Rimozione di composti ramificati e ciclici mediante adduzione di urea per paleotermometria Uk'37
Fonte: Laboratorio di Jeff Salacup - Università del Massachusetts Amherst
Come accennato nei video precedenti, il prodotto di un'estrazione con solven…
1. Impostazione e preparazione dei materiali
- Ottenere un estratto lipidico totale (TLE) utilizzando un metodo di estrazione con solvente (sonicazione, Soxhlet o estrazione con solvente accelerato (ASE)).
- Acquista i seguenti materiali da qualsiasi rivenditore chimico: pipette e lampadine in vetro borosilicato bruciato; acqua pura; esano; Diclorometano (DCM); metanolo; urea.
- I reagenti devono essere puri e privi di idrocarburi. In alternativa, l'acqua pura può essere prodotta in laboratorio utilizzando un sistema di purificazione dell'acqua.
- Ottenere flaconcini di vetro borosilicato da 4 mL con tappi rivestiti in PTFE.
2. Metodi
- Fare una miscela di 2:1 DCM:Esano (v:v).
- In un matraccio Erlenmeyer, mescolare 200 mL di DCM e 100 mL di esano.
- Fare una miscela di urea in metanolo (100 mg / ml).
- Versare 300 ml di metanolo in un matraccio Erlenmeyer.
- Aggiungere 300 mg di urea.
- Mescolare su una piastra di agitazione automatica fino a quando l'urea è completamente sciolta.
- Iniziare con il campione secco in un flaconcino da 4 ml.
- Sospendere il campione in 1,5 mL di una miscela 2:1 di DCM:esano (v:v).
- Se il campione non si dissolve completamente, sonicare per 5 minuti.
- A questa miscela, aggiungere 1,5 ml di urea in metanolo.
- Dopo questa aggiunta, guarda per un precipitato bianco per formare. Questo segnala la creazione di cristalli di urea.
- Asciugare delicatamente i cristalli sotto azoto, usando calore delicato. Assicurarsi che tutto il solvente sia evaporato prima di procedere al passaggio successivo.
- Risciacquare i cristalli 3x con circa 1 mL di esano. Rimuovere l'esano tra ogni risciacquo usando una pipetta di vetro per trasferirlo in una fiala etichettata "non addotto".
- Sciogliere i cristalli in 2 ml di acqua pura. Agitare per garantire la completa dissoluzione.
- Estrarre la fase acquosa con esano aggiungendo 1 mL e agitando delicatamente per 5 s.
- Lasciare che l'esano e l'acqua si separtino completamente prima di rimuovere circa il 75% dell'esano usando una pipetta di vetro e trasferirlo in una fiala etichettata "addotto".
- Ripetere due volte il passaggio 2.10.
- Smaltire l'acqua e la soluzione di urea in un contenitore per rifiuti appropriato.
L'adduzione dell'urea è una tecnica che separa gli alchenoni a catena lineare dai composti altamente ramificati e ciclici.
L'urea è un composto organico che forma una struttura cristallina porosa. Il cristallo può intrappolare alcune molecole, formando un addotto, mentre altre non possono entrare all'interno della struttura.
L'adduzione dell'urea utilizza le diverse dimensioni e forme dei composti per separarli ? simile a come una macchina contamonete smista un barattolo di spiccioli.
Questo video fa parte di una serie sull'estrazione, la purificazione e l'analisi dei lipidi dai sedimenti. Illustrerà l'uso dell'adduzione dell'urea per eseguire la purificazione ad esclusione dimensionale su un campione per la paleotermometria degli alcheni.
L'adduzione dell'urea è un metodo di purificazione basato sull'esclusione dimensionale. Separa composti a catena lineare o raramente ramificati ? come gli n-alcani e gli alchenoni - da quelli che sono altamente ramificati e/o ciclici.? ? ? ? ??
Ciò è possibile grazie alla speciale struttura cristallina dell'urea. Quando si forma un cristallo di urea, si creano piccoli spazi tra le singole molecole. Questi spazi sono lunghi e stretti, quindi i composti a catena lineare o raramente ramificati possono entrare nel reticolo cristallino, mentre i composti altamente ramificati e ciclici sono troppo grandi.
