuppressive und antiphlogistische Wirkung. 5-Nitro-2-propoxyanilin, hat die 4000-fache Süßkraft des Rohrzuckers; als Süßstoff wegen toxikologischer Bedenken nicht zugelassen. ungesättigte Carbonsäure, die durch thermische Zersetzung von Rizinusöl entsteht. Undecensäure wird in der Medizin, meist in Form ihres Zinksalzes, in Salben gegen Pilzinfektionen verwendet. 1H,3H-Pyrimidin-2,4-dion, zu den Nukleinsäurebasen zählende Pyrimidinverbindung, die in Form ihres Ribosids Uridin Bestandteil der Ribonukleinsäure ist. sind durch das Strukturelement –NH–CO–O– charakterisiert. Urethanderivate werden als Herbizide, Insektizide, Tranquilizer und Schlafmittel verwendet. In der Kunststoffchemie sind die Polyurethane von großer Bedeutung, die durch Reaktion mehrwertiger Alkohole mit Diisocyanaten entstehen.

518 

 Glossar

Urosin® Vagantin® Valium®

Vinylpyrrolidon

Vitamin A

Vitamin B

Vitamin C

Vitamin E

Vitamin K Vivimed® Vollantigen Vomex® Walden Warfarin

Wasserhaushalt

Watson

Weinsäure

enthält den Wirkstoff Allopurinol, das den Harnsäurespiegel senkt, so werden Gichtanfälle verhindert. ist ein Anticholinergikum und wird bei übermäßigem Schwitzen eingesetzt sowie gegen eine Reizblase. ein Benzodiazepin gegen Schlafstörungen, Depressionen, Panikattacken oder Krämpfe. Doch die Nebenwirkungen sind fatal, Benzodiazepine machen süchtig. vorn Pyrrolidin abgeleitete, am Stickstoffatom durch eine Vinylgruppe substituierte heterocyclische Verbindung, bildet eine farblose Flüssigkeit und dient zur Herstellung von Polyvinylpyrrolidon und Mischpolymerisaten. bezeichnet mehrere chemische Verbindungen, die in allen Tieren biologische Funktionen haben. Sie werden teilweise mit der Nahrung aufgenommen oder aus Karotinen (Provitamin A) gebildet. ist eine Vitamingruppe, in der acht Vitamine zusammengefasst sind, die alle als Vorstufen für Coenzyme dienen. Es sind chemisch und pharmakologisch völlig verschiedene Substanzen, Vorkommen in Fisch, Milchprodukten und Spinat. ist ein wasserlösliches Vitamin, das der Körper nicht selbst herstellen kann und das deshalb über die Nahrung aufgenommen werden muss. Es kommt vor allem in Zitrusfrüchten und frischem Gemüse vor. zählt zu den fettlöslichen Vitaminen, das mit der Nahrung aufgenommen werden muss. Das bekannteste Vitamin E ist das α-Tocopherol, es hat antioxidative Wirkung und ist ein Zellschutzvitamin. (K für Koagulation), fettlösliche Vitamine, die gerinnungshemmende Faktoren aktivieren. Wirkstoff Triamcinolon, Arzneistoff aus der Gruppe der synthetischen Glucocorticoide; es wirkt antiallergisch und entzündungshemmend. gehört zum Fachgebiet der Immunologie, kann eine Immunreaktion auslösen. A mit dem Wirkstoff Dimenhydrinat (C24H28ClN5O3) bekämpft Übelkeit (Antiemetikum). Paul (1863–1957), deutscher Chemiker, Chemie der freien Radikale, entdeckte an der Chlorbernsteinsäure die Walden’sche Umkehrung. ist ein chirale Wirkstoff aus der Gruppe der 4-Hydroxycumarine und zählt zu den Antikoagulanzien, hat also eine blutgerinnungshemmende Wirkung. Es wird in der Medizin als Racemat eingesetzt und auch als Rattengift. ist die mengenmäßige Erfassung und Bilanzierung des Wasserkreislaufs. In Zeiten des Wasserüberflusses kann Wasser z. B. oberirdisch in Stauseen und Talsperren und unterirdisch als Grundwasser für Wassermangelperioden gespeichert werden. J.D. stellte 1953 zusammen mit F.H.C. Crick auf der Grundlage der durch Röntgenstrukturanalyse erhaltenen Daten das Doppelhelixmodell der Desoxyribonukleinsäure (DNS) auf. 2,3-Dihydroxybernsteinsäure, findet in der Lebensmittelverarbeitung als Säuerungsmittel Anwendung.

