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F: Betreff: Reaktionsmechanismen bei der cerimetrischen Bestimmung des Paracetamolgehalts in Tabletten

Guten Tag,
ich habe ein Problem mit meiner Facharbeit, bei dem Sie mir hoffentlich helfen können. Die Versuchsbeschreibung des Europäischen Arzneibuchs zur Gehaltsbestimmung von Paracetamol wirft bei mir trotz intensiver Literaturarbeit noch einige Fragen auf. Hier erst einmal die Anleitung:

1.) 0,3g Substanz werden in einer Mischung von 10ml Wasser und 30ml verdünnter Schwefelsäure gelöst. Die Lösung wird 1h zum Rückfluss erhitzt und nach dem Abkühlen mit Wasser zu 100ml verdünnt.
2.) 20ml dieser Lösung werden mit 40ml Wasser, 40g Eis, 15ml verdünnter Salzsäure und 0,1ml Ferroin-Lösung versetzt und mit Cer(IV)-sulfat-Lösung (0,1mol/l) bis zum Farbumschlag nach grünlich-gelb titriert.

Dass das Erhitzen die Hydrolyse von Paracetamol unter Anwesenheit von H+-Ionen und Wasser bezwecken soll, ist mir bewusst. Es entsteht p-Aminophenol, welches dann durch die Redoxtitration mit Cer(IV)-Ionen quantitativ nachgewiesen werden kann. Es entstehen dadurch Cer(III)-Ionen und p-Chinonimin. Ich benötige jetzt die genauen Reaktionsmechanismen dieser Reaktionen, die aus der Internetquelle, der ich dieses Wissen entnommen habe, nicht hervorgehen. Dort waren auch keine Literaturverweise angegeben.
Desweiteren sind mir die Funktionen einiger Stoffe der Versuchsbeschreibung unklar. Ich würde gerne wissen, wozu so oft mit Wasser verdünnt wird, und wozu im Schritt 2 das Eis und die Salzsäure dienen (es ist ja schon alles sauer, auch die Cersulfat-Lösung wird ja mit Schwefelsäure versetzt).

Ich habe keine Idee, in welcher Literatur ich diese, ja teilw. auch speziellen Fragen, beantwortet finden könnte. Da es sich hierbei ja um eine Facharbeit handelt, die auch selbst erarbeitet werden soll, würde ich mich anstatt einer Beantwortung der Probleme auch sehr über Literaturverweise freuen.

Vielen herzlichen Dank schon im Vorraus
...

A: 1. Der Mechanismus ist eine Redoxreaktion unter Abspaltung von 2 e^- und zwei Protonen. Es besteht eine Analogie zum System Hydrochinon -> Benzochinon (-> Foto-Webseiten).
2. Die Salzsäure müssen Sie zugeben, weil Sie (wie Sie selbst anmerken) die anfängliche Schwefelsäurelösung stark verdünnen.
3. Die Verdünnung ist notwendig, damit Sie nicht soviel an Chemikalien verbrauchen und entsprechend weniger Abfall erzeugen.

F: Ich habe jetzt den Versuch zwecks Bestimmung des Paracetamolgehalts in Thomapyrin-Tabletten durchgeführt. Allerdings war auch bei einem zweiten Durchlauf keineswegs eine Verfärbung nach grünlich-gelb festzustellen, sondern eher ein langsamer Farbwechsel nach braun ohne festen Umschlagpunkt. Woran liegt das? Nach meiner Überlegung ist ein Umschlag nach gelb auch eher unwahrscheinlich, denn die Versuchsanleitung wurde korrekt durchgeführt, was bedeutet, dass in der Lösung Salicylsäure, p-Aminophenol, Coffein und Ferroin-Lösung vorhanden sind. Liegt die "falsche" Endfarbe an dem Coffein und der Salicylsäure? Beide bleiben letztlich farblos, Salicylsäure ist nach eigenen Überlegungen nicht weiter ohne weiteres oxidierbar (oder irre ich mich hier?) und Coffein wird, wie ich gelesen habe, durch Titration mit Perchlorsäure bestimmt, was ein wesentlich stärkeres Oxidationsvermögen besitzt als Cer(IV)-sulfat. p-Aminophenol wird bei Oxidation zu p-Chinonimin, welches laut ihrer Versuchsanleitung "Bunte Farben aus weißen Pulvern" gelbbraun wird. Auch die Ferroin-Lösung als Indikator geht beim Aufbrauchen des p-Aminophenols von rot zu blau über. Mir ist völlig unerklärlich, wie da eine Gelbfärbung zustande kommen sollte. Selbst wenn man reines Paracetamol nimmt, müsste das entstehende braune p-Chinonimin und das blauwerdende Ferroin alles andere als gelb werden. Und Cer(III)-Ionen sind auch farblos. Allerdings halte ich auch die Angaben des Europäischen Arzneibuches für glaubwürdig. Haben sie eine Erklärung dafür?

