Acidimetrie

DefinitionenReagenzlösung= Maßlösung (c, V)= Titrant, Titrator, TitransAnalysenlösung= Probelösung= TitrandNormalfaktor cistf == Titer csollUrtitersubstanzen= Direktherstellung, bzw.Einstellung der MaßlösungGewichts-ppm, (µg/g)1 ppm = 10 -4 %0.1% = 1‰ = 10 3 ppm1% = 10 4 ppmÄquivalentstoffmengen eq(mol)Stoffmengenkonzentration= Molarität, c (mol/l)neqc == n* z =nVm*zMm=M VneqÄquivalentkonzentrationn* z m*zceq= = == Normalität, c eq(mol/l) V V Mr* VMassenanteil (g/g)Massenkonzentration (g/l)ω =β=r *m*100m Gemischni*100Stoffmengenanteil x == Molprozent, x (mol/mol) ∑ niMolalitätb (mol/kg)b =mVnmLMr

Methoden zur Endpunktsanzeige• physikalisch (instrumentell): elektrochemische Indikationpotentiometrisch (Potentiometrie: potens = mächtig, metron < griech.> = Maß)• chemisch (visuell): organische Farbstoffe (Indikatoren)Bürette mit MaßlösungE (mV)kombinierteElektrodeÄP1 ÄP2 V (ml)MagnetrührerPotentiometerAm Äquivalenzpunkt ändertsich das Potential am stärksten.

Säure-Basen-Indikatoren= amphotere Verbindungen (saure/basische Eigenschaften),bei denen sich die Säure und ihre korrespondierende Base inder Farbe unterscheidenFarbumschlag erstreckt sich über einen Bereich von 1-2 pH-StufenFarbveränderungen sind auf Veränderungen in der Elektronenverteilungim Molekül zurückzuführen; durch Protonierung/Deprotonierung wird eine Mesomerie erweitert oder eingeschränkt;es treten Verschiebungen der Absorptionsmaximaim sichtbaren Bereich auf → Farbveränderungen

IndikatorauswahlStarke Säuren und starke Basen können unter Verwendungaller Indikatoren miteinander titriert werden, die zwischenMethylrot und Phenolphthalein umschlagen.Bei der Titration schwacher Säuren mit einer starken Basemuß ein Indikator angewandt werden, der im alkalischenGebiet umschlägt, z.B. Phenolphthalein.Schwache Basen lassen sich mit starken Säuren titrieren,wenn man einen Indikator verwendet, der im saurenGebiet umschlägt, z.B. Methylrot.

Phthaleine und SulfophthaleineHOR 1R 2 R 2R 1OHR 3OXR 3R 1 R 2 R 3 XpHUmschlagThymolphthalein H CH 3CH(CH 3) 2 CO 9.3-10.5Bromphenolblau Br H Br SO 23.0-4.6Bromcresolgrün Br CH 3Br SO 23.8-5.4Bromcresolpurpur CH 3H Br SO 25.2-6.8Bromthymolblau Br CH 3CH(CH 3) 2 SO 26.0-7.6Phenolrot H H H SO 26.4-8.2Thymolblau H CH 3CH(CH 3) 2 SO 28.0-9.6Cresolrot CH 3H H SO 27.0-8.6farblos-blaugelb → blauviolettgelb → blaugelb → rotviolettgelb → blaugelb → rotgelb → blaugelb → rot

PhenolphthaleinHOOOOHO- 2H2HCOH- OHOOCOOOOHCOOfarblosrot, chinoidvinyloges Carboxylat-Anionfarblos, benzoidpH-Umschlagsbereich: 8.2-10Farbumschlag: farblos → rot

Azofarbstoffe2R R 3R 1N N R 4pHR 1 R 2 R 3 R 4 rot → gelbUmschlagMetanilgelb H SO 3 Na H NHC 6 H 5 1.2-2.3Tropäolin 00 SO 3 Na H H NHC 6 H 5 1.3-3.2Dimethylgelb H H H NH(CH 3 ) 2 2.9-4.0Methylorange SO 3 Na H H NH(CH 3 ) 2 3.0-4.4Methylrot H H COOH NH(CH 3 ) 24.2-6.210.2-12rot → gelbrot → gelbrot → gelbrot → gelbgelb →orangerot

Methylorangebenzoidbenzoid/chinoidO 3 SO 3 SOHCH 3N N NCH 3HCH 3N N NHCH 3pH-Umschlagsbereich: 3.4-4.4Farbumschlag: gelb → rotDie gelbe Farbe ist auf die Azobenzenstruktur (chromophoreGruppe) zurückzuführen. Methylorange zählt zu den zweifarbigenIndikatoren.