Glossar 

Weizenkeimöl

Windpocken

Wurminfektionen

Xanthin

Xerophthalmie Xylidine Xylose

Ylide

Yohimbin Yomesan® Yxin® Zentralnervensystem Zephirol Zimt

Zuckerkrankheit

Zytostatika

 519

pflegt nicht nur Haut und Haar, sondern wirkt sich auch positiv auf die Gesundheit aus. Grund dafür sind die für unseren Körper wichtigen ungesättigten Fettsäuren, Vitamine und Mineralstoffe. weltweit verbreitete, besonders als Kinderkrankheit zwischen dem zweiten und sechsten Lebensjahr auftretende, durch das Varizellenvirus hervorgerufene Infektionskrankheit mit hoher _Ansteckungsgefahr. bei Mensch und Wirbeltieren durch parasitische Würmer hervorgerufene Erkrankungen, die weltweit verbreitet sind, teils nur in den Tropen und Subtropen auftreten (Bandwürmer, Saugwürmer, Fadenwürmer). 2,6-Dihydroxypurin, Verbindung aus der Gruppe der Purinbasen; kommt mit anderen Purinen u. a. in Teeblättern, im Blut, in der Leber und im Harn vor. Augentrockenheit, Störung der Benetzung des äußeren Auges mit Augenflüssigkeit. Dimethylderivate des Anilins, Zwischenprodukte bei der Herstellung von Azofarbstoffen, Pflanzenschutzmitteln und Arzneimitteln. Holzzucker, Monosaccharid aus der Reihe der Pentosen; farblose, kristalline Substanz, die halb so süß wie Zucker (Saccharose) schmeckt. In der Natur tritt Xylose v. a. in Form der Xylane in vielen Pflanzen auf; sie bildet einen wichtigen Nahrungsbestandteil für pflanzenfressende Tiere. von G. Wittig 1947 eingeführte Bezeichnung für sehr reaktionsfähige quartäre Ammoniumverbindungen, in denen ein Stickstoff- und ein Kohlenstoffatom gleichzeitig durch eine kovalente Bindung (... yl) und eine Ionenbindung (...id) verbunden sind. Die Bezeichnung wurde später auf analog aufgebaute Phosphoniumverbindungen (Phosphorylide) übertragen, die in der chemischen Synthese eine Rolle spielen (WittigReaktion), z. B. Triphenylphosphoniummethylid, (C6H5)3P+-cH2 I-. lndolalkaloid aus den Blättern und der Rinde des Yohimbe-Baumes. Therapeutisch wird Yohimbin gegen Erektionsstörungen eingesetzt. Wirkstoff Niclosamid, Kautabletten von Bayer Vital gegen Bandwurminfektion. Wirkstoff Tetryzolin, ein Sympathomimetikum. Abk. ZNS, übergeordneter Teil des Nervensystems, umfasst bei Wirbeltieren Gehirn und Rückenmark. Wirkstoff Benzalkoniumchlorid, Desinfektionsmittel. die als Gewürz für Süßspeisen, Glühwein und Seifen verwendete innere Rinde des Ceylonzimtbaumes. Zimt ist eines der ältesten Gewürze. Es spielte im antiken und mittelalterlichen Handel mit China und Indien eine Rolle. Diabetes mellitus, ist eine chronische Stoffwechseler- krankung, Mangel an dem körpereigenen Hormon Insulin, ein Peptidhormon der Bauchspeicheldrüse. Cytostatika, natürliche oder synthetische Substanzen, die das Zellwachstum bzw. die Zellteilung hemmen, es werden Tumorzellen geschädigt. Zytostatika werden somit gegen Krebs eingesetzt (Chemotherapie).

Register Abschirmungskonstante 80, 82 Absorptionsspektroskopie 3 ABS-Polymerisat 354 ABX-System 245 Acebutolol 269 Acemetacin 310 Acenocoumarol 262 Acephat 415 Acepromazin 109 Acetaldehyd 19, 65 Acetale 64 Acetamid 18 Acetaminophen 328 Acetohexamid 304 Aceton 59, 65, 73, 85, 94, 147, 343, 436, 441, 451 Acetondimethylketal 65 Acetonitril 67 Acetylcholin 132, 298, 415 Acetylcyproteron 135 Acetylcystein 315 Acetyldesipramin 121 Acetylethylmorphin 209 Acetylmetoclopramid 123, 311 Acetylneronin 446 Acetylnorethisteron 136, 187 Acetylpentoxifyllin 265 Acetylphenytoin 141 Acetylpyridin 40 Acetylsalicylsäure 96 Aciclovir 323 Aclarubicin 278 Aconitin 333 Acrinathrin 441 Acryl 347 Acrylnitril 346, 354, 509, 514, 515 Actinomycine 246 Adamantan 89 Adenin 34, 223 Adenosin 34, 222, 223 Adenosindiphosphat 60 Adipinsäure 347, 370, 376, 377, 516 Affenbrotbaum 150 Afloqualon 295 Akarizide 403, 435, 436, 509 Albomaculin 445 Alizarinfarbstoffe 389, 390

