Info-Skriptum - Organische und Bioorganische Chemie - Karl ...
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<strong>Organische</strong> <strong>und</strong> <strong>Bioorganische</strong> <strong>Chemie</strong><br />
<strong>Karl</strong>-Franzens-Universität Graz<br />
A-8010 Graz, Heinrichstr. 28<br />
V.2014<br />
SEMINAR zu den LU aus ORGANISCHER CHEMIE (CHE.145_2), 2 WST.<br />
<strong>Info</strong>-<strong>Skriptum</strong><br />
Übersicht über Inhalt <strong>und</strong> Ablauf des Seminars<br />
Synthesen der Praktikumspräparate: Synthesevorschriften, Reaktionen, Benennung <strong>und</strong> Erstellen von Formeln,<br />
Protokollführung.<br />
Stoffklassen-<strong>Skriptum</strong><br />
Musterprotokoll-<strong>Skriptum</strong><br />
Präparateliste-<strong>Skriptum</strong><br />
Chemikalienbezugsschein (Formular)<br />
Literatursuche - konventionell: Handbücher <strong>und</strong> Periodika in der Bereichsbibliothek<br />
Literatursuche - elektronisch: Suche in CAS Scifinder, Beilstein Reaxys etc.<br />
Praktische Demonstration in der Labor-Bibliothek <strong>und</strong> am Rechner<br />
Sicherheit <strong>und</strong> Arbeitstechnik: Demonstration der organisch-chemischen Apparaturen <strong>und</strong> Operationen<br />
<strong>Skriptum</strong> zum Seminar über Sicherheit <strong>und</strong> Arbeitstechnik im organisch-chemischen Labor<br />
Dünnschichtchromatographie <strong>und</strong> präparative Dry-Flash-Chromatographie<br />
Vorlesungs-Folien <strong>und</strong> <strong>Skriptum</strong> zum Seminar über Dünnschichtchromatographie <strong>und</strong> Dry-Flash-Säulenchromatographie<br />
Arbeitsanleitungen zu den praktischen Übungen (Dünnschichtchromatographie <strong>und</strong> Dry-Flash-Säulenchromatographie-Kurs)<br />
Analytische HPLC <strong>und</strong> GC.<br />
Vorlesungsfolien als <strong>Skriptum</strong> zum Seminar über HPLC <strong>und</strong> Gaschromatographie<br />
Die einzelnen Seminarteile werden mit Tests abgeschlossen.<br />
Der genaue Zeitplan ist über den Link auf der Webseite zu den Seminar/Laborübungen aus organischer <strong>Chemie</strong><br />
herunterzuladen (über UGO oder direkt: http://boch35.uni-graz.at/student/oc_kfu.shtml)<br />
30.03.2013
<strong>Organische</strong> <strong>und</strong> <strong>Bioorganische</strong> <strong>Chemie</strong><br />
<strong>Karl</strong>-Franzens-Universität Graz<br />
A-8010 Graz, Heinrichstr. 28<br />
V.2014<br />
Stoffklassen <strong>und</strong> Stammsysteme<br />
organischer Verbindungen<br />
1<br />
<strong>Karl</strong>-Franzens-Universität Graz, Institut für <strong>Chemie</strong>, Bereich <strong>Organische</strong> <strong>und</strong> <strong>Bioorganische</strong> <strong>Chemie</strong>, (blar 2013)<br />
1. Stammsysteme<br />
<strong>Organische</strong> Verbindungen<br />
(enthalten überwiegend die Elemente C, H, O, N, S)<br />
(in Klammern sind etwaige Trivialnamen angegeben)<br />
Acyclische Verbindungen<br />
(kettenförmige Atomanordnung)<br />
Cyclische Verbindungen<br />
(ringförmige Atomanordnung)<br />
gesättigte Kohlenwasserstoffe<br />
ungesättigte Kohlenwasserstoffe<br />
Carbocyclen<br />
Heterocyclen<br />
Alkane: H 3<br />
C-(CH 2<br />
) n<br />
-CH 3<br />
CH 3<br />
CH 3 1<br />
* 2<br />
CH<br />
H 3<br />
C<br />
3<br />
5 3<br />
6<br />
CH 3<br />
(R)-2,3,5-Trimethylhexan<br />
Alkene<br />
Alkine<br />
(Überbegriff: Olefine)<br />
vgl. Kap. 3<br />
Alicyclen<br />
vgl. Kap. 4<br />
Aromaten<br />
vgl. Kap. 5<br />
Heteroparaffine<br />
Heteroethene<br />
vgl. Kap. 4<br />
Heteroaromaten<br />
vgl. Kap. 6<br />
2. Substituierte Alkane (analoges gilt auch für ungesättigte <strong>und</strong> cyclische Stammsysteme)<br />
Stammsystem: Alkan<br />
Stammsystem: Alkan + Funktionelle Gruppe<br />
Alkylhalogenide<br />
Ether<br />
Azide<br />
Nitroalkane<br />
Isocyanide<br />
C H 3<br />
C H 3<br />
O<br />
Cl<br />
1-Chlorpropan<br />
(nicht Propylchlorid)<br />
C H 3<br />
Kap. 7<br />
Diese funktionellen Gruppen<br />
werden (nach IUPAC-Regeln)<br />
nur als Vorsilben (Präfixes)<br />
verwendet <strong>und</strong> bilden keine<br />
Stammsysteme (bei CA<br />
manchmal Abweichungen!)<br />
1-Ethoxypropan<br />
(nicht Ethyl-propylether)<br />
Alkohole<br />
Thiole<br />
Amine<br />
Aldehyde<br />
Ketone<br />
C H 3<br />
C H 3<br />
OH<br />
(R)-Butan-2-ol<br />
C H 3<br />
Sulfone,<br />
Sulfoxide<br />
Sulfonsäuren<br />
H<br />
O<br />
2<br />
N<br />
H C CH O<br />
3<br />
N<br />
3<br />
O<br />
H 3<br />
C Cl H<br />
CH 3<br />
C<br />
3<br />
Trimethylamin<br />
Kap. 8<br />
H<br />
O<br />
Ethanal<br />
(Acetaldehyd)<br />
Acetylchlorid<br />
Essigsäurechlorid<br />
C H 3<br />
O<br />
S NH 2<br />
O<br />
Azidotrimethylsilan<br />
Kohlensäurederivate<br />
Carbaminsäureethylester<br />
(Urethan)<br />
Carbonsäuren<br />
Carbonsäurederivate<br />
Metallorganische<br />
Verbindungen<br />
C H 3<br />
C H 3<br />
C H 3<br />
MgBr<br />
Li<br />
Butyllithium<br />
CH 3<br />
Si N 3<br />
CH 3<br />
Ethansulfonamid<br />
Ethylmagnesiumbromid<br />
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V.2014<br />
2<br />
Stammsysteme <strong>und</strong> Stoffklassen organischer Verbindungen<br />
3. Alkene <strong>und</strong> Alkine (Olefine, ungesättigte Kohlenwasserstoffe)<br />
Verbindungen mit C=C - Doppelbindungen<br />
Verbindungen mit CC- Dreifachbindungen<br />
Alkene Polyene Alkine Polyine<br />
H 3<br />
C<br />
H 2<br />
C C CH 2<br />
HC<br />
CH<br />
C CH<br />
H<br />
2<br />
Allen (ein Cumulen)<br />
Acetylen<br />
Propen<br />
CH<br />
H 2<br />
C<br />
2<br />
H 3<br />
C CH<br />
Buta-1,3-dien<br />
CH<br />
H 3<br />
C<br />
3 Prop-1-in<br />
(ein konjugiertes Dien)<br />
(Propin)<br />
(2E)-But-2-en<br />
H 2<br />
C CH 2<br />
Penta-1,4-dien<br />
(ein isoliertes Dien)<br />
HC<br />
CH<br />
Buta-1,3-diin<br />
4. Cyclische nichtaromatische Kohlenwasserstoffe<br />
Alicyclen<br />
Heterocyclen<br />
Cycloalkane<br />
Cyclopropan<br />
Polycyclische<br />
Alkane<br />
Cycloalkene<br />
Heteroparaffine<br />
O<br />
Oxiran<br />
(Ethylenoxid)<br />
Heteroethylene<br />
HO<br />
R<br />
O<br />
OH<br />
O<br />
Cyclopentan<br />
cis-Decahydronaphthalen<br />
(cis-Decalin)<br />
Cyclohexen<br />
S<br />
Tetrahydrothiophen<br />
(Thiophan)<br />
Ascorbinsäure<br />
(ein Dihydrofuran)<br />
H<br />
H<br />
CONH 2<br />
Cycloheptan<br />
Bicyclo[2.2.1]heptan<br />
(Norbornan)<br />
Cycloocta-1,3,5,7-<br />
tetraen<br />
N<br />
H<br />
Piperidin<br />
H<br />
N<br />
SiH 2<br />
1-Aza-3-silacyclohexan<br />
N<br />
R<br />
Dihydronicotinsäureamid,<br />
NADH<br />
(ein Dihydropyridin)<br />
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V.2014<br />
3<br />
Stammsysteme <strong>und</strong> Stoffklassen organischer Verbindungen<br />
5. Aromaten (cyclisch konjugierte, ungesättigte Verbindungen)<br />
Benzen <strong>und</strong> Derivate<br />
kondensierte Ringsysteme<br />
monosubstituiertes<br />
Benzen<br />
mehrfach subst.<br />
Benzen<br />
linear anellierte Ringe<br />
angular anellierte Ringe<br />
R<br />
OH<br />
NO 2<br />
R= Cl: Chlorbenzen<br />
= NH 2<br />
: Anilin<br />
= CH 3<br />
: Toluen<br />
= OH: Phenol<br />
= COOH: Benzoesäure<br />
2-Nitrophenol<br />
NH 2<br />
Cl<br />
COOH<br />
Naphthalen<br />
Anthracen<br />
Phenanthren<br />
4-Amino-3-chlorbenzoesäure<br />
Pyren<br />
6. Heteroaromaten<br />
(systematisch nach der Hantsch-Widmann-Nomenklatur benannt)<br />
5-Ringe 6-Ringe kondensierte Heterocyclen<br />
O<br />
H<br />
N<br />
N<br />
Furan<br />
S<br />
Thiophen<br />
H<br />
P<br />
1H-Phosphol<br />
1H-Pyrrol<br />
H<br />
N<br />
S<br />
N<br />
1H-Imidazol<br />
N<br />
1,3-Thiazol<br />
Pyridin<br />
N<br />
N<br />
Pyrimidin<br />
N<br />
N<br />
Pyrazin<br />
N<br />
N<br />
H<br />
Indol<br />
H<br />
N<br />
N<br />
Purin<br />
N<br />
N<br />
Chinolin<br />
Au<br />
Aurol<br />
H<br />
B<br />
1H-Borol<br />
O<br />
N N<br />
1,3,4-Oxadiazol<br />
N<br />
NH<br />
N N<br />
2H-Tetrazol<br />
N<br />
N N<br />
1,3,5-Triazin<br />
P<br />
Phosphinin<br />
N<br />
H<br />
Carbazol<br />
N<br />
N<br />
H<br />
1H-Indazol<br />
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4<br />
Stammsysteme <strong>und</strong> Stoffklassen organischer Verbindungen<br />
7. Substituenten <strong>und</strong> funktionelle Gruppen (nur als Präfix zu verwenden)<br />
Alkyl- <strong>und</strong> Arylsubstituenten<br />
-CH 3<br />
Methyl<br />
-CH 2<br />
-CH 3<br />
Ethyl<br />
-CH 2<br />
-CH 2<br />
-CH 3 -CH 2<br />
-CH 2<br />
-CH 2<br />
-CH 3 -CH=CH 2<br />
=CH-CH 3<br />
n-Propyl<br />
n-Butyl<br />
Vinyl<br />
Ethyliden<br />
CH Phenyl<br />
3<br />
CH<br />
-CH 3<br />
C<br />
CH3<br />
-C CH -CH 2<br />
-CH=CH 2<br />
H<br />
3 -CH 2 Benzyliden<br />
i-Propyl<br />
t-Butyl CH Allyl<br />
3<br />
Benzyl (Benzal)<br />
Halogene, Pseudohalogene, Ether, ...<br />
C H 3<br />
Br<br />
Brompropan<br />
N 3<br />
Azidobenzen<br />
H 3<br />
C N + C<br />
Isocyanomethan<br />
NH-OH<br />
O<br />
N + H 3<br />
C O<br />
Nitromethan<br />
Hydroxyaminobenzen<br />
CH<br />
H 3<br />
C O<br />
3<br />
1-Ethoxypropan<br />
F<br />
Fluorbenzen<br />
CH 2<br />
=N 2<br />
Diazomethan<br />
N=C=S<br />
Isothiocyanatobenzen<br />
C H 3<br />
NH-NH 2<br />
Hydrazinoethan<br />
N=O<br />
Nitrosobenzen<br />
S CH 3<br />
Methylthiobenzen<br />
8. Substituenten <strong>und</strong> funktionelle Gruppen<br />
als Präfix <strong>und</strong> als Stammsystem (Suffix) verwendbar<br />
8.1 Alkohole, Thiole, Amine<br />
Alkohole Thiole Amine Salze<br />
HO CH 3<br />
CH 3<br />
(S)-Butan-2-ol<br />
OH<br />
C H 3<br />
SH<br />
Methanthiol<br />
(Methylmercaptan)<br />
SH<br />
H 3<br />
C N CH 3<br />
CH 3<br />
Triethylamin<br />
H 3<br />
C O Na +<br />
Natriummethanolat<br />
H<br />
+<br />
Cl<br />
N<br />
H 3<br />
C CH 3<br />
CH 3<br />
Phenol<br />
Thiophenol<br />
HO<br />
NH 2<br />
2-Aminoethanol<br />
Triethylammoniumchlorid<br />
OH<br />
OH<br />
Resorcin<br />
(2-Naphthylmercaptan)<br />
Naphthalen-<br />
2-thiol<br />
SH<br />
NH 2<br />
Anilin<br />
(Benzenamin)<br />
N +<br />
N<br />
Cl<br />
Phenyldiazoniumchlorid<br />
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5<br />
Stammsysteme <strong>und</strong> Stoffklassen organischer Verbindungen<br />
8.2 Aldehyde <strong>und</strong> Ketone<br />
H<br />
C H 2<br />
Aldehyde<br />
O<br />
H<br />
Methanal<br />
(Formaldehyd)<br />
O<br />
H<br />
Propenal<br />
(Acrolein,<br />
Acrylaldehyd)<br />
Aldehyd-Derivate<br />
N<br />
(E)-Benzylidenanilin<br />
(ein Azomethin)<br />
H<br />
N OH<br />
Ketone<br />
CH<br />
H 3<br />
C<br />
3<br />
O<br />
Butan-2-on<br />
(Ethylmethylketon)<br />
H 3<br />
C<br />
CH 3<br />
H 3<br />
C<br />
O<br />
4-Methylpent-3-en-2-on<br />
(Mesityloxid)<br />
Keton-Derivate<br />
N<br />
CH 3<br />
N H CH 3<br />
(E)-Acetophenonmethylhydrazon<br />
O CH 3<br />
O<br />
O<br />
H<br />
H<br />
O<br />
H<br />
Glyoxal<br />
(Oxalaldehyd)<br />
O<br />
Benzaldehyd<br />
(E)-Benzaldehydoxim<br />
(Benzaldoxim)<br />
C H 3<br />
N<br />
H<br />
H<br />
N<br />
N H 2<br />
O<br />
(E)-Acetaldehydsemicarbazon<br />
O O<br />
H 3<br />
C CH 3<br />
Pentan-2,4-dion<br />
(Acetylaceton)<br />
O<br />
CH 3<br />
1-Phenylethan-1-on<br />
(Acetophenon)<br />
CH 3<br />
Diethoxymethylbenzen<br />
(Benzaldehyddiethylacetal)<br />
C H 3<br />
N<br />
OH<br />
(Z)-Propiophenonoxim<br />
8.3 CH-Acide Verbindungen<br />
H 3<br />
C<br />
O O<br />
O CH 3 H 3<br />
C O O CH 3 N N<br />
C C<br />
Acetessigsäureethylester<br />
O<br />
O<br />
Malonsäurediethylester<br />
Malononitril,<br />
Malonodinitril<br />
(Malonitril)<br />
O CH<br />
C<br />
3<br />
N O<br />
Cyanessigsäureethylester<br />
8.4 Carbonsäuren<br />
Aliphatische C.<br />
HO<br />
C H 2<br />
COOH<br />
H<br />
CH 3<br />
O<br />
OH<br />
Acrylsäure<br />
Salze, Reste<br />
O<br />
H<br />
Formiat O<br />
C H 3<br />
Acetat<br />
Acetyl<br />
O<br />
O<br />
O<br />
CH 3<br />
Aromatische C.<br />
COOH<br />
Benzoesäure<br />
COOH<br />
OH<br />
Salicylsäure<br />
Dicarbonsäuren<br />
O OH<br />
O OH<br />
Oxalsäure<br />
COOH<br />
COOH<br />
Phthalsäure<br />
-Aminosäuren<br />
H<br />
N H 2<br />
COOH<br />
CH 3<br />
NH 2<br />
L-Milchsäure<br />
(S)-2-Hydroxypropansäure)<br />
D-Alanin<br />
(S)-2-Aminopropansäure<br />
L-Tyrosin<br />
COOH<br />
H<br />
OH<br />
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6<br />
Stammsysteme <strong>und</strong> Stoffklassen organischer Verbindungen<br />
8.5 Carbonsäurederivate<br />
Carbonsäurehalogenide,<br />
-azide<br />
Carbonsäureanhydride<br />
Carbonsäure-ester,<br />
-nitrile<br />
Carbonsäureamide,<br />
-hyrdrazide, Amidine<br />
Cl<br />
C H 3<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
Cl<br />
Malonsäuredichlorid<br />
Br<br />
Buttersäurebromid<br />
(Butansäurebromid)<br />
N 3<br />
Benzoesäureazid<br />
O<br />
O<br />
H 3<br />
C<br />
CH<br />
O<br />
3<br />
Propansäureanhydrid<br />
(Propionsäureanhydrid)<br />
O<br />
O<br />
C<br />
O<br />
Bernsteinsäureanhydrid<br />
(Succinanhydrid)<br />
Diphenylketen<br />
C O<br />
O CH 3<br />
H<br />
O<br />
O<br />
H<br />
CH 3 O<br />
Fumarsäurediethylester<br />
O<br />
O<br />
-Butyrolacton<br />
(ein cyclischer Ester)<br />
O CH 3<br />
HC O CH 3<br />
O CH 3<br />
Orthoameisensäuretrimethylester<br />
C H 3<br />
C<br />
N<br />
Butansäurenitril<br />
O<br />
O<br />
HO<br />
NH 2<br />
H H<br />
Maleinsäuremonoamid<br />
O<br />
NH<br />
-Propiolactam<br />
(cyclisches Amid)<br />
C H 3<br />
H 3<br />
C<br />
O<br />
N<br />
H NH 2<br />
Essigsäurehydrazid<br />
NH<br />
NH 2<br />
Ethylamidin<br />
8.6 Sulfone, Sulfoxide, Sulfonsäuren<br />
C H 3<br />
O<br />
S<br />
CH 3<br />
Dimethylsulfoxid<br />
(Methylsulfinyl)methan<br />
O<br />
H 3<br />
C S CH 3<br />
O<br />
Diethylsulfon<br />
(Ethylsulfonyl)ethan<br />
C H 3<br />
O<br />
S<br />
HO O<br />
O<br />
S<br />
O<br />
Cl<br />
C H 3<br />
O<br />
S NH 2<br />
O<br />
O CH 3<br />
H 3<br />
C S O<br />
O<br />
Hexansulfonsäure<br />
Benzensulfonsäurechlorid<br />
Ethansulfonsäureamid<br />
Methansulfonsäuremethylester<br />
8.7 Kohlensäurederivate<br />
HO<br />
C<br />
HO<br />
C H 3<br />
O<br />
Kohlensäure<br />
H 2<br />
N<br />
O<br />
C<br />
O<br />
Cl<br />
C O<br />
Cl<br />
Phosgen<br />
H 2<br />
N<br />
C<br />
N<br />
H 2<br />
O<br />
Harnstoff<br />
C H 3<br />
Cl<br />
C<br />
O<br />
O<br />
C H 3<br />
C H 3<br />
O C N<br />
Cyanatomethan<br />
(Methylcyanat)<br />
N=C=O<br />
Carbaminsäureethylester<br />
(Urethan)<br />
Chlorkohlensäureethylester<br />
(Chlorameisensäureethylester)<br />
Isocyanatoethan<br />
(Ethylisocyanat)<br />
H 3<br />
C S C N<br />
Thiocyanatomethan<br />
(Methylthiocyanat,<br />
Methylrhodanid)<br />
N=C=S<br />
Isothiocyanatobenzen<br />
(Phenylisothiocyanat)<br />
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V.2014<br />
Anleitung zur Protokollführung<br />
(modifiziert nach Hünig, Merkel, Sauer: Integriertes <strong>Organische</strong>s Praktikum, Verlag <strong>Chemie</strong>, Weinheim 1979)<br />
Bezeichnung<br />
der Reaktion<br />
Literaturstelle<br />
der Vorschrift<br />
(Autoren, Zeitschrift, Band,<br />
Seite, Jahr)<br />
Reaktion von trans - Stilben mit Pyridiniumperbromid<br />
Literatur: L.F.Fieser, J.Chem. Educ. 31, 291 (1954); R.f.Buckles,<br />
J.M.Moder <strong>und</strong> R.J. Thiermaier; J.Org.Chem. 27, 4523 (1962).<br />
Formelgleichung mit<br />
Molmassen<br />
Denkbare<br />
Reaktionsprodukte<br />
Eingesetzte<br />
Edukt-Menge<br />
Datum/Zeit<br />
Durchführung<br />
der Reaktion<br />
Isolierung,<br />
Denkbare Neben- oder <strong>und</strong> Folgeprodukte:<br />
Ph-CBr=CH-Ph (cis, trans); Br 2 – Addition, HBr-Eliminierung<br />
Ph-CBr= CBr-Ph (cis, trans) Br 2 – Addition; HBr-Elim<br />
Ph-CHBr-CBr 2 -PhBr 2 – Addition, HBr-Eliminierung,<br />
erneute Br 2 -Addition ; Elektrophile aromatische Subst.<br />
__________________________________________________________________________<br />
1.8 facher Literaturansatz:<br />
- trans-Stilben: 1.80g (10.0 mmol) (kl.Probe f. DC aufgehoben)<br />
- Pyridiniumperbromid: 3.20g (10.0 mmol) (kl. DC Probe oK)<br />
- Eisessig 20 ml<br />
Beginn 2.1.2014 10:15<br />
- 1.80 g trans - Stilben (10.0 mmol) in einem 2-Halskolben (100 mL) in 20 ml Eisessig<br />
zuspendiert<br />
- unter kräftigem Rühren (Magnetrührer) portionsweise mit 3.20g<br />
Pyridiniumperbromid (10.0 mmol) versetzt.<br />
- Orangerote Farbe des Bromierungsmittels verschwand jeweils in wenigen Minuten, der<br />
Bromumsatz war also vollständig.<br />
Gegen Ende der Zugabe des Pyridiniumperbromid : fester Niederschlag gebildet<br />
Fertig: 13:20<br />
*(geht langsam,<br />
grösserer wäre besser)<br />
NS nach 2 St<strong>und</strong>en bei RT auf dem kleinen Büchnertrichter*) abgesaugt, mit etwa 7 –<br />
8 mL eiskaltem Methanol in 3 Portionen gewaschen, zur Entfernung von anhaftender<br />
Essigsäure über festem KOH im Vakuumexsikkator über Nacht getrocknet.<br />
30.03.2013
<strong>Organische</strong> <strong>und</strong> <strong>Bioorganische</strong> <strong>Chemie</strong><br />
<strong>Karl</strong>-Franzens-Universität Graz<br />
A-8010 Graz, Heinrichstr. 28<br />
V.2014<br />
DC; Fp, Ausbeute des<br />
Rohprodukts<br />
3.1.2014<br />
Rohprodukt: 3.40 g blassgelbe Nadeln,<br />
Schmp. 220 – 225°C; kl. Probe f. DC aufgeh.<br />
Tol/Acet 3:1<br />
PetrEth/Essigest<br />
4:1<br />
Reinigung<br />
Vorversuche<br />
Umkristalllar aus:<br />
Solvens<br />
Lösl<br />
20°C RT<br />
siedend Produktmenge u.<br />
Aussehen<br />
