Synthese und Test von „Purpald“

[mgritsch]

Synthese und Test von „Purpald“
4-Amino-3-hydrazino-5-mercapto-1,2,4-triazol, [1750-12-5], AHMT

4-Amino-3-hydrazino-5-mercapto-1,2,4-triazol ist eine heterocyclische Verbindung und wurde erstmals 1908 von Stollé und Bowles bei der Umsetzung von Thiocarbohydrazid mit Hydrazin erhalten und beschrieben^[1]. Es hat basische (Amino-/Hydrazino-Gruppe) und saure (-SH Gruppe) Eigenschaften und ist daher in verdünnten Säuren und Laugen gut löslich, ist sonst in Wasser oder den üblichen Lösemitteln schwer löslich.

Eine erste praktische Bedeutung erlangte es erst 1969 als Dickinson und Jacobsen zeigten^[2], dass alle Verbindungen, die ein Thioureido-Strukturelement enthalten (-N-CS-N-) bei Umsetzung mit einem Überschuss Hydrazin diese Verbindung in mehr oder weniger guter Ausbeute ergeben und somit durch dessen Bildung identifiziert werden können. Sie formulierten auch den Mechanismus der Reaktion.
Ein Jahr später zeigten die gleichen Autoren^[3], dass dieses Molekül hoch spezifisch mit Aldehyden zu einem tief purpur-violett gefärbten Tetrazin-Derivat weiter reagieren kann und dass darauf ein empfindlicher und selektiver Test auf Aldehyde aufgebaut werden kann. 1974 erweiterten sie die Anwendung auf eine quantitative Bestimmungsmethode im Bereich 0,5 – 5 ppm Formaldehyd^[4] und veröffentlichten auch noch mal eine optimierte Darstellungsmethode^[5].
Wann der passende Marken-Name „Purpald“ für dieses Reagenz aufgekommen ist, konnte ich nicht eruieren, aber unter diesem Handelsnamen wird es bis heute von Sigma/Merck für den Nachweis und Bestimmung von Formaldehyd genutzt und kommerziell in Kits verkauft.


Geräte:
Kolben, Rückflusskühler, Wasserbad oder temperiertes Ölbad, Magnetrührer, Bechergläser, Filternutsche


Chemikalien:
Thioharnstoff
Hydrazinhydrat 80%
Salzsäure
Natronlauge

---

4-Amino-3-hydrazino-5-mercapto-1,2,4-triazol


Hinweis:
Achtung: bei der Reaktion wird Ammoniak und giftiger Schwefelwasserstoff freigesetzt, es ist unbedingt in einem Abzug oder im Freien zu arbeiten!


Durchführung:
In einem 250 ml Rundkolben wurden 19 g (0,25 mol) Thioharnstoff und 92 ml 80% Hydrazinhydrat (1,5 mol) vorgelegt und unter Rückflusskühlung 3 Stunden im auf 100 °C temperierten Ölbad gerührt. Beim Erwärmen löste sich der Thioharnstoff bald auf, es entstand eine klare Lösung, die sich mit der Zeit immer gelblicher färbte und es entstand Gas (H₂S!) und ein weiß-gelblicher Niederschlag begann sich abzuscheiden, der immer mehr wurde.

Nach Ende der Reaktion (keine Gasbildung mehr feststellbar) wurde auskühlen gelassen und durch den Kühler 75 ml Wasser zugegeben, der Ansatz in ein Becherglas überführt und der Kolben mit wenig Wasser nachgespült. Nun wurde vorsichtig mit konz. Salzsäure bis pH ~6 neutralisiert, wobei sich mehr kristalliner Niederschlag bildete und die Farbe weiß wurde. Es kam zu weiterem Ausgasen (H₂S). Nach ein paar Stunden stehen lassen wurde abgenutscht und gut nachgewaschen, Roh-Ausbeute ca. 15 g.

Das Rohprodukt wurde in ca. 200 ml 2 M Salzsäure unter leichtem Erwärmen und gutem Rühren aufgelöst, wobei sich ein merklicher Teil nicht auflöste – hauptsächlich Schwefel der als Verunreinigung entsteht. Es wurde filtriert, mit etwas Wasser nachgewaschen und aus dem gelblichen Filtrat durch Neutralisation mit NaOH wieder das reine Produkt gefällt, abgenutscht und mit dest. Wasser nachgewaschen. Bei Fällung aus der sauren Lösung fällt es als rein weißes, feines Pulver an, das ein paar Tage an der Luft getrocknet und dann zerkleinert wurde.

