Barbitursäure
Barbitursäure ist eine heterocyclische chemische Verbindung, die als Ausgangssubstanz zur Herstellung der Barbiturate und in der Analytik Verwendung findet. Die Substanz zählt zu den Derivaten des Harnstoffs, zu den Lactamen, ist ein cyclisches Ureid und gleichzeitig ein hydrierter Abkömmling des Pyrimidins.
Geschichte
Die Konstitution der Barbitursäure wurde erstmals 1864 von Adolf von Baeyer bei seinen Studien über Harnsäure erkannt.<ref>Adolf Baeyer: Untersuchungen über die Harnsäuregruppe. In: Justus Liebigs Annalen der Chemie. Band 131, Nr. 3, 1864, S. 291–302. doi:10.1002/jlac.18641310306.</ref> Er soll seine Entdeckung nach seiner Geliebten Barbara benannt haben.<ref>Vorlage:Literatur</ref> Nach anderen Quellen bekam die Barbitursäure zu Ehren der Alchemistin Barbara von Cilli (1390–1451) ihren Namen.<ref>Geschichte eines Schlafmittels. In: Pharmazeutische Zeitung.</ref>
Baeyer fand heraus, dass die Verbindung zu Harnstoff und Malonsäure hydrolysiert werden kann. Die Synthese aus diesen Abbauprodukten wurde 1879 von dem französischen Chemiker Grimaux realisiert, der diese mit Phosphoroxychlorid als wasserentziehendem Mittel reagieren ließ.<ref>Grimaux. In: Bulletin de la Societe Chimique de France, 1879, Folge 2, Band 31, S. 146. Grimaux. In: Annales de Chimie, Folge 5, Band 17, S. 277. Zitiert nach: Aufsatztitel. In: --> Beilsteins Handbuch der Organischen Chemie. Band 24. S. 467.</ref>
Nach der Synthese der Diethylbarbitursäure im Jahr 1902 und deren Anwendung unter dem Handelsnamen Veronal verbreitete sich die Verwendung der Barbitursäure, deren Eigenschaften man durch chemische Abwandlung zu verbessern versuchte.<ref>H. Orth, I. Kis: Schmerzbekämpfung und Narkose. In: Franz Xaver Sailer, Friedrich Wilhelm Gierhake (Hrsg.): Chirurgie historisch gesehen. Anfang – Entwicklung – Differenzierung. Dustri-Verlag, Deisenhofen bei München 1973, ISBN 3-87185-021-7, S. 1–32, hier: S. 16.</ref><ref>L. Bogendörfer: Über lösliche Schlafmittel der Barbitursäurereihe. In: Schweizer medizinische Wochenschrift, 1924, Band 54, S. 437 ff.</ref>
Darstellung und Gewinnung
Barbitursäure kann aus Harnstoff und einem Malonsäureester, z. B. Malonsäurediethylester, in wasserfreiem Ethanol mit darin gelöstem Natriumethanolat hergestellt werden:<ref name="Hauptmann3">Siegfried Hauptmann: Organische Chemie. 2. durchgesehene Auflage, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, 1985, S. 468, ISBN 3-342-00280-8.</ref>
Datei:Barbituric acid Synthesis V.1.svg
Eigenschaften
Für die Barbitursäure kann ein Tautomeriegleichgewicht mit einer Keto- und einer Enolform formuliert werden. In der Gasphase<ref>F. Zuccarello, G. Buemi, C. Gandolfo, A. Contino: Barbituric and thiobarbituric acids: a conformational and spectroscopic study. In: Spectrochim. Acta. A 59, 2003, S. 139–151, doi:10.1016/S1386-1425(02)00146-4.</ref><ref>V. B. Delchev: DFT ab initio study of the keto-enol tautomerism of barbituric acid. In: J. Struct. Chem. 45, 2004, S. 570–578, doi:10.1007/s10947-005-0031-8.</ref><ref>S. Ralhan, N. K. Ray: Density functional study of barbituric acid and its tautomers. In: J. Mol. Struct. THEOCHEM. 634, 2003, S. 83–88, doi:10.1016/S0166-1280(03)00260-4.</ref> und in Lösung<ref>M. Eigen, G. Ilgenfritz, W. Kruse: Eine kinetische Methode zur Untersuchung schneller prototroper Tautomerisierungsreaktionen. In: Chem. Ber. 98, 1965, S. 1623–1638, doi:10.1002/cber.19650980539.</ref><ref>K. Senthilkumar, P. Kolandaivel: Quantum chemical studies on tautomerism of barbituric acid in gas phase and in solution. In: J. Comput.-Aided Mol. Des. 16, 2002, S. 263–272, doi:10.1023/A:1020273219651.</ref> liegt das Gleichgewicht auf der Seite der Ketoform, die unter diesen Bedingungen die stabile Form darstellt.