Schmp.<br />
°C<br />
Petrolether(40-60°) schwerl. schwerl. unverändert 221 – 227<br />
Toluen schwerl. mäßig. viel. farbl. ND. 232 – 233<br />
Xylen schwerl. mäßig – gut lösl. detto. 234 - 235<br />
Reinigung<br />
Ausbeute<br />
Charakterisierung<br />
Zusätzliche Analytik,<br />
Spektren<br />
Versuchs-<br />
Ergebnisse u<br />
Schluss-<br />
Folgerungen<br />
Rohprodukt aus etwa 100 mL siedendem Xylen umkristallisiert, im Vakuumexsikkator<br />
über Paraffinschnitzeln vom Lösungsmittel befreit:<br />
2.90 g farbloser Nadeln, Schmp. 233 – 235°C. Schmp. einer kleinen Probe änderte sich<br />
bei erneuter Umkristallisation geringf. auf 235-236°C.<br />
Flash-chromatographie auf 1 cm Fritte 1cm mit Kieselg. (15-30) gefüllt, konditioniert<br />
mit Tol/Ac 3:1, 50mg Rohprod. in 1mL LM gel, nach einsaugen mit 1;1 : 1:1 <strong>und</strong> 1:3,<br />
je 2ml eluiert.<br />
Braune Front verworfen., in 2. Fr. bfand sich etwas Edukt (DC), 3. Fr. war rein<br />
4.1.2014<br />
Das Produkt ist meso - Dibromstilben (Lit.: Schmp. 236-237°C); d,l - Dibromstilben<br />
hätte einen Schmp. 112 – 113°C.<br />
Rohausb: 3.40g (10.0 mmol, 100%) Schmp. 215 – 218 225°C.<br />
Reinausbeute: 2.90g (8.52 mmol, 85%), Schmp. 234-235°C.<br />
Literaturausb: 84%, Schmp. 236 – 237°C<br />
Zus. HPLC gemacht auf Shimadzu 125mmx4 ODS, LM n-Heptan/2-Propanol 90/10<br />
Flussrate 1ml/min : Ret 4.2 min, Verunr (Olefin) 3.5 min, etwa 10% (Olefin<br />
absorbiert stärker, bei 254nm!) Keine sonst. Verunr.!<br />
NMR <strong>und</strong> IR wurden mit Ass. diskutiert:<br />
Die physikalischen sowie 1 H-NMR- <strong>und</strong> IR-Daten passen zur richtigen Konstitution,<br />
die Bromanlagerung hat also stereospezifisch als trans - Addition statt gef<strong>und</strong>en.<br />
Abgabe bestätigen lassen<br />
ABGABE bei Pr. Lästig 7.1.2014<br />
30.03.2013
Organisch-Chemische Übungen (IfC - <strong>Organische</strong> <strong>Chemie</strong> - Uni Graz) 30.03.2013 S. 1<br />
V.2014<br />
Nr. Gr<strong>und</strong>präparate Literatur<br />
A-1A Acetanilid muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Aufbau<br />
30 min Ansatz <strong>und</strong> Reaktion von Acetanhydrid mit Anilin<br />
30 min Aufarbeiten, Absaugen<br />
30 min Umkristallisation mit Aktivkohle<br />
Gesamtzeit<br />
1T / -P<br />
lim. Reaktand<br />
Anilin: 4 g/ 0.043mol<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Acetanhydrid, Anilin<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Umkristallisation<br />
Nr. Gr<strong>und</strong>präparate Literatur<br />
A-2 beta-Aminocrotonsäureethylester muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
1 h Aufbau (im Apparateraum) – Zweiergruppe<br />
2 h Gas einleiten/Wasser abscheiden<br />
30 min Lösungsmittel abziehen<br />
2 h Vakuumdestillation – Aufteilen auf Einzel-Stud.<br />
Ausb. 85%, SDP (15 torr/ 2,0 kPa): 105° C<br />
Schmp.: 18°C (Z-Form), 32° C (E-Form)<br />
nD20 = 1.49882<br />
Gesamtzeit<br />
2T / -P<br />
lim. Reaktand<br />
Acetessigester: 40 mL/ 41 g/<br />
320 mMol<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Ammoniak-Gas<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Wasserabscheider, Vak. Destillation,<br />
Gas einleiten<br />
Nr. Nucleophile Substitution am sp3-C Literatur<br />
B-1A 4-Nitrophenetol muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Aufbau<br />
1 h Na-Alkoholat<br />
6 h Reaktion m. Nitrophenol<br />
4 h Aufarbeiten: abkühlen, waschen, abrotieren, extrahieren, trocknen,<br />
abrotieren<br />
1 h umkristallisieren<br />
Ausb: 2.4 g (73%), (MW=167.2), MP 61°<br />
Gesamtzeit<br />
2T / 5P<br />
lim. Reaktand<br />
p-Nitrophenol: 2.78 g/ 20 mMol<br />
(MW=139.1)<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Alkoholat, Ether<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Destillation<br />
Extraktion<br />
Nr. Nucleophile Substitution am sp3-C Literatur<br />
B-1B Propoxybenzen muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Aufbau<br />
1 h Na-Alkoholat<br />
5 h Reaktion von n-Propylbromid mit Phenol<br />
3 h Aufarbeitung: destillieren, Extraktion, waschen, trocknen, destillieren<br />
2 h Vakuumdestillation<br />
Ausb: 10.9 g (80%) (MW=136,19) , SDP: 81°/12 T,<br />
Gesamtzeit<br />
Umkristallisation,<br />
2T / 5P<br />
lim. Reaktand<br />
Propylbromid: 12.3 g/100<br />
mMol (MW=122,99)<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Alkoholat, Ether<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Vak.Destillation, ND-Destillation,<br />
Extraktion, GC
Organisch-Chemische Übungen (IfC - <strong>Organische</strong> <strong>Chemie</strong> - Uni Graz) 30.03.2013 S. 2<br />
Nr. Nucleophile Substitution am sp3-C Literatur<br />
B-1C Benzylmalonsäuredimethylester muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Aufbau<br />
1 h Herstellung von MeONa<br />
1 h Zugabe von Malonsäuredimethylester + Benzylchlorid<br />
3 h Erwärmen unter Rückfluß<br />
1 h Entfernen von MeOH am Rotavapor, Abkühlen<br />
3 h Ether-Extraktion, waschen, trocknen, filtrieren, abrotieren<br />
2 h Vakuumdestillation<br />
Ausb: 19.2 g (54%), (MW=222.2), SDP=157 °C/11 Torr<br />
Gesamtzeit<br />
2T / 6P<br />
lim. Reaktand<br />
Benzylchlorid: 20.3 g/ 0.16 Mol<br />
(MW=126.6)<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Alkoholat, Ether<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Vakuumdestillation + Kolonne,<br />
Extraktion, GC<br />
Nr. Nucleophile Substitution am sp3-C Literatur<br />
B-1D t-Butylchlorid muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Aufbau<br />
1 h Reaktion: konz. Salzsäure zu t-Butanol<br />
3 h Abtrennung der organischen Phase, waschen, trocknen<br />
2 h Destillation<br />
Ausbeute: 9.6 g (80%), (MW=92.6), SDP 51°C, nD 20 = 1.3848.<br />
Gesamtzeit<br />
2T / 4P<br />
lim. Reaktand<br />
t-Butanol: 9.64 g/ 130 mMol<br />
(MW=74.1)<br />
gefährliche Chemikalien<br />
konz. HCl<br />
Laborarbeitstechniken<br />
ND-Destillation, Extraktion<br />
Nr. Nucleophile Substitution am sp3-C Literatur<br />
B-1E Resorcinoldimethylyether muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Aufbau<br />
30 min Na-Salz v. Resorcin herstellen<br />
2 h Reaktion v. Dimethylsulfat herstellen, Temp.Kontrolle<br />
2 h Aufarbeiten: Extraktion, waschen, trocknen<br />
2 h Vakuumdestillation<br />
Ausbeute 11.7 g (85%), (MW= 138.2), SDP: 110°/20T<br />
Gesamtzeit<br />
2T / 4 P<br />
lim. Reaktand<br />
Resorcinol: 11 g/ 100 mMol<br />
(MW= 110.1)<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Ether, Dimethylsulfat<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Vak. Destillation, Extraktion,<br />
GC<br />
Nr. Oxidation-Reduktion Literatur<br />
B-2A (-)-Menthon muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Vorbereitung<br />
30 min Oxidat.Lösung herstellen (H2O2)<br />
4 h Menthol bei 90 ° oxidieren<br />
1 h Ether Extraktion, waschen, trocknen, einrotieren<br />
2 h Kugelrohrdestillation<br />
Ausbeute 0.67 g (44%), (MW=154.3), zähflüssiges Öl, nD20 1,401 (Lit. 1,450)<br />
Gesamtzeit<br />
2T / 5P<br />
lim. Reaktand<br />
Menthol: 1.56 g/ 10 mMol<br />
(MW=156.3)<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Aliquat, Ether/Peroxide<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Kugelrohrdestillation, Extraktion;<br />
GC
Organisch-Chemische Übungen (IfC - <strong>Organische</strong> <strong>Chemie</strong> - Uni Graz) 30.03.2013 S. 3<br />
Nr. Oxidation-Reduktion Literatur<br />
B-2B Adipinsäure muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Aufbau<br />
30 min Oxidationslösung herstellen (H2O2)<br />
3 h Cyclohexen bei 90 °C oxidieren<br />
1 h Abkühlen, absaugen,<br />
1 h Umkristallisieren<br />
12 h Trocknen im Exsikkator<br />
Ausbeute 1.5 g (43%), (MW=146.1), MP 152°C (Lit. 152-4°C)<br />
Gesamtzeit<br />
2 T / 3 P<br />
lim. Reaktand<br />
Cyclohexen: 2.0 g/ 24.35 mMol<br />
(MW: 82.1)<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Aliquat, Cyclohexen<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Umkristallisation<br />
Nr. Oxidation-Reduktion Literatur<br />
B-2C Isoborneol muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Aufbau<br />
1 h Auflösen von Campher in EtOH,Zugabe von NaBH4<br />
Erhitzen unter Rückfluß<br />
1 h Aufarbeiten: auf Eis giessen, absaugen<br />
1 h Umkristallisieren<br />
- sehr einfach<br />
Ausbeute 2.5 g (70%), (MW=154.3); MP 212 °C (rac.)<br />
Gesamtzeit<br />
1T / 2 P<br />
lim. Reaktand<br />
Campher: 3.5 g/ 23 mMol<br />
(MW= 152.2)<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Umkristallisation, GC<br />
Nr. Oxidation-Reduktion Literatur<br />
B-2D Anissäure muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Aufbau<br />
1 h Herstellung v. NaOBr, Kühlen<br />
1,5 h Reaktion mit p-Methoxyacetophenon<br />
2 h Wasserdampfdestillation<br />
30 min Zugabe von Na.Pyrosulfit (Na2S2O5)/H2O u. HClconc.<br />
20 min Absaugen des Rückstandes<br />
1 h Umkristallisieren<br />
Ausbeute: 1.2 g (80%), (MW= 152,15), MP 184 °C (Wasser)<br />
Gesamtzeit<br />
2T / 6P<br />
lim. Reaktand<br />
p-Methoxyacetophenon: 1.5 g/<br />
10 mMol (MW= 150,2)<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Brom<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Wasser-<br />
Umkristallisation<br />
dampfdestillation<br />
Nr. Oxidation-Reduktion Literatur<br />
B-2E Azobenzen muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Aufbau<br />
4 h Reduktion von Nitrobenzol mit Zink in NaOH<br />
2 h Filtrieren, Waschen, abrotieren, filtrieren<br />
2 h Reinigung des Rohprod in HCl, filtrieren<br />
1 h Umkristallisieren<br />
Ausbeute: 1.08 g (85%), (MW=182.2); MP 66-67 °C<br />
(---→ Ansatz wurde vervierfacht wegen Probs mit Rühren)<br />
Gesamtzeit<br />
2.5T / 7P<br />
lim. Reaktand<br />
Nitrobenzen: 10 g/ 00 mMol<br />
(MW=123.1)<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Umkristallisation, HPLC
Organisch-Chemische Übungen (IfC - <strong>Organische</strong> <strong>Chemie</strong> - Uni Graz) 30.03.2013 S. 4<br />
Nr. Oxidation-Reduktion Literatur<br />
B-2F Propiophenon muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Vorbereitung<br />
30 min Oxidationslösung herstellen (H2O2)<br />
1 h Oxidation von Phenylpropanol<br />
1 h Aufarbeiten, Extraktion mit Ether, Trocknen, Abrotieren<br />
Keine Reinigung !!!!!!!!<br />
Billiges Produkt aus teurem<br />
Ausbeute 1.0 g (71%), (MW: 134.2);<br />
Gesamtzeit<br />
1T / 2 P<br />
lim. Reaktand<br />
Phenylpropanol: 1.4 g, 10<br />
mMol (MW= 136.2)<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Ether-Peroxide<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Extraktion, GC<br />
Nr. Oxidation-Reduktion Literatur<br />
B-2G Campher muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Vorbereitung<br />
3 h Oxidation von Borneol mit NaOCl<br />
1 h Aufarbeiten, absaugen, Ether-Extraktion, trocknen, abrotieren<br />
1 h Umkristallisieren<br />
sehr teures Ausgangsprodukt<br />
Billiges Produkt aus teurem<br />
Ausbeute: 0.4 g (40%) (MW=152.2)<br />
Gesamtzeit<br />
1T / 3P<br />
lim. Reaktand<br />
Borneol: 1.0 g/ 6.48 mMol<br />
(MW=154.1)<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Ether-Peroxide<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Extraktion, GC<br />
Nr. CH-Acide Verbindungen Literatur<br />
B-3A Dibenzalaceton muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Aufbau<br />
15 min Zugabe Benzaldehyd, Aceton<br />
1 h Rühren<br />
30 min Absaugen, Waschen<br />
30 min Trocknen<br />
1 h Umkristallisieren<br />
Ausbeute: 3.5 g (86%), (MW=234.3), MP 110-111 °C<br />
Gesamtzeit<br />
1T / 3P<br />
lim. Reaktand<br />
Benzaldehyd: 3.7 g/ 34.6 mMol<br />
(MW=106.1) - von Wallner<br />
destilliert<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Vakuumdestillation Umkristallisation<br />
Nr. CH-Acide Verbindungen Literatur<br />
B-3B Zimtsäure muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Aufbau<br />
1 h Destillation von Benzaldehyd<br />
3 h Reaktion von Malonsäure <strong>und</strong> Benzaldehyd<br />
1 h Aufarbeitung<br />
1 h Umkristallisation<br />
ohne Aufwand<br />
Ausbeute: 3.2 g (85%) (MW=148.2), MP 135-136 °C<br />
Gesamtzeit<br />
1T / 2P<br />
lim. Reaktand<br />
Benzaldehyd: 2.7 g/ 25 mMol<br />
(MW=106.1) - von Wallner<br />
destilliert<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Umkristallisation, HPLC
Organisch-Chemische Übungen (IfC - <strong>Organische</strong> <strong>Chemie</strong> - Uni Graz) 30.03.2013 S. 5<br />
Nr. CH-Acide Verbindungen Literatur<br />
B-3C alpha-Cyan-zimtsäureethylester muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Aufbau<br />
1,5 h Reaktion mit Cyanessigester<br />
2 h Waschen mit NaCl-Lösung, Trocknung, einrotieren<br />
1 h Anreiben mit EtOH, Absaugen, Waschen<br />
1 h Umkristallisation<br />
Ausbeute: 3.5 g (86%) (MW=201.2), MP 49-50°C (EtOH)<br />
Benzaldehyd: 10.6mL/ 100<br />
mMol (MW=106.1) - v. Wallner<br />
destilliert<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Na-Sand<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Vakuumdestillation 2x Extraktion,<br />
HPLC (neu)<br />
Nr. CH-Acide Verbindungen Literatur<br />
B-3E Dimedon muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Aufbau<br />
1 h Ethanolat-Herstellung<br />
3 h Reaktion Malonsäurediethylester, Mesityloxid, Rückfluss<br />
3 h Zugabe KOH/H2O<br />
24 h bei Raumtemperatur<br />
3 h Sieden, ansäuern<br />
2 h Destillation<br />
2 h Ansäuern, aufarbeiten, waschen<br />
1 h Umkristallisation<br />
Ausbeute: 4.6 g (65%), (MW=140.2), MP 147-8°C<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Vakuumdestillation Umkristallisation<br />
Extraktion<br />
Nr. CH-Acide Verbindungen Literatur<br />
B-3D Zimtsäureethylester muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Aufbau<br />
2 h Destillation Ethylacetat<br />
2 h Lsgm Xylen trocknen für NaSand<br />
2 h Natriumsand, Reaktion mit Ethylacetat<br />
3 h Reaktion mit Benzaldehyd<br />
2 h Ansäuern, aufarbeiten, Extraktion, Waschen, trocknen<br />
2 h Vakuumdestillation Produkt<br />
Ausbeute: 12.0 g (68%), (MW=176.2), MP 128-133°C<br />
Gesamtzeit<br />
1T / 3 P<br />
lim. Reaktand<br />
Cyanessigester: 2.3 g/ 20<br />
mMol (MW= 113.1)<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Gesamtzeit<br />
3T / 8 P<br />
lim. Reaktand<br />
Gesamtzeit<br />
3T / 8P<br />
lim. Reaktand<br />
Mesityloxid: 5.0 g/ 51 mMol<br />
(MW= 98.1)<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Alkoholat<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Zutropfen Destillation Umkristallisation<br />
Nr. SE am Aromaten Literatur<br />
B-4A p-Chlor-acetophenon muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Aufbau<br />
2 h Zugabe Aluminiumchlorid, Acetylchlorid, Chlorbenzen<br />
5 h Erwärmung 50°C<br />
12 h bei Raumtemperatur<br />
3 h Aufarbeiten, Extraktion, waschen, trocknen<br />
2 h Destillation (Lösungsmittel)<br />
2 h Vakuumdestillation (Produkt)<br />
Ausbeute: 12.4 g (80%), (MW=154.6), SDP 118 °C / 20 Torr, MP 21 °C<br />
Gesamtzeit<br />
3T / 6P<br />
lim. Reaktand<br />
Chlorbenzen: 11.3 g/ 100<br />
mMol (MW=112.6)<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Acetylchlorid AlCl3<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Vakuumdestillation Extraktion<br />
(ev. Kugelrohr mit 20%<br />
Ansatz) HPLC (neu)
Organisch-Chemische Übungen (IfC - <strong>Organische</strong> <strong>Chemie</strong> - Uni Graz) 30.03.2013 S. 6<br />
Nr. SE am Aromaten Literatur<br />
B-4B p-Dimethylaminobenzaldehyd muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Aufbau<br />
2 h Dimethylanilin destillieren<br />
6 h Reaktion POCl3, Dimethylanilin, reflux<br />
4 h Abkühlen, aufarbeiten, neutralisieren<br />
12 h Im Kühlschrank<br />
3 h Absaugen, Waschen, Trocknung (Luft)<br />
Ausbeute 7.2 g (80%), (MW=149.2), MP 73-4 °C<br />
30 min Vorbereitung<br />
1 h Reaktion v. Nitrobenzol mit Nitriersäure (rauchende Salpetersäure!!!)<br />
1 h Aufarbeitung: auf Eis giessen, absaugen, waschen<br />
1 h Umkristallisation<br />
Ausbeute: 2.7 g (80%), (MW=168.1) MP 90°C<br />
1T / 2 P<br />
lim. Reaktand<br />
Nitrobenzen: 2.5 g/ 20 mMol<br />
(MW=123.1)<br />
gefährliche Chemikalien<br />
konz. Schwefelsäure, rauchende<br />
Salpetersäure<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Umkristallisation<br />
Nr. SE am Aromaten Literatur<br />
B-4D ß-(4-Methylbenzoyl)propionsäure muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Vorbereitung<br />
30 min Toluen wasserfrei machen<br />
1 h Reaktion (HCl ableiten, KPG-Rühren)<br />
2 h Aufarbeitung (Freisetzen, auskochen, Extraktion CH2Cl2)<br />
Trocknen. abrotieren<br />
Ausfällen, im Eisbad kristallisieren lassen<br />
Absaugen, Mutterlauge einengen, ausfällen<br />
Ausb. 14.0 g (72%) (MW: 192.2)<br />
Gesamtzeit<br />
3T / 6P<br />
lim. Reaktand<br />
Dimethylanilin: 7.3 g/ 60 mMol<br />
(MW=121.2) Reaktand muss<br />
destilliert werden!<br />
gefährliche Chemikalien<br />
POCl3<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Destillation, HPLC<br />
Nr. SE am Aromaten Literatur<br />
B-4C m-Dinitrobenzen muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
Gesamtzeit<br />
Gesamtzeit<br />
2T / 5P<br />
lim. Reaktand<br />
Bernsteinsäureanhydrid (10.0<br />
g / 0.10 mol) (MW: 100.1)<br />
gefährliche Chemikalien<br />
AlCl3<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Destillieren,<br />
HPLC (neu)<br />
Gasableitung,<br />
Nr. SE am Aromaten Literatur<br />
B-4E Methyl-alpha-naphthylketon muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Aufbau<br />
3 h Reaktion AlCl3, CH3COCl, Naphthalen, Rühren<br />
12 h bei Raumtemperatur<br />