Ausbeute: 10,1 g (55,3% d.Th; Literatur: 57-65%)
Die Literatur arbeitet mit 100% Hydrazinhydrat, die etwas geringere Ausbeute mag an der Verwendung von 80%igem liegen.

Test: in einem Reagenzglas wurde eine Spatelspitze des Reagenzes in ca. 3 ml 1 M NaOH aufgelöst. In einem zweiten Reagenzglas wurde 1 Tropfen Formaldehyd Lösung in ca. 5 ml Wasser verdünnt und davon ein paar Tropfen zur Reagenzlösung gegeben. Das Reagenzglas wurde mit einem Stopfen verschlossen. An der Oberfläche kann man bald erste farbige Schlieren erkennen, und nach kurzem kräftigem Schütteln damit genügend Sauerstoff in die Lösung kommt, bildet sich eine intensive, prächtige purpur-violette Färbung.


Entsorgung:
Abfälle kommen zu den halogenfreien organischen Abfällen.


Erklärung:
Thioharnstoff und Hydrazin reagieren in einem ersten Schritt zu Thiocarbohydrazid – diese Reaktion erfolgt bei allen Verbindungen, die ein Thioureido-Strukturelement enthalten analog. 2 Moleküle Thiocarbohydrazid kondensieren dann im alkalischen unter Abspaltung von Schwefelwasserstoff und Hydrazin zum Produkt :

Das Produkt kann in zwei tautomeren Formen vorliegen, deshalb ist es sowohl im Sauren (protonierte Amino- oder Hydrazid-Funktionalität) als auch im Alkalischen (deprotoniertes Thiol) recht gut löslich:

Mit Aldehyden erfolgt Kondensation zu einem (farblosen) Tetrahydrotetrazin-Derivat, das durch Sauerstoff leicht zum tiefvioletten Tetrazin-Derivat oxidiert wird (genaugenommen: ein 6-Mercapto-s-Triazolo-[4,3-b]-s-Tetrazin Derivat):

Mit Ketonen erfolgt zwar auch eine Kondensationsreaktion, da am entsprechenden C jedoch das aldehydische H fehlt kann sich hier keine Doppelbindung ausbilden und die Farbreaktion durch Oxidation unterbleibt - dementsprechend spezifisch ist das Reagenz:

Bilder:

Der Ansatz im temperierten Ölbad

Gasbildung während der Reaktion

Reaktion beendet - Abscheidung von reichlich Niederschlag im Ansatz

Rohprodukt nach Neutralisation

Sauer aufgelöst, die unlöslichen Verunreinigungen (vor allem Schwefel) schwimmen auf

Das fertige zerkleinerte Produkt

Test mit Formaldehyd: eine intensiv dunkelviolette Farbreaktion, links die Blindprobe.



Literatur:
[1] R. Stollé, P. E. Bowles, Ber. Dtsch. Chem. Ges. 1908, 41 (1), 1099–1102. DOI: https://doi.org/10.1002/cber.190804101217
[2] R. G. Dickinson, N. W. Jacobsen, Anal. Chem. 1969, 41 (10), 1324–1327. DOI: https://doi.org/10.1021/ac60279a045
[3] R. G. Dickinson, N. W. Jacobsen, J. Chem. Soc. D. 1970, (24), 1719. DOI: https://doi.org/10.1039/c29700001719
[4] N. W. Jacobsen, R. G. Dickinson, Anal. Chem. 1974, 46 (2), 298–299. DOI: https://doi.org/10.1021/ac60338a039
[5] R. G. Dickinson, N. W. Jacobsen, Organic Preparations and Procedures International. 1974, 6 (3), 156–157. DOI: https://doi.org/10.1080/00304947409355092

[aliquis]

Wo liegt der Vorteil gegenüber klassischen Reagenzien wie Fuchsinschwefliger Säure? Die colorimetrische Verwendbarkeit?
Reagiert es auch mit aromatischen Hydroxyaldehyden und ungesättigten Aldehyden?

[mgritsch]

Wo liegt der Vorteil gegenüber klassischen Reagenzien wie Fuchsin-Schwefliger Säure?

