Entfernung von verzweigten und zyklischen Verbindungen durch Harnstoff-Adduktion für die U^k'₃₇-Paläothermometrie

Die Harnstoffadduktion ist eine Technik, die geradkettige Alkenone von hochverzweigten und zyklischen Verbindungen trennt.

Harnstoff ist eine organische Verbindung, die eine poröse kristalline Struktur bildet. Der Kristall kann bestimmte Moleküle einfangen und ein Addukt bilden, während andere nicht in die Struktur passen.

Die Harnstoffadduktion nutzt die unterschiedlichen Größen und Formen der Verbindungen, um sie zu trennen ? Ähnlich wie eine Münzzählmaschine ein Glas mit Kleingeld sortiert.

Dieses Video ist Teil einer Serie über die Extraktion, Reinigung und Analyse von Lipiden aus Sedimenten. Es wird die Verwendung der Harnstoffadduktion zur Durchführung einer Größenausschlussreinigung an einer Probe für die Alkenon-Paläothermometrie veranschaulicht.

Die Harnstoffadduktion ist eine Reinigungsmethode, die auf dem Größenausschluss basiert. Es trennt geradkettige oder selten verzweigte Verbindungen ? wie z.B. N-Alkane und Alkenone - von solchen, die stark verzweigt und/oder zyklisch sind.? ? ? ? ??

Möglich wird dies durch die besondere kristalline Struktur von Harnstoff. Bei der Bildung eines Harnstoffkristalls entstehen winzige Zwischenräume zwischen den einzelnen Molekülen. Diese Räume sind lang und schmal - so können geradkettige oder selten verzweigte Verbindungen in das Kristallgitter passen, während stark verzweigte und zyklische Verbindungen zu groß sind.

Die Harnstoffkristalle werden dann mit einem apolaren Lösungsmittel gewaschen, wobei die ausgeschlossenen Moleküle von den eingeschlossenen linearen Molekülen getrennt werden. Die gewaschenen Moleküle können direkt extrahiert und analysiert werden, während die Kristalle in Wasser aufgelöst werden müssen, um die linearen Verbindungen zuerst wieder in Lösung zu bringen. Ein weiteres unpolares Lösungsmittel wird dann verwendet, um die gewünschten Verbindungen aus dem Wasser zu extrahieren.

Sowohl die eingeschlossenen als auch die ausgeschlossenen Moleküle können wertvolle Informationen liefern. Zum Beispiel können stark verzweigte Isoprenoide, die von Meereiskieselalgen produziert werden, ein Indikator für die Existenz von saisonalem Meereis in hohen Breiten sein. Zyklische Verbindungen können das Vorhandensein früherer Brände widerspiegeln. Geradkettige Alkane und Alkenone sind gängige Proxies für die Ökosystemstruktur und die Meeresoberflächentemperatur.

Die Reinigung durch Harnstoffadduktion ist nicht immer notwendig, da einige interessante Verbindungen direkt aus der unveränderten extrahierten organischen Probe analysiert werden können. In extremen Fällen - wie z.B. in Sedimenten aus stark verschmutzten Gebieten, wie z.B. Mündungen in der Nähe von Industriezentren - kann eine Harnstoffadduktion notwendig sein, um unbekannte Verbindungen zu entfernen, die während der Analyse koelutieren.

Jetzt, da Sie die Harnstoffadduktion verstehen, sind Sie bereit, mit dem Verfahren zu beginnen.

Erwerben Sie zunächst einen getrockneten Gesamtlipidextrakt ? oder TLE ? das aus der Probe extrahiert und durch Verseifung und Säulenchromatographie gereinigt wurde.

Bereiten Sie anschließend die Harnstoffadduktionslösungen vor, wie im Textprotokoll beschrieben. Stellen Sie sicher, dass alle Komponenten rein und frei von Kohlenwasserstoffen sind.

