Overview
Fonte: Laboratorio di Jeff Salacup - Università del Massachusetts Amherst
Come accennato nei video precedenti, il prodotto di un'estrazione con solvente organico, un estratto lipidico totale (TLE), è spesso una miscela complessa di centinaia, se non migliaia, di composti diversi. Il ricercatore è spesso interessato solo a una manciata di composti. Nel caso dei nostri due paleotermometri organici (Uk'37 e MBT/CBT), l'interesse è per soli 6 composti (2 alchenoni e 4 tetraeteri isoprenoidali glicerolo dialchilglicerolo). Come discusso nei due video precedenti di questa serie, le tecniche di purificazione possono essere applicate al fine di ridurre il numero di composti in un campione analizzato. Queste tecniche possono alterare chimicamente i componenti indesiderati (saponificazione), sfruttare le diverse sostanze chimiche composte (cromatografia a colonna) o utilizzare le diverse forme e dimensioni delle molecole per includere o escludere determinati componenti dall'analisi (adduzione dell'urea). La struttura atomica di diverse sostanze chimiche porta alcuni composti organici a formare catene lunghe, strette e diritte (n-alcani e alchenoni), altri composti organici a formare strutture cicliche complesse, altri a formare strutture altamente ramificate e altri ancora che formano strutture sia cicliche che ramificate (GDCT) (Figura 1). Le diverse forme e dimensioni dei composti in un campione possono essere utilizzate per separarli l'uno dall'altro, più o meno allo stesso modo in cui un raccoglitore di monete separa monete di diversi tagli (dimensioni).
Figura 1. Confronto di diverse strutture chimiche. Decano, un alcano a catena diritta (A; da http://www.bpc.edu/mathscience/chemistry), cicloesano, un alcano ciclico (B; da http://www.bpc.edu/mathscience/chemistry), uno steroide, un idrocarburo policiclico (C; da www.wikiwand.com) e 2,2-dimetilbutano, un alcano ramificato (D; www.wikimedia.com). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Principles
L'adduzione dell'urea è una tecnica di esclusione dimensionale che separa le strutture a catena diritta o raramente ramificate da strutture altamente ramificate e cicliche. Ciò accade a causa della speciale struttura cristallina dell'urea (Figura 2). Quando si forma un cristallo di urea, crea piccoli spazi tra i singoli cristalli. Gli spazi sono lunghi e stretti con un diametro medio di cinque angstrom (5 x 10-10 m). Questi spazi sono abbastanza grandi da includere composti a catena diritta o raramente ramificati nel reticolo cristallino, ma troppo piccoli per strutture altamente ramificate o cicliche. Pertanto, queste ultime strutture sono escluse. I cristalli possono quindi essere lavati e le strutture altamente ramificate o cicliche possono essere rimosse dal campione. La successiva dissoluzione del cristallo rilascia i composti a catena diritta e raramente ramificati nella soluzione, da cui possono essere estratti e analizzati.
Figura 2. Rappresentazione della struttura chimica e cristallina dell'urea. (dal www.imgkid.com) Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
L'adduzione dell'urea è una tecnica che separa gli alchenoni a catena diritta da 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 altri non possono adattarsi alla struttura.
L'adduzione dell'urea utilizza le diverse dimensioni e forme dei composti per separarli, in modo simile a come una macchina per il conteggio delle monete smista un barattolo di spiccio.
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 dell'esclusione dimensionale su un campione per la paleotermometria alchenica.
L'adduzione dell'urea è un metodo di purificazione basato sull'esclusione delle dimensioni. Separa i composti a catena diritta 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, vengono creati piccoli spazi tra le singole molecole. Questi spazi sono lunghi e stretti, quindi i composti a catena diritta o raramente ramificati possono adattarsi al 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 sciolti 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 di 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 concatenati dritti 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 composti sconosciuti che coelutiscono 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 a colonna.
Quindi, preparare le soluzioni di adduzione dell'urea come delineato 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 urea e soluzione di metanolo. Guarda la formazione di un precipitato bianco, poiché questo segnala la creazione di cristalli di urea. Quindi, asciugare delicatamente i cristalli di urea sotto azoto, usando un calore delicato. Assicurarsi di 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 un flaconcino fresco. 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, cappuccio e agitare delicatamente per 5 s.
Lasciare riposare la soluzione fino a quando l'esano e l'acqua si separano completamente. Quindi, utilizzando una pipetta di vetro, rimuovere circa il 75% dell'esano e trasferirlo in un nuovo flaconcino. Questo è etichettato come "adduct".
