Экспериментальный протокол для изучения минеральных влияния на органических гидротермальных преобразования

Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области органической химии, такие как влияние богатых минералов на органические молекулы в глубоководных гидротермальных системах океана. Главное преимущество этой техники заключается в том, что она недорогая, простая в использовании и надежная. Хотя этот метод может дать представление о взаимодействии органических минералов в природных гидротермальных системах, он также может быть применен в других областях, таких как гидротермальная обработка органических глютенов или биосинтез гидротермальных веществ в зеленой химии.

Демонстрировать процедуру будет доктор Сюань Фу из моей лаборатории. Чтобы начать эту процедуру, выберите размер и материал пробирки, а также определите количество органических соединений и минералов для использования, как указано в текстовом протоколе. Эта демонстрация будет проводиться с использованием нитробензола и магнетита, загруженных в кремниевую трубку с внутренним диаметром два миллиметра и внешним диаметром шесть миллиметров.

С помощью труборезов разрежьте трубку на небольшие кусочки длиной около 30 сантиметров. Затем используйте кислородно-водородную горелку с подходящей пламенной головкой, чтобы закрыть один конец трубки. Если какое-либо из исходных органических соединений жидкое, используйте микролитровый шприц для переноса его в трубку.

С помощью пастеровской пипетки добавьте предварительно взвешенные материалы. Затем добавьте деионизированную и дезоксигенированную воду. Подсоедините трубку к вакуумной магистрали с закрытым клапаном.

С помощью зажима плотно удерживайте трубку и погрузите ее в колбу Дьюара, наполненную жидким азотом. Оставьте трубку в жидком азоте примерно на три минуты, пока органика и вода полностью не замерзнут. Пока трубка все еще погружена в жидкий азот, откройте вакуумный клапан, чтобы удалить воздух из свободного пространства трубки.

После этого выключите вентиль. Извлеките трубку из жидкого азота и дайте пробирке прогреться до комнатной температуры. Когда он нагреется, осторожно постучите по дну трубки, чтобы выпустить оставшиеся пузырьки воздуха из раствора в свободное пространство.

Повторите этот цикл заморозки, накачки, размораживания еще дважды. Затем, пока трубка все еще погружена в жидкий азот, закройте вакуумную линию и с помощью кислородно-водородной горелки запечатайте открытый конец трубки. После того, как трубка будет загерметизирована, переложите ее в небольшую стальную трубу, оснащенную завинчивающимися крышками.

Плотно закройте винтовые крышки, чтобы предотвратить повреждение из-за повышения давления или выхода трубки из строя. Поместите трубу в печь или духовку с регулируемой температурой и нагрейте ее до желаемой температуры. Используйте термопару внутри духовки, чтобы контролировать температуру на протяжении всей гидротермальной реакции.

Как только время реакции будет достигнуто, выньте трубу из духовки и поставьте трубку на водяную баню с холодной водой, чтобы погасить эксперимент. Во-первых, делают экстракционный раствор дихлорметана, содержащий 8,8 микромолярного додекана, в качестве внутреннего стандарта для газовой хроматографии. Перелейте три миллилитра раствора для экстракции в стеклянный флакон объемом 10 миллилитров.

Затем откройте пробирку с помощью труборезов и с помощью пастеровской пипетки быстро переложите весь продукт в стеклянный флакон. Далее переведите раствор на одну минуту. Дайте минеральным частицам отстояться в течение пяти минут.

После этого с помощью пастеровской пипетки осторожно перенесите примерно один миллилитр образца из слоя дихлорметана во флакон с ГХ. Используя поликапиллярную колонку и пламенно-ионизационный детектор, проанализируйте распределение продукта с помощью газовой хроматографии, как указано в текстовом протоколе. Постройте калибровочные кривые GC и используйте их для количественной оценки органических продуктов.

Затем рассчитайте преобразование реакции в соответствии с контурами в текстовом протоколе. Используйте эти преобразования, чтобы определить, способствует ли минерал гидротермальным органическим превращениям или замедляет их. Такой подход к изучению гидротермальных взаимодействий органических минералов продемонстрирован на примере нитробензола с минералом магнетитом при гидротермических условиях 150 градусов Цельсия и пяти барах в течение двух часов.

После гидротермального процесса трубка, не содержащая магнетита, не показала изменения цвета, в то время как трубка, содержащая магнетит, приобрела коричневый цвет. Это означает, что произошла реакция окисления, в результате которой магнетит превратился в гематит. Затем проводится газовый хроматографический анализ для определения количества магнетита при конверсии нитробензола.

В эксперименте без минералов расчетная конверсия нитробензола составляет 5,2%, однако в присутствии магнетита конверсия нитробензола составляет 30,3%, увеличиваясь в шесть раз. Это говорит о том, что магнетит может в значительной степени способствовать реакции нитробензола в используемых гидротермических условиях. При попытке выполнить эту процедуру важно помнить о соблюдении СОП использования кислородно-водородной горелки.

Таким образом, после этой процедуры могут быть выполнены другие аналитические методы, такие как сканирующая электронная микроскопия и газовая хроматография, масс-спектроскопия, чтобы ответить на дополнительные вопросы, например, есть ли морфологические изменения минералов и какова масса молекул неизвестных органических продуктов. После своего развития этот метод проложил путь исследователям в области гидротермальной органической химии к изучению взаимодействия органических минералов в природных гидротермальных системах.