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Als '''Polymorphie''' ({{elS|polymorphia|de=Vielgestaltigkeit}}) wird das Phänomen bezeichnet, dass ein [[chemisches Element]], eine [[chemische Verbindung]] oder ein [[Mineral]] in mehreren [[Kristallform]]en ('''Modifikationen''') auftritt. Die Bezeichnung wurde 1821 von [[Eilhard Mitscherlich]] geprägt.<ref name="Mitscherlich" />

Polymorphe Substanzen haben die gleiche [[Chemische Formel|chemische Zusammensetzung]] ([[Stöchiometrie]]), unterscheiden sich aber in der räumlichen Anordnung der [[Atom]]e und haben unterschiedliche [[Stoffeigenschaft|Eigenschaften]]. Die Bildung verschiedener Modifikationen einer Substanz kann durch Einflüsse wie [[Druck (Physik)|Druck]] und/oder [[Temperatur]] hervorgerufen werden ''([[Solvothermalsynthese]])''. Modifikationen [[kristallin]]er Substanzen unterscheiden sich in ihrer [[Kristallstruktur]].

In einigen Fällen unterscheiden sich die Modifikationen bereits durch ihr äußeres Erscheinungsbild. Unterschiedliches Aussehen allein ist kein ausreichender Hinweis auf Polymorphie, so verfügen unterschiedlich geformte Eisblumen an einem Fenster alle über das gleiche Kristallgitter.<ref name=":0">{{Literatur |Autor=Maria Kuhnert‐Brandstätter |Titel=Polymorphie bei Arzneistoffen |Sammelwerk=Pharmazie in unserer Zeit |Band=4 |Nummer=5 |Datum=1975-01 |ISSN=0048-3664 |DOI=10.1002/pauz.19750040501 |Seiten=131–137 |Online=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pauz.19750040501 |Abruf=2024-09-25}}</ref> Auf atomarer Ebene enthüllt die [[Kristallstrukturanalyse]] die Unterschiede im Aufbau der untersuchten Substanzen.

== Begriffe ==
Dimorphie steht für Verbindungen mit zwei Modifikationen, Trimorphie für solche mit drei, Tetramorphie für welche mit vier und so weiter. Tritt eine [[Spiegelverkehrtes Bild|spiegelbild]]liche Modifikation auf, wird sie als [[Chiralität (Chemie)|Enantiomorphie]] bezeichnet. Ist die direkte Umwandlung nur in einer Richtung möglich, spricht man von [[Monotropie]]. Eine besondere Form der Polymorphie ist die [[Polytypie]], welche bei chemischen Verbindungen auftritt, die in Schichtgittern kristallisieren, wie [[Siliciumcarbid]] oder [[Siliciumnitrid]].

Kommt ein chemisches [[Chemisches Element|Element]] in verschiedenen Zustandsformen vor, spricht man von [[Allotropie]] und nicht Polymorphie.

== Bedeutung ==
Der Begriff Polymorphie spielt heute nicht nur in der [[Mineralogie]] und [[Chemie]], sondern auch in der [[Pharmazie]] und den [[Werkstoffwissenschaft]]en eine Rolle.