Alkaloide 157, 176, 200, 201, 202, 212, 214, 215, 220, 223, 394, 419, 444, 447, 509, 514 Alkohole 48, 362, 517 Allen 364, 479 Allophanate 363, 368 Allopurinol 292, 293, 518 Allylöstrenol 188 Alolycopin 214, 215 Alphenal 179 Alprenolol 268 Alprostadil 269 Amantadin 302, 324 Ambroxol 315 Amiadaron 276 Amine 51, 360, 363, 367, 388 Aminopyrimidin 41 Aminorex 305 Aminosäuren 53, 56, 394, 490, 512 Amiodaron 275 Amitraz 440 Amitrol 42 Amlexanox 279 Amphetamin 156, 176, 305 Ampicillin 250 Amylnitrit 266 Analeptika 238 Analgetikum 110, 115, 116, 117, 120, 124, 129, 131, 133, 136, 142, 175, 176, 202, 209, 210, 252, 257, 258, 328 Androstan 183, 184, 191 Androstan-3-on 191 Androsteron 90, 185, 186, 188 Anemonen 335 Anilin 55, 83, 382, 384, 386, 388, 395, 517 Anis 155, 389 Anisaldehyd 79 Anorektika 305 Anregungszustand 4 Antazolin 285 Anthelmintika 251 Anthracen 8, 509 Anthrachinon 63, 390 Antiarrhythmika 274 Antibiotika 240, 241, 245, 246, 248, 249, 250, 288, 509 Anticholinergikum 120, 127, 132, 141 Antidiabetika 145, 303

Open Access. © 2023 bei den Autorinnen und Autoren, publiziert von De Gruyter. Dieses Werk ist lizenziert unter der Creative Commons Namensnennung - Nicht-kommerziell - Keine Bearbeitung 4.0 International Lizenz. https://doi.org/10.1515/9783110649383-013

522 

 Register

Antiemetika 310, 509 Antiepileptika 322 Antihistaminikum 110, 112, 133, 143, 281 Antihypertensiva 264 Antikoagulans 143 Antimykotikum 119, 290, 458 Antiphlogistika 310 Antiprotozoika 241, 251 Antipyretika 327 Antirheumatika 133, 136, 252, 316, 327 Antiseptika 296 Antispastikum 118 Apigenin 398 Appetitzügler 305 Aprindin 113, 275 Aramide 347 Arginin 268 Arnika 156 aromatische Systeme 386 Articain 260 Arotinolol 270 Arznei-Beinwell 337 Arzneimittel 145, 146, 151, 177, 178, 182, 208, 224, 225, 235, 241, 251, 259, 261, 264, 265, 271, 278, 281, 282, 286, 288, 292, 298, 305, 306, 310, 312, 313, 314, 316, 317, 318, 322, 324, 325, 339, 509 Arzneimittelpflanzen 146 Aspirin 177 Atenolol 270 Atorvastatin 286 Atorvastin 288 Atrazin 428, 429, 432 Atropin 127, 146, 150, 151, 182, 208, 331 Aubergine 160 Augentrost 157 Auxochrome 383, 385 Azatadin 110, 285 Azelastin 282 Azofarbstoffe 388, 400 Bakelite 372 Baldrian 146, 157, 178 Balsambaum 158 Bamethan 265 Barbital 179 Bärentraube 160 Basilikum 158 Bayer E 406

Beclometason 308 Beinwell 161, 337 Beizenfarbstoffe 390, 400 Belladin 212 Benactyzin 119 Bencyclan 309 Benperidol 116 Bentazon 424, 425 Benzatropin 302 Benzen 7, 29, 42, 75, 386, 464, 516 Benzenfinger 22 Benzensulfonamid 76 Benzil 73 Benzocain 262 Benzochinon 63 Benzodiazepin 121, 131, 138, 139, 140, 225, 226, 234, 518 Benzoesäure 74, 78, 341 Benzoesäureanhydrid 72 Benzofuran 88, 510 Benzoin 73 Benzotrichlorid 77 Benzotrifluorid 76 Benzylacetat 93 Benzylalkohol 76, 95, 325 Benzylbromid 77 Berberin 159, 217, 218, 296 Berberitze 159, 217 Betablocker 123, 139, 143, 239 Betamethason 282 Betelkauen 146, 153 Betelnusspalme 153 Bezafibrat 288 Bifonazol 290 Biguanid 303 Bilirubin 392 Biliverdin 392, 393 Bilsenkraut 33, 162 Biotin 319 Biperiden 299 Biphenyl 22, 30 Bisacodyl 138, 312, 313 Bisoprolol 270 Biurete und Allophanate 367 Blauer Eisenhut 333 Borneol 173 Brennnessel 167 Brodifacoum 454 Bromadiolon 447