3 h Aufarbeiten, Extraktion, Waschen, trocknen<br />
2 h Destillation (Lösungsmittel)<br />
2 h Vakuumdestillation (Produkt)<br />
Ausbeute: 10.2 g (60%), (MW=170.2), SDP: 166 °/12 Torr, nD20: 1.6285,<br />
Gesamtzeit<br />
3T / 6P<br />
lim. Reaktand<br />
Naphthalen: 12.8 g/ 100 mMol<br />
(MW=128.2)<br />
gefährliche Chemikalien<br />
AlCl3 AcCl<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Vakuumdestillation Extraktion
Organisch-Chemische Übungen (IfC - <strong>Organische</strong> <strong>Chemie</strong> - Uni Graz) 30.03.2013 S. 7<br />
Nr. SE am Aromaten Literatur<br />
B-4F o-Nitrophenol muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Aufbau<br />
2 h Reaktion von HNO3/H2SO4 mit Phenol<br />
2 h Wasserdampfdest.<br />
1 h Aufarbeiten: Absaugen, Trocknen (Ölig)<br />
Ausb 2.3 g (33%), (MW=139.1), Schmp 45°<br />
Nr. Kryptobasen Literatur<br />
B-5A 1-Phenyl-1-pentanol muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Aufbau<br />
1 h Ether+Butylbromid zu Grignard-R.<br />
1 h Reaktion mit Benzaldehyd<br />
2 h Aufarbeiten,<br />
2 h Extraktion mit Ether<br />
2 h Trocknen, abrotieren<br />
2 h Vakuum-Destillation oder Kugelrohr (25% Ansatz)<br />
Ausbeute: 11.6 g (71%), (MW=164.2)<br />
Umkristallisieren<br />
Gesamtzeit<br />
2T / 6P<br />
lim. Reaktand<br />
Benzaldehyd: 10.6g / 100<br />
mMol (MW=106.1) - von Wallner<br />
destilliert<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Ether<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Vakuumdestillation Extraktion<br />
Nr. Kryptobasen Literatur<br />
B-5B Benzylalkohol muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Aufbau<br />
2 h Reaktion v. Formaldehyd mit Benzaldehyd in KOH<br />
1 h Aufarbeiten: Extrahieren, waschen, trocknen<br />
2 g Vakuumdestillation<br />
Ausb: 8.64 g (80%), (MW= 108.1), SDP:98°/14 Torr, MP: -15°<br />
nD(21,9°(: 1.5373<br />
1T / 3 P<br />
lim. Reaktand<br />
Phenol: 4.7 g/ 50 mMol<br />
(MW=94.1)<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Wasserdampfdest<br />
Nr. SE am Aromaten Literatur<br />
B-4G 4-Bromacetanilid muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Vorbereitung<br />
2 h Reaktion v. Brom mit Acetanilid in Eisessig<br />
2 h Aufarbeitung, Trocknen über Nacht<br />
2 h Umkrist, Reinigung, Trocknen über Nacht<br />
Ausbeute 4.25 g (40%), (MW=230.2), Mp 165-167°C<br />
Gesamtzeit<br />
Gesamtzeit<br />
2T / 2P<br />
lim. Reaktand<br />
Acetanilid aus A1: 6.76 g (50<br />
mmol) (MW 135.2)<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Brom<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Gesamtzeit<br />
1T / 3P<br />
lim. Reaktand<br />
Benzaldehyd: 10.6 g/ 100<br />
mMol (von Wallner destilliert)<br />
(MW=106.1)<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Ether<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Vak.Destillation,<br />
GC<br />
Extraktion,
Organisch-Chemische Übungen (IfC - <strong>Organische</strong> <strong>Chemie</strong> - Uni Graz) 30.03.2013 S. 8<br />
Nr. Kryptobasen Literatur<br />
B-5C Diethylmethylcarbinol muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Aufbau<br />
2 h Herstellung des Grignard-R. aus Ethylbromid<br />
2 h Reaktion mit Essigsäure-ethylester/Ether<br />
2 h Abkühlen, aufarbeiten, Ether-Extraktion<br />
2 h Waschen, Trocknen<br />
2,5 h Filtrieren, Vakuum-Destillieren<br />
Ausbeute: 6.8 g (67%), (MW=102.17), SDP: 122° nd: 1.4186<br />
Nr. Kryptobasen Literatur<br />
B-5D Triphenylcarbinol=Triphenylmethanol muss gesucht werden<br />
Beschreibung<br />
30 min Aufbau<br />
1 h Grignard von Brombenzol<br />
3 h Reaktion mit Benzoesäureethylester<br />
1 h Abkühlen, Hydrolyse, Ansäuern<br />
1 h Extraktion<br />
30 min Trocknung über Na2SO4<br />
1 h Destillation Ether<br />
1 h Umkristallisation<br />
Ausbeute: 3.9 g (75%), (MW=260.3), MP 162 °C<br />
Beschreibung<br />
30 min Aufbau<br />
1 h Grignard mit Ethylbromid<br />
2.5 h Reaktion mit Benzaldehyd<br />
2 h Hydrolyse, Ansäuern, Extraktion<br />
1.5 h Waschen, trocknen<br />
2 h Vakuumdestillation<br />
Ausbeute 10.6 g (78%), (MW=136.2), SDP=107 °C/15 Torr<br />
Gesamtzeit<br />
2T / 6P<br />
lim. Reaktand<br />
Gesamtzeit<br />
2T / 6P<br />
lim. Reaktand<br />
Benzoesäureethylester: 3.0 g/<br />
20 mMol (MW=150.2)<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Ether<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Extraktion<br />
HPLC<br />
Nr. Kryptobasen Literatur<br />
Essigsäureethylester 8.8 g/<br />
100 mMol (MW=88.1)<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Ether<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Vakuumdestillation Extraktion<br />
GC (neu)<br />
B-5E Ethylphenylcarbinol = 1-Phenyl-propan-1-ol muss gesucht werden<br />
Gesamtzeit<br />
Umkristallisation,<br />
2T / 6P<br />
lim. Reaktand<br />
Benzaldehyd: 10.6 g/ 100<br />
mMol (MW=106.1) v. Herrn<br />
Wallner destilliert<br />
gefährliche Chemikalien<br />
Ether<br />
Laborarbeitstechniken<br />
Vakuumdestillation 2x, Extraktion,<br />
GC
V.2014<br />
Chemikalienbezugsschein<br />
(Bitte bei Präparatabgabe mitbringen <strong>und</strong> bestätigen lassen<br />
Verbleibt dann beim /bei der Studierenden)<br />
Name:………………………………………………………………<br />
Präparat Nr.:<br />
Bezeichnung:....................................................................<br />
............................................................................................................................<br />
Begrenzender Reaktand:......................................................Menge: ...............g<br />
Chemikalie Menge in g oder mL Menge in Mol<br />
Referat erledigt<br />
Chemikalien ausgegeben<br />
Wiederholung<br />
Chemikalien ausgegeben<br />
Präparat abgegeben<br />
Datum<br />
Unterschrift
Organisch-chemische Arbeitstechnik<br />
1. Einführung & Allgemeines<br />
2. Hilfsmittel <strong>und</strong> Methoden<br />
3. Trennverfahren<br />
4. Bestimmung physikalischer<br />
Eigenschaften<br />
5. Aufbewahrung <strong>und</strong> Entsorgung von<br />
Chemikalien<br />
1a Arbeitsplatz<br />
• Inventarliste<br />
• Nützliche Kleinigkeiten <strong>und</strong> Hilfsmittel<br />
• Literatur – Bücher<br />
• Laborjournal – Protokoll<br />
Claudia Reidlinger WS11_12
Claudia Reidlinger WS11_12
1a Arbeitsplatz<br />
•Nützliche Kleinigkeiten <strong>und</strong> Hilfsmittel:<br />
Alufolie, Blumendraht, Kombizange, Flaschenbürsten,<br />
Glasschreiber, Gummihandschuhe, Einmalhandschuhe,<br />
Arbeitshandschuhe, Klebeband,<br />
Klebeetiketten, Fotohülsen, Eprouvetten mit dicht<br />
sitzenden chemikalienbeständigen Stöpseln,Pinzette,<br />
Spateln, Schere, Schlifffett, Siedesteinchen,<br />
Spülmittel, Taschenmesser, Watte, Gummiringerl,<br />
Zeitschaltuhr<br />
Claudia Reidlinger WS11_12
1a Arbeitsplatz<br />
•Literatur – Bücher<br />
Arbeitsvorschrift<br />
• Organikum<br />
Organisch-chemisches Gr<strong>und</strong>praktikum<br />
Wiley VCH Verlag, 22.Auflage, 2004<br />
• Organisch-chemisches Gr<strong>und</strong>praktikum unter Berücksichtigung<br />
der Gefahrenstoffverordnung<br />
Eicher, Theophil <strong>und</strong> Tietze, Lutz<br />
Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1995<br />
• Gattermann-Wieland<br />
Die Praxis der organischen Chemikers<br />
Wieland, Theodor <strong>und</strong> Sucrow, Wolfgang<br />
de Gruyter, Berlin, 43. Auflage 1982<br />
• Reaktionen <strong>und</strong> Synthesen im organisch-chemischen Praktikum<br />
<strong>und</strong> Forschungslaboratorium<br />
Tietze, Lutz <strong>und</strong> Eicher, Theophil<br />
Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2. neubearb. Auflage, 1991<br />
Claudia Reidlinger WS11_12
1a Arbeitsplatz<br />
•Laborjournal – Protokoll<br />
handgeschrieben<br />
Reaktion<br />
Literaturstelle<br />
Formelgleichung mit Molmassen<br />
Eingesetzte Eduktmenge<br />
Datum, Uhrzeit<br />
Durchführung der Reaktion – Beobachtungen<br />
Isolierung<br />
Dc, Fp, Sp, Ausbeute ( g, % d. Th., % d. Lit.)<br />
Reinigung<br />
Ausbeute ( g, % d. Th., % d. Lit.), Charakterisierung<br />
Fehleranalyse<br />
Claudia Reidlinger WS11_12
Zitate - Literaturangaben<br />
‣ Bücher: Verfasser<br />
Buchtitel<br />
Verlag, Auflage,Erscheinungsjahr<br />
Seite (ev. von bis, ff)<br />
‣ Zeitschriftenartikel: Autor(en)<br />
Titel der Zeitung (abgekürzt)<br />
Bandnr. <strong>und</strong> Erscheinungsjahr<br />
Seite (von bis, ff)<br />
‣ Hausvorschrift: Name<br />
Ansatz <strong>und</strong> Ausbeute<br />
1. Molmassen <strong>und</strong> Summenformeln<br />
2. Theoretische Ausbeute Beispiel: 100%<br />
1 Mol Ausgangsverbindung ergibt 1 Mol Produkt<br />
3. Literaturausbeute Beispiel: 65% Ausbeute<br />
1 Mol Ausgangsverbindung ergibt 0.65 Mol Produkt<br />
Claudia Reidlinger WS11_12
1b Sicherheit<br />
• Besonderheiten organischer Chemikalien<br />
(Brennbarkeit, Ges<strong>und</strong>heitsschädlichkeit,<br />
Aggregatzustände, Lösungsmittel, heftige Reaktionen<br />
mit Wasser)<br />
• Generelle Richtlinien<br />
(Immer- <strong>und</strong> Niemalssätze, Abzug, Beschriftung,<br />
Arbeitskleidung, offene Zündquellen, Schutzbrillen –<br />
Kontaktlinsen)<br />
Immer:<br />
•Standort der vorhandenen Sicherheitseinrichtungen<br />
klären<br />
• Schutzbrille<br />
• Arbeitsmantel<br />
• Vor Beginn eines Experiments die genaue<br />
Arbeitsvorschrift lesen <strong>und</strong> überdenken<br />
• Apparatur überprüfen – Ansatz nie alleine lassen<br />
• Möglichst genau <strong>und</strong> umsichtig arbeiten, verschüttete<br />
Chemikalien sofort beseitigen<br />
• Im Zweifelsfall Fragen – es gibt keine blöden<br />
Fragen!!!<br />
• Vor dem Verlassen des Labors Hände waschen<br />
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Niemals:<br />
•Rauchen<br />
• Essen & trinken<br />
• Chemikalien absichtlich einatmen, schnüffeln oder<br />
gar kosten<br />
• Herumlaufen oder „chemische“ Scherze machen<br />
• Alleine arbeiten im Labor ohne, dass es jemand<br />
weis<br />
• Ansatz nie alleine lassen<br />
• Unautorisiert experimentieren<br />
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1c Gefahrensymbole<br />
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2. Hilfsmittel <strong>und</strong> Methoden<br />
a. Glassorten <strong>und</strong> – verbindungen<br />
b. Arbeitsgefäße<br />
c. Kühler<br />
d. Messgeräte<br />
e. Standardapparaturen<br />
f. Rühren <strong>und</strong> Schütteln<br />
g. Einleiten von Gasen<br />
h. Heizen <strong>und</strong> Kühlen<br />
i. Arbeiten unter Druck<br />
j. Arbeiten unter vermindertem Druck<br />
k. Trocknen<br />
l. Arbeiten im Mikromaßstab<br />
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2a Glassorten <strong>und</strong> – verbindungen<br />
• Glassorten<br />
Kalknatronglas (AR-Glas)<br />
Borosilikatglas (Duran, Pyrex, Simax, Jenaer Geräteglas)<br />
Quarzglas<br />
• Verbindungen von Glasteilen<br />
Gebräuchliche Schliffformen: Planschliff ( z.B. Exsikkatoren)<br />
Zylinderschliff (KPG-Rührer)<br />
Kegelschliff (sog. Normschliff NS14,<br />
NS19, NS29)<br />
Kugelschliff (z.B. Rotationsverdampfer)<br />
Kegelschliff mit Schraubverbindung (z.B.<br />
Quickfit)<br />
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2b Arbeitsgefäße<br />
Arbeitsgefäße ohne Schliff<br />
Reagenzgläser (Eprouvetten), Bechergläser, Erlenmeyerkolben, Stehkolben<br />
Arbeitsgefäße mit Schliff<br />
• Schlifferlenmeyer<br />
• Kolbentypen: R<strong>und</strong>kolben, Birnenkolben, Spitzkolben, Zwei-, Drei- <strong>und</strong><br />
Vierhalskolben<br />
2c Kühler<br />
Auswahl des Kühlers richtet sich nach dem Siedepunkt /der<br />
Flüchtigkeit des Lösungsmittels !<br />
Rückflusskühler<br />
Produktkühler<br />
Kühlertypen: a) Luftkühler<br />
b) Liebigkühler<br />
c) Kugelkühler<br />
d) Schlangenkühler<br />
e) Dimrothkühler<br />
f) Intensivkühler<br />
g) Kühlfinger<br />
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2d Messgeräte<br />
a b c d e<br />
a. Messzylinder<br />
b. Messpipette<br />
c. Messbürette<br />
d. Maßkolben<br />
e. Vollpipette<br />
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2e Standardapparaturen<br />
Jede Apparatur muss zum Druckausgleich<br />
an einer Stelle offen sein.<br />
Ausnahme: Vakuumapparaturen<br />
Die gesamte Apparatur muss an<br />
einem Stativ befestigt sein.<br />
Zum Aufbauen der Apparaturen benötigt<br />
man: Stativmaterial:<br />
• Stativ (wand)<br />
• Muffen<br />
• Klemmen in versch. Formen <strong>und</strong><br />
Größen<br />
• Ringe für Scheidetrichter<br />
• Dreifüße<br />
• Schliffklemmen<br />
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2f Rühren <strong>und</strong> Schütteln<br />
Zweck: Durchmischung in heterogenen Systemen<br />
Schnelle Verteilung eines zugegebenen Stoffes verhindert<br />
örtliche Konzentrationen <strong>und</strong> Überhitzung<br />
Verhinderung von Siedeverzügen<br />
Rührertypen:<br />
a) KPG-Rührer (kerngezogene Präzisions-Glasgeräte): Zylinderschliff als<br />
Führung, Schmieren mit Paraffinöl, betrieben mit Elektromotoren (meist<br />
nicht explosionsgeschützt – Vorsicht), Rührer am Motor mit<br />
Gummikupplung befestigt, starke Erwärmung, kein Arbeiten mit<br />
Zeitschaltuhr<br />
für starkes Rühren<br />
b) Magnetrührer: mit oder ohne Heizplatte, Rühren in „geschlossener“<br />
Apparatur möglich, gut geeignet für kleine oder niedrig viskose Ansätze.<br />
Rührstäbchen (Rührknochen) muss der Apparatur angepasst sein.<br />
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2g Einleiten von Gasen<br />
Gasmengenmessung durch:<br />
• Strömungsmesser: Druckdifferenz prop. der Gasdurchflussmenge<br />
• Rotameter: Schwebekörper hebt sich entsprechend der Durchflussmenge<br />
• Massenzunahme des Reaktionsgefäßes bestimmen<br />
• Massenabnahme der Gasflasche bestimmen<br />
• Leicht kondensierbare Gase zur Dosierung verflüssigen ( NH 3 ,H 2 S)<br />
Vor die eigentliche Reaktionsapparatur muss ein Gefäß eingebaut<br />
werden, das die gesamte Reaktionsmischung aufnehmen kann!!!<br />
Waschflaschen haben eine Richtung!!!<br />
Gase, die gut absorbiert werden, steigen leicht zurück: nicht ein- sondern<br />
drüberleiten.<br />
Achtung wenn sich beim Einleiten ein Festkörper bildet, da das Einleiterohr<br />
leicht verstopft.<br />
Absorptionsgeschwindigkeit lässt sich durch Fritte erhöhen.<br />
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2g Einleiten von Gasen<br />
Kontrolle des Gasstroms:<br />
• Blasenzähler (Bubbler)<br />
• Waschflasche<br />
• Tauchung als Sicherheitsventil<br />
(Füllhöhe des Sperrflüssigkeit<br />
reguliert den Druck)<br />
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2h Heizen <strong>und</strong> Kühlen<br />
Wärmequellen, Wärmeübertragung, Wärmebäder<br />
Heizung mit Gas, Wasserdampf oder elektrisch<br />
Wahl der Wärmequelle richtet sich nach a) Zieltemperatur<br />
b) nach den Sicherheitserfordernissen<br />
• Bunsenbrenner<br />
• Infrarotstrahler<br />
• Heizpilz<br />
• Heizbäder mit wärmeübertragenden Medien: Luft, Wasser, Ethylenglykol,<br />
Paraffinöl, Mineralöl,<br />
Wood´sche Legierung,<br />
Graphit, Sand<br />
• Wasserdampf<br />
• Tauchsieder<br />
• Heizplatten mit oder ohne Magnetrührer<br />
Zur Temperaturkontrolle wird stets ein Badthermometer angebracht (ev.<br />
Kontaktthermometer)!!!<br />
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2h Heizen <strong>und</strong> Kühlen<br />
Vorsicht beim Erhitzen brennbarer Flüssigkeiten (besonders Ether):<br />
• Kühler aufsetzen<br />
• Elektrische Heizquellen verwenden, die jederzeit wieder entfernt werden können<br />
• Metallgefäße <strong>und</strong> Metallwannen verwenden<br />
• Keine zündfähigen Heizquellen, Installationen im Raum<br />
• Siedesteinchen (kleine, unglasierte Tonscherben) oder Siedekapillare verwenden.<br />
Kühlmittel<br />
Wahl des Kühlmittels richtet sich nach a) Kühltemperatur<br />
b) abzuführende Wärmemenge (bedingt<br />
Badvolumen)<br />
- Wasser<br />
- Eis/ Wasser<br />
- Eis/ Salz<br />
- Trockeneis – bis -78°C ( Dewar Gefäß) SCHUTZBRILLE<br />
- Kryomat<br />
- Flüssiger Stickstoff – bis – 196°C SCHUTZBRILLE<br />
- Kühlschrank<br />
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2i Arbeiten unter Druck<br />
- Reaktionen oberhalb des Siedepunktes der eingesetzten Komponenten<br />
- Hohe Gaskonzentration ist notwendig (z.B. Hydrierung)<br />
Bombenrohre sind aus starkwandigem Duranglas <strong>und</strong> halten 2-3 MPa (20-23<br />
atm) bei max. 400°C stand. Sind für kleine Ansätze.<br />
Autoklaven sind bis 350 atü <strong>und</strong> 350°C einsetzbar. Material ist V2A oder<br />
V4AStahl.<br />
Druckapparaturen müssen immer in gesonderten Räumen untergebracht sein.<br />
Bei Gasreaktionen darf der Autoklav nur bis zu zwei Dritteln gefüllt werden.<br />
Das Gas wird aus entsprechenden Druckgasflaschen aufgepresst.<br />
Druckgasflaschen: Wichtigsten Gase in Stahldruckflaschen in unterschiedlichen<br />
Farben <strong>und</strong> Verschlussgewinde im Handel. Sie sind vor Wärmeeinwirkung<br />
geschützt, standfest aufzustellen <strong>und</strong> mit Ketten zu sichern.<br />
Gasentnahmeventile: Kegelventile <strong>und</strong> Druckminderventile (dienen zu einem<br />
konstanten Gasfluss)<br />
Armaturen für stark oxidierende Gase dürfen nicht geschmiert werden.<br />
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2i Arbeiten unter Druck<br />
Kennzeichnung von Druckgasflaschen<br />
Gas Farbe Verschlussgewinde<br />
Wasserstoff rot links<br />
Kohlenmonoxid gelb links<br />
Sauerstoff weiß rechts<br />
Stickstoff schwarz rechts<br />
Chlor gelb rechts<br />
Schwefeldioxid gelb rechts<br />