A: Die Farbe Braun ist immer ein Hinweis auf "Kuddelmuddel". Bei diesem vielen Begleitstoffen muss ich auch passen. Trennen Sie die vorher ab, z. B. chromatographisch. Ich empfehle aber eine Anfrage an Thomae.

512
F: Sehr geehrter Herr Blume,
auf Ihrer hab ich sehr gute Informationen zu meiner Facharbeit über den Bleiakkumulator gefunden. So auch den Versuch "Recycling von Bleiakkuschrott". Leider weiß mein Lehrer nicht wieso die Auflösung von Bleisulfat in einer Zuckerlösung beschleunigt wird und möchte dieses in der Facharbeit ausführlich erklärt haben, das Problem ist, dass ich auch nicht weiß wieso. Deshalb bitte ich Sie, ob Sie mir dies in einer e-mail erklären könnten.

A: Es handelt sich um die Zersetzung eines schwerlöslichen Niederschlags unter Komplexbildung. Das beschreiben wir doch ausführlich.
Das ist das Analoge wie bei der Zersetzung von Silberchlorid durch Ammoniak. Sie können natürlich viel über Entropiezunahme und Freie Energie fabulieren. Aber das ist hier wohl nicht gefragt.
Wenn Ihr L. das nicht versteht, sollte er nicht solche Themen herausgeben...

513
F: Betreff: facharbeit über LSD

desweitern wollte ich sie fragen ob sie mir vielleicht sagen könnten unter welchen aspekten man über das thema in einer facharbeit des fachs chemie schreiben könnte.

eine letzte sehr wichtige frage hätte ich noch. unzwar gibt es bei unserer facharbeit den hauptanforderungsbereich, der anwendung von kenntnissen. üblicherweise wird dies mit einem versuch gemacht. da ich ja aber verständlicherweise mit LSD keine versuche machen kann, wollte ich sie fragen ob sie vielleicht wissen, was man anstelle davon machen könnte?

über eine baldige antwort würde ich mich sehr freuen. ich danke ihnen im voraus schon mal für ihre bemühungen. ich weiß das zu schätzen. Mit freundlichem gruß ...

A: Wer zum Teufel gibt eigentlich solche Themen für eine Facharbeit aus?
Wie Sie richtig anmerken, gibt es dazu eine Unmenge Papers, darunter auch eine Menge Junk-Literatur.
Mit LSD und der Vorstufe Lysergsäure dürfen Sie schon aus Gründen der Drogen-Gesetzgebung gar nicht experimentieren. Sie dürfen davon nicht einmal etwas besitzen...
Für die praktische Chemie im Schullabor habe ich deshalb keine Tipps, es sei denn, Sie wechseln das Thema und befassen sich mit ungefährlichen Substanzen wie Chinin oder Coffein. Daran können Sie auch experimentell zeigen, wie Alkaloide allgemein beschaffen sind. Dazu haben wir Texte (siehe Tipp des Monats).
Ansonsten bleibt Ihnen nur eine sozialwissenschaftliche Studie, angereichert mit historischen und tafelchemischen Darstellungen: Was sind Mutterkorn, Lysergsäure sowie LSD?