Einfachere Zubereitung des Reagenz, kein stechend riechendes SO2, Lagerfähigkeit, zuverlässigere Quantifizierung (die "Fuchsine" sind meist keine gut definierten Reinstoffe -> Restfarbe), IMHO auch größere Empfindlichkeit, auf manche Aldehyde spricht Fuchsin-Schweflige Säure nicht an, dafür gibt es andere Stoffe die bei Fuchsin-Schweflige Säure falsch positiv anschlagen bis hin zu einer gewissen Empfindlichkeit auf pH und Verlust an SO2.

Es regiert mit allen Aldehyden, bei sterisch gehemmten kann es etwas länger dauern.

[aliquis]

dafür gibt es andere Stoffe die bei Fuchsin-Schweflige Säure falsch positiv anschlagen

Welche?

[mgritsch]

Zb alles was Sulfit oxidieren kann.

[aliquis]

Ich finde, das Rot des Fuchsins ist mit dem Blauviolett des positiven Tests nicht vergleichbar. Eine bloße Rückoxidation der farblosen Form, die mir so noch nie passiert ist, würde sich dadurch verraten.

Hauptvorteile von Purpald scheinen dann wirklich die bessere colorimetrische Eignung sowie die ausnahmslose Empfindlichkeit auf alle Aldehyde zu sein.

[lemmi]

Schön! Die komische Bezeichnung "Purpald" ist wahrscheinlich aus Purpur + Aldehyd geformt. War das mal ein Markenname (So wie "Titriplex" für EDTA)?

Ich finde, das Rot des Fuchsins ist mit dem Blauviolett des positiven Tests nicht vergleichbar.

Findest du es gibt ein wesentlichen Unterschied zwischen rot gewordenem Schiff'schen Reagenz und Fuchsin? Ist mir noch nie aufgefallen!

[Uranylacetat]

Sehr interessant und eine schöne violette Farbe. Purpald war wohl anfangs ein geschützter Markenname für dieses auf schon kleinste Mengen Formaldehyd (Methanal) ansprechende Reagenz.

Purpald (Hopps, 2000) (4-Amino-5-hydrazino-1, 2, 4-triazol-3thiol) ist eine Klasse chromogener Wirkstoffe, die spezifisch mit Aldehyden reagiert und Purpurkomplexe bildet. Dabei handelt es sich um Komplexierungsprodukte mit Aldehyden, die eine charakteristische Absorption bei 528 nm aufweisen. Gefunden per Google ....

Fuchsinschwefligsäure habe ich auch als Reagenz genutzt.

[(die "Fuchsine" sind meist keine gut definierten Reinstoffe -> Restfarbe),

Kann ich bestätigen. Ich hatte mal vom Apotheker anno dazumal von drei Herstellern nicht verbrauchte ältere kleine Reagenzsätze nach DAB geschenkt bekommen. Die Restfarbe war bei Merck am geringsten.

[aliquis]

Also, ich habe Fuchsin sowohl als fertige Lösung von euromex für die Mikroskopie sowie auch (seinerzeit irgendwann mal über etsy bei einem polnischen Händler bestellt) als Pulver in meiner Sammlung. Davor hatte ich ein fast 35 Jahre altes Pulver, dass ich früher mal in der Apotheke gekauft habe, als das noch möglich war.
Mit allen drei Tranchen hatte ich nie irgendwelche Probleme bei der Schiffschen Probe und ich konnte auch keine signifikanten Unterschiede im Farbverhalten als Reagenz feststellen.
Die wässrige Lösung wird sicher nicht ewig halten, ist aber eh bald verbraucht. Im Vergleich zu einer selbsthergestellten Lösung aus dem Pulver ist sie völlig überteuert gewesen. Würde ich so nicht noch mal kaufen.

[aliquis]

Findest du es gibt ein wesentlichen Unterschied zwischen rot gewordenem Schiff'schen Reagenz und Fuchsin? Ist mir noch nie aufgefallen!

Ja (oben: reine Fuchsin-Lösung, unten positiver Test mit Fuchsinschwefliger Säure):

[mgritsch]

War das mal ein Markenname (So wie "Titriplex" für EDTA)?

Wann der passende Marken-Name „Purpald“ für dieses Reagenz aufgekommen ist, konnte ich nicht eruieren, aber unter diesem Handelsnamen wird es bis heute von Sigma/Merck für den Nachweis und Bestimmung von Formaldehyd genutzt und kommerziell in Kits verkauft.