Register 

Bromethalin 447 Bromhexin 111, 314 Bromisoval 113 Brommethan 84 Bromocriptinmesilat 299 Bromoform 58, 83, 84 Bromoprid 311 Brompheniramin 284 Brompropylat 442, 443 Brotizolam 138 Buformin 304 Bufotenin 204 Bumetanid 313 Bunazosin 271 Buphacetin 213 Bupivacain 262 Buprenorphin 257 Busulfan 277 Butanole 49 Butaperazin 111 Butene 26 Butin-1,4-diol 71 C=C-Valenzschwingung 443 Campesterol 335 Campher 19, 49, 58, 89, 174, 347, 378 Candesartan 271 Cannabis 127, 151 Caprolactam 33, 347 Captopril 272 Carbamazepin 322, 509 Carbazolfarbstoffe 396 Carbocyclen 61, 62 Carbonylabsorption 13, 16, 32, 452 Carboxycrotamiton 326 Caren 66 Carotin 9, 395 Carotinoide 394, 395 Carteolol 274 Carvedilol 269 Carvon 66, 172 Cellulose 345, 346, 379 Cephalosporin 241 Cetirizin 281 Chavicin 143 chemische Verschiebung 82, 86, 445 Chevron 415 Chinarindenbaum 148 Chinidin 115

 523

Chinin 130, 146, 148, 174, 176, 200, 202, 382, 509 Chinolizidinalkaloide 448 Chinone 62, 509 Chlorambucil 278 Chloramphenicol 243, 244, 247, 458 Chlorcyclizin 133 Chlorethylmethylsulfid 46 Chlormadinon 273 Chlormezanon 114 Chloroform 33, 34, 39, 58, 59, 64, 65, 84, 85, 147, 200, 335, 451 Chloropyramin 283, 291 Chloroquin 130 Chlorpromazin 125, 224 Chlorpropamid 304 Chlorprothixen 126 Cholecalciferol 320 Cholestadien 10 Cholestan 183 Cholesterin 90, 184, 185, 195, 217, 287, 335 Chromophor 246, 388, 395 Chrysoeriol 398 Ciclosporin 327 Cilazapril 272 Cimetidin 280 Cinchonin 328 Cisplatin 278 Clemastin 284, 285 Clobazam 228 Clofedanol 283 Clofibrat 287 Clomipramin 127, 285 Clonazepam 129 Clonidin 267 Cloperastin 281 Clotiazepam 140 Clotrimazol 290, 459 Cocain 124, 176, 235, 252, 341 Cocastrauch 146, 235 Codein 124, 209, 514 Codeinon 212 Coffein 222, 512 Colchicin 292, 293 Copolymere 353, 509 Cortisol 184, 185, 310, 511 Cortison 184, 186 Cortisonacetat 281 Crinidin 212, 213

524 

 Register

Crotylbarbital 114 Cumarin 443 Curarealkaloide 450 Cyanopropansäure 85 Cyanopyridin 40 Cyclobutanon 369 Cyclohexan 25, 85, 387 Cyclopentobarbital 109 Cyclophosphamid 279 Cycloserin 245 Cytarabin 277 Cytosin 32 Dacheffekt 510 Danazol 273 Dantrolen 295 Dazomet 455 DCMU 424, 425 DDT 404, 405, 406 Decamethonium 294 Deformationsschwingung 15, 19, 21, 22, 26, 46, 49, 51, 53, 54, 55, 56, 370, 394, 399 Dehydroindigo 389, 390 Dermatika 288 Desmodur 364, 366, 369, 492, 493, 510 Desmophen 372, 376, 377, 510 Dexamethason 326 Dextromoramid 258 Diacetylchloramphenicol 244 Diacetylclonidin 141 Diacetylditazol 257 Diacetyllevodopa 301 Diacetylmepindolol 123, 139 Diacetylöstradiol 137 Diacetylpenbutolol 143 Diacetylpiperazin 132 Diazepam 139, 225 Dibrombenzilsäure 442 Dichloracetaldehyd 83 Dichlorethylen 357 Dichlorphenoxyessigsäure 433 Dichlorpropan 59, 455, 456, 457 Diclofenac 317, 318 Dicycloverin 324 Dieldrin 404, 410 Diethylamin 55, 427 Diethylaminobenzaldehyd 438, 439 Diethylenglycol 64 Difenacoum 450, 451, 452

Digoxin 334 Dihydrolycorin 213 Dihydromorphin 210 Dihydroveratramin 197, 419 Diisocyanate 362, 365 Diisocyanatotoluol 369, 370 Diisopropylamin 54, 431 Diketen 88 Dimephenopan 182 Dimerisierung 364 Dimetacrin 230 Dimethoxybenzil 441, 442 Dimethylphenobarbital 180 Dimethylsulfid 47 Dimethylsulfon 44 Dimethylsulfoxid 44 Dimetinden 282 Diole 362, 365 Dioxan 85 Dioxoöstren 190 Dioxopiperazin 41 Diphenhydramin 284 Diphenoxylat 131, 140 Diphenylamin 73, 396, 481 Diphenylethan 89 Diploicin 57 Diprophyllin 307 Disopyramid 276 Disulfiram 141 Dithiophosphorsäureester 414 Diuretika 313 Dosis 145, 147, 184, 233, 331, 514 Drofenin 132 Dronedaron 274 Dyclonin 261 Ecstasy 146, 330, 340 Einteilung der Farbstoffe 400 Elastomere 365, 367, 510 Elektronenspinresonanz 2 Elementaranalyse 104 Emetikum 131 Emitin 216 Emulsionssystem 351 Enamin 51 Endosulfan 45 Engelstrompete 171 Entkopplung 92, 355, 395, 439, 510 Entwicklungsfarbstoffe 400

