Um protocolo Experimental para estudar efeitos Mineral sobre transformações hidrotermais orgânicos

Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo da química orgânica, como como os minerais abundantes na Terra influenciam as moléculas orgânicas em sistemas hidrotermais oceânicos profundos. A principal vantagem dessa técnica é que ela é de baixo custo, fácil de usar e confiável. Embora este método possa fornecer informações sobre as interações minerais orgânicas em sistemas hidrotermais naturais, ele também pode ser aplicado a outras áreas, como tratamento hidrotérmico de glúten orgânico ou síntese hidrotermal biofundida em química verde.

Demonstrando o procedimento estará o Dr. Xuan Fu do meu laboratório. Para iniciar este procedimento, escolha um tamanho e material de tubo e determine as quantidades de compostos orgânicos e minerais a serem usados, conforme descrito no protocolo de texto. Esta demonstração será realizada usando nitrobenzeno e magnetita carregados em um tubo de silício com um diâmetro interno de dois milímetros e um diâmetro externo de seis milímetros.

Usando um cortador de tubo, corte o tubo em pedaços pequenos com cerca de 30 centímetros de comprimento. Em seguida, use uma tocha de oxi-hidrogênio com uma cabeça de chama apropriada para selar uma extremidade do tubo fechada. Se algum dos compostos orgânicos iniciais for líquido, use uma seringa de microlitro para transferi-lo para o tubo.

Usando uma pipeta pasteur, adicione os materiais pré-pesados. Em seguida, adicione água deionizada e desoxigenada. Conecte o tubo a uma linha de vácuo com uma válvula fechada.

Use um clamp para segurar firmemente o tubo e mergulhe-o em um frasco dewar cheio de nitrogênio líquido. Deixe o tubo no nitrogênio líquido por aproximadamente três minutos até que os orgânicos e a água estejam completamente congelados. Enquanto o tubo ainda estiver imerso em nitrogênio líquido, abra a válvula de vácuo para remover o ar do headspace do tubo.

Depois disso, desligue a válvula. Remova o tubo do nitrogênio líquido e deixe o tubo aquecer até a temperatura ambiente. Quando estiver aquecido, bata suavemente na parte inferior do tubo para liberar quaisquer bolhas de ar restantes da solução para o espaço da cabeça.

Repita este ciclo de congelamento, bombeamento e descongelamento mais duas vezes. Então, enquanto o tubo ainda está imerso em nitrogênio líquido, feche a linha de vácuo e use a tocha de oxi-hidrogênio para selar a extremidade aberta do tubo. Depois que o tubo for selado, transfira-o para um pequeno tubo de aço equipado com tampas de rosca.

Sele as tampas de rosca frouxamente para evitar qualquer dano por acúmulo de pressão ou falha do tubo. Coloque o tubo dentro de um forno ou forno com temperatura controlada e aqueça-o até a temperatura desejada. Use um termopar dentro do forno para monitorar a temperatura durante a reação hidrotérmica.

Assim que o tempo de reação for atingido, retire o tubo do forno e coloque-o em banho-maria fria para extinguir o experimento. Primeiro, faça uma solução de extração de diclorometano que contenha dodecano 8,8 micromolar, como um padrão interno para cromatografia gasosa. Transfira três mililitros da solução de extração para um frasco de vidro de 10 mililitros.

Em seguida, use um cortador de tubos para abrir o tubo e use uma pipeta pasteur para transferir rapidamente todo o produto para o frasco de vidro. Em seguida, vortex a solução por um minuto. Deixe as partículas minerais repousarem por cinco minutos.

Depois disso, use uma pipeta pasteur para transferir cuidadosamente aproximadamente um mililitro da amostra da camada de diclorometano para um frasco de GC. Usando uma coluna policapilar e um detector de ionização de chama, analise a distribuição do produto por cromatografia gasosa conforme descrito no protocolo de texto. Construa as curvas de calibração GC e use-as para quantificar os produtos orgânicos.

Em seguida, calcule a conversão da reação conforme os contornos do protocolo de texto. Use essas conversões para determinar se o mineral facilita ou retarda as transformações orgânicas hidrotermais. Esta abordagem para estudar as interações minerais orgânicas hidrotermais é demonstrada aqui usando nitrobenzeno com o mineral magnetita em uma condição hidrotermal de 150 graus Celsius e cinco bar por duas horas.

Após o processo hidrotermal, o tubo que não continha magnetita não apresentou mudança de cor, enquanto o tubo que continha magnetita ficou com uma cor marrom. Isso implica que ocorreu uma reação de oxidação, com a magnetita sendo convertida em hematita. A análise por cromatografia gasosa é então realizada para determinar a quantidade de magnetita na conversão de nitrobenzeno.

No experimento sem mineral, a conversão calculada para nitrobenzeno é de 5,2% No entanto, na presença de magnetita, a conversão de nitrobenzeno é de 30,3% - um aumento de seis vezes. Isso sugere que a magnetita pode promover significativamente a reação do nitrobenzeno nas condições hidrotermais utilizadas. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de seguir o SOP de uso da tocha de oxi-hidrogênio.

Portanto, seguindo esse procedimento, outros métodos analíticos, como microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de massa por cromatografia gasosa, podem ser realizados para responder a perguntas adicionais, como se há mudança na morfologia dos minerais e quais são as massas das moléculas de produtos orgânicos desconhecidos. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores no campo da química orgânica hidrotermal explorarem as interações minerais orgânicas em sistemas hidrotermais naturais.