Das ist nach wie vor der geläufige Markenname, siehe https://www.sigmaaldrich.com/AT/de/prod ... ich/162892
Oder https://www.chemetrics.com/product-cate ... maldehyde/
Unter der chemischen Bezeichnung dürfte es eher schwierig käuflich zu finden sein.

[mgritsch]

Mit allen drei Tranchen hatte ich nie irgendwelche Probleme bei der Schiffschen Probe und ich konnte auch keine signifikanten Unterschiede im Farbverhalten als Reagenz feststellen.

Das ist eher ungewöhnlich. Meist verbleibt eine mehr oder weniger starke gelb-braune-rötliche rest-Farbe und offizielle Herstellungsvorschriften sehen dementsprechend eine Behandlung mit Aktivkohle vor.

[aliquis]

Bei Zugabe der Säure zur Fuchsin-Lösung erhalte ich die schmutzig-gelbe Färbung. Die verschwindet nach Zugabe von Sulfit aber allmählich, bis eine völlig klare farblose Flüssigkeit zurückbleibt (Aktivkohle-Filtration nicht erforderlich), die nun einsatzbereit zur Schiffschen Probe ist.
Die Fuchsinschweflige Säure bereite ich stets frisch und zeitnah zum Einsatz zu. Mit einer Rückoxidation hatte ich in dem Zuge wie gesagt noch nie zu tun. Auch stellte sich niemals die Ausgangsfarbe im Zuge der Probe wieder ein. Bei einem positiven Test war das Reagenz stets bläulich mit einem mehr oder weniger kräftigen Stich ins Violette.

[mgritsch]

Wundert mich ja dass du mit so krebserregendem Zeug umgehst.
https://de.m.wikipedia.org/wiki/Fuchsin -> H351
„1895 wurde Fuchsin erstmals als Auslöser für Blasenkrebs beschrieben.“

[aliquis]

Wundert mich ja dass du mit so krebserregendem Zeug umgehst.

Davon betroffen ist nur der kleine Anteil von Parafuchsin. Und in Lösung ist der ja nochmals deutlich verdünnt.
Wenn man auf Fuchsinschweflige Säure verzichten wollte, dürfte selbst 0,1 %ige Phenolphthaleinlösung nicht mehr an Schulen verwendet werden.
Ich denke, das nachzuweisende Aldehyd ist meist deutlich gefährlicher als das Fuchsin...
Deshalb kommt der Test bei mir ohnehin fast nur im Freien zum Einsatz (erklärt auch die schlechte Bildqualität wegen der Lichtverhältnisse). Da sind die Risiken durch Fuchsin seeehr überschaubar...
Bei Deinem Hydrazin-Hydrat würde ich mir deutlich mehr Gedanken machen...
Als ich vergangenen Sommer Hydrazin-Sulfat hergestellt habe, habe ich selbst im Freien nur mit Gasmaske im Gesicht und dicken Schutzhandschuhen an den Händen (die ich fortlaufend in ein Dekontaminationsbad getaucht habe) gearbeitet: sehr anstrengende Sicherheitsvorkehrungen, die die Synthese (mit zudem geringer Ausbeute) über viele Stunden hingezogen haben - würde ich so nicht nochmal machen. Ich denke daher darüber nach, mir noch ein paar Gramm Hydrazinsulfat bei einem polnischen Händler mit deutscher Versanddependance zu bestellen.

Ich habe aber in der Tat eine ungewöhnliche Entspanntheit gegenüber Karzinogenen, mit denen ich bereits in meiner Jugend folgenlos umgegangen bin. Dichromat, Cobaltsalze, Phenolphthalein, Acetaldehyd etc. empfinde ich daher gar nicht als so problematisch (natürlich gehe ich mit dem nötigen Respekt und unter den erforderlichen Vorsichtsmaßnahmen damit um, auf größere Synthesen unter deren Verwendung verzichte ich meist...). Mit den Jahren aus meiner Sammlung rausgeflogen sind eigentlich nur Benzol/Nitrobenzol/Anilin, Nickelsalze und die meisten Halogenkohlenwasserstoffe wie z. B. Trichlorethylen.
Bevor derartige Substanzen neu Einzug in meine Sammlung halten, überdenke ich diese Entscheidung häufig aber tatsächlich sehr lange. Am meisten Chance bekommen diejenigen CMRs, die ich noch innerhalb meines Labor wieder unschädlich machen kann, wie z. B. Bromat oder - jetzt gerade aktuell - Thioacetamid.