514
F: Betreff: purpurschnecken

Sehr geehrter Herr Blume,
Mein Name ist ..., ich besuche die 12 Klasse des ... Bad Reichenhall und ich habe Ihren Artikel über Purpurschnecken gelesen.
Mein Chemielehrer hat mir als Facharbeitsthema angeboten Purpurschnecken zu untersuchen und wie auch in Ihrem Versuch beschrieben, ein Stück Stoff zu färben.
Bevor ich dieses Thema aber nehmen kann, muss ich wissen, ob ich diese Meeresschnecken überhaupt besorgen kann.
Ich wollte Sie fragen, ob es die Schnecken wie von Ihnen geschrieben (noch) auf dem Hamburger Fischmarkt gibt und ob Sie mir einige Kontakte nennen können an die ich mich wenden könnte. Wenn Sie Kontakte zu Händlern auf dem Hamburger Fischmarkt haben oder von anderen Personen die mir helfen können, dann geben Sie mir diese bitte.
Ich hoffe bald von Ihnen zu hören

A: Leider negativ. Aber machen Sie doch mal eine schöne Exkursion nach Hamburg. Oder auf die griechischen Inseln! Da war doch vor kurzem eine Schmonzette im Fernsehen: Bayerische Almbäuerin (Christiane Hörbiger) trifft in Hamburg Fischhändler (Götz George)...
Spaß beiseite: Ich kann Ihnen leider nicht weiterhelfen.

515
F: Betreff: Frage zur elektrochemischen Herstellung von Fluor

Sehr geehrter Herr Blume,
Ich mache eine Facharbeit in Chemie und habe folgendes Problem:
Warum kann man elementares Fluor nicht elektrochemisch aus ein wässrigen Salz- Lösung herstellen?
Ich denke dass es nicht funktioniert, weil das Fluor das höchste Standartpotential hat und somit das Wasser zersetzt. Bei der Elektrolyse würde dann bei der Anode nicht das Fluor sondern Sauerstoff entstehen.
Bei Natriumfluorid wäre dann:
NaF + H2O -> HF + NaOH
Kathode: Na + e- -> Na
Anode: 2 H2O + O2 + 4 e- -> 4 OH-
Stimmen meine Ansätze?
Ich wäre Ihnen für Ihren fachlichen Rat sehr dankbar!

A: Zunächst einmal ist Ihre Sammlung von Gleichungen nicht richtig. So stehen z. B. bei Anode und Kathode beide Male die Elektronen auf der Eduktseite. Sie haben beide Male Reduktionen hingeschrieben.

Ihr Denkansatz, dass sich zunächst Fluor und Na abscheiden, die dann mit Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff reagieren, ist falsch, wenn auch in Schulen immer noch weit verbreitet.

Bei der Elektrolyse scheidet sich entsprechend der Standard-Potentiale alles nacheinander ab. Die F-Ionen sind wesentlich elektronegativer als die OH-Ionen. Das zeigen schon die Standardpotentiale: OH-Ionen 1,23 V, und F-Ionen 3,06 V.
So werden an einer Platin- oder Eisenelektrode aus Wasser zuerst der Sauerstoff und der Wasserstoff entlassen:

Anode: 2 H₂O ———> 4 H⁺ + O₂ + 4 e^-

    oder: 4 OH^- ———> 2 H₂O + O₂ + 4 e^-

Kathode: 4 H⁺ + 4 e^- ———> 2 H₂

Wässrige Fluorid-Lösungen oder HF-Lösungen können Sie mit dem Ziel zur Fluorsynthese nicht einsetzen. Man nimmt stattdessen wasserfreies HF, in dem man zur Erhöhung der Leitfähigkeit KF auflöst.

Hinzu kommt nämlich noch, dass die Abscheidung einzelner Spezies nicht nur vom Stoff, sondern auch von dessen Konzentration, Zustand (gelöst oder geschmolzen) und dazu noch vom Elektrodenmaterial abhängig ist. Deshalb geht das, was beim NaF nicht möglich ist, durchaus mit NaCl, dessen Chlorid-Ionen wesentlich weniger elektronegativ sind als die Fluorid-Ionen.

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