=== Arzneimittel ===
Bei pharmazeutischen Wirkstoffen wird davon ausgegangen, dass weit mehr als die Hälfte in mehreren Kristallformen existieren.<ref name=":1">{{Literatur |Autor=Jan-Olav Henck, Ulrich Griesser, Artur Burger |Titel=Polymorphism of Drug Compounds. An Economic Challenge? |Sammelwerk=Die Pharmazeutische Industrie |Band=59 |Datum=1997-01 |Seiten=165-169}}</ref> Manche sagen, dass die Anzahl der bekannten Modifikationen einer Verbindung proportional zum Aufwand ist, der für die Erforschung dieser Verbindung aufgewendet wird.<ref>{{Literatur |Autor=[[Walter McCrone]] |Titel=Polymorphism |Hrsg=David Fox, Mortimer M. Labes, Arnold Weissberger |Sammelwerk=Physics and Chemistry of the Organic Solid State |Band=2 |Verlag=Interscience |Ort=New York |Datum=1965 |Seiten=726–767}}</ref> Weil sich die Eigenschaften von Modifikationen einer Verbindung unterscheiden, kann dies Einfluss auf die [[Bioverfügbarkeit]] von Medikamenten haben. Auch ist die physikalische Stabilität einer festen oder halbfesten Arzneimittelzubereitung abhängig von der eingesetzten Modifikation der Wirkstoffe und Hilfsstoffe. Ebenso können unterschiedliche Eigenschaften die Herstellung, Verarbeitung und Lagerung von Medikamenten beeinflussen. Wichtig für die Wirksamkeit von Medikamenten ist die [[Wirkstofffreisetzung]] und [[Löslichkeit]]. Gerade moderne Wirkstoffe bestehen aus immer komplexeren Molekülen, deren Löslichkeit oft schlechter ist. Experten der [[Pharmazeutische Technologie|Pharmazeutischen Technologie]] suchen nach Modifikationen mit besserer Löslichkeit. Zum Einsatz kommen dafür verschiedene Messverfahren wie [[Thermoanalyse]] und [[Kalorimetrie]], [[Schwingungsspektroskopie]], [[Röntgenbeugung]], sowie die [[Lichtmikroskop|Licht-]] und [[Elektronenmikroskop]]ie.<ref name=":0" /><ref>{{Literatur |Autor=Prateek Singh, Shaweta Sharma, Pramod Kumar Sharma, Aftab Alam |Titel=Drug Polymorphism: An Important Pre-formulation Tool in the Formulation Development of a Dosage Form |Sammelwerk=Current Physical Chemistry |Band=14 |Nummer=1 |Datum=2024-03 |DOI=10.2174/1877946813666230822113606 |Seiten=2–19 |Online=https://www.eurekaselect.com/220171/article |Abruf=2024-09-25}}</ref><ref>{{Internetquelle |autor=Elisabeth Gstrein |url=https://www.uibk.ac.at/pharmazie/phtech/polymorphism/ |titel=Preformulation and Polymorphism Group |werk=Universität Innsbruck |sprache=en |abruf=2024-09-25}}</ref>

Bei der [[Arzneimittelzulassung|Zulassung]] neuer Arzneimittel werden vom Produzenten eines Wirkstoffs detaillierte Angaben zu den verschiedenen polymorphen Formen verlangt. Meist werden heute nur einzelne Kristallmodifikationen einer Substanz zugelassen. Relevant kann die Polymorphie auch für die [[Patent]]ierung von Wirkstoffen sein. Ein bekanntes Beispiel war das lange Zeit umsatzstarke Magenmittel [[Zantac]], für das der Hersteller [[GSK (Pharmaunternehmen)|GlaxoSmithKline]] die Patentierung einer neuen Modifikation beantragte, um Generika-Hersteller am Markteintritt zu hindern, obwohl das Patent auf die ursprüngliche Modifikation bereits abgelaufen war.<ref name=":1" />

Im Jahr 1998 musste das Medikament [[Ritonavir]] vom Hersteller überraschend zurückgerufen werden. Eine zweite Form des Wirkstoffs hatte sich als stabiler als die erste, ursprünglich zugelassene Form erwiesen. In der Produktion hemmte diese Form II das Wachstum der Form I. Weil die Form II aufgrund ihrer schlechteren Löslichkeit bei oraler Einnahme ungenügend vom Körper aufgenommen wurde, erwiesen sich die Kapseln damit als weitgehend wirkungslos. Durch eine neue Formulierung konnte das Arzneimittel später wieder auf den Markt gebracht werden.<ref>{{Literatur |Autor=John Bauer, Stephen Spanton, Rodger Henry, John Quick, Walter Dziki, William Porter, John Morris |Titel=Ritonavir: An Extraordinary Example of Conformational Polymorphism |Sammelwerk=Pharmaceutical Research |Band=18 |Nummer=6 |Datum=2001 |DOI=10.1023/A:1011052932607 |Seiten=859–866 |Online=http://link.springer.com/10.1023/A:1011052932607 |Abruf=2024-09-25}}</ref> Inzwischen wurde eine weitere Form des Wirkstoffs entdeckt.<ref>{{Literatur |Autor=Xin Yao, Rodger F. Henry, Geoff G.Z. Zhang |Titel=Ritonavir Form III: A New Polymorph After 24 Years |Sammelwerk=Journal of Pharmaceutical Sciences |Band=112 |Nummer=1 |Datum=2023-01 |DOI=10.1016/j.xphs.2022.09.026 |Seiten=237–242 |Online=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0022354922004282 |Abruf=2024-09-25}}</ref>

