Fluorescein
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| Namen | |
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| Aussprache | /flʊəˈrɛsi.ɪn, flʊəˈrɛsiːn/ |
| IUPAC-Bezeichnung
3′,6′-Dihydroxyspiro[isobenzofuran-1(3H),9′-[9H]xanthen]-3-one
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| Andere Namen
Fluorescein, Resorcinolphthalein, C.I. 45350, solvent yellow 94, D & C yellow no. 7, angiofluor, Japan yellow 201, soap yellow
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| Kennzeichnungen | |
3D-Modell (JSmol)
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| ChEBI | |
| ChEMBL | |
| ChemSpider | |
| Arzneimittelbank | |
| EC-Nummer |
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| KEGG | |
| MeSH | Fluorescein |
PubChem CID
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| UNII | |
InChI
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SMILES
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| Eigenschaften | |
Chemische Formel
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C20H12O5 |
| Molekulare Masse | 332,311 g-mol-1 |
| Dichte | 1,602 g/ml |
| Schmelzpunkt | 314 bis 316 °C (597 bis 601 °F; 587 bis 589 K) |
Löslichkeit in Wasser
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Geringfügig |
| Pharmakologie | |
ATC-Code
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S01JA01 (WHO) |
| Gefahren | |
| GHS-Kennzeichnung: | |
Piktogramme
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Signalwort
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Warnhinweis |
Gefahrenhinweise
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H319 |
Sicherheitshinweise
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P305, P338, P351 |
Wenn nicht anders angegeben, gelten die Daten für Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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Infobox Referenzen
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Fluorescein ist eine organische Verbindung und ein Farbstoff. Es ist als dunkeloranges/rotes Pulver erhältlich, das in Wasser und Alkohol leicht löslich ist. Es wird als fluoreszierender Tracer für viele Anwendungen eingesetzt. ⓘ
Die Farbe seiner wässrigen Lösungen ist grün in der Reflexion und orange in der Transmission, wie z. B. bei Wasserwaagen, bei denen Fluorescein als Farbstoff dem Alkohol zugesetzt wird, der das Rohr füllt, um die Sichtbarkeit der darin enthaltenen Luftblase zu erhöhen (und damit die Genauigkeit des Instruments zu verbessern). Stärker konzentrierte Fluoreszeinlösungen können sogar rot erscheinen. ⓘ
Es steht auf der Liste der unentbehrlichen Arzneimittel der Weltgesundheitsorganisation. ⓘ
| Strukturformel ⓘ | |||||||||||||||||||
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| Allgemeines | |||||||||||||||||||
| Name | Fluorescein | ||||||||||||||||||
| Andere Namen |
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| Summenformel | C20H12O5 | ||||||||||||||||||
| Kurzbeschreibung |
rote Kristalle | ||||||||||||||||||
| Externe Identifikatoren/Datenbanken | |||||||||||||||||||
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| Arzneistoffangaben | |||||||||||||||||||
| ATC-Code | |||||||||||||||||||
| Eigenschaften | |||||||||||||||||||
| Molare Masse | 332,32 g·mol−1 | ||||||||||||||||||
| Aggregatzustand |
fest | ||||||||||||||||||
| Schmelzpunkt |
314–316 °C (Zersetzung) | ||||||||||||||||||
| Löslichkeit |
nahezu unlöslich in Wasser, leicht löslich in Ethanol, DMSO, Diethylether und Alkalien | ||||||||||||||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||||||||||||||
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| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. | |||||||||||||||||||
Verwendet
