Der Farbreaktionstyp Aldehyd-Aromat-Säure, Zwischenstufen und Farbsalze am Beispiel einiger Arzneisubstanzen. (Ein Beitrag zur Strukturaufklärung in der Arzneimittelanalytik)

Ulf Pindur

Einieitung

Ende des vorigen Jahrhunderts wurde von E. Marquis (Pharmaz. Institut Univ. Dorpat) bei analytischen Untersuchungen, im menschlichen und tierischen Korper Mor- phin nachzuweisen, die Beobachtung ge- macht, dai3 bereits Spuren dieses Alkaloides eine Formaldehyd-Schwefelsaure- Losung intensiv violett farben. Es handelte sich hier bereits um den Farbreaktionstyp Aldebyd-Aro- mat-Saure, der in der Arzneimittelanalytik einer breiten Anwendung unterliegt.

Farbreaktionen spielen allgemein in der Arz- neimittelanalytik bei der Identitatsprufung, Reinheitsbestimmung und vor allem bei der quantitativen Analyse uber eine photometrische Messung eine bedeutsame Rolle. Ihr Anwendungspotential spiegelt sich daher auch in den Arzneibuchern und in den analytischen Semestern des Pharmazie-Studiums wider.

In vielen Fallen, insbesondere auch in der Arzneimittelanalytik, sind jedoch die Kennt- nisse iiber den chemischen Verlauf bzw. uber die physiko-chemischen Vorgange der Farb- reaktionen noch luckenhaft, so dai3 bei quantitativen Analysen meist empirisch gear- beitet werden mu& Bei einer quantitativen Auswertung der Farbreaktion ist jedoch zu fordern, daB der Reaktionsverlauf in bezug auf das farbige Endprodukt, dessen Elektro- nenspektrum und wenn moglich auch dessen Struktur bekannt sein sollten.

Unter einer Farbreaktion versteht man im allgemeinen eine chemisch oder physikalisch induzierte Umwandlung einer farblosen (meist) organischen Verbindung in ein Farb- produkt. Die Farbe einer Verbindung ist von ihrer Elektronenkonfiguration abhangig. Bei organischen Verbindungen verschiebt sich die Farbe im allgemeinen nach Rot, wenn die Anzahl der konjugierten Doppelbindungen zunimmt. Die Farbe anorganischer Salze hangt hauptsachlich von der Kristallstruktur und der Oxidationsstufe der Ionen ab.

Einteilung und Entstehung’farbiger Verbindungen

Vbergangsmetall-Cbelatkomplexe

Die Oberfuhrung mehrzahniger farbloser Li-

Der Farbreaktionstyp AZdehyd- Aromat-Sliure , Zwischenstufen unci Farbsalze

am Beispiel einiger Arzneisubstanzen (Ein Beitrag zur Strukturaufklarung in der Arzneimittelanalytik)

ganden als Elektronendonatoren mit Ober- gangsmetall-Kationen als Acceptoren kann infolge Chelierung und der damit verbunde- nen veranderten Elektronenanordnung Far- bigkeit hervorrufen.

So bildet sich 2.B. bei der Prufung auf Iso- propanol nach Ph. Eur. bzw. bei der gravi- metrischen Bestimmung von Nickel aus Di- acetyldioxim und dem Metal1 ein quadratisch planarer 4-zahniger Ni (dsp2)-Chelatkom- plex 1, dessen Farbigkeit primar auf eine Charge-Transfer- Wechselwirkung zuruckge- fiihrt wird.

Polyrnetbinfarbstoffe

Die Polymethinfarbstoffe umfassen eine gro- Be Gruppe von farbigen Verbindungen, welche sich vereinfacht durch das mesomere System 2 beschreiben lassen:

x=c c=c Y -x-c c-c Y ‘i‘ ‘ i 2 ‘ + ‘ ‘k Die Substituenten X und Y, die uber eine un- geradzahlige Kette von Methingruppen mit- einander in Konjugation stehen, sind Atom- gruppierungen, von denen die eine formal als Elektronenacceptor und die andere als Elektronendonator wirkt (push-pull-Sy- stem). Nach der Art der Ladung lassen sich die Polymethinfarbstoffe in kationische, an- ionische oder neutrale Verbindungen eintei- len. Die n-Elektronenzahl der Polymethin- kette kann gegeniiber der gesamten Ketten- gliederzahl urn ein Elektron vermehrt oder vermindert sein (gerade Anzahl von n-Elek- tronen, ungerade Anzahl Kettenglieder). Bei den Cyanin-Farbstoffen ist die Polymethin- kette zwischen zwei Stickstoffheterocyclen getrennt, die eine positive Ladung stabilisieren konnen. Sie stellen Vinyloge des Amidi-

nium-Ions dar. Nach H. Kuhn hangt die La- ge einer Absorptionsbande im UV/VIS-Spek- trum von der Polymethinkettenlange und dem Potentialverlauf entlang des Chromo- phors ab. Bei linearen Grundchromophoren 1aBt sich daher durch Losung einer einfachen Gleichung die langstwellige Absorptionsban- de abschatzen (Elektronengas-Modell). Ab- bildung 1 zeigt die Abhangigkeit der Lage der langstwelligen Absorptionsmaxima von der Anzahl der Doppelbindungen in Poly- methinfarbstoffen.