Die Probe wird in 1,5 ml der DCM/Hexan-Lösung suspendiert. Wenn sich das TLE nicht vollständig auflöst, 5 Minuten lang beschallen. 1,5 mL Harnstoff- und Methanollösung hinzufügen. Achten Sie auf die Bildung eines weißen Niederschlags, da dies die Bildung von Harnstoffkristallen signalisiert. Trocknen Sie anschließend die Harnstoffkristalle vorsichtig unter Stickstoff bei sanfter Hitze. Achten Sie darauf, das gesamte Lösungsmittel zu verdampfen. Sobald die Kristalle vollständig getrocknet sind, spülen Sie sie 3 Mal mit ca. 1 mL Hexan aus. Verwenden Sie eine Glaspipette, um das Hexan zwischen jedem Spülgang zu entfernen, und geben Sie es in ein frisches Fläschchen. Dies wird als "Nicht-Addukt" bezeichnet. Als nächstes lösen Sie die Kristalle in 2 mL reinem Wasser auf. Schütteln, um eine vollständige Auflösung sicherzustellen.

Um die Biomarker aus dem zugegebenen Wasser zu extrahieren, fügen Sie 1 ml Hexan hinzu, verschließen Sie es und schütteln Sie es vorsichtig für 5 s.

Lassen Sie die Lösung ruhen, bis sich Hexan und Wasser vollständig trennen. Entfernen Sie dann mit einer Glaspipette etwa 75 % des Hexans und überführen Sie es in ein neues Fläschchen. Dies wird als "Addukt" bezeichnet.

Wiederholen Sie diesen Extraktionsvorgang zweimal und fügen Sie jedes Mal 1 ml Hexan hinzu. Kombinieren Sie die drei Addukte in einem Fläschchen. Entsorgen Sie das Wasser und die Harnstofflösung in einem geeigneten Abfallbehälter. Die Probe ist nun bereit für die Analyse.

Die Harnstoffadduktion hat mehrere Anwendungen bei der Trennung und Reinigung organischer Moleküle.

Ein Isotop ist eine Variante eines chemischen Elements, die sich in der Neutronenmenge und damit in ihrer Atommasse unterscheidet. Ein Element kann mehrere Isotope haben, von denen jedes eine andere Masse hat. Isotope können auch chemische und molekulare Eigenschaften haben, die sich voneinander unterscheiden, so dass es wichtig sein kann, zu bestimmen, welche Isotope in einer bestimmten Probe vorhanden sind. In diesem Beispiel wurden die Kohlenstoff- und Wasserstoffisotopenverhältnisse in Blattwachsen gemessen, um Informationen über die Stoffwechselwege einer Pflanze zu erhalten. Zur Bestimmung der Isotopenverhältnisse werden sehr große Mengen an Material benötigt, und Verbindungen, die bei niedrigen Konzentrationen ähnliche Nachweise aufweisen, können sich bei der Analyse großer Mengen überlappen.

Daher wurde die Harnstoffadduktion verwendet, um die interessierenden n-Alkane von allen störenden Verbindungen zu trennen. Durch die Entfernung dieser unerwünschten Materialien konnte ein genaues Isotopenverhältnis bestimmt werden.

Erdöl ist ein komplexes Gemisch von Kohlenwasserstoffen, von denen jeder einzigartige Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten hat. Die Abtrennung dieser Verbindungen aus Erdöl ist in der chemischen Industrie sehr wichtig – verzweigtkettige Alkane werden häufig als Leichtschmierstoffe verwendet, während geradkettige Alkane hauptsächlich in Alkylierungsprozessen eingesetzt werden. In diesem Beispiel wurde die Harnstoffadduktion verwendet, um Alkane von Kerosin zu trennen. Durch eine aufeinanderfolgende Reihe von Harnstoffadduktionen wurden diese Alkane mit einer Reinheit von 99 Prozent vom Kerosin getrennt.

Sie haben gerade die Einführung von JoVE in die Reinigung komplexer organischer Mischungen durch Harnstoffadduktion gesehen. Sie sollten jetzt den Größenausschluss, die Bedeutung der Reinigung von Proben für eine genaue Komponentenmessung und die Harnstoffadduktion verstehen.

Danke fürs Zuschauen!