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Stas-Otto-Trennungsgang

Version vom 24. April 2020, 14:51 Uhr von Bijan Fink (Diskussion | Beiträge)

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nach Jean Servais Stas, Professor für Chemie in Brüssel und Friedrich Julius Otto, Professor für pharmazeutische Chemie in Braunschweig

1 Definition

Der Stas-Otto-Trennungsgang ist ein nasschemisches Verfahren zur Auftrennung eines Stoffgemisches. Er wird vor allem für Arzneistoffgemische verwendet.

2 Grundlagen

Bei der Durchführung des Stas-Otto-Trennungsganges wird das Stoffgemisch in Wasser gelöst, unterschiedlichen pH-Werten ausgesetzt und jeweils mit einem organischen Lösungsmittel ausgeschüttelt. Manche Substanzen bleiben hierbei in der Wasserphase, während manche in die Lösungsmittelphase übergehen. Als organische Lösungsmittel werden Ether und Isobutylmethylketon (IBMK) verwendet.

Die Trennung des Stoffgemisches beziehungsweise die Verteilung der Einzelstoffe in die polare und unpolare Phase erfolgt anhand zweier Stoffeigenschaften:

  • Acidität/Basizität: Je nach vorliegendem pH-Wert liegen Säuren und Basen entweder protoniert oder unprotoniert vor. In saurem Medium liegen Säuren protoniert und ungeladen vor, während sie im Basischen deprotoniert und somit geladen sind. Bei Basen verhält es sich entgegengesetzt. Geladene Substanzen sind wasserlöslich und bleiben in der Wasserphase, während die ungeladene Form in die organische Phase extrahiert werden kann. Das Extraktionsverhalten ist also von der Säurestärke abhängig. Die Stoffeigenschaft, welche die Acidität beziehungsweise Basizität beschreibt, ist der pKa beziehungsweise pKb-Wert.
  • Polarität: Wie gut ein Stoff löslich ist, hängt von seiner Polarität ab: polare Substanzen sind in hydrophilen Lösemitteln wie Wasser gut löslich, unpolare Substanzen sind in lipophilen Lösemitteln wie Ether gut löslich. Ob und vor allem wie gut eine Substanz also in die organische, lipophile Phase übergeht, hängt von der Polarität ab. Die Stoffeigenschaft, welche die Polarität beschreibt, ist der Oktanol-Wasser-Koeffizient KOW beziehungsweise der logP-Wert.

3 Durchführung

Beim Trennungsgang werden mehrere Trennungsschritte durchgeführt, bei denen jeweils eine Fraktion extrahiert wird. Zu Beginn wird das Stoffgemisch in Wasser gelöst und mit Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 1 angesäuert. Diese Lösung wird mit Ether ausgeschüttelt; die Etherphase wird für die Fraktionen Ia und Ib verwendet, die Wasserphase für die Fraktionen II bis V.

Fraktion Arbeitsvorschrift beziehungsweise Milieu extrahierte Substanzen
Ia Etherauszug mit NaOH alkalisieren, extrahieren und wässrige Phase ansäuern Säuren, Phenole, Ureide
Ib Etherauszug mit NaOH alkalisieren Neutralstoffe
II Weinsäurepuffer (pH 4 - 5), ausschütteln mit IBMK schwache Basen, starke und sehr lipophile Basen, IBMK-lösliche Säuren
III mit NaOH alkalisieren (pH > 10), mit Ether ausschütteln starke Basen (Kationsäuren)
IV mit Ammoniak alkalisieren (pH 9), mit IBMK ausschütteln amphotere Phenolbasen, IBMK-lösliche Basen
V wässrige Phase, die nach IV übrigbleibt Säuren, Kohlenhydrate, Aminosäuren, quartäre Ammoniumverbindungen

Im Anschluss an die Auftrennung wird eine dünnschichtchromatographische Analyse durchgeführt. Mit Vergleichssubstanzen und Sprühreagenzien kann auf diese Weise ein unbekannter Stoff identifiziert werden; häufig werden zum Vergleich auch Tabellen verwendet, in welchen dargestellt ist, in welcher Fraktion welche Arzneistoffe vorliegen können.

4 Beispiele

  • Trennung von Chloroquin (Fraktion III) und Ibuprofen (Fraktion Ia): Chloroquin ist eine Base, Ibuprofen eine Säure. Wenn die Lösung zu Beginn angesäuert wird, liegt Chloroquin in der protonierten, geladenen Form vor und Ibuprofen in der protonierten, ungeladenen. Beim Ausschütteln mit Ether geht das ungeladene Ibuprofen in die Etherphase über, während das geladene Chloroquin nicht extrahiert wird. Die Etherphase wird mit Natronlauge alkalisiert und mit Wasser ausgeschüttelt; Ibuprofen wird deprotoniert und geht in seiner geladenen Form in die Wasserphase (Fraktion Ia) über. Die Wasserphase, welche noch das Chloroquin enthält, wird mit Natronlauge auf einen pH von > 10 alkalisiert, sodass Chloroquin in seiner deprotonierten, ungeladenen Form vorliegt. Aus diesem Milieu kann Chloroquin mit Ether extrahiert werden (Fraktion III).
  • Trennung von Chloramphenicol (Fraktion Ib) und Morphin (Fraktion IV): Chloramphenicol ist ein Neutralstoff, während Morphin eine Phenolbase ist. In der angesäuerten Ausgangslösung liegt Chloramphenicol neutral vor, sodass es mit Ether ausgeschüttelt werden kann. Nach Alkalisieren ist es immer noch neutral, sodass es in der Etherphase verweilt. Die wässrige Phase, die das Morphin enthält, wird im ammoniakalischen Milieu auf pH = 9 eingestellt. Bei diesem pH liegt Morphin neutral vor und kann mit Ether ausgeschüttelt werden. Der pH muss ziemlich genau auf einen Wert von 9 eingestellt werden, da bei einem niedrigeren pH-Wert das Stickstoffatom protoniert und bei einem höheren pH-Wert das Phenol deprotoniert wird.

5 Anwendung

Der Stas-Otto-Trennungsgang wird vor allem im Labormaßstab eingesetzt, um Stoffgemische schnell zu trennen. Die Anwendung beschränkt sich überwiegend auf Stoffgemische, deren Zusammensetzung bekannt und leicht zu trennen ist.

Für unbekannte Stoffgemische werden heutzutage eher instrumentelle Methoden wie HPLC, GC oder HPLC-MS verwendet, da diese auch eine Trennung von chemisch sehr eng verwandten Substanzen ermöglichen.

6 Literatur

Auterhoff, Kovar: Identifizierung von Arzneistoffen, Stuttgart 1998

Diese Seite wurde zuletzt am 28. April 2020 um 09:22 Uhr bearbeitet.

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