טיהור תרכובות על ידי תיקון

התגבשות מחדש היא טכניקת טיהור לתרכובות מוצקות.

כדי לבצע התגבשות מחדש, מערבבים תרכובת מוצקה לא טהורה עם ממס חם ליצירת תמיסה רוויה. כאשר תמיסה זו מתקררת, מסיסות התרכובת פוחתת, וגבישים טהורים צומחים מהתמיסה.

התגבשות מחדש משמשת לעתים קרובות כשלב אחרון לאחר שיטות הפרדה אחרות כגון מיצוי או כרומטוגרפיה של עמודות. ניתן להשתמש בהתגבשות מחדש גם כדי להפריד בין שתי תרכובות בעלות תכונות מסיסות שונות מאוד. סרטון זה ימחיש בחירת ממס להתגבשות מחדש, טיהור תרכובת אורגנית מתמיסה, ויציג כמה יישומים בכימיה.

התגבשות מתחילה בנוקלאציה. מולקולות מומסות מתאחדות ליצירת גביש קטן ויציב, שלאחריו צמיחת גבישים. גרעין מתרחש מהר יותר באתרי גרעין כגון גבישי זרעים, שריטות או זיהומים מוצקים מאשר באופן ספונטני בתמיסה. תסיסה עשויה גם לעודד התגרענות מהירה. עם זאת, צמיחה מהירה עלולה להוביל לשילוב זיהומים אם לא גדלים בתנאים אופטימליים.

המסיסות של תרכובת נוטה לעלות עם הטמפרטורה, ותלויה מאוד בבחירת הממס. ככל שההבדל במסיסות בטמפרטורה גבוהה ונמוכה גדול יותר, כך גדל הסיכוי שהמומס ייצא מהתמיסה כשהוא מתקרר, וייצור גבישים.

הממס שנבחר צריך להיות בעל נקודת רתיחה של לפחות 40?? C אז יש הבדל טמפרטורה משמעותי בין רתיחה לטמפרטורת החדר. נקודת הרתיחה של הממס חייבת להיות גם מתחת לנקודת ההיתוך של המומס כדי לאפשר התגבשות. קירור מהיר של התמיסה גורם להיווצרותם של אתרי גרעין רבים, ובכך מעודד צמיחה של גבישים קטנים רבים. עם זאת, קירור איטי גורם להיווצרות של פחות אתרי גרעין, ומעדיף גבישים גדולים וטהורים יותר. לפיכך, עדיף קירור איטי.

בנוסף, ניתן לבחור ממס כדי למזער זיהומים. אם טומאה בתמיסה מסיסה יותר מהמומס עצמו, ניתן לשטוף אותה מהגבישים שנוצרו במלואם עם ממס קר. עם זאת, אם טומאה פחות מסיסה, היא תתגבש תחילה, ולאחר מכן ניתן לסנן אותה מהתמיסה המחוממת, לפני התגבשות מחדש של המומס.

אם לאף ממס יחיד אין את התכונות הדרושות, ניתן להשתמש בתערובת של ממיסים. עבור זוג ממס, הממס הראשון אמור להמיס את המוצק בקלות. הממס השני חייב להיות בעל מסיסות נמוכה יותר עבור המומס ולהיות ניתן לערבוב עם הממס הראשון. זוגות ממיסים נפוצים כוללים אתיל אצטט והקסאן, טולואן והקסאן, מתנול ודיכלורומתאן, ומים ואתנול.

כעת, לאחר שהבנתם את עקרונות ההתגבשות מחדש, בואו נעבור על הליך לטיהור תרכובת אורגנית על ידי התגבשות מחדש.

כדי להתחיל בהליך זה, יש להניח 50 מ"ג מהדגימה במבחנה מזכוכית.

הוסף 0.5 מ"ל ממס בטמפרטורת החדר. אם התרכובת מתמוססת לחלוטין, המסיסות בממס הקר גבוהה מכדי לשמש להתגבשות מחדש. אחרת, מחממים את התערובת במבחנה לרתיחה.

אם התרכובת לא מתמוססת לחלוטין בממס הרותח, מחממים חלק אחר של ממס לרתיחה. הוסף את הממס הרותח טיפה למבחנה עד שהמוצק מתמוסס לחלוטין או עד שהמבחנה מכילה 3 מ"ל ממס. אם המוצק עדיין לא מתמוסס, אז המסיסות שלו בממס זה נמוכה מדי.

ודא כי זיהומים אינם מסיסים בממס החם כך שניתן לסנן אותם לאחר הפירוק או מסיסים בממס הקר כך שהם יישארו בתמיסה לאחר השלמת ההתגבשות מחדש. אם ממס עומד בכל הקריטריונים, הוא מתאים להתגבשות מחדש.

כדי להתחיל בהתגבשות מחדש, מחממים את הממס לרתיחה על פלטה חמה בבקבוק ארלנמאייר עם מוט ערבוב. מניחים את התרכובת להתגבשות מחדש בבקבוק ארלנמאייר אחר בטמפרטורת החדר.