Register 

Ephidrin 175 Ergometrin 117, 220 Ergostan 183 Ergosterin 10 Eserolin 204 Essigsäure 17, 83, 85, 200 Essigsäurebenzylester 84 Ethansulfonamid 46 Ethaverin 126, 325 Ethenzamid 254 Ether 17, 18, 20, 30, 32, 33, 35, 42, 44, 50, 52, 58, 59, 61, 62, 63, 65, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 84, 88, 89, 90, 91, 93, 94, 95, 200, 343 Ethylacetat 95 Ethylbromid 83, 92 Ethylen 27, 347, 348, 360, 440, 464, 488 Ethylendiamin 54, 420 Ethylenglycol 370, 375, 376, 511 Ethyliodid 59 Ethylparathion 326 Ethylsenföl 47 Etodroxizin 120 Europiumkomplex 359 Färben 217, 381, 387, 390, 400, 513 Farbigkeit 377, 383 Farbstoffe 50, 381, 382, 383, 386, 388, 391, 394, 395, 399, 400, 511 Farbwerke Hoechst 33, 370 Felddesorption 105 Feldhomogenität 101 Feld-Sweep 100 Fenbutatinoxid 435 Fencarbamid 118 Fenchon 178 Fendilin 139 Fenfluramin 305 Fenpipramid 324 Fenpyroximat 435 Fensulfothion 142 Fentanyl 208, 254 Ferroin 399, 400 Flavan 164, 166 Flavone 398 Flavonoide 163, 400 Fliegenpilz 332 Flunarizin 122, 143 Flunitrazepam 233, 234

 525

Fluoren 62, 396 Fluorpyridin 40 Fluphenazin 112 Fluspirilen 229 Fluvastatin 287 Folsäure 168, 248, 249, 510 Formaldehyd 32, 65, 370, 373, 374, 514, 515 Fragmentierungswege 103 Frequenzerhöhung 368 FTIR-Spektrometer 68 Fuchsin 386, 387 Fungizide 403, 459 Furfenorex 305 Gartenkürbis 168 Gaschromatographie 69, 106, 108, 467, 492 Geissoschizolin 37 Geissospermin 207 Gemfibrozil 287 Geraniol 173, 511 Gichttherapeutika 292 Giftstoffe 332 Ginkgo 169 Ginseng 166 Gleichgewichtsreaktion 373 Glibenclamid 303 Glimepirid 303 Glucocorticoide 184, 185, 288, 289, 292, 316, 326, 511, 518 Glucose 98, 133, 217, 303, 389 Glufosinat 423 Glyphosat 422, 423 Goldrute 166 Graebe-Ullmann-Synthese 396 Grapefruit 169 Grenzstruktur 384, 385 Griseofulvin 98, 99, 247, 458, 459 Griseofulvol 99, 247 Halogenverbindungen 57, 59 Haloperidol 232 Hanf 127, 151, 461 Harnstoff 32, 366, 367, 373, 374, 509, 511, 513, 514 Harnstoff-Formaldehyd-Harze 373, 513 Helleborus 336 Heptabarbital 180 Heptaminol 117 Herbizide 399, 403, 421, 517

526 

 Register

Hesperidin 398 Heterocyclen 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 39, 40, 41, 42 Hexadien 67 Hexan 25 Hexanal 19 Hexanamin 52 Hexin 67 Hexobarbital 180 Hexythiazox 436 Hibiskus 170 Histamin 279 Hochdruckpolyethylen 348 Hofmann 363, 386 Homofenazin 109 Hostaform 370 Hundsrose 165 Hustenlöser 111, 314, 315 Hydrochlorothiazid 313, 314 Hydromorphon 176 Hydroxamsäuren 363 Hydroxycumarin 452 Hydroxypropionitril 15 Hydroxytriazolam 139 Hyoscyamin 162, 171 Hyperosid 398 Hypnotika 178, 258 Hypnotikum 109, 113, 114, 120, 121, 123, 127, 128, 139, 170, 179, 225 Hypothalamus 305, 310 Ibotensäure 332, 333 Ibuprofen 252 Imidacloprid 419, 420 Immunsuppressiva 326, 327 Inden- und Azulenfarbstoffe 396 Indigo 55, 203, 381, 389, 390, 391, 393 Indol 51, 53, 203, 221, 393, 394 Indolalkaloide 203, 221 Infrarotabsorption 12 Inkrementrechnung 9 Insektengift 433 Insektizide 60, 325, 403, 416, 417, 419, 517 Ionisierungspotenzial 102 Ionon 19, 66 Ipecacuanha-Alkaloide 215 IR-Absorption 353 Isatin 203, 393, 511 Isocyanate 362, 363, 364, 365, 367, 368, 492