Da die Darstellungsprinzipien der Cyanin- Farbstoffe einer groBen Variationsbreite unterliegen (Wahl der Heterocyclen, Lange der Polymethinkette) sol1 in diesem Rahmen nur ein charakteristischer Vertreter dieser Farb- stoffklasse, namlich der als Photosensibilisa- tor verwendete dinukleare kationische Farb- stoff 4, ein Benthiazolium-Salz, aufgefuhrt werden. Zur Darstellung von 4 reagiert der Heterocyclus 3 mit dem elektrophilen Or- thoester.

Kationische Polymethin- bzw. Cyanin-Farb- stoffe stellen bei zahlreichen Farbreaktionen im Bereich der Arzneimittelanalytik die entscheidende farbgebende Komponente dar (Kreissche Reaktion, Reaktionen rnit Schiff- schem Reagens bzw. mit Chromotropsaure, Carr-Price-Reaktion, van Urk-Reaktion, Hopkins Cole-Reaktion etc.).

Bei der Bildung anionischer Polymethin- farbstoffe erfolgt die Stabilisierung der nega- tiven Ladung durch geeignete Acceptorgrup- pen. Bei der Identitatsreaktion von Digitoxin mit 3,5-Dinitrobenzoesaure nach Ph. Eur. (Kedde-Reaktion) bildet sich ein farbiges Meisenheimer-Salz 5 mit anionischem Poly- methin-Charakter, welches aus der C-nucleophilen Butenolid-Struktur mit dem Aro- maten entstanden ist [I]. Weitere Beispiele sind das Purpursaure-Anion (Murexidreak- tion), das Dianion des Phenolphthaleins und das Anion der Rubazonsaure, die als Vinyl- homologe des Carboxylat-Ions zu den Oxo- nol-Farbstoffen zahlen.

Neutrale (nicht-ionogene) Polymethin- farbstoffe, sog. Merocyanine (auch Neutro- cyanine) 6 , 7 sind allgemein in Reaktionen von Carbonylverbindungen rnit C- bzw. N- Nucleophilen bzw. in oxidativen Kupp- lungsreaktionen zuganglich.

74 Pharmazie in unserer Zeit / 11. Jahrg. 1982 / Nr. 3 0048-3664/82/0301-0074 $ 02.50/0 0 Verlag Chemte GmbH, 0-6940 Weinheim, 1982

mer Farbstoff Verwendung. Durch UV- Strahlung erfolgt reversible Valenzisomeri- sierung vom farblosen 1la zum farbigen I lb .

Im farblosen Nitril des Malachitgruns 12a wird nach Absorption eines Photons eine C-C-Bindung heterolytisch gespalten, wobei sich das griine mesomeriestabilisierte Kation des Malachitgruns 12b ausbildet. 0 . I .__-

f I I O H NO,

5 Allgemeiner Mechanismus der Farbreaktion Aldehyd-Aromat-Saure

3 x (Digitoxose)

Der Farbreaktionstyp Aldehyd-Arornat-Sau- re findet breite Anwendung zur Charakteri- sierung von Aromaten, Heteroaromaten und Aldehyden. Aldehyde konnen auch in Inter- mediar-Reaktionen, z. B. bei den Monosac- charid-Nachweisen die Furan-2-carbaldehy- de oder beim Tartrat-Nachweis mit Schwe- felsaure/Resorcin die Glyoxylsaure, gebildet werden.

Azofarbstoffe sind Verbindungen, die an sp2- hybridisierten Kohlenstoffatomen gebunde- ne Azogruppen (-N= N-) als chromophores System enthalten. Je nach ihrer Zahl spricht man von Mono-, Dis-, Tris-, Tetrakis- (usw.)azofarbstoffen. Nach Ph. Eur. I wird der Identitatsnachweis primarer aromatischer Amine als Strukturelement charakteristischer Arzneimittelgruppen (Sulfonamide, Lokal- anaesthetika) uber eine Kupplungsreaktion durchgefiihrt. Es bildet sich der Azofarbstoff mit der allgemeinen Struktur 8.

Sie leiten sich von vinylogen Saureamiden ab und sind formal aus einer basischen und einer sauren Cyanin-Teilstruktur zusammenge- setzt. Die Existenz einer sauren und basischen Gruppe innerhalb eines Molekul be- wirkt, dai3 zwitterionische Grenzstrukturen am Grundzustand beteiligt sind.