לאחר מכן, הוסף לתרכובת חלק קטן של ממס חם. מערבבים את התערובת בבקבוק ואז מניחים אותה גם על הפלטה החמה. חזור על תהליך זה עד שהדגימה תתמוסס לחלוטין או עד שהוספת ממס לא תגרום לפירוק נוסף.

הוסף עודף של 10% של ממס חם לתמיסה כדי להסביר את האידוי. הנח נייר סינון במערך משפך B?chner. סנן את התמיסה כדי להסיר זיהומים בלתי מסיסים. אם נוצרים גבישים במהלך הסינון, ממיסים אותם עם טיפות ממס חם.

מצננים את התמיסה על הספסל. כסו את הבקבוק כדי למנוע אובדן ממס לאידוי וכדי להרחיק חלקיקים מהתמיסה.

השאירו את הבקבוק ללא הפרעה עד שהוא התקרר לטמפרטורת החדר. תסיסה במהלך הקירור עלולה לגרום להתגבשות מהירה, ולהניב פחות גבישים טהורים. אם לא ניכרת היווצרות גביש בעת הקירור, השרה התגבשות על ידי גירוד עדין של הדפנות הפנימיות של הבקבוק עם מוט זכוכית או הוספת גביש זרע קטן של התרכובת המתגבשת מחדש.

אם לא ניתן לגרום להיווצרות גבישים, יש לחמם מחדש את התמיסה כדי להרתיח חלק מהממס, ולאחר מכן לקרר את הממס לטמפרטורת החדר פעם נוספת.

לאחר שנוצרו גבישים, הכינו אמבט קרח. יש לשמור על התמיסה מכוסה, לקרר את התמיסה באמבט הקרח עד שנראה שההתגבשות הושלמה.

מהדקים בקבוק סינון למעמד טבעת ומחברים את הבקבוק לקו ואקום. הגדר משפך ומתאם B?chner בפתח הבקבוק.

שופכים את תערובת התמיסה והגבישים למשפך ומתחילים בסינון ואקום. שוטפים את כל הגבישים שנותרו בבקבוק למשפך עם ממס קר. שוטפים את הגבישים על המשפך בממס קר כדי להסיר זיהומים מסיסים.

המשך לשאוב אוויר דרך המשפך כדי לייבש את הגבישים ולאחר מכן כבה את משאבת הוואקום. במידת הצורך, ניתן לאפשר לגבישים לעמוד בטמפרטורת החדר לייבוש באוויר או להניח אותם בחומר ייבוש לפני אחסון המוצק המגובש.

הזיהומים הצהובים הקיימים בתרכובת הגולמית הוסרו, והניבו מוצק לבן. בהתבסס על זהות התרכובת והזיהומים, ניתן לאמת את טוהר הגבישים על ידי ספקטרוסקופיה NMR, מדידות נקודת התכה או בדיקה חזותית.

טיהור על ידי התגבשות מחדש הוא כלי חשוב לסינתזה וניתוח כימי.

קריסטלוגרפיה של קרני רנטגן היא טכניקת אפיון רבת עוצמה המזהה את המבנה האטומי התלת מימדי של מולקולה. זה דורש גביש יחיד טהור, המתקבל על ידי התגבשות מחדש. סוגים מסוימים של מולקולות כמו חלבונים קשים לגיבוש, אך המבנים שלהם חשובים ביותר להבנת התפקודים הכימיים שלהם. עם בחירה קפדנית של תנאי התגבשות מחדש, ניתן לנתח אפילו סוגים אלה של מולקולות על ידי קריסטלוגרפיה של קרני רנטגן. למידע נוסף על תהליך זה, ראה את הסרטון של אוסף זה על גידול גבישים לקריסטלוגרפיה.

מגיבים לא טהורים עלולים לגרום לתגובות לוואי לא רצויות. טיהור מגיבים על ידי התגבשות מחדש משפר את טוהר המוצר ואת התפוקה. לאחר שמוצר מוצק בודד ונשטף, ניתן להגדיל את תפוקת התגובה גם על ידי הסרת חומרים נדיפים מהפילטר וגיבוש מחדש של המוצר מהמוצק שנוצר. חלבונים מונעי קיפאון, או AFPs, באים לידי ביטוי באורגניזמים רבים החיים בסביבות קפואות. AFPs מעכבים את צמיחת הקרח הפנימית על ידי קשירה למישורי קרח, ומעכבים התגבשות מחדש לגבישי קרח גדולים יותר. AFPs שונים נקשרים לסוגים שונים של מישורי גבישי קרח. חקירת מנגנוני קשירת AFP כרוכה בספיחה שלהם על גבישי קרח בודדים. צמיחה נכונה של גביש קרח בודד חיונית לתוצאות ברורות ואינפורמטיביות. לחלבונים אלה יש יישומים מהנדסת יבולים עמידים לקור ועד להקפאה.

זה עתה צפיתם בהקדמה של JoVE לטיהור תרכובות על ידי התגבשות מחדש. כעת עליכם להכיר את עקרונות הטכניקה, הליך טיהור וכמה יישומים של התגבשות מחדש בכימיה.

תודה שצפית!