Viele am Markt befindliche Arzneimittel verfügen über mehrere Modifikationen, von [[Paracetamol#Eigenschaften|Paracetamol]] sind mindestens zwei Modifikationen (monoklin und orthorhombisch) bekannt, wobei zweitere leichter zu Tabletten gepresst werden kann.<ref>{{Literatur |Autor=In-Chun Wang, Min-Jeong Lee, Da-Young Seo, Hea-Eun Lee, Yongsun Choi, Woo-Sik Kim, Chang-Sam Kim, Myung-Yung Jeong, Guang Jin Choi |Titel=Polymorph Transformation in Paracetamol Monitored by In-line NIR Spectroscopy During a Cooling Crystallization Process |Sammelwerk=AAPS PharmSciTech |Band=12 |Nummer=2 |Datum=2011-06 |ISSN=1530-9932 |DOI=10.1208/s12249-011-9642-x |PMID=21671200 |Seiten=764–770 |Online=http://link.springer.com/10.1208/s12249-011-9642-x |Abruf=2024-09-25}}</ref> Das Antihypertonikum [[Candesartancilexetil]] tritt ebenfalls in verschiedenen Kristallformen auf.

Der Polymorphismus von Wirkstoffen unterscheidet sich von genetischen [[Polymorphismus|Polymorphismen]], dem Auftreten einer Genvariation in einer Population, die ebenfalls Einfluss auf die Wirkung von Arzneimitteln haben kann, und von der [[Pharmakogenetik]] untersucht wird.

=== Sprengstoffe ===
Der Sprengstoff [[Trinitrotoluol]] (TNT) kann in zwei verschiedenen Modifikationen auftreten, die sich schon anhand ihrer Farbe unterscheiden lassen. Die stabile, monokline Form bildet hellgelbe, nadelförmige Kristalle, eine metastabile, orthorhombische Form bildet orange Kristalle. Vom chemischen Sprengstoff [[Hexanitroisowurtzitan]] (HNIW, CL20) sind vier Modifikationen bekannt.

== Andere Beispiele ==

=== Elemente ===
* [[Kohlenstoff]] tritt in den Modifikationen [[Graphit]] und [[Diamant]] (natürliche Vorkommen als Minerale) sowie [[Fullerene]], [[Graphen]] und [[Cyclo(18)carbon|Cyclo[18]carbon]] auf. Diamant ist ein [[Nichtleiter|Isolator]], während Graphit ein [[anisotrop]]er [[Leiter (Physik)|Leiter]] ist.
* α-Schwefel, β-Schwefel (Mineral [[Klinoschwefel]]) und γ-Schwefel (Mineral [[Rosickýit]]) sind Modifikationen von [[Schwefel]].
* Weißer Phosphor, roter Phosphor, schwarzer Phosphor und violetter Phosphor sind Modifikationen von [[Phosphor]].
* Selen kommt in [[Selen#Eigenschaften|fünf Modifikationen]] vor.
* [[Zinn]] kommt als α-Zinn, β-Zinn und γ-Zinn vor ([[Zinnpest]]).
* Umwandlung der Elementarzelle von [[Eisen#Eigenschaften|Eisen]] bei bestimmten Temperaturen: kubisch raumzentriertes δ-Ferrit, kubisch flächenzentrierte γ-Eisen ([[Austenit (Phase)|Austenit]]), kubisch raumzentrierte α-Eisen ([[Ferrit (Phase)|Ferrit]]).