Isocyanurate und Uretdione 368 Isooctan 25 Isopren 360, 512 Isopyrin 256 isotaktisch 350, 352 Isothipendyl 286 Isotopenmuster 105 Jervin 199 Johanniskraut 161 Jonone 512 Kaffeesäure 335 Kakaobaum 154 Kalabarbohne 128, 151 Kamille 146, 159, 397 Karminsäur 381 Karplus-Beziehung 97 Kathstrauch 156 Kernspinquantenzahl 79, 81 Ketamin 259 Ketobemidon 210, 257 Ketoprofen 118 Ketotifen 284 Koffein 34, 150, 222, 223, 238, 330, 509, 512 Kohlenwasserstoffe 21, 27, 28, 30, 387, 397 Kopplungskonstante 83, 97, 352, 354, 512 Krätze 325, 326, 414, 418 Kresol 79, 422, 431 Kristallinität 348, 351 Kulturapfel 168 Kunststoffe 345, 346, 350, 362, 365, 377, 378, 461, 510, 512, 514, 515, 516, 517 Kupferphthalocyanin 392 Labetalol 265 Laborautomatisierung 144 Larmorfrequenz 513 Laudamonium 297 Laxativa 312 Levallorphan 136 Librium 225, 233 Lidocain 260, 261 Limonen 22, 28, 169 Lindan 404, 411, 412, 417 Lipidsenker 286, 287 Lisurid 220 Lobelanin 219, 220 Lobelia-Alkaloide 219

Register 

Lobelin 219, 238 Lokalanästhetika 260 Lorazepam 138 Lorcainid 119 Lösungsmitteleffekte 352 Löwenzahn 164 Loxapin 37, 118 LSD 113, 146, 221, 234 Lunidin 449 Lunidonin 449 Luteolin 398, 400 Lycopin 168, 170, 213 Lycopodium-Alkaloide 214 Lycorenin 212 Lysergsäure 200, 202, 221 Macronin 214 Makromoleküle 347, 348, 351 Maleinsäure 71, 311, 513, 516 Maleinsäurehydrazid 33 Maprotilin 114 Massenspektrometrie 102, 104, 105, 106, 108, 186, 467 Matrin 36 Mauvein 382 Mazindol 306 McLafferty 105, 106, 441 MDMA 237, 340 MDPV 238 Mebendazol 251 Mecloxamin 141 Medazepam 226 Melamin 32, 367, 374, 375 Melamin-Formaldehyd-Harz 375 Melaminharze 374, 375 Memantin 302 Mephedron 237 Meprobamat 225 Mequitazin 112 Mercaptoethanol 46 Mercaptopropionsäure 45 Mescalin 115, 147 Mesityloxid 18 Mesterolon 187 Metam-Natrium 455 metastabile Ionen 103 Metformin 303 Methacrylsäureester 347, 357, 358 Methadon 142, 208

 527

Methamidophos 404, 405, 415 Methamphetamin 237 Methionin 56 Methohexital 134, 260 Methylacemetacin 317 Methylacetamid 83, 91 Methylal 65 Methylaminorex 181 Methylbenzoesäureethylester 436, 437, 438 Methylbromid 83, 84, 423, 455 Methylcocain 126 Methylergometrin 220 Methylglycin 18 Methylindometacin 136 Methylorange 388, 400, 513 Methyloxazepam 140 Methylphenidat 236 Methylphenprocoumon 263 Methylphenylbutazon 257 Methylstyrol 347, 357, 358 Methylsulindac 129 Methylwarfarin 129, 263 Metixen 300, 302 Metonitazen 116 Metoprolol 239 Metribuzin 423, 424 Metronidazol 134, 251 Miconazol 119, 459 Midazolam 121 Molekülionen 102, 105, 107, 447, 452 Montanin 212 Monuron 425, 426 Moperon 120 Morazon 254 Morphenol 210 Morphin 124, 136, 146, 149, 176, 202, 208, 212, 258, 260, 341, 514 Moxaverin 177 Muscarin 338, 339 Muscimol 332, 333 Muskatnussbaum 170 Muskelrelaxanzien 294 Mutterkorn 201, 220 Mutterkornalkaloide 220 Myosmin 36, 420, 421 Naloxon 118, 136, 142, 259 Naphazolin 114 Naphthacen 8, 386