Kohlendioxid grau rechts<br />
Ammoniak gelb rechts<br />
Acetylen rotbraun Spezialverschluss<br />
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2j Arbeiten unter vermindertem Druck<br />
Anwendungsbereiche:<br />
• Destillation <strong>und</strong> Sublimation<br />
• Trocknen<br />
• Filtrieren (Absaugen)<br />
• Wärmeisolation - Dewar<br />
Grobvakuum: 0.1 bis 100 kPa (1 bis 760 Torr)<br />
Feinvakuum: 10 -4 bis 10 -1 kPa (0.001 bis 1 Torr)<br />
Hochvakuum: kleiner 10 -4 kPa ( kleiner 0.001 Torr)<br />
Manometer:<br />
• Verkürztes Manometer nach Bennert für ca. 1- 200 Torr,<br />
Hg, früher Standardmanometer im präp. Labor<br />
• Elektronische Manometer<br />
Für das Arbeiten unter Vakuum gelten folgende Regeln:<br />
• SCHUTZBRILLE<br />
• Gefäße mit flachem Boden dürfen nicht evakuiert werden<br />
• Stellen mit geringen Querschnitten <strong>und</strong> lange Schläuche vermeiden<br />
• Wasserstrahlpumpe nach Möglichkeit nur über eine Sicherheitsflasche an die Apparatur<br />
anschließen<br />
• Manometer im Nebenschluss bzw. Seitenzweig<br />
• Apparatur vor dem Belüften abkühlen lassen<br />
• Erst belüften, dann Pumpe abschalten<br />
Claudia Reidlinger WS11_12
Häufigste Pumpen im Labor<br />
• Wasserstrahlpumpe verbraucht 1 Liter Wasser für 0.6 Liter gefördertes<br />
Gas. Erreichbar sind 8 – 15 Torr abhängig von der Wassertemperatur.<br />
Lösungsmittelproblematik.<br />
• Membranpumpe elektrisch betrieben, erreichbares Endvakuum<br />
mindestens so gut wie bei Wasserstrahlpumpe. Praktisch wartungsfrei, für<br />
Dauerbetrieb gedacht. Nachlaufen lassen!!!<br />
• Drehschieberölpumpe mit ölgedichtetem Ölschieber. Öl empfindlich auf<br />
Verunreinigungen. Kühlfalle ( mit flüssigem Stickstoff) zwischen Pumpe <strong>und</strong><br />
Vakuumbehälter, um den Dampfdruck auf hinreichend niedrige Werte zu<br />
reduzieren. Einstufige Pumpen schaffen 10 -2 bis 5.10 -3 kPa. Zweistufige<br />
(zwei hintereinander) etwa 10 -4 kPa.<br />
• Quecksilber- oder Öldiffusionspumpen erlauben ein Vakuum kleiner<br />
10 -4 kPa.<br />
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2k Trocknen<br />
Unter Trocknen versteht man in der organischen <strong>Chemie</strong> nicht immer<br />
das Entfernen von Wasser, sondern auch von anderen Lösungsmitteln.<br />
Getrocknet werden Gase, Flüssigkeiten <strong>und</strong> Feststoffe.<br />
Trockenmittel<br />
Ein wirksames Trockenmittel muss neben einer guten<br />
Trocknungsintensität auch eine hohe Trocknungskapazität aufweisen.<br />
Es darf keine Reaktion des Trockenmittels mit der zu<br />
trocknenden Substanz eintreten.<br />
Die Intensität gibt an, mit welcher Geschwindigkeit Wasser<br />
aufgenommen werden kann <strong>und</strong> ist durch den Wasserdampfdruck<br />
über dem Trockenmittel bestimmt.<br />
Je mehr Wasser ein Trockenmittel bei ausreichender Intensität<br />
aufnehmen kann, desto größer ist seine Kapazität.<br />
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Trocknen von Gasen<br />
a) Mit Trockenmittel<br />
Das Gas wird durch das Trockenmittel geleitet.<br />
- Trockenturm (Stützsubstanzen wie Glaswolle oder Bimsstein<br />
- Waschflasche (mit Fritte)<br />
Indifferente Gase mit Schwefelsäure (Sicherheitswaschflaschen!!!<br />
Befestigung!!!)<br />
b) Ohne Trockenmittel<br />
Das Gas wird durch eine Kühlfalle geleitet, wobei Wasser <strong>und</strong><br />
andere kondensierbare Verunreinigungen ausgefroren werden.<br />
Sehr hohe Trockenwirkung!!!<br />
Ausschluss von Luftfeuchtigkeit: Trockenrohr mit Trockenmittel (CaCl 2 )<br />
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Trocknen von Flüssigkeiten<br />
a) Trocknen von Lösungsmitteln (LM) mit Trockenmittel<br />
Reagenzienanhang – Herstellerhinweise<br />
Immer in das LM hinein geben.<br />
- Molsiebe: nach der statischen oder dynamischen Methode<br />
verwendet, regenerierbar<br />
- Natrium als Draht in LM (Ether) eingepresst<br />
b) Trocknen von LM ohne Trockenmittel<br />
durch (azeotrope) Destillation<br />
c) Trocknen von Lösungen<br />
Nur mit chem. indifferenten Trockenmitteln, wie Magnesiumsulfat oder Natriumsulfat, direkt in die<br />
Lösung hinein.<br />
Bei stark feuchtigkeitshaltigen Lösungen etappenweise mehrmals<br />
trocken.<br />
Trocknen von Feststoffen<br />
a) Mit Trockenmittel<br />
- im Exsikkator<br />
- in der Trockenpistole<br />
Zur Beschleunigung werden Exsikkatoren <strong>und</strong> Trockenpistolen normalerweise evakuiert.<br />
b) Ohne Trockenmittel<br />
im Trockenschrank mit oder ohne Vakuum<br />
Temperaturbeständigkeit der Substanz beachten!!!<br />
Claudia Reidlinger WS11_12
Trockenmittel<br />
Steigende Wasseranziehungskraft von oben nach unten<br />
• Natriumsulfat, Magnesiumsulfat – Ester, Lösungen empfindlicher oder unbekannter<br />
Stoffe<br />
• Calciumchlorid – billiges Trockenmittel, geeignet für KW, Olefine, Aceton, Ether,<br />
neutrale Gase, HCl; im Exsikkator. Nicht geeignet für Alkohole, Ammoniakgas, Amine<br />
• Kaliumcarbonat – für Aceton <strong>und</strong> Amine, nicht für saure Stoffe<br />
• Silikagel – Exsikkator, regenerierbar durch Trocknung bei ca. 130°C.<br />
• Schwefelsäure conc. – für neutrale <strong>und</strong> saure Gase, nicht für ungesättigte<br />
Verbindungen, Alkohole, Ketone, basische Stoffe. In Exsikkator <strong>und</strong> Waschflasche.<br />
• Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid (fest) – für Ammoniak, Amine, Ether, KW;<br />
nicht für Aldehyde, Ketone <strong>und</strong> saure Stoffe.<br />
• Phosphorpentoxid – für neutrale <strong>und</strong> saure Gase, Acetylen, KW, HalogenKW,<br />
Lösungen von Säuren; nicht für basische Stoffe, Alkohole, Ether, HCl <strong>und</strong> HF. In<br />
Exsikkator <strong>und</strong> Trockenpistole.<br />
• Molsiebe – sind Na-Al-Silikate oder Ca-Al-Silikate, definierte Hohlräume. Für<br />
strömende Gase bis 100°C. Hervorragend geeignet zur Lösungsmitteltrocknung;<br />
nicht geeignet für Reaktionslösungen, ungesättigte KW <strong>und</strong> polare anorganische<br />
Gase. Hohe Kapazität. Regenerierbar im Vakuum bei 150°C bis 300°C<br />
Claudia Reidlinger WS11_12
2l Arbeiten im Mikromaßstab<br />
‣ Synthesen mit Ansatzgrößen von 15 – 150mg bzw. 150 – 500mg.<br />
‣ Reaktionszeiten in der Regel deutlich kürzer.<br />
‣ Spezielle Apparaturen <strong>und</strong> Techniken:<br />
o Flüssigkeiten werden nicht gegossen, sondern mit einer Pipette<br />
(Pasteurpipette mit Gummisauger) oder Messpipetten überführt.<br />
o R<strong>und</strong>- (5ml, 10ml) <strong>und</strong> Spitzkölbchen (3ml, 5ml) mit Schliff oder<br />
Schraubgewinde.<br />
o Liebig- <strong>und</strong> Luftkühler, Zweihalsaufsatz, Glasableitungs- <strong>und</strong> Trockenrohre,<br />
Destillationsbrücken, Spinne mit fixen Kölbchen in „Kleinformat“<br />
o Destillation mit Kugelrohrdestille<br />
o Flüssig – Flüssigextraktion nicht im Schütteltrichter, sondern im Spitzkolben<br />
<strong>und</strong> Pipette.<br />
o Umkristallisation in Eprouvette, absaugen mit Saugfinger <strong>und</strong> Filternutsche<br />
oder Hirsch Trichter<br />
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Arbeiten im Mikromaßstab<br />
Pasteurpipette mit Gummisauger<br />
Kugelrohrdestillle<br />
Saugfinger mit Hirsch Trichter Filternutsche Mikroliterspritze<br />
Claudia Reidlinger WS11_12
3. Trennverfahren<br />
a) Filtrieren <strong>und</strong> Zentrifugieren<br />
b) Kristallisieren<br />
c) Destillation <strong>und</strong> Rektifikation<br />
d) Sublimation<br />
e) Extraktion<br />
f) Chromatografie<br />
3a Filtrieren <strong>und</strong> Zentrifugieren<br />
• Dekantieren ist die einfachste Methode – keine vollständige Trennung<br />
• Filtrieren bei Normaldruck durch ein Faltenfilter – Filtrat<br />
• Absaugen – Feststoff<br />
= Filtrieren bei Unterdruck durch einen<br />
Büchnertrichter (passendes Filterpapier, vorher anfeuchten), Glasfilternutsche<br />
(„Fritte“) oder Hirsch Trichter in eine Saugflasche (befestigen) oder einen<br />
Wittschen Topf.<br />
Größe der Nutsche, keine Risse im Filterkuchen – anpressen, ev. LM nachwaschen,<br />
Mutterlauge aufheben.<br />
• Zentrifugieren bei kleinen Mengen oder wenn der NS sehr fein ist.<br />
Zentrifugengläser – austarieren <strong>und</strong> positionieren<br />
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Filtrieren <strong>und</strong> Zentrifugieren<br />
Claudia Reidlinger WS11_12
3b Kristallisieren<br />
• Umkristallisieren<br />
wichtigste Methode zur Reinigung von Feststoffen. Auswahl des richtigen<br />
LM (Ähnliches löst sich in Ähnlichem!) – auch LM- Kombinationen sind<br />
möglich. LM darf nicht mit der Substanz reagieren!<br />
Arbeitsablauf: 1) Trockenes Rohprodukt wiegen<br />
2) eventuell Impfkristall zur Seite geben<br />
3) Faltenfilter mit heißem LM befeuchten<br />
4) Rohprodukt in möglichst wenig LM erhitzen<br />
(Aktivkohle)<br />
5) Filtrieren der Lösung<br />
6) Abkühlen lassen<br />
7) Absaugen <strong>und</strong> des Reinprodukts<br />
8) Trocknen<br />
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Wahl des richtigen LM<br />
Stoffklasse<br />
Gut löslich in LM vom Typ<br />
Kohlenwasserstoffe hydrophob KW, Ether, Hal-KW<br />
Halogenkohlenwasserstoffe<br />
Ether<br />
Amine<br />
Ester<br />
Ester<br />
Nitroverbindungen<br />
Nitrile<br />
Alkohol, Dioxan<br />
Ketone<br />
Eisessig<br />
Aldehyde<br />
Phenole<br />
Alkohol, Wasser<br />
Amine<br />
Alkohole<br />
Carbonsäuren<br />
Sulfonsäuren<br />
Salze hydrophil Wasser<br />
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3c Destillation <strong>und</strong> Rektifikation<br />
Wichtigste Methode zur Reinigung von Flüssigkeiten.<br />
Trennungsprinzip: unterschiedliche Siedpunkte bzw. Dampfdrücke.<br />
Der Dampfdruck steigt mit der Temperatur an. Ist er gleich dem<br />
äußeren Druck siedet die Flüssigkeit.<br />
Verminderung des äußeren Drucks um die Hälfte reduziert die<br />
Siedetemperatur um etwa 15°C.<br />
Physikalische Gr<strong>und</strong>lagen der Destillation: Clausius Clapeyron´sche<br />
Gleichung<br />
Dalton´sches Gesetz<br />
Raoult´sches Gesetz<br />
Destillation<br />
• Gleichstromdestillation<br />
• Gegenstromdestillation – Rektifikation<br />
• Normaldruckdestillation<br />
• Fraktionierte Destillation<br />
• Vakuumdestillation<br />
• Wasserdampfdestillation<br />
• Azeotrope Destillation<br />
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Destillationen unter Normaldruck<br />
Gleichstromdestillation<br />
Gegenstromdestillation<br />
Normaldruckdestillation Rektifikation fraktionierte D.<br />
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Vakuumdestillation<br />
Destillation unter vermindertem Druck:<br />
Membran- oder Wasserstrahlpumpe für Flüssigkeiten mit Sp zwischen<br />
150°C <strong>und</strong> 250°C.<br />
Drehschieberölpumpe für höher siedende oder sehr empfindliche<br />
Flüssigkeiten<br />
Prinzipiell unter vermindertem Druck destilliert man:<br />
• LM mit Sp über 80°C<br />
• Flüssigkeiten mit Sp über 150°C<br />
• Thermisch labile bzw. instabile Verbindungen<br />
IMMER: Schutzbrille<br />
Abdestillieren von LM - Einengen<br />
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Arbeitsablauf bei der Vakuumdestillation<br />
1. Apparatur zusammenstellen <strong>und</strong><br />
überprüfen<br />
2. Teile schmieren, zusammenbauen<br />
(Kolbengröße), EIN Stativ<br />
3. Heizquelle leicht entfernbar<br />
aufbauen (Laborboy).<br />
Badthermometer!!<br />
4. Pumpe mit Manometer im<br />
Seitenzweig anschließen,<br />
evakuieren – Abzugscheibe<br />
herunter<br />
5. Heizen – Destillation durchführen,<br />
Fraktionen schneiden, Druck <strong>und</strong><br />
Temperatur mitschreiben<br />
6. Heizung entfernen, abkühlen,<br />
belüften, Pumpe abschalten.<br />
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Wasserdampfdestillation<br />
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Azeotrope Destillation<br />
Azeotrop: Flüssigkeit <strong>und</strong><br />
Dampfphase selbe<br />
Zusammensetzung<br />
• Wasser – Ethanol<br />
• Wasser – Benzen<br />
• Wasser – Toluen<br />
• Ethanol - Benzen<br />
Wasserschlepper:<br />
‣ Benzen<br />
‣ Toluen<br />
‣ Xylen<br />
‣ Chloroform<br />
‣ Tetrachlorkohlenstoff<br />
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3d Sublimation<br />
Verdampfen fester Stoffe ohne Schmelzvorgang<br />
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3e Extraktion<br />
Überführung eines Stoffes aus einer Phase in eine andere flüssige Phase<br />
Nernst`scher Verteilungssatz:<br />
Extraktion von Feststoffen (fest/flüssig Extraktion)<br />
Einmalige einfache Extraktion - auskochen<br />
Wiederholte einfache Extraktion – Kolben mit LM, Extraktionsaufsatz (Durchflussextraktor,<br />
Soxhlettextraktor) , Rückflusskühler<br />
Extraktion von Flüssigkeiten (flüssig – flüssig)<br />
• Diskontinuierliche Extraktion – Ausschütteln<br />
• Kontinuierliche Extraktion – Perforation<br />
Ausschütteln:<br />
Extraktionsmittel leichter als Wasser: Ether, Toluen<br />
Extraktionsmittel schwerer als Wasser: CH 2 Cl 2 , CHCl 3 , CCl 4<br />
Wiederholt ausschütteln – öfter mit wenig LM<br />
Perforation<br />
Dabei wird das LM laufend verdampft, in einem RFK kondensiert <strong>und</strong><br />
tropft fortwährend auf das Extraktionsgut, welches in einer mit dem<br />
Lösungsmittel nicht mischbaren Flüssigkeit gelöst ist<br />
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Arbeitsablauf - Ausschütteln<br />
1. LM zugeben – höchstens 2/3 gefüllt<br />
2. Schütteln – Hahnküken <strong>und</strong> Stopfen halten<br />
3. Überdruck aufheben – belüften<br />
4. Schütteln<br />
5. Unterphase ablassen – Oberphase abgießen<br />
6. Waschen bei Bedarf<br />
7. Trocknen<br />
8. LM abziehen<br />
9. Produkt umkristallisieren oder destillieren<br />
Ausschütteln – mögliche Probleme<br />
1. Mischung dunkel, Phasengrenzfläche nicht sichtbar<br />
2. Klare Lösung, Phasengrenzfläche nicht sichtbar<br />
3. Nur eine Phase<br />
4. Unlösliche Anteile<br />
5. Emulsion, keine Phasentrennung<br />
6. Nach dem Einrotieren kein Produkt<br />
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3f Chromatografie<br />
Trennung von Stoffen durch Verteilung zwischen einer ruhenden (stationären) <strong>und</strong> einer<br />
diese durchströmenden (mobilen) Phase.<br />
Die unterschiedlichen Bestandteile eines Substanzgemisches werden auf der stationären<br />
Phase unterschiedlich stark festgehalten <strong>und</strong> wandern mit unterschiedlicher<br />
Geschwindigkeit mit der mobilen Phase <strong>und</strong> werden so getrennt.<br />
Einteilung nach den verwendeten Phase:<br />
Mobile Phase: a) flüssig - LC<br />
b) gasförmig - GC<br />
Stationäre Phase: a) Feststoff<br />
b) auf Träger (fest) fixierte Flüssigkeit<br />
Die Phase befindet sich: a) feinkörnig in einer Säule – Säulenchr.<br />
b) in dünner Schicht auf einer Folie od.<br />
Platte – DC, TLC (thin layer chrom.)<br />
c) auf Papier – Papierchrom<br />
Claudia Reidlinger WS11_12
Chromatografie<br />
Einteilung nach dem Trennprinzip:<br />
Verteilungschromatografie: Löslichkeitsunterschiede der Komponenten in stat.<br />
<strong>und</strong> mobiler Phase.<br />
Adsorptionschromatografie: Trennung auf Gr<strong>und</strong> der unterschiedlich starken<br />
adsorptiven Bindungen zur ruhenden Phase. Die mobile Phase ist ein mehr<br />
oder weniger polares Lösungsmittel oder bei gasförmigen Stoffen ein<br />
Trägergas.<br />
Ionenaustauschchromatografie: Stat. Phase ist ein fester Ionenaustauscher.<br />
Ionenaustauscher bilden zwischen den verschiedenen Ionen der mobilen<br />
Phase unterschiedlich stabile Bindungen aus.<br />
Gelpermeationschromatografie: Größenausschluß-Chromatografie.<br />
Affinitätschromatografie: Als stationäre Phase wird eine für jeden Analyten<br />
spezifische chemische Verbindung eingesetzt die auf Gr<strong>und</strong> nichtkovalenter<br />
Kräfte eine Trennung bewirkt.<br />
Claudia Reidlinger WS11_12
Chromatografie<br />
DC – Dünnschichtchromatografie<br />
Stat. Phase als feinkörniges Material (Kieselgel, Kieselgur, Aluminumoxid) auf<br />
einer Platte.<br />
Mobile Phase (Laufmittel) ist Mischung unpolares <strong>und</strong> mäßig polares<br />
organisches Lösungsmittel.Über das Mischungsverhältnis kann man somit<br />
die Polarität des Fließmittels gut steuern.<br />
Claudia Reidlinger WS11_12
Chromatografie<br />
HPLC – high performance liquid chrom.<br />
Zu untersuchende Substanz wird mit einem Laufmittel (mobile Phase) durch<br />
eine sog. Trennsäule, die die stat. Phase enthält gepumpt.<br />
Normal Phase (NP):polare stationäre Phase (z.B. Silikagele/Kieselgele)<br />
Reversed Phase (RP): unpolare stationäre Phase -Elutionskraft sinkt mit<br />
steigender Polarität der mobilen Phase<br />
Isokratische Trennungen – Zusammensetzung der mobilen Phase bleibt<br />
gleich<br />
Gradiententrennungen - Polarität des Fließmittelgemisches verändert sich<br />
während der während der Analyse<br />
GC – Gaschromatografie<br />
Für Produkte die unzersetzt verdampft werden können ( oder bei der<br />
Zersetzung definierte Produkte ergeben)<br />
Mobile Phase – Inertgas (H 2 , He, N 2 )<br />
1 Trägergas<br />
2 Injektion<br />
3 Säule in Ofen<br />
4 Detektor<br />
5 Signalaufzeichnung<br />
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4. Bestimmung physikalischer Eigenschaften<br />
Identifizierung eines Stoffes durch die Elementarzusammensetzung, Molmasse<br />
<strong>und</strong> physikal. Eigenschaften:<br />
• Schmelztemperatur<br />
• Siedetemperatur<br />