I cristalli di urea vengono quindi lavati con un solvente apolare, separando le molecole escluse da quelle lineari incluse. Le molecole lavate possono essere estratte e analizzate direttamente, mentre i cristalli devono essere disciolti in acqua per rilasciare prima i composti lineari in soluzione. Un altro solvente apolare viene quindi utilizzato per estrarre i composti desiderati dall'acqua.
Sia le molecole incluse che quelle escluse possono fornire informazioni preziose. Ad esempio, gli isoprenoidi altamente ramificati, prodotti dalle diatomee del ghiaccio marino, possono essere un proxy per l'esistenza di ghiaccio marino stagionale alle alte latitudini. I composti ciclici possono riflettere la presenza di incendi passati. Gli alcani e gli alchenoni a catena lineare sono proxy comuni per la struttura dell'ecosistema e la temperatura della superficie del mare.
La purificazione fornita dall'adduzione dell'urea non è sempre necessaria, in quanto alcuni composti di interesse possono essere analizzati direttamente dal campione organico estratto inalterato. In casi estremi, come nei sedimenti acquisiti da aree altamente inquinate, come gli estuari vicino ai centri industriali, può essere necessaria un'adduzione dell'urea per rimuovere i composti sconosciuti che coeluiscono durante l'analisi.
Ora che hai capito l'adduzione dell'urea, sei pronto per iniziare la procedura.
Per iniziare, acquisire un estratto lipidico totale essiccato ? o TLE ? che è stato estratto dal campione e purificato con saponificazione e cromatografia su colonna.
Successivamente, prepara le soluzioni di adduzione dell'urea come indicato nel protocollo di testo. Assicurarsi che tutti i componenti siano puri e privi di idrocarburi.
Sospendere il campione in 1,5 mL della soluzione DCM/esano. Se il TLE non si dissolve completamente, sonicare per 5 minuti. Aggiungere 1,5 mL di soluzione di urea e metanolo. Fai attenzione alla formazione di un precipitato bianco, poiché questo segnala la creazione di cristalli di urea. Successivamente, asciugare delicatamente i cristalli di urea sotto azoto, usando un calore delicato. Assicurati di far evaporare tutto il solvente. Una volta che i cristalli sono completamente asciutti, sciacquarli 3 volte con circa 1 ml di esano. Utilizzare una pipetta di vetro per rimuovere l'esano tra ogni risciacquo e trasferirlo in una fiala fresca. Questo è etichettato come "non addotto". Quindi, sciogliere i cristalli in 2 ml di acqua pura. Agitare per garantire la completa dissoluzione.
Per estrarre i biomarcatori dall'acqua aggiunta, aggiungere 1 mL di esano, chiudere e agitare delicatamente per 5 s.
Lasciare riposare la soluzione fino a quando l'esano e l'acqua non si separano completamente. Quindi, utilizzando una pipetta di vetro, rimuovere circa il 75% dell'esano e trasferirlo in una nuova fiala. Questo è etichettato come "addotto".
Ripetere questo processo di estrazione due volte, aggiungendo 1 mL di esano ogni volta. Combina i tre addotti in un unico flaconcino. Smaltire l'acqua e la soluzione di urea in un contenitore per rifiuti appropriato. Il campione è ora pronto per l'analisi.
L'adduzione dell'urea ha diverse applicazioni nella separazione e purificazione di molecole organiche.
Un isotopo è una variante di un elemento chimico che differisce nella quantità di neutroni e quindi nella sua massa atomica. Un elemento può avere diversi isotopi, ognuno con una massa diversa. Gli isotopi possono anche avere proprietà chimiche e molecolari che differiscono l'una dall'altra, quindi può essere importante determinare quali isotopi sono presenti in un particolare campione. In questo esempio, i rapporti isotopici del carbonio e dell'idrogeno nelle cere fogliari sono stati misurati al fine di raccogliere informazioni sulle vie metaboliche di una pianta. Sono necessarie grandi quantità di materiale per determinare i rapporti isotopici e i composti che hanno rilevazioni simili a basse concentrazioni possono sovrapporsi quando vengono analizzate grandi quantità.