Titrationen mit NaOH, 18 Stoffe der StofflisteStoff Endpunkt NaOH+LM (EtOH: 96%, HCl: 0.01 mol/l)Acetylsalicylsäure Phenolphthalein EtOHAmbroxol-HCl potentiometrisch EtOHChinin-HCl potentiometrisch EtOH, HClChlorpromazin-HCl potentiometrisch EtOH, HClCitronensäure Phenolphthalein H 2 ODesipramin-HCl potentiometrisch EtOH, HClDextrometorphan-HBr potentiometrisch EtOH, HClEphedrin Methylrot EtOH, HClFurosemid Bromthymolblau DMFGlibenclamid Phenolphthalein EtOHIbuprofen Phenolphthalein MeOHIndometacin Phenolphthalein AcetonMethyl-4-hydroxybenzoat potentiometrisch H 2 SO 4Nicotinsäure Phenolphthalein H 2 OPhenylbutazon Bromthymolblau AcetonPromethazin-HCl potentiometrisch EtOH, HClPropranolol-HCl potentiometrisch EtOHWeinsäure Phenolphthalein H 2 O

Gehaltsbestimmung von ASSCOOHCOONaOCOCH 3OH+2 Na + 2 OHCH 3 COONaH 2 OASSNatronlaugeNatriumsalicylatNatriumacetatWasserNa + OH+Überschußan Natronlauge MaßlösungSalzsäureH + Cl Na + Cl + H 2 ONatriumchlorid Wasserm c M V feq*r* *=z05 . mol * 180. 2g * 0. 001l* 1m =l* mol*2m = 4504 . mgASS ist Carbonsäure und Phenolester einer Carbonsäure.Sie wird mit überschüssiger Natronlauge versetzt und 1hstehen gelassen, wobei die Säurefunktion erfaßt und derEster hydrolysiert wird.

Verseifungstitration von Methylparaben1. Verseifung von Methylparaben:HOCOOCH 3 + H 2 OHOCOOH + CH 3 OHp-Methylhydroxybenzoatp-Hydroxybenzoesäure+ 2 NaOH2 H 2 O+ Na O COODianionNa2. Neutralisieren von Natronlauge mit Schwefelsäure:H2SO4+ 2 NaOH → Na2SO4+ 2H2O3. Einfache Protonierung des Phenolat-Anions:H 2 SO 4+ NaNa 2 SO 42 O COO Na+ HO COO Na2DianionMonoanion

ChlorpromazinhydrochloridChlorpromazini hydrochloridum3-(2-Chlor-10-phenothiazinyl)-N,N-dimethylpropylaminhydrochloridBase HCl FormelM r 318.9 355.35Smp. 55-58° C 179-180°C *S194-196°C **Kristalle orthorhombisch monoklinpK a o. pH 9.2-9.3 (pK a ) 3.5-4.5 (pH)Lösl.in:H 2 O ☺EtOH ☺ ☺Ether ☺ 110N32NH2ClCH 3ClCH 3* Kapillar** Mikroblock

Verdrängungstitration von Chlorpromazin-HCl1. Neutralisation der zugesetzten SalzsäureH + Cl + Na + OHÜberschußan SalzsäureMaßlösungNatronlaugeNa + Cl+ H 2 ONatriumchlorid Wasser2. CPZ-Kation wird zur CPZ-Base umgewandeltCH 3R N ClCHN CH 3+ Na + OH R + Na + Cl + H 2 O3HCH 3MaßlösungNatriumchloridCPZ-HCl Natronlauge CPZ-BaseWasser

Gehaltsbestimmung von PhenylbutazonH 9 C 4nON N OPhPhAcetonH 9 C 4nOPhenylbutazonN NPhOHPhH 9 C 4nOKetoformN NPhONaPhmesomeriestabilisiertesAnionNaNatronlauge(Maßlösung)+ + OH+H 2 OWasserEnolformm c M V feq*r* *=z01 . mol * 308. 4g * 0. 001l* 1m =1* l*molm=30.84mg