Beim Ablauf dieser Farbreaktionen findet elektrophile Substitution am Aromaten bzw. Heteroaromaten statt. Uber charakteristische Zwischenstufen bilden sich vor bzw. erst nach Oxidation mesomeristabilisierte farbige Kationen. Unter den sauren Reaktionsbedin- gungen wird dieser Reaktion folgender Me- chanismus zugrundegelegt (Schema 1): Die elektrophile Carbonyl-Komponente reagiert als Carboxonium-Ion mit dem Aromat zunachst im Sinne einer Hydroxyalkylierung zum primaren Hydroxyalkyl-Derivat 13a, welches eine kationische Zwischehstufe 13b ausbildet. 13b kann, wenn R' am Phenyl eine auxochrome Gruppe (2.B. -N(CH3)2 und R2 ein Aromat, der in der kationischen Form eine Acceptor-Gruppe (2.B. =N(CH3)2+) aufweist, bereits eine farbige Komponente infolge Ausbildung cyanin-artiger Strukturen darstellen. In einer elektrophilen Folgereaktion kann sich dieses Kation mit dem Aromat zunachst zum farblosen Diarylmethan 13c um- setzen. Die in Abhangigkeit von der Donor- fahigkeit der Substituenten R' oxidierbare Leukobase erleidet in mineralsaurem Milieu - katalysiert von Fe3+-, Cuz+- und Ce4+-Sal- zen oder salpetriger Saure - eine Dehydrie- rung in die Aryl-methylcarbenium-Ionen 13d, die zur Klasse aryloger Methinfarbstoffe zahlen. Die Farbe der entsprechenden Lo- sungen wird von der Natur der Donator- und Acceptor-Gruppen am Aryl-Kern ent- scheidend beeinflufit. Dieser Mechanismus liegt auch der saurekatalysierten Darstellung von Aryl-methylcarbenium-Salzen zugrun- de .

Merocyanin-Chromophor

:N-(&=&&=O c., >&(&-+*I- " I

Radikale

Auch Radikale konnen unter bestimmten elektronischen Voraussetzungen bestandige farbige Systeme darstellen. Neben den neutralen Radikalen, z .B. dem in Losung gel- ben Trityl-Radikal, sind insbesondere die Radikal-Ionen intensiv farbige Verbindun- gen. Allgemein fiihrt die Substitution eines Radikals durch einen geladenen oder neutralen Acceptor oder Donor zur capto- dativen Stabilisierung, wenn diese Substitu- entengruppen durch eine ungerade Zahl von Atomen getrennt sind. Als Vertreter solcher cd-stabilisierten Radikale sol1 das Wurster- sche Salz-Kation 9 und das Chlorpromazin- Radikal-Kation 10 aufgefiihrt werden. 10 stellt ein mogliches Oxidationsprodukt beim Ablauf der Identitatsreaktion von Chlorpro- mazin mit PbO nach Ph. Eur. dar.

Merocyanine

Produkt aus der Reaktion von H N w r

Thiobarbitursaure ,AN 0 0 N s und Malondialdehyd H

Produkt Reaktion aus von der

$ 0 0 ' -N, 4-Aminoantipyrin

und Phenol/ Kdiumhexacyano- ferrat(II1)

Photochrome Verbindungen

Azofarbstoffe Verandern Substanzen ihre Elektronenkonfi- guration unter Lichteinwirkung, so konnen sie sich von einer farblosen zu einer farbigen Form reversibel umwandeln. Dieser Prozei3 wird Photochromie bezeichnet und lafit sich durch Valenzisomerisierungs- und Dissozia- tionsvorgange beschreiben.

Azofarbstoffe, zur groken Klasse techni- scher Farbstoffe gehorig, werden durch Dia- zotierung primarer aromatischer Amine und Azokupplung rnit aktivierten Aromaten oder Enolen (Acetessigsaureanilide) erhalten. Schwer darstellbare Azofarbstoffe sind durch die sog. oxidative Azokupplung zuganglich. Das Hemicyanin IIb findet als photochro-

Pbarmazie in unserer Zeit / 11. Jabrg. 1982 / Nr. 3 75

A

R'

I l a 11 b

\ / N

Q W N -

N / \

12a 12b

Struktur und Chiralitat von Triphenylme- thyi-Kationen und Triphenylmethanen

Triphenylmethyl-Kationen (Rz = Aryl) 13d stabilisieren sich infolge der sterischen Hin- derung der o-Wasserstoffe durch Ausbildung von Propellerkonformationen. Der Propeller ist ein Kompromi8 zwischen der geringsten sterischen Abstoi3ung und einem Maximum an Resonanzstabilisierung. Die Rontgen- strukturanalyse des Triphenylmethyl-per- chlorats 14 lehrt, da8 die drei Arylringe um einen Winkel von 32" aus der zentralen sp2- Ebene synchron herausgedreht sind. I9F-

i,; 1.-

NMR-spektroskopische Studien an fluorsub- stituierten Derivaten von 14 lassen darauf schlieaen, da8 ahnliche Strukturen auch in Losung vorliegen, d. h. diese Systeme neh- men in Losung eine chirale C3-Gleichge- wichtskonformation ein. Die Barriere (AH') fur die Rotation aller drei Ringe bei 14 zur enantiomeren Konformation betragt 38 kJ mol-'. Die chiralen C3-Propellerkonforma- tionen sollen nach dem sogenannten "two- ring-flip"-Mechanismus enantiomerisieren PI.