Fluorescein-Natrium, das Natriumsalz von Fluorescein, wird in großem Umfang als diagnostisches Hilfsmittel in der Augenheilkunde und Optometrie verwendet, wo topisches Fluorescein bei der Diagnose von Hornhautabschürfungen, Hornhautgeschwüren und herpetischen Hornhautinfektionen eingesetzt wird. Es wird auch bei der Anpassung von starren, gasdurchlässigen Kontaktlinsen verwendet, um die Tränenschicht unter der Linse zu beurteilen. Es ist in sterilen Einwegbeuteln mit fusselfreien Papierapplikatoren erhältlich, die mit Fluorescein-Natrium-Lösung getränkt sind. ⓘ
Der Thyroxinester von Fluorescein wird zur Quantifizierung der Thyroxinkonzentration im Blut verwendet. ⓘ
Fluorescein ist auch als Farbzusatz (D&C Yellow No. 7) bekannt. Die Dinatriumsalzform von Fluorescein ist als Uranin oder D&C Yellow No. 8 bekannt. ⓘ
Fluorescein ist ein Vorläufer des roten Farbstoffs Eosin Y durch Bromierung. ⓘ
Sicherheit
Die orale und intravenöse Verabreichung von Fluorescein kann zu unerwünschten Reaktionen führen, darunter Übelkeit, Erbrechen, Nesselsucht, akute Hypotonie, Anaphylaxie und damit verbundene anaphylaktoide Reaktionen, die zu Herzstillstand und plötzlichem Tod aufgrund eines anaphylaktischen Schocks führen. ⓘ
Bei der intravenösen Anwendung wurden die meisten Nebenwirkungen, einschließlich des plötzlichen Todes, gemeldet, was jedoch eher auf eine stärkere Anwendung als auf ein höheres Risiko zurückzuführen sein könnte. Sowohl bei oraler als auch bei topischer Anwendung wurde über Anaphylaxie berichtet, einschließlich eines Falles von Anaphylaxie mit Herzstillstand (Wiederbelebung) nach topischer Anwendung in Augentropfen. Die gemeldeten Raten unerwünschter Wirkungen schwanken zwischen 1 % und 6 %. Die höheren Raten spiegeln möglicherweise Studienpopulationen wider, die einen höheren Prozentsatz von Personen mit früheren unerwünschten Wirkungen umfassen. Das Risiko einer unerwünschten Reaktion ist 25-mal höher, wenn die betreffende Person bereits eine unerwünschte Reaktion erlitten hat. Das Risiko kann durch die vorherige (prophylaktische) Einnahme von Antihistaminika verringert werden und eine sofortige Notfallbehandlung einer eventuell auftretenden Anaphylaxie. Ein einfacher Pricktest kann helfen, Personen mit dem größten Risiko für eine unerwünschte Reaktion zu identifizieren. ⓘ
Chemie
Die Fluoreszenz dieses Moleküls ist sehr intensiv; die Spitzenanregung liegt bei 494 nm und die Spitzenemission bei 521 nm. ⓘ
Fluorescein hat einen pKa-Wert von 6,4, und sein Ionisierungsgleichgewicht führt zu pH-abhängiger Absorption und Emission im Bereich von 5 bis 9. Außerdem liegen die Fluoreszenzlebensdauern der protonierten und deprotonierten Formen von Fluorescein bei etwa 3 und 4 ns, was eine pH-Bestimmung anhand von nicht-intensitätsbasierten Messungen ermöglicht. Die Lebenszeiten können durch zeitkorrelierte Einzelphotonenzählung oder Phasenmodulationsfluorimetrie wiederhergestellt werden. ⓘ
Fluorescein hat einen isosbestischen Punkt (gleiche Absorption für alle pH-Werte) bei 460 nm. ⓘ
Fluorescein kommt in zwei verschiedenen Strukturen vor. Die stabilere ist dabei die offene Carbonsäure-Form, die im festen Zustand als rote Kristalle vorliegt. Daneben existiert noch die Spiro-Lacton-Form, die eine instabile, gelbe Verbindung bildet.
- Absorptionsmaximum: 485 nm (pH 9)
- Extinktionskoeffizient: 93 000 l·cm−1·mol−1 (pH 9)
- Emissionsmaximum: 514 nm (pH 9)
- Quantenausbeute: 0,93 (50 µmol Fluorescein in 0,1 mol Natriumboratpuffer, pH 9,5)
- Fluoreszenzlebensdauer: 4,16 ns (Dianion in Natronlauge) ⓘ
Derivate
Es sind zahlreiche Derivate von Fluorescein bekannt. Beispiel
- Fluoresceinisothiocyanat 1, oft als FITC abgekürzt, weist eine Isothiocyanatgruppe (-N=C=S) als Substituent auf. FITC reagiert mit den Amingruppen vieler biologisch relevanter Verbindungen, einschließlich intrazellulärer Proteine, und bildet eine Thioharnstoffbindung.
- Succinimidylester-modifiziertes Fluorescein, d. h. NHS-Fluorescein, ist ein weiteres gängiges aminreaktives Derivat, das Amidaddukte ergibt, die stabiler sind als die oben genannten Thioharnstoffe.
