Eliminación de compuestos ramificados y cíclicos por aducción de Urea para Uk'Paleothermometry37

Earth Science

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Overview

Fuente: Laboratorio de Jeff Salacup - Universidad de Massachusetts Amherst

Como se mencionó en anteriores videos, el producto de una extracción con disolvente orgánico, un extracto total de lípidos (TLE), suele ser una mezcla compleja de cientos, si no miles, de diferentes compuestos. El investigador a menudo solamente está interesado en un puñado de compuestos. En el caso de nuestros dos paleothermometers orgánicos (Uk'37 y MBT/TCC), el interés es de sólo 6 compuestos (2 alkenones y 4 isoprenoidal glicerol thioureas glicerol tetraethers). Como comentamos en los anteriores dos videos de esta serie, pueden aplicarse técnicas de purificación con el fin de comparar el número de compuestos en una muestra analizada. Estas técnicas pueden químicamente alterar los componentes no deseados (saponificación), tomar ventaja de la química compuesto diferentes (cromatografía de columna) o usar las diferentes formas y tamaños de las moléculas para incluir o excluir ciertos componentes de los análisis (aducción de urea). La estructura atómica de los diferentes productos químicos lleva algunos compuestos orgánicos para formar largos, estrechos, cadenas rectas (n-alcanos y alkenones), otros compuestos orgánicos para formar estructuras cíclicas complejas, otras para formar estructuras muy ramificadas, y otros que forman ambos cíclico y las estructuras (GDGTs) (figura 1). Las diferentes formas y tamaños de los compuestos en una muestra pueden utilizarse para separar uno del otro, en la misma forma como un clasificador de monedas separa monedas de diferentes denominaciones (tamaños).

Figure 1
Figura 1. Comparación de estructuras químicas diferentes. Decano, un alcano de cadena recta (A; de http://www.bpc.edu/mathscience/chemistry), ciclohexano, un alcano cíclico (B; http://www.bpc.edu/mathscience/chemistry), un esteroide, un hidrocarburos poli cíclicos (C; www.wikiwand.com) y 2, 2-dimetilbutano, un alcano ramificado (D; www.wikimedia.com). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Fundamentos de la ciencia de la tierra. Eliminación de compuestos ramificados y cíclicos por aducción de Urea para Uk'Paleothermometry37. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Principles

Aducción de la urea es una técnica de exclusión de tamaño que separa las estructuras de cadena recta o raramente ramificación de estructuras muy ramificadas y cíclicas. Esto sucede debido a la estructura de cristal especial de urea (figura 2). Cuando se forma un cristal de urea, crea pequeños espacios entre los cristales individuales. Los espacios son largas y estrechas con un diámetro promedio de 5 angstromes (5 x 10-10 m). Estos espacios son lo suficientemente grandes como para incluir compuestos de cadena recta o ramificación raramente en el enrejado cristalino, pero demasiado pequeño para estructuras muy ramificadas o cíclicas. Por lo tanto, se excluyen las estructuras de este último. Luego se pueden lavar los cristales, y se pueden quitar las estructuras muy ramificadas o cíclicas de la muestra. Posterior disolución del cristal libera los compuestos de cadena recta y raramente ramificadas hacia la solución, que pueden ser extraídos y analizados.

Figure 1

Figura 2. Representación de la estructura química y cristalina de la urea. (de www.imgkid.com) Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Aducción de la urea es una técnica que separa alkenones de cadena recta de compuestos altamente ramificados y cíclicos.

La urea es un compuesto orgánico que se forma una estructura cristalina porosa. El cristal puede atrapar a ciertas moléculas, formar un aducto, mientras que otros no caben dentro de la estructura.

Aducción de urea utiliza los diferentes tamaños y formas de los compuestos a separar – similar a cómo una máquina para contar monedas clasificará un frasco de monedas.

Este video es parte de una serie de extracción, purificación y análisis de los sedimentos. Ilustrará el uso de la aducción de urea para realizar la purificación de exclusión de tamaño en una muestra de paleothermometry de alkenone.