=== Natürliche Verbindungen (Minerale) ===
* Von [[Siliciumdioxid]] kommen in der Natur [[Quarz]] (unter Normalbedingungen stabile Form), als Hochtemperatur-Modifikationen [[Tridymit]] und [[Cristobalit]] sowie als Hochdruck-Modifikationen [[Coesit]] und [[Stishovit]] (jeweils metastabil) vor.
* [[Aluminiumoxid]] (Al2O3) kommt in der Natur als trigonaler [[Korund]] und kubischer [[Deltalumit]] (''Tonerde'') vor. Bei der Verarbeitung von [[Bauxit]] zu [[Aluminium]] spielen noch diverse weitere, synthetische Modifikationen eine Rolle.
* Drei Modifikationen des [[Calciumcarbonat]]s sind orthorhombischer [[Aragonit]], trigonaler [[Calcit]] (auch ''Kalkspat'') und hexagonaler [[Vaterit]].
* [[Pyrit]] (kubisch) und [[Markasit]] (orthorhombisch) sind natürliche Modifikationen von [[Eisen(II)-disulfid]] (FeS2).
* Drei Modifikationen des Aluminiumsilikats Al2SiO5 sind [[Andalusit]], [[Disthen]] und [[Sillimanit]].
* [[Anatas]], [[Brookit]] und [[Rutil]] sind die drei bekanntesten natürlichen Modifikationen von [[Titan(IV)-oxid#Vorkommen|Titandioxid]].

=== Synthetische Verbindungen ===
* [[Ammoniumnitrat]] (NH4NO3) tritt in fünf Modifikationen auf.
* Die kristallinen Bereiche in [[isotaktisch]]em [[Polypropylen]], einem [[teilkristallin]]en Kunststoff, treten als monokline (α-Form), pseudohexagonale (β-Form) und unter besonderen Bedingungen auch trikline (γ-Form) Modifikationen auf.
Auch manche [[organische Chemie|organische]] [[Molekül]]e wie [[Pigment]]e und [[Fette]] können im kristallinen Zustand polymorph sein. Die Modifikationen unterscheiden sich dann in der unterschiedlichen [[Packungsdichte (Kristallographie)|Packung]] der Moleküle im [[Kristall]] und damit in der Regel in den [[Raumgruppe]]n und [[Gitterparameter]]n.

== Literatur ==
* {{Literatur |Autor=Joel Bernstein |Titel=Polymorphism in Molecular Crystals |Verlag=Oxford University Press |Ort=New York |Datum=2002 |Sprache=en |ISBN=978-0-19-850605-8}}
* {{Literatur |Autor=Susan Aldridge |Titel=The shape shifters |Sammelwerk=Chemistry World |Band= |Datum=2007-04 |Sprache=en |Seiten=64–70 |Online=https://www.chemistryworld.com/features/the-shape-shifters/3004850.article |Abruf=2024-09-25}}
* {{Literatur |Autor=Jean-Pierre Brog, Claire-Lise Chanez, Aurelien Crochet, Katharina M. Fromm |Titel=Polymorphism, what it is and how to identify it: a systematic review |Sammelwerk=RSC Advances |Band=3 |Nummer=38 |Datum=2013 |ISSN=2046-2069 |DOI=10.1039/c3ra41559g |Seiten=16905 |Online=https://xlink.rsc.org/?DOI=c3ra41559g |Abruf=2024-09-25}}
* {{Literatur |Autor=Aurora J. Cruz-Cabeza, Susan M. Reutzel-Edens, Joel Bernstein |Titel=Facts and fictions about polymorphism |Sammelwerk=Chemical Society Reviews |Band=44 |Nummer=23 |Datum=2015 |ISSN=0306-0012 |DOI=10.1039/C5CS00227C |Seiten=8619–8635 |Online=https://xlink.rsc.org/?DOI=C5CS00227C |Abruf=2024-09-25}}

== Siehe auch ==
* [[Isomorphie (Kristall)]]
* [[Isodimorphie]]
* [[Hochdruckmodifikation]]

== Weblinks ==
{{Wiktionary|Polymorphie}}

== Einzelnachweise ==
<references>

<ref name="Mitscherlich">
{{Literatur | Autor= Eilhard Mitscherlich | Titel= Sur la Relation qui existe entre la forme cristalline et les proportions chimiques | Sammelwerk= Annales de Chimie et de Physique | Band= 19 | Datum= 1821 | Sprache= fr | Seiten= 350–419 | Online= {{Google Buch | BuchID= mv5BAAAAcAAJ | Seite= 172}} | Abruf= 2023-10-02}}
</ref>
</references>

[[Kategorie:Kristallographie]]
[[Kategorie:Arzneimittelherstellung]]

Polymorphie (Stoffeigenschaft) - Versionsgeschichte

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