• Brechungsindex<br />
• Optische Aktivität - Polarimetrie<br />
• Absorption elektromagnet. Schwingungen<br />
4a Schmelztemperatur<br />
Temperatur, bei der die feste Substanz mit ihrer Schmelze im Glgw. steht.<br />
Reine Substanzen haben einen scharfen Schmelzpunkt.<br />
Verunreinigungen erniedrigen die Schmelztemp.<br />
Manche Verbindungen schmelzen unter Zersetzung – Zersetzungstemperatur.<br />
Apothekerschmelzpunkt<br />
Claudia Reidlinger WS11_12
4b Siedetemperatur<br />
Temperatur, bei der die flüssige Form in die Dampfphase übergeht.<br />
Siedepunkt stark druckabhängig.<br />
Einfluss von Verunreinigungen von der Art abhängig.<br />
Verunreinigungen mit gleicher Siedetemperatur haben keinen Einfluss.<br />
4c Brechungsindex<br />
Brechungsindex ( Brechzahl) ein Begriff der Optik.<br />
Sie kennzeichnet die Brechung des Lichts beim Übergang in ein transparentes<br />
(durchsichtiges) Material <strong>und</strong> ist das Verhältnis zwischen der Phasengeschwindigkeit<br />
des Lichts c 0<br />
im Vakuum <strong>und</strong> seiner Phasengeschwindigkeit c im jeweiligen<br />
Medium:<br />
Brechungsindex ist temperaturabhängig<br />
(nimmt um 4bis 5.10 -4 pro Grad ab)<br />
Claudia Reidlinger WS11_12
4d Optische Aktivität – Polarimetrie<br />
Optisch aktive Verbindungen drehen die Schwingungsebene von linear<br />
polarisiertem Licht um den Drehwinkel a.<br />
Optisch aktive Verbindungen sind asymmetrisch.<br />
Polarimeter: Polarisiertes Licht aus einem Nicolschen Prisma (Polarisator) fällt<br />
durch die Probe <strong>und</strong> ein zweites Prisma (Analysator). Aus der Phasenverschiebung<br />
wird der Drehwert bestimmt.<br />
4e Spektroskopie<br />
• UV – Vis<br />
• Infrarotspektroskopie – IR<br />
• Kernresonanzspektroskopie – NMR<br />
1<br />
H-NMR, 13 C-NMR, 15 N-NMR<br />
• Massenspektroskopie - MS<br />
Claudia Reidlinger WS11_12
5. Aufbewahrung <strong>und</strong> Entsorgung von Chemikalien<br />
a) Aufbewahrung von Chemikalien<br />
Flüssigkeiten in Glasflaschen mit eingeschliffenen Glasstopfen (Steilbrustflaschen).<br />
Lichtempfindliche Stoffe (Ether – Peroxidbildung) – dunkle Gefäße.<br />
Feststoffe in Weithalsgefäßen mit Stopfen.<br />
Giftige <strong>und</strong> Stoffe, die Dämpfe abgeben – Abzug.<br />
Vorratsflaschen – Abzug:<br />
Sämtliche Chemikalienbehälter müssen deutlich beschriftet sein!!!<br />
b) Entsorgung von Chemikalien<br />
Getrennt sammeln:<br />
‣ Laborglas<br />
‣ Halogenierte LM<br />
‣ Nicht Halogenierte LM<br />
‣ Feste Abfälle<br />
‣ Säuren<br />
‣ Na – mit Ethanol vernichten!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!<br />
‣ Hg – Abfälle, Hg - Thermometer<br />
Claudia Reidlinger WS11_12
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Seminar: Organisch-Chemische Übungen<br />
Dünnschicht-Chromatographie<br />
<strong>und</strong><br />
Dry-Flash-Column-Chromatographie<br />
1<br />
Die Lernunterlagen können über UNIGRAZonline<br />
heruntergeladen werden<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
1. Allgemeines<br />
2<br />
Rückblende: Gr<strong>und</strong>praktikum<br />
Beispiel:<br />
„Säulenchromatographie<br />
von<br />
Pflanzenfarbstoffen“:<br />
Säulentrennung <strong>und</strong><br />
DC-Untersuchung von<br />
Spinat<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
2. Trennprinzipien<br />
• Mobile Phase (= Lösung eines Substanzgemisches in<br />
Lösungsmittel/Gemisch)<br />
• strömt über stationäre Phase<br />
= oberflächenreicher Feststoff oder<br />
= stationäres Lösungsmittel + Substanzgemisch.<br />
• unterschiedliche Affinität<br />
zur mobilen/stationären Phase<br />
= unterschiedliche Laufstrecken<br />
3<br />
1
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Trennprinzip ADSORPTION<br />
• an der Oberfläche der stationären Phase:<br />
• besteht aus feingepulverten polaren<br />
Materialien, z. B. aus Kieselgel,<br />
Aluminiumoxid<br />
• Ad/Desorption durch H-Brücken <strong>und</strong> Dipol-<br />
Dipol-Wechselwirkungen<br />
4<br />
• Desaktivierung der stationären Phase:<br />
- durch Wasser oder durch<br />
- stark polare organische Lösungsmittel<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Trennprinzip VERTEILUNG<br />
• zwischen 2 nicht-mischbaren Flüssigkeiten.<br />
Eine davon ist auf Träger fixiert<br />
= stationäre Phase<br />
• Träger: z.B. Cellulosepulver, Polyamid<br />
5<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Trennqualität<br />
6<br />
• Trennleistung =<br />
Zonenverbreiterung (Diffusion<br />
etc): Materialabhängig<br />
• Selektivität = R f -Wert-<br />
Unterschied für die<br />
aufgetrennten Substanzen<br />
(Strukturabhängig)<br />
= Auflösung<br />
• Kammereinfluss<br />
2
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
3. Die stationäre Phase<br />
• Kommerzielle Sorbenzien garantieren<br />
gleichbleibende Qualität in Art <strong>und</strong> Aktivität<br />
= Etablierung als Routinemethoden<br />
• Polare (hydrophile) Phasen:<br />
straight / normal phases<br />
• Unpolare (hydrophobe) Phasen:<br />
Umkehrphasen, reversed phases (RP)<br />
• mittelpolare Phasen: modifizierte Sorbenzien<br />
7<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Chemische Zusammensetzung <strong>und</strong><br />
Struktur - Kieselgel<br />
CHEMISCHE Struktur beeinflusst SELEKTIVITÄT<br />
Sorbenzien für die<br />
Adsorptionschromatographie<br />
• Kieselgel (90% der Trennungen)<br />
... bildet H-Brücken<br />
• modifiziertes Kieselgel (durch Silane hydrophob)<br />
8<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Aluminiumoxid<br />
• Aluminiumoxid<br />
- neutral - basisch – sauer<br />
- Aktivitätsstufen I - V:<br />
durch Belegen (= Desaktivieren) der aktivsten<br />
Stellen mit Wasser (0 - 18%)<br />
9<br />
3
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Polyamid, Cellulose<br />
• Verteilungschromatographie<br />
• Bindung von Lösungsmittelanteilen an Träger<br />
(ähnlich wie Papierchromatographie)<br />
• Typische Anwendungsbeispiele: für<br />
Aminosäuren, Kohlenhydrate<br />
• Acetylierte Cellulose (RP): für polycyclische<br />
Aromaten, Chinone, Carbonsäuren<br />
10<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Korn- <strong>und</strong> Porencharakteristik<br />
GEOMETRISCHE Struktur beeinflusst TRENNLEISTUNG<br />
• Partikeldurchmesser (klein)<br />
• Korngrößenverteilung (eng)<br />
• Porenvolumen (angepasst)<br />
• Oberfläche (groß)<br />
• Kornstruktur (sphärisch)<br />
= gute Trennleistung<br />
= hohe Adsorptionskraft<br />
11<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
4. Die mobile Phase<br />
12<br />
• DC - aufsteigend: Durch Kapillardruck strömt<br />
Fließmittel aus Vorratsgefäß in kapillare Hohlräume.<br />
• SC (Schwerkraft, Überdruck) - absteigend<br />
• Polarität -> Elutionskraft = großer Rf-Wert der<br />
Substanz<br />
• Solvatisierung von Substanzen = Lösung im<br />
Laufmittel<br />
• Konkurrent um aktive Adsorptionsstellen<br />
• Verteilungschrom.: unpolarer + polarer Anteil<br />
4
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Eluotrope Reihe, Mixotrope Reihe<br />
Empirische Ordnung nach steigender Elutionskraft<br />
13<br />
Cyclohexan<br />
Tetrachlormethan<br />
Toluen<br />
Chloroform<br />
Dichlormethan<br />
Acetonitril<br />
2-Propanol<br />
Essigester<br />
Aceton<br />
Ethanol<br />
Dioxan<br />
THF<br />
Methanol<br />
Pyridin<br />
Wasser<br />
unpolar mittelpolar stark polar<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
5. Präparative<br />
Säulenchromatographie<br />
14<br />
• Meist Fest-Flüssig-Chromatographie (feste<br />
stationäre Phase)<br />
• Adsorbens: Normal- oder Umkehrphasen<br />
• dazu passend eher unpolare (organische) oder<br />
polare Laufmittel (z.B. Wasser, Puffer)<br />
• Typischer Porendurchmesser: 60 Å (Kieselgel 60)<br />
• Drucklose SC (nur Schwerkraft)= großer<br />
Zeitaufwand<br />
• Abhilfe: Flash-Chromatographie (Überdruck durch<br />
Gasflasche, Partikel-Durchmesser: 30 - 60µ)<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Dry-Flash-Säulenchromatographie (1)<br />
• Partikeldurchmesser: klein -> 15 µm<br />
(wie DC-Kieselgel, aber Kieselgel H<br />
statt G), größere Oberfläche<br />
• Unterdruck durch Vakuumpumpe (D)<br />
• Material wird sehr breit auf eine<br />
Glasfritte gepackt (A)<br />
• Das Bett darf trocken laufen<br />
• dadurch einfache Gradientenelution<br />
möglich<br />
15<br />
5
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Dry-Flash-Säulenchromatographie (2)<br />
• Detektion: bei färbigen Substanzen visuell,<br />
sonst Fraktionen schneiden <strong>und</strong> mit DC<br />
überprüfen.<br />
• Maximale Trennmenge: Gramm-Bereich<br />
• Probleme: Vakuum ... Verdunstungskälte -<br />
Kondensation von Wasser an der<br />
Glasapparatur.<br />
16<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
6. Dünnschichtchromatographie<br />
• Substanzen: schwerflüchtig,<br />
polar <strong>und</strong> unpolar<br />
• kostengünstig<br />
• große Probenanzahl in kurzer Zeit<br />
• keine elektrische Energie notwendig<br />
• Auch Anwendung, wenn GC/LC nicht möglich:<br />
-zBProbenmaterial beschädigt Fertig-Säulen<br />
- zB Detektion ist aufwendig<br />
- zB Probenbestandteile dürfen nicht zerstört werden<br />
17<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Methoden <strong>und</strong> Anwendungsformen<br />
• Analytische Methode: qualitative bzw.<br />
quantitative Identifizierung<br />
= Prozess- <strong>und</strong> Reinheitskontrolle<br />
• Präparative Methode: Präparative Schicht-<br />
Chromatographie (PSC):<br />
= Reinigung <strong>und</strong> Isolierung durch Extraktion<br />
aus Schicht<br />
18<br />
6
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Beschreibung des Laufverhaltens - R f<br />
-Wert<br />
a... Laufstrecke des Laufmittels<br />
b.... Laufstrecke der Substanz<br />
- bis zum Mittelpunkt des<br />
Substanzflecks<br />
b<br />
R f = ------<br />
a<br />
19<br />
bei unregelmäßigen Flecken:<br />
Angabe von R f -Bereichen<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Aussagekraft von R f -Werten<br />
• Brauchbare R f<br />
-Werte liegen zwischen 0.2<br />
<strong>und</strong> 0.8 (Frontläufer <strong>und</strong> Sitzenbleiber sind<br />
unbrauchbar)<br />
• R f<br />
-Werte sind in der DC nur Richtwerte<br />
• Daher: Immer mit Standard vergleichen<br />
20<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Konzentration & Rf-Wert<br />
21<br />
• Bei der Sättigungskonzentration<br />
der stationären Phase:<br />
‣ Gerade knickt ab<br />
‣ Laufstrecke ändert sich!<br />
‣durch nicht-lineare Adsorptions-<br />
‣isothermen<br />
Daher: Rf-Wert auch von der<br />
Konzentration abhängig<br />
7
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Schichteigenschaften<br />
• Schichtdicke: 50 µm (HPTLC) - bis zu 2 mm (PSC)<br />
• Binder: Gips, organische Polymere<br />
• Fluoreszenzindikatoren<br />
zur Detektion mittels Fluoreszenzlöschung<br />
22<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
7. Laufmitteleinfluss auf<br />
Trennproblem<br />
23<br />
n-Hexan Toluen Toluen/ Chloroform Aceton<br />
Chloroform<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Spot-Test zur Laufmittelwahl<br />
Hexan<br />
Tetrachlormethan<br />
Toluen<br />
‣Auftragen des Trennguts<br />
als kleinen Fleck<br />
‣ Laufmittel verdunsten<br />
lassen<br />
‣ Kapillare in der Mitte<br />
des Substanzflecks<br />
aufsetzen<br />
24<br />
Aceton<br />
‣zirkulares<br />
Chromatogramm<br />
8
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Standard-Laufmittel<br />
Für Kieselgel/Aluminiumoxid (Adsorption)<br />
• Unpolare Substanzen: Aceton-Toluen (1:10)<br />
• mittelpolare Substanzen: Aceton-Toluen (1:3)<br />
oder Chloroform-Aceton (7:3)<br />
25<br />
• stark polare Substanzen:<br />
Methanol - Chloroform (1:9)<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Standard-Laufmittel<br />
Für Cellulose oder Papierchrom. (Verteilung)<br />
Saure Substanzen:<br />
n-Butanol - Aceton - Eisessig - Wasser (3:3:7:2)<br />
Basische Substanzen:<br />
2-Propanol - Ammoniak - Wasser (6:3:1)<br />
26<br />
Merkregel: Säuren in sauren Laufmitteln trennen<br />
Basen in basischen Laufmitteln trennen<br />
(Similia similibus solvuntur)<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
8. Praktische Hinweise zur<br />
Durchführung<br />
Handhabung der Fertigschichten<br />
• Träger: meist Aluminiumfolie (zuschneiden)<br />
• Kanten versäubern .... Sonst schiefe<br />
Chromatogramm-Bahnen!<br />
• Plattenmaterial nur<br />
am Rand berühren<br />
27<br />
9
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Auswahl des Lösungsmittels<br />
Lösungsmittel muss wasserfrei sein (Ads.), Probe<br />
vollständig lösen, ungiftig, nicht zu hoch siedend<br />
Polarität des<br />
Lösungsmittels<br />
= entscheidend für<br />
Startzone<br />
28<br />
Standard-Lösungsmittel:<br />
Adsorption: meist Aceton<br />
Verteilung: Wasser, Ethanol<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Auftragen der Probe<br />
• Wichtig: Vergleichssubstanzen <strong>und</strong> Probe immer<br />
am SELBEN Chromatogramm auftragen<br />
29<br />
• Punkt- oder bandförmig (PSC),<br />
• nicht zu konzentriert<br />
sonst Schwanzbildung<br />
durch Schicht-Übersättigung<br />
• Startpunkte mit weichem Bleistift<br />
markieren (ca. 1 cm Abstand v. unten)<br />
• Beschriftung nur oberhalb der Front<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Auftragen Auftragemethode für qualitative DC´s<br />
30<br />
• Füllen der Kapillaren:<br />
selbsttätig durch Eintauchen<br />
• Kapillaren aufsetzen -<br />
Entleerung durch Kontakt mit<br />
Sorbensoberfläche ... Schicht<br />
nicht beschädigen!<br />
• Konzentration möglichst so<br />
wählen, dass einmaliges<br />
Auftragen reicht.<br />
• Startzonen vor dem nächsten<br />
Auftragen trocknen.<br />
10
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Positionierung der Proben<br />
Bei Identitätsproblemen:<br />
Überlappende Auftragung<br />
Dadurch besserer<br />
Vergleich als durch<br />
nebeneinanderliegende<br />
Probenflecken<br />
31<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
9. Entwickeln<br />
Aufgabe des Laufmittels & Anforderung<br />
32<br />
• Lösen <strong>und</strong> Transport des Substanzgemisches;<br />
Selektivität<br />
• R f<br />
-Werte im mittleren Bereich halten<br />
• Ausreichende Reinheit (Stabilisatoren)<br />
• Ausreichende Stabilität, keine Toxizität<br />
• β-Fronten beachten - täuschen falsche R f<br />
-Werte<br />
vor<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Ansetzen & Aufbewahren der Laufmittel<br />
• Einzelkomponenten getrennt abmessen (sonst<br />
Fehler durch Volumsänderung)<br />
• Gut vermischen, Vorrat gut verschließen, nicht zu<br />
lange aufbewahren<br />
• Laufmittel nicht wiederverwenden: Verdunstung,<br />
chem. Reaktion, bevorzugte Adsorption<br />
„Jede DC-Platte hat das Recht auf ein frisches<br />
Laufmittel“<br />
33<br />
11
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Aufsteigende Entwicklung<br />
- Benetzung nur unterhalb<br />
der Startpunkte<br />
- Deckel muss<br />
geschlossen sein<br />
- Laufmittel max. 20 cm<br />
Startflecken vergrößern sich zur Front hin!<br />
34<br />
Laufmittelfront markieren (Bleistift, einritzen) -<br />
Platte gut trocknen.<br />
Temperaturkonstanz & Lichtschutz beachten<br />
Kammer NICHT bewegen<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
10. DC-Trennkammern<br />
Gesättigte<br />
Normalkammer<br />
• R f -Werte linear ...<br />
‣ gut für große R f -<br />
Werte<br />
35<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Nichtgesättigte Normalkammer<br />
36<br />
• Verdunstung an der Front<br />
‣ mehr Lösungsmitteldurchsatz<br />
‣ mehr Trennstufen<br />
‣ kleinere R f -Werte werden<br />
auseinandergezogen<br />
‣ bessere Trennung im unteren<br />
Bereich<br />
Zusammenlaufen der großen R f -<br />
Werte).<br />
12
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
11. Detektion<br />
Visuelle Detektion bei Tageslicht<br />
• Detektion bei Tageslicht: nur bei färbigen<br />
Substanzen<br />
37<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Visuelle Detektion - Fluoreszenzlöschung<br />
• DC-Folien fluoreszieren hellgrün oder<br />
hellblau (Fluoreszenzindikatoren F254).<br />
• UV-aktive Strukturelemente (Aromaten,<br />
konjugierte C=C-Doppelbindungen...)<br />
löschen Emission<br />
‣ dunkle Flecken auf<br />
hellfluoreszierendem Hintergr<strong>und</strong><br />
(Achtung - kurzwelliges UV-Licht, 254 nm)<br />
Intensität proportional der Konzentration<br />
38<br />
Fluoreszenz bei UV 365 nm: nicht proportional!!<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Derivatisierung<br />
• wenn Substanzen nicht färbig oder UV-aktiv sind<br />
‣Aufsprühen von Nachweisreagenzien (häufigste<br />
Technik)<br />
‣Tauchen von DC-Platten (umweltfre<strong>und</strong>licher,<br />
billiger)<br />
• Bedampfen von DC-Platten - Reaktion mit Iod, Chlor,<br />
Thermo- oder Photochemische Reaktion<br />
39<br />
13
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Derivatisierung durch Aufsprühen<br />
• Besprühen mit Laborsprüher<br />
Homogenes Benebeln, bis<br />
Schicht leicht glänzt - NICHT<br />
zuviel!<br />
• Eventuell nach dem Sprühen<br />
erwärmen<br />
40<br />
• Durchführung in Sprühbox (=<br />
giftiger, agressiver Reagenznebel,<br />
Lösungsmitteldämpfe).<br />
Handschuhe <strong>und</strong> Schutzbrillen<br />
tragen<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Derivatisierung durch Tauchen<br />
41<br />