Gehaltsbestimmung von CarbonsäurenR-COOH + OH R-COO + NaCarbonsäure+ Na+ H 2 OMaßlösungNatronlaugeNatriumsalzWasser• Ibuprofen• Indometacin• Nicotinsäure•Furosemid• Weinsäure• Citronensäure

Warum titriert man im wasserfreien Medium?... bei der Titration sehr schwacher Säuren und Basenim wäßrigen Milieu die Hydrolyse der gebildeten Salzeeintritt und somit eine Titration unmöglich wird....werden sehr schwache Säuren, bzw. Basen durchTitration im nichtwäßrigen Milieu bestimmt.

Was sind sehr schwache Säuren und Basen?Unterscheiden von Konzentration (konzentriert/verdünnt;Stoffmenge pro Liter) und Säurestärke (sehr stark, stark,schwach, sehr schwach, extrem schwach; Ausmaß mit demdie Säure Protonen abgibt, Donorfähigkeit)sehr starke Säure (Base): pK s (pK B ) -1.74starke Säure (Base): pK s (pK B ) = -1.74 bis 4.5schwache Säure (Base): pK s (pK B ) = 4.5 bis 9.5sehr schwache Säure (Base): pK s (pK B ) = 9.5 bis 15.74extrem schwache Säure (Base): pK s (pK B ) 15.74

Welche Rolle spielt das Lösungsmittel?...die Acidität, bzw. Basizität der Verbindung ist eineFunktion des Lösungsmittels....saure Lösungsmittel, wird die Basizität der Basen erhöht;basische Lösungsmittel erhöhen die Säurestärke von Säuren.beachten der Säure-Base-Theorie nach BRÖNSTED

Theorie nach BrönstedSäuren geben Protonen ab = ProtonendonatorenB + H 2 O BH + OH Basekonjugiertes S/B-paarHA + H 2 O H 3 O + A Säure Base korresp.Säurekonjugiertes S/B-paarSäurekonjugiertes S/B-paarkonjugiertes S/B-paarkorresp.Säurekorresp.BaseBasen nehmen Protonen auf = Protonenakzeptorenkorresp.Base

Wie können wir die Lösungsmittel einteilen?Amphiprotisch(Ampholyte)Autoprotolyse wie bei H 2 O,d.h. EigendissoziationEisessig, Ameisensäure,konz. Schwefelsäure, PhenolLösungsmittelsauerAprotischkeine EigendissoziationNitromethanEthylendiamin, Butylamin,fl. AmmoniakbasischPyridin, Dimethylformamid,DimethylsulfoxidWasser, Methanol, Ethanol,Glykole, GlykoletherneutralDioxan, Chloroform, Aceton,Acetonitril, Acetanhydrid,Toluol, Tetrahydrofuran, Benzol

Vor- und Nachteile aprotischer Lösungsmittel• LM hat keinen nivellierenden Einfluß auf die Säure/Basenstärke• keine protolytische Spaltung entstehender Salze• wenig/unpolarer Charakter der LM• geringes Lösungsvermögen für Protolyte• Zurückdrängung der Dissoziation• Leitfähigkeit der Lösung wird soweit vermindert,daß potentiometrische Endpunktsbestimmungunmöglich wird

Autoprotolyse amphiprotischer Lösungsmittel2 H 2 O H 3 O + OH WasserHydronium-IonHydroxid-IonLösungsmittel Lyonium-Ion + Lyat-Ion(Kationensäure)(Anionenbase)2 CH 3 COOH CH 3 COOH 2 + CH 3 COO 2 HCOOH HCOOH 2 + HCOO 2 CH 3 OH CH 3 OH2 + CH 3 O 2 NH 3 NH4 + NH22 H 2 SO 4 SO 4 H3 + HSO4

Amphiprotische Lösungsmittel greifen als Reaktionsteilnehmeraktiv in den Neutralisationsprozeß ein... der kleineren Werte der relativen Dielektrizitätskonstantendes amphiprotischen Lösungsmittels...• Ionisationskonstante K I : Ionisierung unter Bildung von Ionenpaaren• Dissoziationskonstante K D : Dissoziation von Ionenpaaren in solvatisierte Ionen• Elektrolyte haben geringe K D-Werte• Aciditätskonstante K S• Basizitätskonstante K BBerücksichtigung der K I- undK D-Werte zur Errechnung der Gesamtacidität/basizität