Am Beispiel von Triphenylmethan-Deriva-

Bild 14 Spiegelbild

U her gang s z u s tand d e s ' t w o - r ing-Clip ' -nlechanismus v o n 14

ten wird nun die Entwicklung der Anzahl rnoglicher Stereoisomere abgeleitet.

Die Chiralitat von Molekulen kann entspre- chend der dreidimensionalen Natur des Rau- mes in planare, axiale und zentrale Chiralitat untergliedert werden. Sind bei einem Triphe- nylmethylcarbenium-Ion die o-Substituen- ten A + Bf C , so lassen sich unter Beruck- sichtigung des Chiralitatselements ,,planare Chiralitat" - die Arylkerne stehen alle senk- recht zu einer "reference plain" - maximal 4 dl-Paare ableiten. In Abbildung 2 ist unter I lediglich ein Enantiomeren-Paar gezeigt. Durch synchrone Twist-Operation der drei Arylkerne werden aus den beiden oberen Formen infolge des nun dominanten Chirali- tatselements ,,axiale Chiralitat" zwei neue dl- Paare rnit Cj-Skelett-Symmetrieelement erhalten. Maximal sind dann 16 Propeller-Ste- reoisomere, also 8 dl-Paare denkbar. Wird nun ein Substituent mit konischer Symmetrie (2.B. ein Hydridanion) formal in das Mole- kulzentrum eingebaut, so erhalt dieses Mole- kul das Chiralitatselement ,,zentrale Chirali- tat". Folglich wird die Zahl moglicher Ste- reoisomerer betrachtlich erhoht. So resultiert aus den vier Helix-Konformationen unter I1 nach dieser Entwicklung jeweils ein Enantio- meren-Paar. Da die zentrale Chiralitat von der planaren und axialen Chiralitat unabhan- gig ist, lassen sich unter 111 32 Stereoisomere diskutieren. In der Abbildung 2 stellen die Verbindungen unter 111 jeweils ein Enantio- merenpaar ubereinander dar. Degeneratio- nen treten ein, wenn zwei oder mehrere Aryl-Gruppen konstitutionell identisch werden, oder wenn ein Arylkern eine lokale Cz- Achse aufweist, die mit der Methan-Bin- dungsachse zusammenfallt.

Struktur von Zwischenstufen und Farbsal- zen bei Farbreaktionen mit Benzolderiva- ten als Arzneisubstanzen bzw. Reagens

Beim Ablauf der eingangs erwahnten Farbre- aktion des Morphins nach E. Marquis erfolgt

76 Pharmazie in unserer Zeit f 11. fahrg. 1982 I Nr. 3

die Bildung eines cyclischen Oxonols 15, welches aus zwei Morphinmolekulen durch zweifache elektrophile Substitution an der Phenol-Struktur und durch einen Dehydrie- rungsprozefl entstanden ist [ 3 ] . 15 wird als sog. Anhydrobase in Gegenwart von Proto- nen zu dem Oxonium-carbenium-Ion 16 mit Cyanincharakter protoniert, welches fur die violette Farbe verantwortlich ist [ 3 ] . Dieser Halochromie-Prozefl fiihrt infolge Salzbil- dung (Protonierung) einer noch relativ farblosen Verbindung zur Bildung von Elektro- nenkonfigurationen im kationischen Teil, welche die Einstellung mesomerer Zustande im Molekiil begiinstigen (Symmetrisierung des n-Systems).

Die als Diuretikum verwendete Etacrynsaure 17a, ein Phenoxyessigsaurederivat, wird nach Behandlung mit Natriumhydroxidlo- sung in einer Reaktion mit Chromotropsaure 18a im sauren Milieu anhand einer Violettfar- bung identifiziert (nach Ph. Eur.). In dieser Reaktion fuhrt zunachst ein Angriff des Hydroxid-Nucleophils am P-C-Atom des Enon-Systems zur Ausbildung eines Anions, welches sich unter C-C-Verkniipfung mit weiterem 17a umsetzt und dann im Sinne einer Retroaldol-Reaktion unter Spaltung zu Formaldehyd und der Dicarbonylverbin- dung 17b reagiert [4]. Der Formaldehyd setzt sich im Protonen-Milieu mit 18a nach elek- trophiler Reaktion und Oxidation unter defi- nierten Reaktionsbedingungen bevorzugt zu polymeren Oxonol-Farbstoffen vom Struk- turtyp 18b um [5] (Methode Bricker/Vail).