• Vorteile gegenüber Sprühen:<br />
‣ gleichmäßigere Belegung der Schicht<br />
‣ keine Geräte notwendig<br />
‣ bessere Reproduzierbarkeit<br />
‣ keine Kontamination des Arbeitsplatzes<br />
Manuelles Tauchen: einfach durchführbar<br />
ca. 3 sek eintauchen, Platte mit Luft abblasen <strong>und</strong><br />
Rückseite reinigen<br />
Tauchlösungen weniger konzentriert als<br />
Sprühlösungen<br />
Wasser meist durch Alkohol ersetzt<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Derivatisierungsreagenzien - Ninhydrin<br />
Ninhydrin - Nachweis von<br />
Aminosäuren, Aminen,<br />
0.2% Ninhydrin in Ethanol oder<br />
Butanol;<br />
Besprühen oder Tauchen, dann<br />
auf ca. 110 °C erwärmen<br />
.... Gelbe, braune, blaue <strong>und</strong><br />
violette Flecken.<br />
42<br />
14
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Derivatisierungsreagenzien – V/S<br />
Vanillin - Schwefelsäure<br />
für höhere Alkohole, Steroide,<br />
etherische Öle....:<br />
0.5-1% Vanillin in konz.<br />
Schwefelsäure oder in EtOHkonz.H<br />
2 SO 4 (1:4 - 1:10);<br />
43<br />
Besprühen oder Tauchen, dann<br />
auf ca. 120 °C erhitzen.<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
12. Auswertung<br />
Visuelle Auswertung<br />
• Qualitativ: Kontrolle von Syntheseansätzen<br />
(Identifikation, Reinheitsprüfung):<br />
‣ R f -Werte sind nicht genau reproduzierbar, deshalb<br />
***IMMER*** Referenzsubstanzen am selben<br />
Chromatogramm<br />
• Halbquantitativ: Konzentrationsreihen, Vergleich<br />
der Fleckengröße<br />
44<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Säulentrennung von Azobenzen<br />
N<br />
N<br />
hν<br />
N<br />
N<br />
trans (E) - Azobenzen<br />
cis (Z) -<br />
45<br />
• Herstellung von einheitlichem (E)-Azobenzen<br />
(Thermolyse)<br />
• (E)-> (Z)-Isomerisierung von Azobenzen durch<br />
Photolyse im UV<br />
• Auftrennung durch Dry-Flash-Säulen-Chromatographie<br />
• DC-Untersuchung der Reinheit der beiden Isomeren auf<br />
Kieselgel<br />
15
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
Trennung & Nachweis von Aminosäuren<br />
NH 2<br />
O<br />
R<br />
OH<br />
+<br />
O<br />
O<br />
O<br />
N<br />
O<br />
46<br />
O<br />
• Identifizierung von Aminosäuren durch Vergleich<br />
mit bekannten Aminosäuren:<br />
• stark polare Verbindungen: NH 2 - oder COOH-Gruppe<br />
- daher: Verteilungschromatographie auf Cellulose<br />
• Detektion: viele AS im UV unsichtbar – daher<br />
- Detektion der aromatischen AS im UV<br />
- Derivatisierung mit Ninhydrin<br />
OH<br />
O<br />
OC-Seminar Bakk. / DC <strong>und</strong> Dry-Flash-Chromatographie V.2013<br />
DC-Analyse eines unbekannten<br />
Substanzgemisches<br />
H 3 C<br />
O<br />
N<br />
H<br />
O<br />
H 3 C<br />
CH 3<br />
OH<br />
OH<br />
47<br />
H 3 C CH 3<br />
• Probengemisch von 2 Substanzen mit<br />
unterschiedlicher Polarität <strong>und</strong> UV-Aktivität<br />
• DC-Vergleich (Kieselgel) mit 4 bekannten Substanzen<br />
• Detektion:<br />
- Fluoreszenzlöschung<br />
- Derivatisierung: Tauchen in Vanillin-Schwefelsäure<br />
16
Larissegger/Glasnov Dünnschichtchromatographie-Seminar OC-1 (30.03.2013) Seite 1<br />
V.2014<br />
Chromatographie-Kurs (Bachelor-Studium):<br />
DC/Dry-Flash-Column<br />
(Larissegger/Glasnov)<br />
Experiment 1: Photochemische Umlagerung <strong>und</strong> säulenchromatographische Auftrennung von<br />
Azobenzen<br />
Azobenzen ist eine unpolare Verbindung <strong>und</strong> wird am besten durch Adsorptionschromatographie<br />
getrennt. Beim Erhitzen <strong>und</strong> beim Bestrahlen von Azobenzen erfolgt eine E/Z-Isomerisierung zu<br />
unterschiedlich polaren Isomeren. Im Versuch wird das Gemisch auf Kieselgel durch Dry-Flash-<br />
Column-Chromatographie getrennt <strong>und</strong> der Trennerfolg dünnschichtchromatographisch überprüft<br />
Experiment 2: Trennung von Aminosäuren<br />
Aminosäuren sind stark polare Substanzen, die zumindest eine Amino- <strong>und</strong> eine Carbonsäuregruppe<br />
besitzen. Die Adsorptionschromatographie (auf Kieselgel oder Aluminiumoxid) liefert<br />
schlechte Ergebnisse. Die Aminosäuren werden daher auf einer Dünnschicht-Cellulosefolie aufgetrennt<br />
(die Celluloseschicht verhält sich ähnlich wie ein Chromatographiepapier = Verteilungschromatographie).<br />
Da nur wenige Aminosäuren eine Eigenfarbe besitzen oder im UV-Licht durch Fluoreszenzlöschung<br />
(quenching) sichtbar gemacht werden können (Voraussetzung: aromatisches System),<br />
wird als Nachweis eine Sichtbarmachung durch entsprechende Reagenzien gewählt. Das klassische<br />
Reagens für Aminosäuren ist Ninhydrin.<br />
Experiment 3: DC-Analyse eines unbekannten Substanzgemisches<br />
An einem Gemisch von 2 unbekannten organischen mittelpolaren Verbindungen, die entweder<br />
durch Fluoreszenzlöschung oder Derivatisierung am Dünnschichtchromatogramm sichtbar sind,<br />
wird durch Vergleich mit 4 bekannten Verbindungen eine Identifizierung durchgeführt.
Larissegger/Glasnov Dünnschichtchromatographie-Seminar OC-1 (30.03.2013) Seite 2<br />
Photochemische Umlagerung <strong>und</strong><br />
säulenchromatographische Auftrennung von Azobenzen<br />
Einführung: Azobenzen ist die Gr<strong>und</strong>substanz der Azofarbstoffe <strong>und</strong> besitzt den Chromophor<br />
-N=N-. Durch die Doppelbindung kann Azobenzen als Z-(cis) oder E-(trans)-Verbindung auftreten.<br />
Durch Licht wird die energieärmere (E)-Form in die thermolabile, energiereichere (Z)-Form<br />
umgelagert, durch Erhitzen entsteht die thermostabile, energieärmere (E)-Form. Beide Formen<br />
weisen unterschiedliche Polarität auf <strong>und</strong> können chromatographisch voneinander getrennt werden.<br />
Problemstellung: Azobenzen ist eine unpolare Verbindung <strong>und</strong> wird am besten durch<br />
Adsorptionschromatographie getrennt<br />
Beim Erhitzen <strong>und</strong> beim Bestrahlen von Azobenzen erfolgt eine E/Z-Isomerisierung.<br />
Im Versuch wird das Gemisch auf Kieselgel durch Dry-Flash-Column-Chromatographie getrennt<br />
<strong>und</strong> der Trennerfolg dünnschichtchromatographisch überprüft<br />
h<br />
N N N N<br />
T<br />
trans (E)-Azobenzen<br />
cis (Z)-Azobenzen<br />
Trennmaterial: Als stationäre Phase wird Kieselgel verwendet (Adsorptionschromatographie).<br />
Laufmitttel: Als Laufmittel wird Toluen verwendet<br />
Experimentelle Durchführung:<br />
A) Thermische Umwandlung in (E)-Azobenzen:<br />
- Eine Spatelspitze Azobenzen-Isomerengemisch (ca. 50 mg) wird im 25-mL-Schliff-Erlenmeyerkolben<br />
in ca. 5-10 mL Toluen gelöst<br />
- Das Gefäß wird mit einem Luftkühler versehen <strong>und</strong> die Lösung ca. 5 min unter Rückfluss zum<br />
Sieden erhitzt<br />
- der Luftkühler wird entfernt <strong>und</strong> das Gefäß zum Lichtschutz mit Alufolie abgedeckt <strong>und</strong> abkühlen<br />
gelassen: =Lösung (A)<br />
Für ein gutes Gelingen ist entscheidend, daß diese Lösung - <strong>und</strong> während des Chromatographierens<br />
das Chromatographiergefäß - weitgehend vor Sonnenlicht geschützt wird.<br />
Diese Menge reicht für die gesamte Laborgruppe!
Larissegger/Glasnov Dünnschichtchromatographie-Seminar OC-1 (30.03.2013) Seite 3<br />
B) Photochemische Umwandlung in (Z)-Azobenzen:<br />
- In einem 50-mL-Erlenmeyerkolben werden ca. 200 mg Azobenzen-Isomerengemisch in 20 mL<br />
Toluen aufgelöst.<br />
- Diese Lösung wird ca. 20 min dem Licht eines 300-Watt-UV-Brenners (360 nm) ausgesetzt.<br />
Diese Menge reicht für die gesamte Laborgruppe!<br />
C) Auftrennung des Azobenzen-Isomerengemisches durch Dry-Flash-Column-Chromatographie:<br />
- Als Säule wird eine Glas-Filternutsche verwendet (geben Sie im Protokoll die Dimension an) .<br />
- Die Nutsche wird mit einem passenden Gummikonus auf dem Saugfinger platziert <strong>und</strong> mit<br />
trockenem Kieselgel 60 H (5-40 µm) gefüllt.<br />
- Nun wird Vakuum angelegt <strong>und</strong> dann das Kieselgel mit einem Glasstab festgedrückt.<br />
- Es wird solange Kieselgel nachgefüllt <strong>und</strong> festgedrückt, bis die Nutsche ca. 5 cm hoch gefüllt ist.<br />
- Dann wird Toluen durchgesaugt, bis die Säule vollkommen mit Flüssigkeit benetzt ist (die Säule<br />
sollte während dieser Aktion ausnahmsweise nicht trockenlaufen).<br />
- Wenn die Front schief durchläuft, muss die Säule ganz trockengesaugt <strong>und</strong> das Säulenmaterial<br />
nochmals festgedrückt werden.<br />
C1).<br />
- Sobald das Lösungsmittel durchgelaufen ist, wird auf die Säule ca. 1 mL des bestrahlten Azobenzen-Isomerengemisch<br />
(aus Pkt. B) aufgetragen <strong>und</strong> zur Trockene festgesaugt.<br />
- Nun wird solange mit Toluen nacheluiert, bis die erste (orange) Zone den Säulenboden erreicht.<br />
- Man unterbricht die Chromatographie <strong>und</strong> verwirft das farblose Zwischen-Eluat<br />
- Nun setzt man die Chromatographie fort <strong>und</strong> fängt das gefärbte Eluat auf. Sobald das Eluat wieder<br />
farblos wird, unterbricht man die Chromatographie. Diese 1. gefärbte Fraktion wird in ein<br />
kleines Gefäß überführt <strong>und</strong> mit C1 markiert.<br />
C2).<br />
- Man eluiert solange mit Essigsäureethylester, bis sich die zweite (gelbe Zone) knapp vor dem<br />
Säulenboden befindet.<br />
- Man unterbricht wieder die Chromatographie <strong>und</strong> verwirft das farblose Zwischen-Eluat.<br />
- Dann setzt man die Chromatographie fort <strong>und</strong> fängt die zweite (gelbe) Fraktion auf. Dann stoppt<br />
man. Die Trennung ist beendet.<br />
- Die 2. gefärbte Fraktion wird in ein kleines Gefäß überführt <strong>und</strong> mit C2 markiert..<br />
D) Dünnschichtchromatographische Überprüfung:<br />
- Auf einer DC-Kieselgelfolie (ca. 7 cm hoch, 3-4 cm breit) werden 4 Startpunkte markiert (Abstand<br />
zum unteren Rand)<br />
- Auf diese Punkte werden mit einer Kapillare je ein kleiner Tropfen der Lösungen aus Pkt. A, B,<br />
C1 sowie C2 aufgetragen.<br />
- Man trocknet gut mit dem kalten Fön.<br />
- Man entwickelt in der zylindrischen DC-Kammer (ohne Kammersättigung) mit Toluen als Laufmittel.
Larissegger/Glasnov Dünnschichtchromatographie-Seminar OC-1 (30.03.2013) Seite 4<br />
Detektion <strong>und</strong> Auswertung:<br />
- Die farbigen Flecken werden mit Bleistift umrandet.<br />
- Die R f -Werte werden bestimmt (wo setzen Sie die Messpunkte).<br />
- Die Isomeren werden zugeordnet:<br />
Welche Flecken entsprechen dem (E)- bzw. dem (Z)- Isomeren des Azobenzens<br />
- Diskussion der Dry-Flash-Trennung<br />
- Vergleich mit der Trennung von Pflanzenpigmenten an einer konventionellen Aluminiumoxidsäule<br />
im Praktikum "Allgemeine <strong>Chemie</strong>", 1. Semester.<br />
Fehlermöglichkeiten:<br />
Haben Sie im DC eine schieflaufende Front:<br />
Woraus resultiert das Welche Abhilfe ist möglich<br />
Haben Sie im DC zu große (unscharfe) Flecken:<br />
Was ist die Ursache Welche Abhilfe ist möglich<br />
Beobachten Sie eine Schwanzbildung<br />
Was ist die Ursache Welche Abhilfe ist möglich <br />
Trotz präparativer Trennung ist die Substanz am DC unrein:<br />
Was ist die Ursache Welche Abhilfe ist möglich<br />
Wenn Fraktion C2 <strong>und</strong> das nicht getrennte Gemisch(B) für keinen Spot identische R f -Werte zeigt:<br />
Was ist die Ursache Welche Abhilfe ist möglich
Larissegger/Glasnov Dünnschichtchromatographie-Seminar OC-1 (16.10.2013) Seite 5<br />
Trennung von Aminosäuren<br />
Einführung: Aminosäuren sind die Einzelbausteine der Proteine <strong>und</strong> können z.B. durch Hydrolyse<br />
daraus gewonnen werden. Sie sind stark polare Substanzen, die zumindest eine Amino- <strong>und</strong><br />
eine Carbonsäuregruppe besitzen. Die Adsorptionschromatographie (auf Kieselgel oder Aluminiumoxid)<br />
liefert schlechte Ergebnisse. Die Aminosäuren werden daher auf einer Dünnschicht-<br />
Cellulosefolie aufgetrennt (die Celluloseschicht verhält sich ähnlich wie ein Chromatographiepapier<br />
= Verteilungschromatographie).<br />
Problemstellung: Da nur wenige Aminosäuren eine Eigenfarbe besitzen oder im UV-Licht durch<br />
Fluoreszenzlöschung (quenching) sichtbar gemacht werden können (Voraussetzung: aromatisches<br />
System), wird als Nachweis eine Sichtbarmachung durch entsprechende Reagenzien gewählt. Das<br />
klassische Reagens für Aminosäuren ist Ninhydrin:<br />
N H 2<br />
O<br />
R<br />
OH<br />
+<br />
O<br />
O<br />
O<br />
N<br />
O<br />
O<br />
OH<br />
O<br />
Aminosäure Ninhydrin Farbstoff<br />
Trennmaterial: Cellulose (Verteilungschromatographie);<br />
Laufmittel: Als Laufmittel hat sich folgende Mischung bewährt:<br />
Butanol (35) Aceton (35) Eisessig (7) Wasser (23)<br />
- Dieses Laufmittel ist bereits fertig vorhanden<br />
Experimentelle Durchführung:<br />
- Die unbekannte Aminosäure (Menge: eine Spatelspitze = ca. 3-8 mg) wird in einer Eprouvette<br />
durch Erhitzen mit der Heißluftpistole in ca. 0.5 mL Wasser gelöst (eventuell etwas Ethanol zugeben).<br />
Die 4 Vergleichsaminosäuren (Glycin, Alanin, Hydroxyprolin, Phenylalanin) liegen bereits<br />
gelöst vor.<br />
- Die unbekannte Probe <strong>und</strong> die 4 Vergleichsproben werden nebeneinander auf einer Cellulosefolie<br />
(ca. 7 cm hoch, ca. 5-6 cm breit) aufgetragen (wie hoch muss die Startlinie vom unteren Rand<br />
entfernt sein). Wie werden Sie die Reihenfolge anordnen, um das aussagekräftigste Ergebnis zu<br />
erhalten<br />
- Das Chromatogramm wird mit dem Fön gut getrocknet.<br />
- Man füllt in die breite, rechteckige DC-Kammer das oben angeführte Laufmittel (wie hoch) <strong>und</strong><br />
chromatographiert dann (Dauer: ca. 25-30 min; ohne Kammersättigung).<br />
- Man nimmt die DC-Folie aus der Kammer, markiert die Front <strong>und</strong> trocknet gut mit dem Fön
Larissegger/Glasnov Dünnschichtchromatographie-Seminar OC-1 (30.03.2013) Seite 6<br />
Detektion:<br />
- Das getrocknete Chromatogramm wird in der UV-Betrachtungskammer betrachtet<br />
- Welche Wellenänge wählen Sie dafür<br />
- Was beobachten Sie<br />
- Was erkennen Sie nicht<br />
- Dann wird die DC-Folie in die Sprühkammer (im kleinen Nebenlabor) gestellt <strong>und</strong> eine 0.2 proz.<br />
alkoholische Ninhydrinlösung mit einem Zerstäuber aufgesprüht (Achtung: nicht die Hände<br />
besprühen).<br />
- Dabei darf nur ein feiner Flüssigkeitsschleier (seidiger Glanz) auf dem Chromatogramm zu<br />
erkennen sein. Auf keinen Fall darf überschüssige Reagenslösung auf das Chromatogramm gelangen,<br />
da sonst die Flecken ihre scharfe Abgrenzung verlieren.<br />
- Da sich die Flecken erst nach einiger Zeit bilden, wird durch Erhitzen der DC-Platten mit der<br />
Heißluftpistole die Reaktion beschleunigt. Sobald sich die Flecken bilden, nicht mehr weitererhitzen,<br />
da sich sonst auch der Hintergr<strong>und</strong> färbt<br />
Auswertung:<br />
- Nach Ausbildung der färbigen Flecken werden diese mit Bleistift umrandet, da die Farbflecken<br />
nur einige St<strong>und</strong>en haltbar sind.<br />
- Dann wird der Rf-Wert ermittelt<br />
- Anhand des Rf - Wertes <strong>und</strong> der Farbe wird die gesuchte Aminosäure identifiziert.<br />
Fehlermöglichkeiten, Diskussion:<br />
Haben Sie eine schieflaufende Front<br />
Woraus resultiert das Welche Abhilfe ist möglich<br />
Haben Sie zu große (unscharfe) Flecken<br />
Was ist die Ursache Welche Abhilfe ist möglich<br />
Beobachten Sie eine Schwanzbildung<br />
Was ist die Ursache Welche Abhilfe ist möglich<br />
Die Rf-Werte sind zu klein.<br />
Was ist die Ursache Welche Abhilfe ist möglich<br />
Flecken sind schlecht sichtbar:<br />
Was ist die Ursache Welche Abhilfe ist möglich
Larissegger/Glasnov Dünnschichtchromatographie-Seminar OC-1 (30.03.2013) Seite 7<br />
DC-Analyse eines unbekannten Substanzgemisches<br />
Problemstellung: An einem Gemisch von 2 unbekannten Verbindungen (Substanzen, die entweder<br />
durch Fluoreszenzlöschung oder Derivatisierung am DC sichtbar sind) wird durch Vergleich<br />
mit 4 bekannten Verbindungen (siehe Tabelle unten) eine Identifizierung durchgeführt.<br />
Vergleichssubstanzen, die durch Fluoreszenzlöschung detektiert werden können:<br />
Dibenzalaceton, Acetanilid<br />
C H 3<br />
O<br />
N<br />
H<br />
O<br />
N-Phenyl-acetamide<br />
Acetanilid<br />
1,5-Diphenyl-penta-1,4-dien-3-one<br />
Dibenzalaceton<br />
Vergleichssubstanzen, die durch Derivatisierung sichtbar gemacht werden müssen:<br />
1-Dodecanol, 3-Menthol<br />
CH 3<br />
C H 3<br />
Dodecan-1-ol<br />
OH<br />
H 3<br />
C CH 3<br />
OH<br />
(1R,2S,5R)-2-Isopropyl-5-methyl-cyclohexanol<br />
Menthol<br />
Trennmaterial: Als stationäre Phase wird eine Kieselgelfolie verwendet (Adsorptionschromatographie).<br />
Laufmittel:<br />
-- Das Laufmittel wird anhand der eluotropen Reihe den erwarteten Moleküleigenschaften (welche<br />
Eigenschaft ist für die Chromatographie von Bedeutung) aus den im Übungslabor vorhandenen<br />
Laufmittelgemischen selbst ausgewählt oder selbst zusammengestellt.<br />
Begründen Sie im Protokoll Ihre Auswahl.<br />
Experimentelle Durchführung:<br />
- Die Probe wird auf 2 Kieselgelfolien mit jeweils 2 zusammengehörigen Vergleichsproben aufgetragen<br />
- Diese 2 Folien werden in den zylindrischen Chromatographiekammern mit einem passenden<br />
Laufmittel entwickelt (ohne Kammersättigung).<br />
Detektion:<br />
- A: durch Betrachtung in der UV-Betrachtungskammer.<br />
- Bei welcher Wellenlänge beobachten Sie Fluoreszenzlöschung<br />
- Wie stellen sich die getrennten Substanzflecken dar<br />
- Was beobachten Sie, wenn Sie auf die andere Wellenlänge umschalten.