Aducción de urea es un método de purificación basado en la exclusión del tamaño. Separa compuestos de cadena recta o raramente ramificación – como n-alcanos y alkenones - de los que son muy ramificadas y cíclicas.

Esto es posible debido a la especial estructura cristalina de la urea. Cuando se forma un cristal de urea, se crean espacios minúsculos entre las moléculas individuales. Estos espacios son largas y estrechas - tan-cadena recta o compuestos raramente ramificación pueden caber en el enrejado cristalino, mientras que los compuestos altamente ramificados y cíclicos son demasiado grandes.

Los cristales de urea se lavaron con un solvente apolar, separando las moléculas excluidas de los lineales incluidos. Las moléculas de lavado pueden extraerse y analizadas directamente, mientras que los cristales se deben disolver en agua para liberar los compuestos lineales en la solución primero. Otro solvente apolar se utiliza para extraer los compuestos deseados del agua.

Las moléculas de incluidos y excluidas pueden proporcionar información valiosa. Por ejemplo, altamente ramificados isoprenoides, producida por diatomeas del hielo de mar, pueden ser un indicador de la existencia de banquisa estacional en las latitudes altas. Compuestos cíclicos pueden reflejar la presencia de incendios pasados. Derecho encadenado alcanos y alkenones son los proxies comunes de temperatura superficial del mar y estructura del ecosistema.

La purificación proporcionada por aducción de urea no es siempre necesaria, como algunos compuestos de interés se pueden analizar directamente en la muestra orgánica extraída inalterada. En casos extremos - como en los sedimentos adquiridos en áreas altamente contaminadas, como estuarios cerca de centros industriales - una aducción de urea puede ser necesaria para remover compuestos desconocidos que coelute durante el análisis.

Ahora que entiendes la aducción urea, estás listo para comenzar el procedimiento.

Para empezar, adquirir un extracto seco total de lípidos – o TLE-que ha sido extraído de la muestra y purificados con la saponificación y columna cromatografía.

A continuación, preparar la urea aducción soluciones como se indica en el protocolo de texto. Asegúrese de que todos los componentes son puros y libres de hidrocarburos.

Suspender la muestra en 1,5 mL de la solución de DCM/hexano. Si no se disuelve totalmente el TLE, someter a ultrasonidos de 5 minutos agregar 1.5 mL de solución de urea y metanol. Ver la formación de un precipitado blanco, esto indica la creación de cristales de urea. Luego, secar suavemente los cristales de urea en nitrógeno, con calor suave. Asegúrese de que se evapore todo el solvente. Una vez que los cristales se secan completamente, enjuagar 3 veces con aproximadamente 1 mL de hexano. Utilice una pipeta de vidrio para quitar el hexano entre cada enjuague y transferir a un frasco de dulce. Reciben el nombre de la "no aducción". A continuación, disolver los cristales en 2 mL de agua pura. Agitar para asegurar la disolución completa.

Para extraer los biomarcadores de la adición de agua, agregar 1 mL de hexano, la tapa y agite suavemente durante 5 s.

Deje que la solución a descansar hasta el hexano y el agua separan completamente. Luego, usando una pipeta de vidrio, quitar aproximadamente el 75% del de hexano y transferir a un frasco nuevo. Reciben el nombre de la "aducción".

Repita este proceso de extracción dos veces, añadiendo 1 mL de hexano cada vez. Combinar los tres aductores en un frasco. Deseche la solución de urea y agua en un recipiente de residuos adecuado. La muestra está ahora lista para su análisis.

Aducción de urea tiene varias aplicaciones en la separación y purificación de moléculas orgánicas.

Un isótopo es una variante de un elemento químico que difiere en la cantidad de neutrones y por lo tanto difiere en su masa atómica. Un elemento puede tener varios isótopos, cada uno con una masa diferente. Isótopos también pueden tener propiedades químicas y moleculares que se diferencian, por lo que puede ser importante determinar qué isótopos están presentes en una muestra particular. En este ejemplo, se midieron las proporciones de isótopo de carbono e hidrógeno en ceras de la hoja para recopilar información sobre las vías metabólicas de la planta. Muy grandes cantidades de material se requieren para determinar los cocientes del isótopo, y compuestos que tienen detecciones similares a bajas concentraciones pueden solaparse cuando se analizan grandes cantidades.