- Andere: Carboxyfluorescein, Carboxyfluorescein-Succinimidylester, Pentafluorphenylester (PFP), Tetrafluorphenylester (TFP) sind weitere nützliche Reagenzien. ⓘ
Bei der Oligonukleotidsynthese werden verschiedene Phosphoramidit-Reagenzien, die geschütztes Fluorescein enthalten, z. B. 6-FAM-Phosphoramidit 2, für die Herstellung von fluoresceinmarkierten Oligonukleotiden verwendet. ⓘ
Das Ausmaß, in dem Fluoresceindilaurat unter Bildung von Laurinsäure abgebaut wird, kann als Maß für die Aktivität der Pankreas-Esterase nachgewiesen werden. ⓘ
Synthese
Im Jahr 2000 wurden ca. 250 Tonnen/Jahr hergestellt. Das Verfahren beruht auf der Verschmelzung von Phthalsäureanhydrid und Resorcin, ähnlich dem von Adolf von Baeyer 1871 beschriebenen Weg. In einigen Fällen werden Säuren wie Zinkchlorid und Methansulfonsäure eingesetzt, um die Friedel-Crafts-Reaktion zu beschleunigen. ⓘ
Forschung
Fluorescein ist ein Fluorophor, das häufig in der Mikroskopie, in einer Art Farbstofflaser als Verstärkungsmedium, in der Forensik und Serologie zum Nachweis latenter Blutflecken und in der Farbstoffrückverfolgung verwendet wird. Fluorescein hat ein Absorptionsmaximum bei 494 nm und ein Emissionsmaximum bei 512 nm (in Wasser). Die wichtigsten Derivate sind Fluoresceinisothiocyanat (FITC) und, in der Oligonukleotidsynthese, 6-FAM-Phosphoramidit. ⓘ
Biowissenschaften
In der Zellbiologie wird das Isothiocyanat-Derivat von Fluorescein häufig zur Markierung und Verfolgung von Zellen in der Fluoreszenzmikroskopie verwendet (z. B. in der Durchflusszytometrie). An Fluorescein können auch zusätzliche biologisch aktive Moleküle (z. B. Antikörper) gebunden werden, so dass Biologen das Fluorophor gezielt auf bestimmte Proteine oder Strukturen in den Zellen richten können. Diese Anwendung ist beim Hefe-Display üblich. ⓘ
Fluorescein kann auch mit Nukleosidtriphosphaten konjugiert und enzymatisch in eine Sonde für die In-situ-Hybridisierung eingebaut werden. Die Verwendung von Fluorescein-Amidit (siehe unten rechts) ermöglicht die Synthese von markierten Oligonukleotiden für den gleichen Zweck. Bei einer anderen Technik, den so genannten molekularen Baken, werden synthetische, mit Fluorescein markierte Oligonukleotide verwendet. Fluorescein-markierte Sonden können mittels FISH abgebildet oder durch Antikörper in der Immunhistochemie aufgespürt werden. Letzteres ist eine gängige Alternative zu Digoxigenin, und beide werden zusammen zur Markierung von zwei Genen in einer Probe verwendet. ⓘ
Intravenös oder oral verabreichtes Fluorescein wird bei der Fluorescein-Angiografie in der Forschung und zur Diagnose und Kategorisierung von Gefäßerkrankungen wie Netzhauterkrankungen, Makuladegeneration, diabetischer Retinopathie, entzündlichen Augenerkrankungen und intraokularen Tumoren eingesetzt. Es wird auch zunehmend bei Operationen von Hirntumoren eingesetzt. ⓘ
Verdünnter Fluorescein-Farbstoff wurde verwendet, um multiple muskuläre Ventrikelseptumdefekte bei Operationen am offenen Herzen zu lokalisieren und das Vorhandensein von Restdefekten zu bestätigen. ⓘ
Geowissenschaften
Das wasserlösliche Natriumsalz des Fluoresceins trägt den Namen Uranin (gleiche C.I.-Nummer 45350, Summenformel C20H10Na2O5) und ist ein vielfältig verwendeter gelber, unter UV- und Tageslicht grün fluoreszierender Farbstoff. ⓘ
Uranin besitzt in wässriger Lösung ein enormes Färbevermögen (so führt gegen einen weißen Hintergrund bereits eine Uraninkonzentration von 0,1 mg/l zu einer sichtbaren Verfärbung). ⓘ
So kann bei Schiffbrüchigen beziehungsweise nach Notwasserungen mit einer Menge von lediglich 500 g Uranin eine Meeresfläche von ca. 4000 m² auffällig gefärbt und somit die Entdeckung durch Suchtrupps, gerade aus der Luft, erleichtert werden. ⓘ
Der Farbstoff wird weiterhin vielfältig eingesetzt, insbesondere zum Einfärben von Schaumbädern, Badezusätzen, Shampoos, Kosmetika und Frostschutzmitteln für Autokühler, um Leckagen im Kühlsystem mittels einer UV-Lampe leicht orten zu können. Ist die Abdichtung zwischen Kühlsystem und Brennraum undicht, lässt sich der Farbstoff sogar am Auspuff nachweisen. Ferner nutzt man es auch bei Dichtigkeitsprüfungen von Flachdächern und Tankanlagen. Uranin gilt als biologisch unbedenklich. Daher wird es von Hydrologen und Hydrogeologen als sogenannter Tracer zum Verfolgen von Grundwasserströmen und unterirdischen Flussläufen verwendet. 1877 brachte man bei Immendingen 10 kg Uranin in die Donau ein und bemerkte 60 Stunden später in dem Flüsschen Aach eine deutliche Fluoreszenz, wodurch die Donauversinkung aufgeklärt werden konnte. ⓘ