Hier ist ein Beispiel des Farbreaktionstyps Aldehyd-Aromat-Saure aus dem arznei- mittelanalytischen Bereich vorgestellt, bei dem die Identifizierung einer Verbindung durch die intermediare Freisetzung einer Al- dehydkomponente hervorgerufen wird.

Die Indikatorreaktion war auch als Identi- tatspriifung von Methanol (nach Oxidation) und Formaldehyd im DAB 7 aufgefiihrt.

Abb. 1 . Lage der langwelligen Absorp- tionsbanden in Abhangigkeit von der An- zahl der Doppelbindungen einiger Polynie- thinverbindungen. Der untere Teil zeigt die aus dem Spektruin absorbierte Farbe, der obere Teil die da~ugehor igc Komple- mentarfarbe, wclche m a n sieht.

Abb. 2 . Chiralitatsbetrachtungen a n Tri- phenylmethan-Derivaten nach Lit. (2).

Pharmazie in unserer Zeit / 11. jahrg. 1982 / Nr. 3 77

16

”)”” - OH- R&,o

n 17 b

1 17a

R = HOOC

18a

R R

R = S03H 18 b

R H R R = -SO,H

18c

Nach der Methode Eegriwe bildet sich in diesem Fall a l s farbgebende Komponente ein violettes Xanthylium-Kation 18c aus [4].

Struktur von Zwischenstufen und Farbsal- zen bei Farbreaktionen mit Heteroaroma- ten

Der Farbreaktionstyp Aldehyd-Aromat-Siiu- re wird auch zur Analytik von heteroaroma- tischen Systernen herangezogen. Zahlreiche physiologische Substrate und Arzneimittel weisen ein heteroaromatisches Gerust auf (Porphyrine, Indol-Derivate), was eine Son- de fur Farbreaktionen darstellt.

H

H + b O

Eine heteroaromatische Komponente kann auch aus einer Vorstufe, welche die zu analy-

sierende Substanz reprasentiert, gebildet werden. So lafit sich 2.B. im Bereich der Le- bensmittelanalytik der Bindegewebsgehalt in Fleischerzeugnissen uber eine photometrische Messung des nichtessentiellen Hydroxy- prolins erfassen. Eine Moglichkeit besteht in der Oxidation dieser Aminosaure rnit Chloramin T zurn Pyrrol (Schema 2). Dieses reagiert rnit dem 4-Dirnethylaminobenzalde- hyd unter Saure-Katalyse zu den phenylogen Cyanin-Systemen 19a und 19b. Neben Poly- merfarbstoffen bildet sich in einer Nebenre- aktion uber das Porphyrinogen 19c das Por- phyrin 19d [6] (Schema 2).

Eine Reihe in der 2-Position unsubstituierter Indole sind physiologisch aktive Substanzen bzw. Pharmaka (Tryptophan, Tryptamin,

Serotonin, die Mutterkornalkaloide etc.). Sie reagieren rnit Aldehyden (Formaldehyd/ Hopkins-Cole-Reaktion; 4-Dimethylamino- benzaldehyd/van Urk-Reaktion) uber rneh- rere Zwischenstufen (Schema 3) zu 2,2’-Di- indolylrnethyl-carbenium-Ionen 20e als ent- scheidender Farbkomponente. Im ersten Schritt dieser Reaktionen wird ein Angriff an der C-3-Stellung des Indols diskutiert (kine- tisch kontrolliert). Durch eine Wagner- Meerwein-Umlagerung [7, 81 erfolgt die Bil- dung des Carbinols 20a, thermodynamisch kontrolliert, welches uber die kationische Zwischenstufe 20b mit dern 3-substituierten Indol zu 20c reagiert [7]. Erneute Wagner- Meerwein-Umlagerung fuhrt zurn 2,2’-Diin- dolylmethan 20d und Oxidation schlieBlich zum dinuclearen Cyanin 20e. Bei der Reak- tion von 3-Methylindol mit Formaldehyd (Hopkins-Cole-Reaktion) konnten 2Oc und 2Od (R’ = H) als reaktionsaufklarende Sub- stanzen isoliert werden [7 ] . In der van Urk- Reaktion wurde bisher das Kation 20b (R =

CH3, R’ = Dirnethylarninophenyl) sowie das 2,2’-Diindolylmethan 20d (R = CH3, R’ = 4-Dimethylaminophenyl) dargestellt. Me- chanistische Studien dieser Reaktion sind in Bearbeitung.

Im folgenden werden die strukturellen Ei- genschaften einiger Zwischenstufen und Farbsalze, die beirn Ablauf der Farbreaktion physiologisch aktiver 3-substituierter Indole und Indol-haltiger Arzneimittel mit aromatischen Aldehyden (nach Schema 3, Hopkins- Cole und van Urk als Beispiele) gebildet werden, vorgestellt.