Pertanto, l'adduzione dell'urea è stata utilizzata per separare gli n-alcani di interesse da qualsiasi composto interferente. La rimozione di questi materiali indesiderati ha permesso di determinare un rapporto isotopico accurato.
Il petrolio è una miscela complessa di idrocarburi, ognuno con proprietà e usi unici. La separazione di questi composti dal petrolio è molto importante nell'industria chimica: gli alcani a catena ramificata sono spesso usati come lubrificanti leggeri, mentre gli alcani a catena lineare sono utilizzati principalmente nei processi di alchilazione. In questo esempio, l'adduzione dell'urea è stata utilizzata per separare gli alcani dal cherosene. Utilizzando una serie successiva di addizioni di urea, questi alcani sono stati separati dal cherosene ad una purezza del 99%.
Hai appena visto l'introduzione di JoVE alla purificazione di miscele organiche complesse tramite adduzione dell'urea. A questo punto è necessario comprendere l'esclusione dimensionale, l'importanza di purificare i campioni per una misurazione accurata dei componenti e l'adduzione dell'urea.
Grazie per l'attenzione!
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Q1: How does urea adduction separate straight-chain compounds from branched and cyclic molecules?
Urea forms a porous crystalline structure with long, narrow spaces in its lattice. Straight-chain or rarely-branching compounds like n-alkanes and alkenones fit into these spaces, while highly-branched and cyclic compounds are too large to enter. After washing with an apolar solvent, the excluded molecules separate from the included linear ones, enabling selective purification based on molecular size and shape.
Q2: What is the primary purpose of urea adduction in paleothermometry sample preparation?
Urea adduction purifies complex lipid extracts by isolating compounds of interest from interfering substances. In paleothermometry, it separates alkenones and other biomarkers from unwanted branched and cyclic compounds, enabling accurate measurement of paleoclimate proxies. This size-exclusion purification ensures that only target compounds are analyzed, improving data reliability for reconstructing past sea surface temperatures.
Q3: Why must urea crystals be dissolved in water to recover adducted compounds?
Straight-chain compounds trapped within the urea crystal lattice cannot be extracted directly with apolar solvents because they are physically enclosed. Dissolving the crystals in water releases the included molecules back into solution. An apolar solvent is then used to extract the desired compounds from the aqueous phase, separating them from the dissolved urea.
Q4: What information can branched isoprenoids and cyclic compounds provide in paleoclimate research?
Highly branched isoprenoids produced by sea ice diatoms serve as proxies for seasonal sea ice presence at high latitudes. Cyclic compounds may reflect the occurrence of past fires in the sediment record. These excluded compounds, separated from linear biomarkers through urea adduction, offer complementary paleoenvironmental information alongside straight-chain proxies for ecosystem structure and temperature.
Q5: When is urea adduction necessary versus optional in lipid analysis?
Urea adduction is optional when compounds of interest can be analyzed directly from unaltered extracted organic samples without interference. However, it becomes necessary in extreme cases, such as sediments from highly polluted areas like industrial estuaries, where unknown compounds coelute during analysis. Removing these interfering substances ensures accurate measurement of target biomarkers.
Q6: How is urea adduction applied in petroleum refining to separate alkanes?
In the petroleum industry, urea adduction separates branched-chain alkanes from straight-chain alkanes based on their molecular shapes. Branched-chain alkanes are used as light lubricants, while straight-chain alkanes serve in alkylation processes. Successive urea adductions can achieve high purity separation, with studies demonstrating 99-percent purity separation of alkanes from kerosene.
Q7: What steps follow urea crystal formation during the adduction procedure?
After white precipitate forms, gently dry the urea crystals under nitrogen with gentle heat until all solvent evaporates. Rinse the crystals three times with hexane, transferring each rinse to a fresh vial as the non-adduct fraction. Dissolve the crystals in water, then extract with hexane three times, combining all hexane extracts as the adduct fraction ready for analysis.