528 

 Register

Naphthalin 8, 399, 514 Naphthochinon 63 Naphthylamin 53, 399 Napropamid 427, 428 Narcein 258, 514 Narcobarbital 260 Narkotika 258 Natta 348, 351, 488 Nematizid 142, 409, 458 Neopin 211 Neurotransmitter 146, 217, 239, 298, 330, 394 Niederdruckpolyethylen 348 Nieswurz 336, 419 Nifenazon 255 Nikotin 238, 420, 421, 514 Nitrobenzen 383, 384, 385 Nitrobenzoesäure 68, 80 Nitrocellulose 345, 513 Nitroethylen 347 Nitropropan 93, 455, 456 Nitrotoluen 68 Nitroverbindungen 67, 68 NMR-Spektroskopie 2, 5, 76, 97, 242, 362, 467, 510, 516 Noradrenalin 146, 239, 298 Normalschwingungen 11, 13, 21 Normethadon 316 Nornikotin 420, 421 Noscapin 108, 124, 514 Notoryn 57 Novodur 346, 514 Obscurinervidin 206 Octanol 50 Octin 27 Olivenbaum 163 Omeprazol 263, 264 Opiatagonist 140 Opiate 125, 209 Opioidantagonist 118 Opioide 208 Opipramol 232 Orphenadrin 283 Osteoporose 318, 515 Östradiol 137, 194 Östratrien 191 Östriol 137 Östrogen 122, 137, 187, 273

Oxazepam 138 Oxindol 203, 393 Oxybuprocain 261 Oxycodon 131, 515 Pancuronium 294 Panthenol 135, 291 Papaverin 177, 514 Paracetamol 209, 254, 328, 339 Paraldehyd 94 Parathion 61, 406, 407, 408, 409 Parkinsonismus 145 Parkinsonmittel 298 Pendimethalin 429, 430 Penicilline 241, 242, 250 Pentazocin 110, 256 Pentetrazol 113 Pentifyllin 265 Pentorex 306 Permithrin 418 Pestizide 403, 435, 436, 455 Pethidin 208 Peyotekaktus 147 Pfeffer 172 Pfefferminze 65, 163 Phenanthren 62 Phenanthrolinfarbstoffe 399 Phenazinfarbstoffe 395 Phenglutarimid 132, 300 Phenobarbital 128 Phenole 48, 360 Phenol-Formaldehyd-Harz 374 Phenoxyethanol 50 Phentermin 305 Phenylessigsäure 17, 74, 78 Phenylharnstoff 74, 78 Phenylisothiocyanat 77, 487 Phenytoin 128 Phosphinbildner 445 Phosphorsäureester 60, 203, 406, 408, 416 Phosphorverbindungen 59, 61 Phthalsäureanhydrid 514 Physostigmin 128, 151, 204 Picolin 42 Pimozid 130 Pipamperon 116 Piperazin 35 Pirenzepin 120 Piritramid 115

Register 

Piroxicam 316 Polyacrylnitril 355, 356, 515 Polyadditionsprodukte 362 Polybiuret 368 Polybutadien 360 Polybutadienmonoxid 370 Polycaprolactam 347 Polydiolefine 360 Polyester 347, 370, 375, 400, 511, 512, 515 Polyesterurethane 370 Polyether 370, 372, 515 Polyethylen 347, 348, 350, 517 Polyharnstoff 366 Polyheterocyclen 347, 511 Polyisopren 360, 361, 515 Polykondensationsprodukte 373, 511 Polymerisation 346, 347, 351, 357, 358, 370, 488, 512, 515 Polyoxymethylen 370 Polypropylen 348, 350, 517 Polystyrol 347, 351, 352, 353, 359, 515, 517 Polytetrafluorethylen 462, 515 Polyurethan 347 Polyvinylacetat 354, 515 Polyvinylchlorid 346, 350, 513, 515, 517 Polyvinylidenverbindungen 357 Prazepam 226, 232 Prednisolon 133, 197, 326 Pregnan 183, 184, 185 Prenylamin 117, 308 Propanamin 55 Propofol 259 Propoxyphen 117 Propyphenazon 116, 255 Proquazon 317 Prothipendylsulfoxid 229 Protonenpumpen 263 Proxyphyllin 325 Psilocybin 203, 204, 234 Psychedelika 234 Psychopharmaka 145, 148, 224, 234 Purpur 381 Purpurin 390 Pyren 62 Pyridazin 35 Pyridin 35, 36, 42, 196, 197, 199, 200, 202, 245, 338, 393, 448 Pyrimidin 41 Pyritinol 130