Datei:Barbituric acid tautomerism.svg
In fester Phase existieren vier polymorphe Anhydratformen<ref name="Schmidt">M. U. Schmidt, J. Brüning, J. Glinnemann, M. W. Hützler, P. Mörschel, S. N. Ivashevskaya, J. van de Streek, D. Braga, L. Maini, M. R. Chierotti, R. Gobetto: Die thermodynamisch stabile Form von fester Barbitursäure: das Enol-Tautomer. In: Angew. Chem. 123, 2011, S. 8070–8072, doi:10.1002/ange.201101040.</ref> sowie zwei polymorphe Dihydratformen.<ref name="Clegg">G. S. Nichol, W. Clegg: A variable-temperature study of a phase transition in barbituric acid dihydrate. In: Acta Cryst. B 61, 2005, S. 464–472, doi:10.1107/S0108768105017258.</ref> Die Kristallgitter der Anhydratformen I, II und III enthalten das Ketotautomer.<ref name="Schmidt" /> Das Polymorph IV besteht aus Molekülen des Enoltautomers, welches wegen der stabilisierenden Wirkung von Wasserstoffbrücken das thermodynamisch stabile Polymorph darstellt.<ref name="Schmidt" /> Es zeigt bei 172 °C eine endotherme Festphasenumwandlung zum Polymorph II. Beide Polymorphe stehen enantiotrop zueinander.<ref name="Schmidt" /> Das Polymorph II wandelt sich bei 240 °C enantiotrop in das Hochtemperaturpolymorph III um, welches dann bei 253 °C schmilzt.<ref name="Griesser" /> Das Dihydrat bildet unterhalb von −56 °C eine monokline Tieftemperaturform.<ref name="Clegg" /> Oberhalb dieser Temperatur existiert eine orthorhombische Hochtemperaturform.<ref name="Clegg" /><ref>G. A. Jeffrey, S. Ghose, J. O. Warwicker: The Crystal Structure of Barbituric Acid Dihydrate. In: Acta Cryst. 14, 1961, S. 881–887, doi:10.1107/S0365110X61002539.</ref> Oberhalb von 30 °C dehydratisiert diese Form zur Anhydratform II.<ref name="Griesser">N. Zencirci, E. Gstrein, C. Langes, U. J. Griesser: Temperature- and moisture-depent phase changes in crystal forms of barbituric acid. In: Thermochim. Acta. 485, 2009, S. 33–42, doi:10.1016/j.tca.2008.12.001.</ref>
Wie der Name sagt, reagiert die Verbindung sauer. Ihr pKs-Wert beträgt 4,01. Daher wurde früher diskutiert, ob die Formel der Barbitursäure nicht als 2,4,6-Trihydroxypyrimidin geschrieben werden sollte. Dies ist eine tautomere Form des cyclischen Harnstoff-Derivates.
Später wurde erkannt, dass die Imid-Form selbst als Säure fungieren kann: Ihr Anion (Barbiturat) ist durch Delokalisierung der negativen Ladung stabilisiert.
Datei:Barbituric acid, acid reaction.svg
Verwendung
Barbitursäure ist selbst nicht sedativ-hypnotisch wirksam. Erst Derivate mit geeigneten Substituenten haben eine hypnotische Wirkung (siehe Barbiturate). Als erstes derartiges Barbiturat wurde 1903 Diethylbarbitursäure (Barbital) von Emil Fischer und Joseph von Mering beschrieben.<ref>E. Fischer, J. von Mering: Über eine neue Klasse von Schlafmitteln. In: Therapie der Gegenwart, 1903, Band 44, S. 97–101.</ref><ref>R. Bumm: Intravenöse Narkosen mit Barbitursäurederivaten. In: Klinische Wochenschrift, 1927, Band 6, S. 725 ff.</ref>
In der Trink- und Abwasseranalytik wird Barbitursäure als Reagenz zur kolorimetrischen Cyanidanalyse (CN−-Ion) verwendet.
Literatur
- J. R. Partington: A History of Chemistry, 1964, Band 4, S. 777; Vorlage:OCLC.
- Hans Beyer, Wolfgang Walter: Lehrbuch der Organischen Chemie. 21. Auflage. Hirzel, Stuttgart 1988, ISBN 3-7776-0438-0, S. 784.
Weblinks
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Einzelnachweise
<references />