Durch praparative Ausfuhrung der van Urk- Reaktion von Tryptophan unter Inertgasat- mosphare ist die oxidationsempfindliche Leucobase 21a zuganglich. Oxidation fuhrt zum phenylogen Cyanin 21b, welches sich strukturell vom Arnidinium-Kation unter Anwendung des Phenylogie- und Vinylogie- prinzips ableitet (9).

Infolge der nucleophilen Aminfunktion in der Tryptophan-Seitenkette bilden sich zu- satzlich im sauren Milieu im Sinne einer in- neren cyclischen Mannich-Reaktion die stereoisomeren 1,2,3,4-Tetrahydro-P-carboline 21c, die z. B. in konzentrierter Schwefelsaure (in Gegenwart von Fe3+-Ionen) einer oxidativen Dirnerisierung unterliegen. Dieser Farb- reaktionstyp stellt die sogenannte ,,Carbolin- B1au“-Reaktion dar und wird u.a. in der Analytik von 1,2,3,4-Tetrahydro-P-carbolin- alkaloiden angewendet.

78 Pharrnazie in unserer Zeit / 11. Jahrg. 1982 / Nr. 3

H

+ COOH

H e N A

21 a N ' ' \ Oxid.

I"'

N I \

21c

I N " 2 lb

se, die mit der Methanbindungsachse zusammenfallt. Die 'H-, I3C- und "N-NMR- Spektren der Ester 22 stehen allerdings nur im Einklang mit vier Spezies, den Enantio- meren a', und a'2 sowie den diastereomeren Mesoformen ml und m2, so dai3 zumindest bei Raumtemperatur die Drehungen urn die Methinbindungen im Rahmen der NMR- Zeitskala schnell erfolgen, d. h. bei Raum- temperatur finden bereits relativ schnelle Umwandlungen von Schrauben-Propeller- Stereoisomeren ineinander statt (Schema 4) [91.

Wird der unpolarere Tryptophanmethylester Legt man die an chiralen Triphenylmethanen mit aromatischen Aldehyden elektrophil aufgestellten Chiralitatsbetrachtungen zu- substituiert, so sind - ausgehend vom race- grunde [ 2 ] , so lassen sich ausgehend vom ra- mischen Estergemisch-chirale sowie achirale cemischen Tryptophanester in der Synthese 2,Z'-Diindolylmethan-diester 22 als Leuko- 32 Stereoisomere diskutieren, vorausgesetzt, basen praparativ zuganglich. der Arylkern besitzt nur eine lokale Cz-Ach-


Um dynamische Prozesse bei dieser Verbin- dungsklasse auf molekularer Ebene zu ver- folgen, mu8 die Propeller-Inversion durch sterisch anspruchsvollere Substituenten im Rahrnen der NMR-Zeitskala verlangsamt werden. Durch Einbau eines 2,6-Dimeth- oxyphenyl-Strukturelements wird die Inver- sionsbarriere enantiomerer Propeller wie bei 23 deutlich erhoht. Die freie Aktivierungs- energie der Propeller-Enantiomerisierung liegt bei (RR)- bzw. (SS)-23 in der Grofien- ordnung von 74 kJ/Mol.

Q

tionstyp 2,2’-Di-Alkaloid-Methane als Leu- kobasen ausbilden. Den Beweis fur ein Tryp- tophan-analoges Reaktionsverhalten lieferte die praparative Isolierung aufierst oxidations- empfindlicher Methane in Reaktionen mit Agroclavin, rnit dem Lysergsaurederivat Er- gobasin und mit dem cyclischen Peptid-Al- kaloid 9,lO-Dihydroergotamin. Wahrend Agroclavin unter den bronsted-sauren elektrophilen Reaktionsbedingungen am Alkalo- idstrukturelement unverandert zum Methan 25 reagiert, erfolgt beim Ergobasin eine pro-

23

Die van Urk-Reaktion wird bei Indolen, bei denen funktionelle Gruppen sehr nahe an der C-3-Position lokalisiert sind, infolge elektro- nischer oder auch sterischer Effekte weitge- hend gehemmt. So bilden die Indolderivate 3-Phenylindol, 3-(Hydroxymethylen)indol, Indol-3-carbaldehyd, 3-Cyanindol,3-Acetyl- indol und Gramin keine 2,2’-Diindolylme- thane. Eine quantitative photometrische Analyse ist infolge unzureichender Farbent- wicklung nicht durchfiihrbar. Sind die funk- tionellen Gruppen jedoch durch mindestens zwei Methylen-Gruppen von der Indol-3- Position entfernt (Ausnahme 3-Indolylessig- saure), so wird eine typische van Urk-Reak- tion beobachtet, was durch die praparative Isolierung der aus physiologisch aktiven In- dolen erhaltenen Methane 24a - 24d erhartet wird.