Por lo tanto, aducción de urea fue utilizada para separar compuestos que interfieren con los n-alkanes de interés. Extracción de estos materiales no deseados para una relación isotópica exacta por determinar.

Petróleo es una mezcla compleja de hidrocarburos, cada uno con usos y propiedades únicas. La separación de estos compuestos del petróleo es muy importante en la industria química: alcanos ramificados se utilizan como lubricantes ligeros, mientras que los alcanos de cadena lineal se utilizan principalmente en procesos de alquilación. En este ejemplo, aducción de urea se utilizó para separar los alkanes de keroseno. Mediante una serie sucesiva de adductions de la urea, estos alcanos se separaron de queroseno en una pureza de 99 porcentaje.

Sólo ha visto la introducción de Zeus a la purificación de mezclas orgánicas complejas mediante aducción de urea. Ahora debería entender exclusión de tamaño, la importancia de la purificación de las muestras para la medición precisa del componente y aducción de la urea.

¡Gracias por ver!

Procedure

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1. configuración y preparación de materiales

  1. Obtener un total de lípidos extracto (TLE) utilizando un método de extracción por solvente (sonicación, Soxhlet o extracción acelerada de disolvente (ASE)).
  2. Comprar los siguientes materiales a cualquier distribuidor de productos químico: combustión de borosilicato de vidrio pipetas y bulbos; agua pura; hexano; Diclorometano (DCM); metanol; de la urea.
    1. Los reactivos deben ser puro y libre de hidrocarburos. Alternativamente, el agua pura se puede hacer en un laboratorio utilizando un sistema de purificación de agua.
  3. Obtener frascos de 4 mL del borosilicate con casquillos de PTFE.

2. métodos

  1. Hacer una mezcla de DCM:Hexane de 2:1 (v: v).
    1. En un matraz de Erlenmeyer, mezclar 200 mL de DCM y 100 mL de hexano.
  2. Hacer una mezcla de urea en metanol (100 mg/mL).
    1. Vierta 300 mL de metanol en un matraz Erlenmeyer.
    2. Añadir 300 mg de urea.
    3. Agite en una placa de agitación automática hasta que se disuelva completamente la urea.
  3. Comenzar con la muestra seca en un vial de 4 mL.
  4. Suspender la muestra en 1,5 mL de una mezcla 2:1 de DCM:Hexane (v: v).
    1. Si la muestra no se disuelve completamente, someter a ultrasonidos durante 5 minutos.
  5. A esta mezcla, añadir 1,5 mL de urea en metanol.
    1. Después de esta adición, observe un precipitado blanco forma. Esto indica la creación de cristales de urea.
  6. Secar suavemente los cristales bajo nitrógeno, con calor suave. Asegúrese de que todos solvente se ha evaporado antes de proceder al siguiente paso.
  7. Enjuagar los cristales 3 x con aproximadamente 1 mL de hexano. Quitar el hexano entre cada enjuague con una pipeta de vidrio para transferir a un frasco etiquetado como "no-aducción."
  8. Disolver los cristales en 2 mL de agua pura. Agitar para asegurar la disolución completa.
  9. Extraer la fase acuosa con hexano por adición de 1 mL y agitándolo suavemente durante 5 s.
  10. Permitir que el hexano y el agua a completamente separada antes de extraer aproximadamente el 75% del hexano con una pipeta de vidrio y transferir a un frasco con la etiqueta "aducción."
  11. Repita el paso 2.10 dos veces.
  12. Deseche la solución de urea y agua en un recipiente de residuos adecuado.