 529

Pyrrol 51, 394, 396 Pyrrolidin 518 Pyrrolizidinalkaloide 337, 447, 448 Radikale 106, 348, 518 Raman-Spektren 69, 70, 71, 72, 73, 74, 76, 77, 78, 79, 80, 188, 193 Rauwolfia 122, 146, 207, 221 Reaktivfarbstoffe 400, 401 Relaxation 82 Repaglinid 303 Reserpin 122, 146, 148, 202, 207, 222, 516 Retronecin 337, 448 Riesen-Rötling 338 Ringsysteme 369 Risedronsäure 318 Rodentizide 443, 446, 449, 455 Roter Fingerhut 334 Rubrosteron 199 Rutin 167 Salicylamid 255 Sarverogenin 198 Satans-Röhrling 336, 337 Schädlingsbekämpfung 403 Scherenschwingung 21 Schimmelpilze 171 Schizophrenie 200, 225, 228, 229, 232 Schlafmohn 149, 177 Schlangenwurzel 148 Schöllkraut 217 Schwefelverbindungen 43, 45, 47 Scopolamin 165, 171 Selbstkondensation 364, 416 Serin 56 Serotonin 146, 154, 203, 204, 298, 394 Sexualhormone 183, 272 Shim-Einheit 100, 101 Sibutramin 305 Solanidin 160, 184 Sophoranol 36 Sotalol 240, 274 Spasmolytika 324 Spektrograph 25 Spinquantenzahl 83 Spin-Spin-Kopplung 83, 99 Squalen 111 Stearinsäure 20 Stechapfel 165

530 

 Register

Steroide 10, 183, 184, 185, 186, 193 Stigmasterin 168 Stilben 8, 9, 30, 384, 385 Stimmungsaufheller 154, 231 Stimulanzien 150, 222, 235, 330 Stinkende Nieswurz 336 Strophantus 146, 516 Strukturelemente 13, 22, 24, 349, 376 Strychnin 126, 204, 235, 394, 444, 446 Strychnos 204, 235, 444 Styren 22, 94 Styrol 28, 94, 346, 347, 353, 354, 356, 360, 509, 514, 517 Substitutionsmuster 22, 23, 75 Substitutionstyp 22, 23, 29, 40 Sulfamethiazol 249 Sulfanilamid 110 Sulfonamide 248, 517 Sulindac 256, 517 Suxamethonium 294 Sympathomimetika 180, 181 syndiotaktisch 350 Talbutal 123 Tamaron 60, 405 Teestrauch 155 Telfairin 57 Termschema 11 Terpene 65, 512 Testosteron 137, 184, 185, 196 Tetrabenazin 115 Tetrabromethan 58 Tetryzolin 519 Thalictrifolin 218 Thebacon 316 Thebain 125, 211, 514 Theophyllin 39, 202 Thiaziddiuretika 314 Thioacetamid 44 Thioessigsäure 45 Thiophenol 45, 88 Thioproperazin 112 Thiothixen 111 Thymin 35 Tiabendazol 251, 252, 509 Tiaprid 300 Tilidin 142 Tiotixen 228 Tollkirsche 146, 150, 331

Tolmetin 318 Tomate 168, 466 Tramadol 253 Tranquilizer 109, 111, 114, 118, 120, 131, 138, 139, 140, 226, 227, 228, 517 Trazodon 112, 231 Triacetyllabetalol 121, 266 Triacetylöstriol 122, 187 Triacetylpanthenol 128, 291 Triacetylprednisolon 137, 291 Triamcinolon 518 Triazolam 131 Trichlorphenol 297, 517 Triclosan 289 Tricosan 135 Triethylamin 52 Triflupromazin 119 Trihexylphenidyl 301 Trikresylphosphat 61 Trimethoprim 249 Trimipramin 230 Triphenylmethan 72, 386 Triphenylmethanfarbstoffe 386, 387 Triphenylmethanol 50, 72 Triphenylphosphin 61 Tryptophan 53, 203, 394 Umlagerungen 102, 106 Uracil 32, 517 Urethane 365, 368, 517 UV-Absorption 7, 9, 192, 194, 241, 444 Valenzschwingungen 1, 13, 21, 22, 27, 28, 39, 44, 53, 54, 55, 59, 74, 356, 399, 405, 410, 413, 418 Valium 225, 233, 234, 518 Valproinsäure 323 Valsartan 264 Vasodilatoren 306 Vasokonstringenzien 306 Vecuronium 294 Venalstonidin 206 Verapamil 130, 308 Veratrol 64 Vinblastin 223 Vinca-Alkaloide 223 Vincarodin 224 Virostatika 241, 323 Vitamin A 165, 289, 321

Register 

Vitamin B1 320, 321 Vitamin C 150, 175 Vitamin E 164, 321, 517, 518 Vitamine 183, 319, 330, 517, 518, 519 Waldrebe 335 Warfarin 143, 447, 452, 453, 518 Weinrebe 171 Wermutkraut 160 Wirkstoffe 108, 146, 208, 260, 263, 279, 339, 403, 453, 514

Xylen 22, 29, 79, 84, 464 Yohimbin 221, 222, 519 Zerfallsreaktionen 107 Zimtsäure 75, 95 Zitrone 169 Zitronenmelisse 152 Zoledronsäure 318 Zomepirac 255 Zytostatika 277, 519

 531