,-.,NH~ r-s.5’0~ -COOCH3

N 24a-d / \

Von den Indol-Mutterkornalkaloiden werden Ergotamin und Ergobasin nach Angaben in Ph. Eur. iiber die van Urk-Reaktion photometrisch erfa8t. Ebenso basiert der LSD- Rauschgifttest auf dieser Reaktion. Da es sich auch bei diesen Verbindungen um C-2-un- substituierte Indole handelt, sollten sich gema8 dem Aldehyd-Indol-Saure-Farbreak-

methyl-carbenium-Ionen vom Typ 21b, welche wie bei allen 3-substituierten Indolen die entscheidenen chromogenen Verbindungen darstellen.

Sind im Indolgerust die 2- und 3-Positionen besetzt, so findet im Sinne des Farbreak- tionstyps Aldehyd-Aromat-Saure die elektrophile Substitution am noch substitutions- fahigen Phenylkern des Indols statt, insbesondere wenn drastischere Bedingungen ge- wahlt werden. Gema8 diesem Reaktionstyp lassen sich die 1,2,3,4-Tetrahydro-P-carbolib- alkaloide Yohimbin und Reserpin mit 4-&- methylaminobenzaldehyd oder Vanillin identifizieren bzw. photometrisch bestim- men. In Ph. Eur. wird Reserpin u.a. nach dieser Methode identifiziert.

Yohimbin reagiert unter modifizierten Reak- tionsbedingungen in Chlorwasserstoff/Me- thanol iiber die isolierbaren Benzhydrylme- thylether 28a als Zwischenstufen in einer

N 26 / \

N 25 / \

tonen-katalysierte Isomerisierung am C-8 via Enolform zu einem Diastereomerengemisch von vier 2,2’-Diindolylmethanen 26.

9,lO-Dihydroergotamin (cyclisches Peptidal- kaloid) wird unter den sauren Reaktions- bedingungen insbesondere an der NO- Acetalstruktur hydrolytisch gespalten, was schliefilich in der elektrophilen Reaktion des Di(9,1O-dihydrolysergsaure-amid)-methan 27 liefert [lo].

Die Oxidation fuhrt zu den Ary-diindolyl-

I ‘ 21

elektrophilen Folgereaktion zu den konstitu- tionsisomeren Diindolylmethanen 28b, wobei insbesondere die C-10-Substitution neben der C-11 -Substitution uberwiegt [ 1 1 J.

Reserpin reagiert uber eine analoge Zwi- schenstufe infolge sterischer und elektroni- scher Effekte ausschlie8lich zum 10,10’-Di- indolylmethan 29. Konstitutionsisomere Di- indolylmethane 30b stellen auch die oxida- tionsempfindlichen Zwischenstufen in der Farbreaktion des Dihydro-indolocarbazols 30a mit 4-Dimethylamino-benzaldehyd dar.

80 Pbarmazie in unserer Zeit / If. Jabrg. 1982 / Nr. 3

30a ist ein farbloses Folgeprodukt der Indol- Farbreaktion mit 4-Dimethylaminobenzal- dehyd. Die Oxidationsprodukte dieser Me-

chromogenen Verbindungen dieses Farbre- aktionstyps dar.

- - H+ -

thane, die Kationen 30c, stellen u.a. die H H

30 a

(H3c,.N+< 1 \R 1

HC104 1 H' I &.-

F I HC'iH3C0H

OC H,

H 28 a

(r

28 b

OR L-7

b c H 3

29

R' L ON? CHa

Elektrophil-Pyrazolon-Farbreaktion a m Phenazon

In Analogie zum Reaktionstyp Aldebyd- Aromat-Saure lassen sich auch Farbreaktio- nen mit nicht-aromatischen Ringsystemen, die aufgrund ihrer elektronischen Struktur jedoch 6 n-aromatisches Reaktionsverhalten zeigen, durchfiihren.

So wird das Pyrazolinon-Derivat Phenazon

30b H

wR 30c

im Sinne dieser Farbreaktion rnit 4-Dime- thylaminobenzaldehyd oder +Dimethylami- nozimtaldehyd identifiziert bzw. photometrisch erfafit. Das Pyrazolinon reagiert in Analogie zu 6 x-Aromaten am C-4 rnit dem 4-Dimethylaminobenzaldehyd zum roten asymmetrischen Cyanin-Farbstoff der Struk- tur 31a. Die Reaktivitat der Doppelbindung am C-4 konnte auch durch den push-pull- Alkencharakter erklart werden. 'H-, I3C- und '5N-NMR-spektroskopische Untersu- chungen von 31a lassen vermuten, daB die p- chinoide Resonanzstruktur I1 den Grundzu- stand dieses Molekiils am besten reprasentiert [12].