Larissegger/Glasnov Dünnschichtchromatographie-Seminar OC-1 (30.03.2013) Seite 8<br />
- B: mittels Derivatisierung durch Tauchen in das Vanillin-Schwefelsäure-Reagens. Dieses ist<br />
bereits fertig gemischt vorhanden.<br />
Zusammensetzung des Tauchreagens:<br />
150 mL Wasser 20 mL conz. Schwefelsäure 125 mL Ethanol 1.5 g Vanillin<br />
- Durchführung der Tauchung:<br />
- Die DC-Folie wird ca. 1 sek in das Gefäß mit dem Tauchreagens eingetaucht<br />
- Die Rückseite der DC-Folie wird mit Wischpapier abgestreift<br />
- DC-Folie wird mit der Heißluftpistole getrocknet, bis sich die Substanzflecken bilden (nicht<br />
verkohlen!)<br />
Auswertung:<br />
- Bestimmung der R f -Werte<br />
- Zuordnung der unbekannten Substanzen zu den identischen Vergleichssubstanzen<br />
Fehlermöglichkeiten, Diskussion:<br />
Haben Sie eine schieflaufende Front<br />
Woraus resultiert das Welche Abhilfe ist möglich<br />
Haben Sie zu große (unscharfe) Flecken<br />
Was ist die Ursache Welche Abhilfe ist möglich<br />
Beobachten Sie eine Schwanzbildung<br />
Was ist die Ursache Welche Abhilfe ist möglich<br />
Die Rf-Werte sind zu klein.<br />
Was ist die Ursache Welche Abhilfe ist möglich<br />
Flecken sind schlecht sichtbar:<br />
Was ist die Ursache Welche Abhilfe ist möglich
Chromatographische Trennmethoden<br />
Chromatographische Verfahren dienen zur Trennung von Stoffgemischen. Die getrennten<br />
Komponenten können identifiziert <strong>und</strong> ihre Menge quantitativ bestimmt werden.<br />
Die Trennung erfolgt in der Weise, daß eine mobile Phase an einer stationären phase<br />
vorbeiströmt, mit der die Probenkomponenten unterschiedlich stark wechselwirken. Damit<br />
kommt es zu einer Verteilung der Komponenten zwischen mobiler <strong>und</strong> stationärer Phase. Je<br />
nach dem Verteilungskoeffizienten erscheinen die einzelnen Komponenten früher oder später.<br />
Die mobile Phase kann gasförmig oder flüssig sein, die stationäre Phase flüssig oder fest. Es<br />
gibt allerdings auch Methoden, bei denen die stationäre Phase fehlt oder keine mobile Phase<br />
strömt.<br />
Damit ergeben sich folgende chromatographische Techniken:<br />
Mobile Phase Stationäre Phase Methode<br />
Gasförmig flüssig oder fest Gaschromatographie (GC)<br />
flüssig flüssig oder fest Flüssigkeitschromatographie (LC)<br />
überkritisch flüssig oder fest Supercritical Fluid Chromatography (SFC)<br />
flüssig keine Field Flow Fractionantion (FFF)<br />
keine flüssig oder fest Kapillarelektrophorese (CE)<br />
Je nach der Natur der Probe eignen sich die verschiedenen Ausführungsvarianten<br />
unterschiedlich gut:<br />
Probe<br />
verdampfbar<br />
nicht flüchtig, löslich<br />
geladen, löslich<br />
löslich oder unlöslich<br />
Methode<br />
Gaschromatographie (GC)<br />
Supercritical Fluid Chromatography (SFC)<br />
Flüssigkeitschromatographie (LC)<br />
Kapillarelektrophorese (CE)<br />
Field Flow Fractionation (FFF)<br />
Bei der Füssigkeitschromatographie gibt es je nach dem verwendeten Trennsystem<br />
verschiedene Ausführungsvarianten:<br />
Die stationäre Phase kann als dünne Schicht auf einem Träger (Dünnschichtchromatographie,<br />
DC oder Thin layer chromatography, TLC) oder an der inneren Oberfäche einer Kapillare<br />
vorliegen oder als gepackte Säule.<br />
Bei der Säulenchromatographie bestimmt die Größe der Partikel die Dichte der Packung, <strong>und</strong><br />
damit den Strömungswiderstand. Entsprechend steigt mit der Packungsdichte der<br />
erforderliche Druck, der benötigt wird, um die mobile Phase durch die Säule zu pumpen.<br />
Die gebräuchliche Abkürzung HPLC für High Performance Liquid Chromatography<br />
(=Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie) wird deshalb oft mißverstanden: der Druck<br />
(pressure) hat nichts mit der Trennleistung zu tun <strong>und</strong> ist nur eine unerwünschte<br />
Begleiterscheinung der dicht gepackten Säulen, die für hohe Trennleistung erforderlich sind !<br />
Die wichtigsten Techniken in der HPLC unterscheiden sich in der chemischen Natur der<br />
stationären <strong>und</strong> mobilen Phase bzw. durch die Art der Wechselwirkung. Damit erfolgt die<br />
Trennung nach anderen Kriterien:
Mobile Stationäre<br />
Phase Phase<br />
Trennkriterium Methode<br />
unpolar polar polare Gruppen normal phase LC (NP-LC)<br />
polar unpolar unpolare Gruppen reversed phase LC (RP-LC)<br />
polar polar<br />
Ausschlußchromatographie =Size<br />
Gesamtgröße der<br />
exclusion chromatography (SEC),<br />
Moleküle bzw.<br />
unpolar unpolar<br />
Gel-Permeations-Chromatographie<br />
Molekulargewicht<br />
(GPC)<br />
Typische stationäre Phasen in der HPLC enthalten meist als Basis von Kieselgel, das an der<br />
Oberfläche mit polaren oder unpolaren Gruppen modifiziert sein kann:<br />
Si OH<br />
Si, Silica<br />
Si CH 3<br />
Si<br />
CN<br />
C1, TMS, Trimethyl<br />
Si NO 2<br />
NO 2 , Nitro<br />
Si<br />
C2, RP-2, Dimethyl<br />
CN, CPS, PCN, Cyano,<br />
Cyanopropyl, Nitrile<br />
Si NH 2<br />
NH 2 , APS, Amino<br />
Aminopropylsilyl<br />
Si<br />
Si<br />
C3, Propyl<br />
Si<br />
Phenyl, C 6 H 5<br />
C4, Butyl<br />
Si<br />
Si<br />
O<br />
OH<br />
OH<br />
OH, Diol,<br />
Glycerol<br />
Si<br />
C6, Hexyl<br />
C8, MOS, RP-8, LC8, Octyl<br />
Si<br />
CN<br />
CN, CPS, PCN, Cyano,<br />
Cyanopropyl, Nitrile<br />
Si<br />
C18, ODS, RP-18, LC18, Octadecyl<br />
In der SEC werden meist vernetzte Polymere (z.B. Styrol-<br />
Divinylbenzol) verwendet.<br />
Polymer-basierende Phasen können auch in der<br />
Adsorptionschromatographie vorteilhaft sein, wenn<br />
restliche Silanolgruppen die Trennung basischer<br />
Substanzen stören würden.<br />
Je nach Chromatographieart (Adsorption, Verteilung, Ausschluss, ...) werden also ganz<br />
spezifische funktionelle Gruppen genützt.
1<br />
CHROMATOGRAFISCHE TRENNVERFAHREN IN DER<br />
ORGANISCHEN CHEMIE<br />
GASCHROMATOGRAFIE<br />
M.Mittelbach, 2003<br />
EINLEITUNG<br />
Die Gaschromatografie wurde im Jahre 1997 50 Jahre alt; im Juni 1947 wurde an der Universität<br />
Innsbruck der erste Gaschromatograf von Erika Cremer <strong>und</strong> Fritz Prior vorgestellt. 1958 Patent wurde<br />
Golay das Patent für Kapillartrennsäulen erteilt,<br />
1958 beschrieb Kovac den Retentionsindex.<br />
Die Gaschromatografie ist wie die HPLC eine Trennmethode zur Gewinnung reiner Stoffe sowie für<br />
die qualitative <strong>und</strong> quantitative Analyse von Mischungen. Sie dient sowohl zum Nachweis bekannter<br />
Verbindungen (target analysis) als auch zur Strukturaufklärung unbekannter Verbindungen (Hinweis<br />
Kurs: Analyse eines Parfums!), sie ist die ideale Ergänzung zur HPLC, ist auch für Automatisation<br />
geeignet.<br />
Die mobile Phase ist immer gasförmig;<br />
Die stationäre Phase kann sein:<br />
fest: GAC oder GSC (Gasadsorptionschromatografie): Adsorption<br />
flüssig: GLC (Gas-liquid-chromatography): Verteilung<br />
1. Theoretische Gr<strong>und</strong>lagen<br />
1.1 Konzept der theoretischen Böden:<br />
Martin <strong>und</strong> Synge, Nobelpreis 1952<br />
Dynamisches System: Serie aufeinanderfolgender Verteilungsschritte, bei jeder Stufe<br />
Gleichgewichtseinstellung zwischen mobiler <strong>und</strong> stationärer Phase.<br />
Bei einer Vergrößerung der Trennstufenzahl befindet sich der gelöste Stoff in einem schmäleren<br />
Bereich des Gesamtsystems.
2<br />
Reale Chromatografie ist kontinuierlicher Prozeß mit einer Serie von Gleichgewichtseinstellungen.<br />
Diese heißen "theoretische Böden" (Begriff aus der Destillation)<br />
Teilt man die Länge der Säule durch die Anzahl der theoretischen Böden, so erhält man die Angabe<br />
des<br />
Höhenäquivalentes eines theoretischen Boden<br />
Height Equivalent to a Theoretical Plate (HETP)<br />
sogenannter H-Wert<br />
Gute GC-Säule: H ≤ 0.1 mm, bis zu 1 Mill. theoret.Böden; eine übliche Säule hat 50.000 - 150.000<br />
Böden; eine gepackte Säule hat ca. 2000 - 5000 theoretische Böden<br />
Gute HPLC-Säule: H = 0.05 mm hat 20.000 theoretische Böden<br />
H = HETP = 0.18. L b 0.5<br />
2 (m)<br />
t r<br />
L/H = N = 5.54 (tr / b0.5)2<br />
L ... Länge der Trennsäule in m<br />
b 0.5... Bandenbreite auf halber Höhe<br />
tr ... Retentionszeit<br />
N.... Bodenzahl<br />
Verteilungskoeffizient: Ki = ci (l) / ci (g)<br />
bezieht sich auf die Konzentration<br />
Kapazitätsverhältnis: k´ = ni (l) / ni (g)<br />
bezieht sich auf die Menge<br />
ni = ci . v<br />
k´ = Ki / ß<br />
ß = Ki / k´ = Ci(l). ni(g) /ci (g). ni(l) = V(g) / v(l)<br />
Menge an mobiler Phase ist viel größer als Menge an stationärer Phase; deshalb muß man die<br />
Verteilungskoeffizienten K korrigieren.<br />
Dieser Korrekturfaktor ist das Verhältnis der Volumina der mobilen Phase <strong>und</strong> der stationären Phase<br />
<strong>und</strong> wird als Phasenverhältnis ß bezeichnet:<br />
ß = v (mobile Phase) / v (stationäre Phase)<br />
ß für gepackte Säule zwischen 5 <strong>und</strong> 35<br />
ß für Kapillarsäule zwischen 50 <strong>und</strong> 1000
3<br />
Die Retentionskapazität ist die Säuleneigenschaft, die das generelle Verzögern der Komponente in<br />
der Trennsäule bewirkt. Diese ist bei Kapillarsäulen bedeutend kleiner als bei gepackten Säulen,<br />
deshalb müssen Kapillarsäulen länger sein.<br />
1.2. Das Gaschromatogramm<br />
Chromatografie ist ein kontinuierlicher Vorgang, sodaß Diffusion stattfindet, welche zu einer<br />
Peakverbreiterung führt.<br />
Je länger eine Substanz in der Säule ist, umso breiter wird die eluierte Substanzzone sein. Diese<br />
Banden- oder Peakverbreiterung ist eine Funktion des chromatografischen Verteilungsprozesses <strong>und</strong><br />
kein Diffusionsphänomen. Zusätzlich kommt es wegen der Diffusion zu einer weiteren<br />
Peakverbreiterung. Peakverbreiterung kann durch Temperaturprogrammierung in der GC oder durch<br />
Gradientenelution in der HPLC in Grenzen gehalten werden.
4<br />
1.3. Auflösung (Resolution):<br />
Ein Maß für die Güte einer Trennung. Die Auflösung (R = resolution) entspricht dem Abstand zweier<br />
peak-maxima dividiert durch das arithmetische Mittel der Basisbreiten der peaks. Ein R-Wert von<br />
mindestens 1,5 beschreibt eine befriedigende Trennung.<br />
R = 2 (t2 - t1) / (w1 + w2)<br />
w... Basisbreite<br />
Die Auflösung wird mit der Wurzel der Säulenlänge erhöht, Säule mit 4-facher Länge liefert eine<br />
doppelte Auflösung, führt jedoch auch zu einer 4-fachen Analysenzeit.<br />
Auflösung wichtig für:<br />
a) einwandfreie Ermittlung des Peakmaximums<br />
b) störungsfreie Ermittlung der Peakfläche<br />
c) präparative isolierung reiner Komponenten
5<br />
Die Auflösung hängt von 2 Faktoren ab:<br />
Selektivität:<br />
Sie ist ein Maß für die Wechselwirkung der Probe mit der stationären Phase, deshalb gibt es für<br />
bestimmte Substanzgruppen optimale stationäre Phasen. Bei falscher Wahl der stationären Phase<br />
kann trotz Verwendung einer Säule mit hoher Bodenzahl oft keine Trennung erzielt werden.<br />
Effizienz:<br />
Die chromatografische Wirksamkeit einer Säule (Effizienz) ist in erster Näherung unabhängig von den<br />
zu trennenden Stoffen, d.h. der H-Wert ist konstant.<br />
1.4. Van Deemter-Gleichung<br />
Die Diffusion wird umso kleiner, je höher die Geschwindigkeit ist, dabei wird jedoch die<br />
Gleichgewichtseinstellung behindert. Da die beiden Forderungen gegenläufig sind, muß man einen<br />
Kompromiß zwischen möglichst hoher Flußrate <strong>und</strong> bestmöglicher Gleichgewichtseinstellung suchen.<br />
Die Verknüpfung zwischen Diffusion, Gleichgewichtseinstellung <strong>und</strong> Flußrate wird durch die Van<br />
Deeter-Gleichung beschrieben:<br />
H = A + B / u + C . u<br />
u ... mittlere Geschwindigkeit der mobilen Phase<br />
A ... Maß für die Bandenverbreiterung durch Umströmen der stationären Phase, abhängig von der<br />
Güte der Packung <strong>und</strong> der Art der Säule, aber unabhängig von der Flußrate, Eddy-Diffusion, sie tritt<br />
nur bei gepackten Säulen auf.<br />
B... Bandenverbreiterung durch Longitudinal-Diffusion, mit Flußrate umgekehrt proportional
6<br />
C ... endliche Geschwindigkeit der Gleichgewichtseinstellung, abhängig von gleichmäßiger Verteilung<br />
der stationären Phase.<br />
Unterschiede bei den einzelnen Gasen beruhen darauf, daß die Diffusion in Gasen mit geringerer<br />
Molmasse (geringerer Dichte) größer ist. Deshalb muß hier mit höheren Flußraten gearbeitet werden.<br />
u<br />
= L / tm<br />
u... mittlere Geschwindigkeit<br />
L... Säulenlänge<br />
tm... Totzeit<br />
u ist vom Querschnitt der Säule abhängig; der Querschnitt ist eine quadratische Funktion des Radius,<br />
eine Verdoppelung des Säulendurchmessers macht eine 4 x höhere Flußrate nötig, um gleiches u zu<br />
erhalten:<br />
2 mm Säule: 20 ml/min<br />
4 mm Säule: 80 ml/min
7<br />
1.5. Retentionsindex<br />
Um qualitative Aussagen aus einem Chromatogramm zu erhalten, <strong>und</strong> um Chromatogramme<br />
vergleichen zu können, werden relative Retentionsindices eingeführt:<br />
Konzept von Kovats (1958):<br />
Retention einer Verbindung wird auf die Retention von n-Alkane bezogen. Der Retentionsindex einer<br />
Substanz ist gleich 100 x der Kohlenstoffzahl eines hypothetischen n-Paraffins mit der gleichen<br />
reduzierten Retentionszeit wie die interessierende Substanz.<br />
n-Alkane haben bei jeder Temperatur <strong>und</strong> auf allen Trennflüssigkeiten einen Index von 100 x die<br />
betreffende Kohlenstoffanzahl, z.B. n-Pentan 500, n-Octan 800 usw.<br />
Dieser Retentionsindex ist weitgehend unabhängig von den Versuchsparametern <strong>und</strong> damit ein<br />
charakteristischer Wert für eine Verbindung bei bestimmter Trennflüssigkeit <strong>und</strong> Temperatur. Indices<br />
werden mit Eichsubstanzen bestimmt.