Results

Esta técnica de purificación produce dos frascos diferentes. una marcada aducción, que contienen compuestos de cadena recta y raramente ramificadas, y otro con la etiqueta no aducción, que contengan compuestos altamente ramificados y cíclicos. Este procedimiento ha disminuido enormemente la complejidad de cualquier muestra para su análisis en un instrumento. Esta disminución en complejidad es a menudo crucial para el análisis preciso de los compuestos objetivo. Por ejemplo, en lugares cerca de la costa después de aproximadamente 1850, alkenones Co fin de eluir con compuestos problemáticos, ostensiblemente contaminantes introducidos después de la Revolución Industrial, que no se eliminan mediante cromatografía en columna o saponificación solo. Al parecer, los contaminantes son cíclicos o ramificado porque aducción de urea elimina de la muestra. La parte superior de 160 años de algunos de estos archivos de sedimento puede analizarse con confianza para Uk'37 solamente debido a la aplicación de la aducción de la urea.

Applications and Summary

Aducción de urea es a menudo utilizada en la purificación de los n-alcanos, componentes comunes de la cera de la hoja, para eliminar compuestos Co liberador antes de isótopos. Las proporciones de isótopo de carbono e hidrógeno de ceras de la hoja en plantas contienen información sobre las rutas metabólicas y las condiciones ambientales de la planta utilizado y vivido, respectivamente. Para determinar los cocientes del isótopo, cantidades muy grandes de compuesto se deben cargar en un GC. Tales grandes cantidades a menudo causan compuestos que elución cerca unas de otras en concentraciones más bajas a fin de eluir conjuntamente. A menudo, los compuestos liberadores de co con alcanos son grupos ramificados o cíclicos de ése alkane y pueden así eliminarse con aducción de urea.

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1. configuración y preparación de materiales

  1. Obtener un total de lípidos extracto (TLE) utilizando un método de extracción por solvente (sonicación, Soxhlet o extracción acelerada de disolvente (ASE)).
  2. Comprar los siguientes materiales a cualquier distribuidor de productos químico: combustión de borosilicato de vidrio pipetas y bulbos; agua pura; hexano; Diclorometano (DCM); metanol; de la urea.
    1. Los reactivos deben ser puro y libre de hidrocarburos. Alternativamente, el agua pura se puede hacer en un laboratorio utilizando un sistema de purificación de agua.
  3. Obtener frascos de 4 mL del borosilicate con casquillos de PTFE.

2. métodos

  1. Hacer una mezcla de DCM:Hexane de 2:1 (v: v).
    1. En un matraz de Erlenmeyer, mezclar 200 mL de DCM y 100 mL de hexano.
  2. Hacer una mezcla de urea en metanol (100 mg/mL).
    1. Vierta 300 mL de metanol en un matraz Erlenmeyer.
    2. Añadir 300 mg de urea.
    3. Agite en una placa de agitación automática hasta que se disuelva completamente la urea.
  3. Comenzar con la muestra seca en un vial de 4 mL.
  4. Suspender la muestra en 1,5 mL de una mezcla 2:1 de DCM:Hexane (v: v).
    1. Si la muestra no se disuelve completamente, someter a ultrasonidos durante 5 minutos.
  5. A esta mezcla, añadir 1,5 mL de urea en metanol.
    1. Después de esta adición, observe un precipitado blanco forma. Esto indica la creación de cristales de urea.
  6. Secar suavemente los cristales bajo nitrógeno, con calor suave. Asegúrese de que todos solvente se ha evaporado antes de proceder al siguiente paso.
  7. Enjuagar los cristales 3 x con aproximadamente 1 mL de hexano. Quitar el hexano entre cada enjuague con una pipeta de vidrio para transferir a un frasco etiquetado como "no-aducción."
  8. Disolver los cristales en 2 mL de agua pura. Agitar para asegurar la disolución completa.
  9. Extraer la fase acuosa con hexano por adición de 1 mL y agitándolo suavemente durante 5 s.
  10. Permitir que el hexano y el agua a completamente separada antes de extraer aproximadamente el 75% del hexano con una pipeta de vidrio y transferir a un frasco con la etiqueta "aducción."
  11. Repita el paso 2.10 dos veces.
  12. Deseche la solución de urea y agua en un recipiente de residuos adecuado.

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