Ripetere questo processo di estrazione due volte, aggiungendo 1 mL di esano ogni volta. Combinare 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 differisce 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 di carbonio e 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 composti che hanno rilevamenti 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 diritta 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 adduzioni dell'urea, questi alcani sono stati separati dal cherosene con una purezza del 99%.
Hai appena visto l'introduzione di JoVE alla purificazione di miscele organiche complesse tramite adduzione di urea. Ora dovresti capire l'esclusione delle dimensioni, 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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Procedure
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 diritta da 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 altri non possono adattarsi alla struttura.
L'adduzione dell'urea utilizza le diverse dimensioni e forme dei composti per separarli, in modo simile a come una macchina per il conteggio delle monete smista un barattolo di spiccio.
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 dell'esclusione dimensionale su un campione per la paleotermometria alchenica.
L'adduzione dell'urea è un metodo di purificazione basato sull'esclusione delle dimensioni. Separa i composti a catena diritta 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, vengono creati piccoli spazi tra le singole molecole. Questi spazi sono lunghi e stretti, quindi i composti a catena diritta o raramente ramificati possono adattarsi al 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 sciolti 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 di 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 concatenati dritti 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 composti sconosciuti che coelutiscono 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 a colonna.
Quindi, preparare le soluzioni di adduzione dell'urea come delineato 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 urea e soluzione di metanolo. Guarda la formazione di un precipitato bianco, poiché questo segnala la creazione di cristalli di urea. Quindi, asciugare delicatamente i cristalli di urea sotto azoto, usando un calore delicato. Assicurarsi di 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 un flaconcino fresco. 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, cappuccio e agitare delicatamente per 5 s.
Lasciare riposare la soluzione fino a quando l'esano e l'acqua si separano completamente. Quindi, utilizzando una pipetta di vetro, rimuovere circa il 75% dell'esano e trasferirlo in un nuovo flaconcino. Questo è etichettato come "adduct".
Ripetere questo processo di estrazione due volte, aggiungendo 1 mL di esano ogni volta. Combinare 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 differisce 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 di carbonio e 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 composti che hanno rilevamenti 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 diritta 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 adduzioni dell'urea, questi alcani sono stati separati dal cherosene con una purezza del 99%.
Hai appena visto l'introduzione di JoVE alla purificazione di miscele organiche complesse tramite adduzione di urea. Ora dovresti capire l'esclusione delle dimensioni, l'importanza di purificare i campioni per una misurazione accurata dei componenti e l'adduzione dell'urea.
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Results
Questa tecnica di purificazione produce due fiale diverse; un addotto etichettato, contenente composti a catena diritta e raramente ramificati, e un altro non addotto etichettato, contenente composti altamente ramificati e ciclici. Questa procedura ha notevolmente ridotto la complessità di qualsiasi campione da analizzare su uno strumento. Questa diminuzione della complessità è spesso cruciale per l'analisi accurata dei composti bersaglio. Ad esempio, in ambienti nearshore dopo circa il 1850, gli alchenoni co-eluiscono con composti fastidiosi, apparentemente inquinanti introdotti dopo la rivoluzione industriale, che non vengono rimossi usando solo la cromatografia a colonna o la saponificazione. Apparentemente, gli inquinanti sono ciclici o ramificati perché l'adduzione dell'urea li rimuove dal campione. I primi 160 anni di alcuni di questi archivi di sedimenti possono essere analizzati con sicurezza per Uk'37 solo a causa dell'applicazione dell'adduzione dell'urea.
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Applications and Summary
L'adduzione dell'urea viene spesso utilizzata nella purificazione degli n-alcani, costituenti comuni della cera fogliare, al fine di rimuovere i composti co-eluitori prima dell'analisi isotopica. I rapporti isotopici di carbonio e idrogeno delle cere fogliari nelle piante contengono informazioni sulle vie metaboliche e sulle condizioni ambientali in cui la pianta ha usato e vissuto, rispettivamente. Per determinare i rapporti isotopici, è necessario caricare su un GC quantità molto grandi di composto. Tali grandi quantità spesso causano la co-eluizione di composti che eluiscono l'uno vicino all'altro a concentrazioni più basse. Spesso, i composti che co-eluiscono con gli alcani sono parti ramificate o cicliche di quell'alcano e possono quindi essere rimossi usando l'adduzione dell'urea.
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