Was sind nivellierende Effekte von Lösungsmitteln?Löst man Salzsäure oder Perchlorsäure in Wasser, so resultiert in beidenFällen eine vollständige Dissoziation. Es entsteht das Hydronium-Ion,welches jetzt die eigentlich vorliegende Säure ist. Salzsäure und Perchlorsäurezeigen in Wasser gelöst keinen deutlichen Unterschied in ihrer Stärke.HCl + H 2 O H 3 O + Cl HClO 4 + H 2 O H 3 O + ClO 4Alle starken Säuren (pKs-Wert -1.74) sind in verdünntenwäßrigen Lösungen gleich stark, d.h. ihre Lösungen gleicherKonzentration haben stets den gleichen pH-Wert. Wasser hateinen nivellierenden Einfluß auf die Stärke von Säuren.Dasselbe gilt für Basen.

Nivellierende und differenzierende LösungsmittelLösungsmittel ausreichender Acidität/Basizität, die alle Basen/Säuren ab einer gewissen Stärke als gleich stark erscheinen lassen,nennt man nivellierend.Lösen von Perchlorsäure/Salzsäure in wasserfreier Essigsäure:HClO 4 + CH 3 COOHCH 3 COOH 2 + ClO 4HCl + CH 3 COOH CH 3 COOH 2 + Cl Wasserfreie Essigsäure ist wenig dissoziiert, verhält sich wie eine Base gegenüber starken Säuren.GG liegt bei HClO 4 auf der rechten Seite, Essigsäure ist differenzierend auf die Säurestärke.Lösungsmittel, deren Basizität/Acidität und Ionisationsfähigkeitsehr gering ist, sind differenzierend.

Indikatoren zur wasserfreien TitrationOHINDIKATOR + H 3 C C ClO 4 INDIKATOR H + CH 3 COOH + ClO 4OHH 3 CCH 3 CH 3NNCH 3H 3 CNNCCCH 3 CNCH 3CH 3CH 3ClH 3 CNH 5 C 2C 2 H 5C 2 H 5ClClH 5 C 2NKristallviolett Malachitgrün BrillantgrünHOOHH 5 C 2C 2 H 5NN ONH 2HSO 4NNHONNOHNilblau A Sudanrot III Naphtholbenzein

KristallviolettDonorgruppen mit +M-Effekt, wie N(CH 3) 3, zur Übernahme pos. Ladungen(H 3 C) 2 NN(CH 3 ) 2(H 3 C) 2 NCH 3NCH 3HH 3 CCH 3 CH 3NNCH 3C+ HC+ HC- H- HN(CH 3 ) 2violettpH 6-8(Monokation,Carbenium-Ion)H 3 CNHCH 3grünpH 5-2(Dikation)H 3 CNHCH 3gelbpH < 0.5(Trikation)Man titriert auf den ersten Grünstich! Schleppender Farbwechsel,weil am ÄP neben Monokation auch Di- und Trikation vorliegen.Erst nach Überschguß an Perchlorsäure liegt gelbe Form vor.

Titrationen mit HClO 4 , 33 Stoffe der StofflisteStoff Endpunkt HClO 4 +LM MethodeAciclovir potentiometrisch Eisessig aAtropinsulfat potentiometrisch Eisessig bChinin-sulfat potentiometrisch CHCl 3 , ESA bChloroquinphosphat potentiometrisch Eisessig bCiprofloxacin potentiometrisch Eisessig aCocain-HCl Kristallviolett Eisessig, Dioxan, Hg-(II)-acetat eCodeinphosphathemihydrat Kristallviolett Eisessig, Dioxan bCoffein potentiometrisch Eisessig, ESA, Toluol aDiazepam Nilblau A ESA aDiclofenac-Na potentiometrisch Eisessig cDiphenhydramin-HCl Kristallviolett Eisessig, Hg-(II)-acetat eDoxepin-HCl Kristallviolett Eisessig, ESA bEphedrin-HCl Methylorange Hg-(II)-acetat, Aceton eEthacridinlactat Kristallviolett HCOOH, ESA bFlunitrazepam potentiometrisch Eisessig, ESA aHaloperidol Naphtholbenzein Ethylmethylketon, Eisessig aHexetidin potentiometrisch Eisessig aImipramin-HCl Metanilgelb Hg-(II)-acetat, CHCl 3 e