In der Reaktion mit 4-Dimethylaminozimt- aldehyd entsteht der um einen Vinylchro- mophor erweiterte Cyanin-Farbstoff 32, der einen Vinylensprung von h = 87 nm (batho- chrom) aufweist.

Am Beispiel des Cyanins 31a konnte gezeigt werden, da8 es als Elektrophil rnit weiterem Phenazon zum farblosen Dipyrazolylme- than-Dikation 31b weiterreagiert und dieses schlie8lich insbesondere beim Kontakt mit Luftsauerstoff zum Cyanin 31c oxidiert wird [12]. Dies steht mit der Reaktionsfolge und dem Mechanismus vom Aldehyd-Aromat- Saure-Typ im Einklang.

Eine weitere Identitatsreaktion des Phena- zons basiert auf einer saure-katalysierten Re- aktion mit Xanthydrol. Bei dieser Reaktion erfolgt die Umsetzung des Diphenyl-carbi-

I f % I

I W 4

I1

31a Q

32 6 nols uber eine Carbenium-Ion-Zwischen- stufe im Sinne einer elektrophilen Substitution am Pyrazolinon zum 4-Xan- thylderivat 33a. In Gegenwart von Fe3+-10- nen erfolgt spontane Oxidation von 33a in das violett-rote asym. Cyanin 33b, welches die entscheidende chromogene Verbindung dieser Farbreaktion darstellt.

Schluflbemerkung

Dieser Artikel sol1 demonstrieren, dafi die meist auf dem Papier postulierten Mechanis- men des Farbreaktionstyps Aldebyd-Aro- mat-Saure durch die praparative Isolierung und strukturelle Charakterisierung von Leukobasen und Farbsalzen - ausreichende Stabilitat vorausgesetzt - sichergestellt werden konnten. Durch die Strukturkenntnisse von Zwischenstufen und Farbsalzen lafit sich dann ruckwirkend ein sinnvoller Reaktions- mechanismus aufstellen. Anhand der so ge- wonnenen Information kann bei gezielter Anderung der Reaktionsbedingungen und Konzentrationsverhaltnisse der Reaktanden die quantitative Bestimmung von Arzneimit- teln iiber eine photometrische Messung opti- miert werden.


[lo] U. Pindur, Pharm. Acta Helv. i. Druck (1982).

[11] U. Pindur, Arch. Pharm. (Weinheim) 314, 142 (1981).

. HC104

[12] U. Pindur, Arch. Pharm. (Weinheim) 313, 301 (1980).

31c

Prof. Dr . Ulf Pindur, geboren am 18. 1. 1943 in Bad Darkauhdetenland. Studium der Pharmazie und Lebensmittelchemie in Mar- burg/Lahn. Pharmazeutische Staatspriifung 1970, Lebensmittelchemische Staatspriifung 1971, Promotion zum Dr. rer. nat. Marburg (bei Prof. Dr. B. Unterhalt), Habilitation im Fach Pharmazeutische Chemie Universitat Marburg 1980, Ernennung zum Privatdo- zenten 1980, Ruf auf cine Professur fur Pharmazeutische Chemie an der Universitat Wurzburg, Ende 1980 Obernahme dieser Professur.

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Oxid. - H*SO4

33a 33b

Literatur J. Boettcher, Top. Curr. Chem. 47, l(1974).

Obersichtsaufsatze [3] H. Auterhoff und D. Braun, Arch. Pharm. (Weinheim) 306, 866 (1973).

Arbeitsgebiete: Reaktionsaufklarung von Farbreaktionen an Arzneisubstanzen insbesondere aus der Indol-Reihe. Synthese, Re- aktionsverhalten und Spektroskopie von chiralen und achiralen Aryldiindolylmethanen sowie deren kationischen Oxidationsproduk- ten. Untersuchungen zum Reaktionsverhal- ten von Pyrazolinonen mit Elektrophilen. Arzneimittelanalytik: Spurenanalyse von to- xischen Schwermetallen in Arzneimitteln rnit den Methoden der Atomabsorptionsspek- troskopie.

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[8] A. H. Jackson, P. Smith, Tetrahedron 24, 2227 (1968).

Anschrift : [ I ] K.-A. Kovar, G . Francas und R. Seidel, Arch. Pharm. (Weinheim) 310, 40 (1977). Prof. Dr. Ulf Pindur, Inst. f. Pharmazie und

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[9] U. Pindur, Monatsh. Chem. 111, 459 (1980). [2] K. Mislow, D. Gust, P. Finocchiario, R.

82 Pharmazie in unserer Zeit I 11. Jahrg. 1982 / Nr. 3

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Der Farbreaktionstyp Aldehyd-Aromat-Säure, Zwischenstufen und Farbsalze am Beispiel einiger Arzneisubstanzen. (Ein Beitrag zur Strukturaufklärung in der Arzneimittelanalytik)