Uranin wird auch zur Dekoration eingesetzt, zum Beispiel für Leuchtfarben in Diskotheken oder Szenenbildern (in Sciencefiction- oder Horrorfilmen: mit UV-Licht angestrahltes Uranin sieht „giftig-radioaktiv“ aus). Anfangs wurde jährlich am 17. März, dem Saint Patrick’s Day, der durch Chicago fließende Chicago River mit Uranin grün eingefärbt. Aufgrund der Intervention der EPA wird allerdings seit 1966 ein pflanzlicher Farbstoff verwendet. Uranin wurde am 10. September 2019 von Umweltaktivisten eingesetzt, um die Limmat in Zürich grün zu färben; dies zog ein Ermittlungsverfahren der Polizei wegen Gewässerverunreinigung nach sich. ⓘ
Fluorescein wird als eher konservativer Fluss-Tracer in hydrologischen Tracer-Tests verwendet, um das Verständnis des Wasserflusses sowohl in Oberflächengewässern als auch im Grundwasser zu verbessern. Der Farbstoff kann auch bei Umwelttestsimulationen dem Regenwasser zugesetzt werden, um das Auffinden und Analysieren von Wasserlecks zu erleichtern, und in Australien und Neuseeland als Methylalkohol-Farbstoff. ⓘ
Da eine Fluoresceinlösung ihre Farbe je nach Konzentration ändert, wurde sie als Tracer in Verdunstungsexperimenten verwendet. ⓘ
Fluorescein-Farbstofflösungen, in der Regel mit einem Wirkstoffgehalt von 15 %, werden häufig als Hilfsmittel für die Lecksuche bei der hydrostatischen Prüfung von Öl- und Gaspipelines und anderen Unterwasserinfrastrukturen verwendet. Lecks können von Tauchern oder ROVs mit ultraviolettem Licht aufgespürt werden. ⓘ
Pflanzenkunde
Fluorescein wird häufig zur Verfolgung von Wasserbewegungen im Grundwasser verwendet, um den Wasserfluss zu untersuchen und Bereiche mit Verunreinigungen oder Verstopfungen in diesen Systemen zu beobachten. Durch die vom Farbstoff erzeugte Fluoreszenz werden Problembereiche besser sichtbar und können leichter identifiziert werden. Ein ähnliches Konzept kann auf Pflanzen angewandt werden, da der Farbstoff Probleme im Gefäßsystem von Pflanzen besser sichtbar machen kann. In der Pflanzenforschung werden Fluorescein und andere Fluoreszenzfarbstoffe zur Überwachung und Untersuchung des pflanzlichen Gefäßsystems verwendet, insbesondere des Xylems, dem wichtigsten Wassertransportweg in Pflanzen. Das liegt daran, dass Fluorescein im Xylem beweglich ist und die Plasmamembranen nicht durchdringen kann, so dass es besonders nützlich ist, um die Wasserbewegung durch das Xylem zu verfolgen. Fluorescein kann über die Wurzeln oder einen abgeschnittenen Stamm in die Venen einer Pflanze eingebracht werden. Der Farbstoff kann auf die gleiche Weise wie Wasser in die Pflanze aufgenommen werden und bewegt sich aufgrund des Transpirationsdrucks von den Wurzeln zur Spitze der Pflanze. Das Fluorescein, das in die Pflanze aufgenommen wurde, kann unter einem Fluoreszenzmikroskop sichtbar gemacht werden. ⓘ
Geschichte
Fluorescein und andere Phthaleine wurden 1871 von Adolf von Baeyer entdeckt. Den alternativen Namen Resorcinphthalein verdankt der Stoff den Reaktanten, aus denen ihn Adolf von Baeyer synthetisierte. Er mischte Phthalsäureanhydrid (auch Phthalsäure ist verwendbar) mit Resorcin und fügte konzentrierte Schwefelsäure als wasserabspaltendes Mittel hinzu. Danach erhitzte er die Mischung zu einer dickflüssigen Schmelze und behandelte dann die abgekühlte Schmelze mit warmem Wasser und Ammoniak, anschließend brachte er den Ansatz in reichlich destilliertes Wasser. ⓘ
Darstellung
Fluorescein (2) wird in der Regel durch Kondensation von einem Äquivalent Phthalsäureanhydrid (1) und zwei Äquivalenten Resorcin unter Abspaltung von Wasser an einem Katalysator dargestellt. Als Katalysator eignet sich entweder konzentrierte Schwefelsäure oder wasserfreies Zinkchlorid. ⓘ
Analytik
Der klassische Nachweis beruht auf der Bromierung, durch die das rote Eosin (Tetrabromfluorescein) entsteht. Außerdem fallen verdünnte Lösungen von Fluorescein durch ihre gelbgrüne Fluoreszenzfarbe, auf der auch der Name beruht, auf. ⓘ