Titrationen mit HClO 4 , 33 Stoffe der StofflisteStoff Endpunkt HClO 4 +LM MethodeLevodopa Kristallviolett HCOOH, Eisessig, Dioxan a, cLidocain-HCl Kristallviolett Eisessig, Hg-(II)-acetat eMetoclopramid potentiometrisch Eisessig, ESA aMetoprololtartrat potentiometrisch Eisessig bMetronidazol potentiometrisch Eisessig aMorphin-HCl Kristallviolett Eisessig, Hg-(II)-acetat eNicotinamid Kristallviolett Eisessig, ESA aNitrazepam potentiometrisch ESA aPyridoxin-HCl Kristallviolett Eisessig, Hg-(II)-acetat eSaccharin-Na potentiometrisch Eisessig dTetracain-HCl Kristallviolett Eisessig, ESA, Hg-(II)-acetat eThiamin-HCl potentiometrisch HCOOH, Eisessig, ESA Hg-(II)-acetat eThiamin-NO 3 potentiometrisch HCOOH, Eisessig a,bTrimethoprim potentiometrisch Eisessig a

Fall A: Titration von freien Aminen, (Alkaloidbasen)HClO 4+ CH 3 COOHMaßlösung EssigsäurePerchlorsäureCH 3 COOH 2Acetacidium-IonClO 4Perchlorat-IonRR NRAmin+ CH 3 COOH R N HEssigsäureRR+CH 3 COOAcetat-IonCH 3 COOAcetat-IonCH 3 COOH 2Acetacidium-Ion2 CH 3 COOHEssigsäureRNH 2 oderRNHCOCH 3primäres(R 2 NH) + (CH 3 CO) 2 Obzw. + CH 3 COOH(R 2 NCOCH 3 ) EssigsäuresekundäresAminEssigsäureanhydrid

Fall B: Titration von Anionenbasen, (Alkaloid-, Metallsalze)Es erfolgt eine Protonierung des Anions. Die Anionenbase X wird titriert. X = Nitrat, Phosphat, Sulfat, Hydrogenmaleat,Hydrogentartrat, Lactat, u.a.HX: Salpetersäure, Phosphorsäure, Schwefelsäure, Apfelsäure,Weinsäure, Milchsäure, u.a.RRR N HRAnionenbaseX + CH 3 COOH 2 R N HAcetacidiumion R+CH 3 COOHEssigsäure+ HXNitrate:Phosphate:Sulfate:NOH2SO−3PO2−4+ CH COOH−43+ CH COOH+ CH COOH33+2+2→+2→HNO→H3HSO3+ CH COOHPO−443+ CH COOH+ CH COOH33

Fall C: Titration von carbonsauren Salzen• Gehaltsbestimmung von Diclofenac-NatriumClN H COOClNa+ HClN H COOHCl+ NaDiclofenac-NatriumDiclofenacFall D: Titration von Salzen NH-acider Verbindungen• Gehaltsbestimmung von Saccharin-NatriumOONNa+ HNH+NaSO OSaccharin-NatriumSO OSaccharin

Fall E: Titration von Hydrochloriden2 ClChlorid-Ionen+ Hg(OCOCH 3 ) 2 HgCl 2Quecksilber-(II)-acetat+Quecksilber-(II)-chlorid(unlöslich in Essigsäure)2 CH 3 COOAcetat-Ion2 CH 3 COOAcetat-Ion2 CH 3 COOH 2Acetacidium-Ion4 CH 3 COOHEssigsäure

Gehaltsbestimmung schwacher Säuren mit TBAH• HydrochlorothiazidH 9 C 4C 4 H 9N C 4 H 9OHC 4 H 9TetrabutylammoniumhydroxidH 2 NOSOClOSNHON24 2HH 2 NO O ODMSO S S+ R 4 N OH ON+ 2 R 4 N + 2 H 2 OCl N