8<br />
2. Voraussetzungen für Gaschromatografie<br />
Substanz muß flüchtig sein, für HPLC löslich<br />
Bedingung ist nicht so einschneidend, wie es zunächst erscheint, Substanzen mit einem<br />
Schmelzpunkt bis 150°C sind chromatografierbar,<br />
Temperaturen bis 400° sind möglich, oder Derivatisierungen<br />
Nachteil: kaum präparative Trennungen möglich<br />
Retentionszeit,<br />
GLC: Gas-flüssigchromatografie, Flüssigkeit als stationäre Phase, darf nicht flüchtig sein <strong>und</strong><br />
chemisch geb<strong>und</strong>en, es gibt nur wenige Phasen<br />
Vielfalt an Detektoren, hohe Empfindlichkeit (im Gegensatz zu HPLC)
9<br />
In der GC gibt es 5 wichtige Variablen:<br />
Trägergas<br />
Probenaufgabe<br />
Säule bzw. stationäre Phase<br />
Temperaturbedingungen während der Trennung<br />
Detektor<br />
2.1. Trägergas<br />
In HPLC mobile Phase am schwierigsten, Detektor am einfachsten<br />
Natur des Gases ist eher sek<strong>und</strong>är,<br />
wenig reaktiven kommen in Frage: Wasserstoff, Stickstoff, Helium, Argon<br />
warum keine Luft oder Sauerstoff<br />
Bei höheren Temperaturen nimmt Gasfluß ab, deshalb viele Geräte mit elektronischer<br />
Flußkontrolle.<br />
Hilfsgase:<br />
Make-up-Gas: Schönungsgas für Detektor bei Verwendung von Kapillarsäulen, wird vor dem Detektor<br />
zugemischt, um optimalen Fluß für Detektor zu erreichen.<br />
Detektorgase:<br />
z.B. H <strong>und</strong> Luft bei FID
10<br />
2.2. Probenaufgabe<br />
Die Probe wird mittels Spritze in den Einspritzblock des Systems gebracht, dabei wird Gummidichtung<br />
(Septum) durchstoßen. Einspritzblock muß Temperatur über der maximalen Säulentemperatur<br />
besitzen. Probe verdampft <strong>und</strong> wird als Gas auf die Säule gespült.<br />
Hauptprobleme: Zersetzung der Proben, Zurückbleiben von nichtflüchtigen Rückständen<br />
(Geisterpeaks), zu viel Probe bei Kapillarsäulen, mit üblicher Spritze nicht so klein dosierbar, mehrere<br />
Möglichkeiten:<br />
Split-Injektion: bevor der Gasstrom mit der Probe auf die Säule kommt, wird er geteilt, das Verhältnis<br />
der Gasströme wird durch ein Nadelventil kontrolliert. Ein Gasstrom geht ins Freie, der andere in die<br />
Säule: Splitverhältnis<br />
Probe wird in einen Glas-liner gespritzt.<br />
Splitless: kein split, für ca. 30 sec wird split ausgeschaltet, Probe geht auf Säule, dann wieder split:<br />
bewirkt Erhöhung der Empfindlichkeit. Säule soll niedrigere Temperatur als Siedepunkt des<br />
Lösungsmittels haben, dann wird Probe in einer Zone aufkonzentriert.<br />
On Column-Aufgabe: Auftragung erfolgt mit Spezialspritzen direkt in die Säule, Verdampfung findet<br />
in der Säule direkt statt, alles gelangt in die Säule, keine Diskriminierung.<br />
Headspace (Kopfraum)-Technik: es wird nur der Gasraum über einer nicht vollständig<br />
verdampfbaren Probe zur GC-Trennung gebracht. Vor allem für flüchtige Komponenten. Probe wird in<br />
eine geschlossene, thermostatisierte Ampulle gebracht, Probe wird vom Gasraum entnommen.<br />
2.3 Säulen<br />
Heute werden fast ausschließlich Kapillarsäulen eingesetzt, um hohe Trennleistung zu erzielen,<br />
höhere Bodenzahl<br />
Material ist dabei Quarz: Fused Silica-Säulen<br />
Innendurchmesser: 0.2 - 0.5 mm (Widepore-Säulen, änlich wie gepackt), Länge 10-60 m. Um<br />
Festigkeit <strong>und</strong> Biegsamkeit zu erreichen, werden sie mit einem Polyimidfilm beschichtet, macht<br />
braune Farbe. Sie sind nur bis 350°C geeignet. Es gibt auch HT-Säulen, die bis 400° einsetzbar sind.<br />
Früher wurde stationäre Phase auf Träger aufgebracht <strong>und</strong> in Säule (aus Glas) gepackt; es wurden<br />
viele Phasen verwendet<br />
heute hpts. Kapillarsäulen mit flüssigen, stationären Phasen, welche in LM gelöst werden, durch<br />
Säule gespült <strong>und</strong> erhitzt, WCOT (wall coated open tubular)<br />
Filmdicke ist entscheidend: 01 µm - 5.0 µm, bei dickerem Film kann mehr Probe getrennt werden.<br />
Viele Säulen besitzen bereits chemisch geb<strong>und</strong>ene stationäre Phasen
11<br />
Heute kommt man mit wenigen stationären Phasen aus, welche sich nach der Polarität der Proben<br />
richten.<br />
"Gleiches löst sich in Gleichem".<br />
3 Beispiele:<br />
für unpolare Substanzen: 100 % Polydimethylsiloxan<br />
für mittelpoare Substanzen: 50 % Dimethyl, 50 % Diphenylsiloxan<br />
für polare Substanzen: Polyethylenglykol (Carbowax)<br />
mit mittelpolarer Säule lassen sich 90% aller chromatografischen Probleme lösen<br />
Spezialsäulen:<br />
Derivatisierte Cyclodextrine als stationäre Phasen für Enantiomerentrennung<br />
mit fester stationärer Phase: PLOT-Säulen: porous layer open tubular<br />
das Adsorbens ist hier auf die Innenwand der Kapillare aufgebracht, poröse Polymere, aber auch<br />
Molsiebe, zur Trennung von sehr flüchtigen Stoffen oder Gasen. Problem: Austreten der Teilchen,<br />
durch Partikelfalle verhindert.<br />
Metallsäulen: für HTGC
12<br />
Behandlung von Kapillarsäulen:<br />
Säulen müssen zunächst konditioniert werden, mehrmalige Erhitzung unter Trägergasstrom mit<br />
Temperaturprogrammierung auf die maximale Arbeitstemperatur (Ausheizen der Säule, um<br />
niedermolekulare Stoffe auszutreiben <strong>und</strong> stabile Basislinie zu erhalten)<br />
Niemals Säule ohne Trägergasstrom erhitzen, da es sonst zur Zerstörung der stationären Phase<br />
kommt, niemals überhitzen, kaputte Säule erkennt man an starkem Säulenbluten: hohes<br />
Gr<strong>und</strong>rauschen durch Zersetzungsprodukte der stationären Phase.<br />
Aufbewahrung von Säulen: vor dem Ausbauen Ausheizen, an beiden Enden mit Septum<br />
verschließen.<br />
2.4 Temperaturprogrammierung<br />
Die Trennung durch GC beruht auf 2 Eigenschaften der zu trennenden Substanzen: ihrer Löslichkeit<br />
<strong>und</strong> ihrem Dampfdruck. Dampfdruck hängt von Temperatur ab, die verändert werden kann.<br />
Säule befindet sich in Säulenofen, der beheizt ist; Einspritzblock- <strong>und</strong> Detektortemperatur müssen<br />
über der maximalen Säulentemperatur liegen.<br />
Isotherme Trennung: bei gleicher Temperatur, wenn sich Substanzen gut trennen, man erkennt<br />
Homologe, welche nach regelmäßiger Retentionszeiterhöhung eluiert werden (Logarithmischer<br />
Zusammenhang zwischen Retentionszeit <strong>und</strong> C-Zahl, siehe Abbildung).<br />
Temperaturprogrammierung: analog der Gradienteneluierung bei HPLC; wenn Substanzgemische<br />
stark unterschiedliche Siedetemperatur besitzen, um Analysenzeit zu verkürzen. Je länger die Probe<br />
in der Säule ist, umso breiter wird der peak. Temperaturerhöhung um 30°C führt zu einer Halbierung<br />
der Retentionszeiten.<br />
Temperaturanstieg kann sein:<br />
linear<br />
stufenweise<br />
zuerst isotherm <strong>und</strong> dann linear<br />
Durch eine automatische Druckprogrammierung kann der Fluss konstant gehalten werden. Bei<br />
Temperatursteigerung wird auch der Druck erhöht.
13<br />
2.5 Detektoren<br />
viele Arten für verschiedenste Zwecke, aber nur wenige Universaldetektoren<br />
Dynamischer Bereich:<br />
Bereich der Probenkonzentrationen, für welche der Detektor genaue quantitative Ergebnisse liefert,<br />
bei FID sehr groß. Bei FPD sehr klein, da bald Sättigung eintritt.<br />
Linearer Bereich (doppelte Menge, doppeltes Signal) muß vor der quantitativen Bestimmung<br />
ausgetestet werden. Mit mehreren Standardkonzentrationen wird Eichkurve aufgestellt. Ist Linearität<br />
vorhanden, kann mit einem Responsefaktor gearbeitet werden (Peakfläche pro Masse der Probe).<br />
Detektion kann beruhen auf Eigenschaft der Substanz allein:<br />
Massenabhängige Detektion: Intensität des Signals abhängig von Massenfluß (g/s): FID, FPD,<br />
ECD, GC/MS-SIM
14<br />
Detektion beruht auf Eigenschaft des Trägergas/Substanz-Gemisches:<br />
Konzentrationsabhängige Detektion: Intensität des Signals abhängig von Konzentration (g/ml):<br />
WLD, GC/FTIR<br />
hier wird das Signal kleiner bei Erhöhung des Trägergasflusses<br />
Universelle Detektoren:<br />
sprechen auf alles an, was Säule verläßt,<br />
schlechte chromatografische Trennung kann Detektion einer Komponente stören, sprechen auch auf<br />
Säulenbluten an sowie auf Schwankungen wie Trägergasdruck <strong>und</strong> Temperatur<br />
Selektive Detektoren:<br />
können elementselektiv, strukturselektiv oder selektiv auf andere Eigenschaften sein. FID z.B. günstig<br />
für wäßrige Proben. ECD für Umweltanalytik.
16<br />
Wärmeleitfähigkeitsdetektor (WLD, TCD)<br />
Prinzip:<br />
gab es schon vor der GC,<br />
für jede Verbindung, deren Wärmeleitfähigkeit sich von der des Trägergases unterscheidet. Gase mit<br />
größter Wärmeleitfähigkeit haben niedrigste Massen. Helium besitzt besonders hohe<br />
Wärmeleitfähigkeit, deshalb günstig.<br />
Ein Heizdraht besitzt konstante Temperatur <strong>und</strong> konstanten Widerstand, kommt Probe durch, sinkt<br />
Wärmeleitfähigkeit, der Draht erhitzt sich <strong>und</strong> erhöht den Widerstand, der gemessen <strong>und</strong><br />
aufgezeichnet wird.<br />
Heizdraht aus W oder W-Legierungen, mit Oxidschichten passiviert.<br />
Da WLD ein nicht destruktiver Detektor ist, kann man ihn mit anderen in Serie schalten <strong>und</strong> für<br />
präparative GC einsetzen.<br />
Heute gibt es Ein-Filament Geräte, auch nur eine Säule notwendig<br />
Anwendung:<br />
für Gasanalysen, Biogas, Mikro-Wasserbestimmung<br />
Flammenionisationsdetektor:<br />
in der GC der wichtigste <strong>und</strong> am meisten verwendete Detektor,<br />
Prinzip:<br />
In einer Wasserstoff/Luft-Flamme werden organische Verbindungen verbrannt <strong>und</strong> ionisiert. Ein<br />
Kollektor (2 Hochspannungselektroden, 200 V) mit einer anliegenden Spannung wird in die Nähe der<br />
Flamme gebracht, Elektronen werden von ihm angezogen <strong>und</strong> produzieren einen Strom, welcher<br />
einen Spannungsabfall erzeugt <strong>und</strong> der proportional zur Probenmenge in der Flamme ist.<br />
Die in der Flamme gebildeten Radikale reagieren mit Sauerstoffatomen unter Bildung von Ionen:<br />
CH . + O CHO + + e -<br />
Voraussetzung sind C-H <strong>und</strong> C-C-Bindungen, org. Komponenten werden zunächst in der nicht<br />
oxidierenden Zone zu Radikalen pyrolysiert <strong>und</strong> dann im oxidierenden Flammensaum zu<br />
Molekülionen <strong>und</strong> Elektronen umgewandelt, welche am Kollektor (Anode) entladen werden. Das FID-<br />
Signal wird einem Verstärker zugeführt.<br />
Säuleneluat wird zuerst mit Wasserstoff gemischt <strong>und</strong> erreicht dann die Flamme. Flammenprofil ist<br />
entscheidend für Empfindlichkeit, öfters putzen. Wichtig ist genaue Flußrate aller 3 verwendeten<br />
Gase.<br />
Anwendung:<br />
registriert alle organischen Verbindungen, außer sie brennen oder ionisieren nicht, wie z.B.<br />
hochhalogenierte Verbindungen.<br />
nicht registriert wird Luft, Wasser, Kohlendi(mon)oxid
17<br />
Elektroneneinfangdetektor (ECD):<br />
wichtig in der Spurenanalytik, für Halogene, Pestizidanalysen<br />
Prinzip:<br />
Elektronegative Spezies können thermische Elektronen einfangen <strong>und</strong> negative Ionen bilden. Das<br />
Trägergas wird mit ß-Teilchen aus einer radioaktiven Quelle ionisiert. Der entstehende Elektronenfluß<br />
produziert einen kleinen Strom, der gemessen wird. Erreichen Probenmoleküle die Zelle, fangen sie<br />
Elektronen ein, die sonst vom Kollektor gesammelt werden <strong>und</strong> einen Strom ergeben würden. Die<br />
resultierende Stromabnahme kann gemessen werden. Man arbeitet heute meist mit Spannungspuls,<br />
der Elektronen periodisch einfangt <strong>und</strong> registriert, die schwereren, negativen Ionen können in dieser<br />
kurzen Zeit nicht gefangen werden <strong>und</strong> werden durch das Trägergas entfernt.<br />
Radioaktive Quelle ist meist 63Ni, mit dem die Oberfläche der Zelle beschichtet ist.<br />
Trägergas ist Stickstoff oder Argon mit 5 % Methan, welches durch energiereduzierende Kollisionen<br />
mehr energiearme Elektronen erzeugt.<br />
Anwendung:<br />
Paraffine <strong>und</strong> einfache Kohlenwasserstoffe werden nicht detektiert.<br />
Chemische Gruppe<br />
rel. Empfindlichkeit<br />
Kohlenwasserstoffe 1<br />
Ether, Ester 10<br />
Alkohole, Amine 100<br />
Br-, Cl- <strong>und</strong> F-Verbindungen 100 - 1.000.000<br />
Detektor sehr empfindlich, deshalb auch schnell verunreinigt, muß vom Hersteller gereinigt werden.<br />
Thermoionischer Detektor (NPD, N,P-FID)<br />
Prinzip:<br />
ähnich aufgebaut wie FID, nur weniger Luft <strong>und</strong> Wasserstoff, um Ionisation von normalen<br />
Kohlenwasserstoffen zu minimieren. Eine Alkalisalzperle (Kalium- od. Rubidiumsalze) ist um Düse<br />
positioniert, wodurch Alkalimetallionen in die Flamme geschleust werden. Dabei werden bevorzugt N-<br />
<strong>und</strong> P-haltige organische Moleküle mit hoher Ausbeute ionisiert. Mechanismus nicht genau bekannt.<br />
Alkalimetalle haben niedriges Ei, PO auch, Elektroneneinfangreaktionen sind beteiligt.<br />
hohe Empfindlichkeit, Gefahr der Kontamination
18<br />
Flammenphotometrischer Detektor (FPD)<br />
Prinzip:<br />
Schwefel- <strong>und</strong> phosphorhaltige Kohlenwasserstoffe werden in einer Flamme angeregt, <strong>und</strong> emittieren<br />
Licht einer bestimmten Wellenlänge, das gefiltert <strong>und</strong> mit Photomultiplier verstärkt wird. Geringer<br />
linearer Bereich<br />
Anwendung:<br />
vor allem in Biochemie, aber auch für P-haltige Pestizide<br />
Photoionisationsdetektor (PID)<br />
Prinzip:<br />
Probenmoleküle werden durch Absorption von UV-Licht ionisiert, entsprechend ihrer<br />
Ionisationspotentiale. Die geladenen Partikel werden zwischen 2 Elektroden gemessen. Die<br />
verwendete Lampe bestimmt Energie der Photonen <strong>und</strong> damit auch die Verbindungen, die gemessen<br />
werden.<br />
Anwendung:<br />
nicht destruktiv, vor allem aromatische Verbindungen<br />
FT-Infrarot-Detektor (FTIRD):<br />
Laufend wird im Gasstrom IR-Spektrum aufgenommen, für Spektrensuche geeignet, einziger Vorteil<br />
gegenüber MS: Isomere können gef<strong>und</strong>en werden<br />
ideale Kombination ist GC-MS-FTIR<br />
Wasser in Probe muß vermieden werden, um Optik aus NaCl zu schonen.<br />
Atomemissionsdetektor (AED)<br />
Die Probe wird angeregt, z.B. durch mikrowelleninduziertes Plasma, beim Übergang in Gr<strong>und</strong>niveau<br />
wird Licht ausgesendet, die Wellenlängen werden mit einem Spektrometer gemessen. Es können<br />
gleichzeitig mehrere Elemente gemessen werden, z.B. C, H, Cl, Br<br />
Massenselektive Detektoren (MSD):<br />
Prinzip:<br />
schon lange bekannt, durch Einsatz von Computern bedienungsfre<strong>und</strong>lich, wurde zum Routinegerät.<br />
Unterschiede zu IR: destruktiv, aber empfindlicher, eher für Homologe als Isomere.
19<br />
1. Elektronenstoßionisation (EI = electron impact)<br />
geschieht im Hochvakuum<br />
2 Prinzipien:<br />
Magnetfeldmassenspektrometer: Bruchstücke werden je nach Masse durch Magnetfeld in<br />
verschiedene Flugbahnen gelenkt, nicht als Detektor geeignet.<br />
Quadrupol-Massenspektrometer: zwischen 4 Stabmagneten wird ein elektrisches<br />
Hochfrequenzwechselfeld erzeugt. Nur Ionen mit einem bestimmten Masse/Ladungs-Verhältnis<br />
bewegen sich auf geraden Bahnen zum Detektor, die anderen werden auf den Magnetstäben<br />
entladen. Durch Variation des elektrischen Feldes können stufenweise einzelne Massen gesucht <strong>und</strong><br />
detektiert werden.<br />
SCAN-MODE:<br />
für qualitative Aussagen; zunächst wird meist ein scan über den gesamten Massenbereich<br />
durchgeführt, ca.1-3 scans/sec sind möglich. Dabei erhält man ein Massenspektrum für jeden scan,<br />
welches man nachträglich mit Bibliotheken vergleichen kann, optimale Aussagen möglich<br />
auch nicht getrennte Substanzen können so identifiziert werden<br />
SIM-MODE:<br />
für quantitative Messungen, hier wird nur auf wenige, charakteristische <strong>und</strong> intensive Ionen geschaut.<br />
Dabei kann öfter gescant werden <strong>und</strong> damit die Empfindlichkeit erhöht werden. Quantifizierung ohne<br />
Trennung ist möglich.<br />
2.Chemische Ionisation (CI):<br />
Bei EI sieht man vor allem bei labilen Verbindungen nicht die Molekülmasse, deshalb mildere<br />
Ionisation notwendig.<br />
Ein sog. Reaktandgas wird kontinuierlich in die Ionenquelle eingeführt , sodaß relativ hoher Druck von<br />
0.3 mbar in der Ionenquelle entsteht, außerhalb ist Hochvakuum. Ionisation erfolgt bei ca. 200 eV,<br />
weil höherer Druck herrscht<br />
Aufgr<strong>und</strong> der hohen Reaktandgaskonzentration findet Ionisation der Gasmoleüle statt, wodurch<br />
Reaktandionen gebildet werden. Probenmoleküle werden dabei nicht direkt ionisiert (Positive<br />
chemische Ionisation PICI)<br />
aus Methanmolekülen werden CH4 + , CH3 + , CH5 + usw.<br />
CH4 + e - CH4 + + 2e -<br />
CH4 + + CH4<br />
CH5 + + . CH3<br />
CH5 + + M MH + + CH4<br />
Durch Reaktionen mit Probenmolekülen entstehen "Quasimolekülionen":<br />
M + RH<br />
M + R+<br />
MH+ + R<br />
MR+
20<br />
Gleiche apparative Anordnung, nur Potentiale an Linsen <strong>und</strong> Detektoren umgepolt<br />
Negative Reaktandionen können aus Probemolekülen durch Protonenentzug negative Molekülionen<br />
erzeugen : negative chemische Ionisation (NICI) Nachweisgrenze liegt sehr weit unten, deshalb für<br />
Ultraspurenanalytik.<br />
Reaktandgase: Methan, Isobutan (noch schonender) für PCI<br />
Sauerstoff, Wasserstoff, Chlor für NCI<br />
ideal ist Kombination von CI <strong>und</strong> EI
21<br />
Derivatisierungen<br />
Um schwer flüchtige Stoffe (meist polare) in den Gasraum zu bekommen <strong>und</strong> unzersetzt<br />
chromatografieren zu können, wird derivatisiert.<br />
meist für Verbindungen mit OH, NH <strong>und</strong> Carboxylgruppen<br />
Silylierung:<br />
Verbindungen mit aciden H-Atomen werden in entsprechende Trimethylsiliylderivate übergeführt.<br />
N,O-bis(Trimethylsilyl)acetamid (BSA):<br />
das gängigste, allerdings entsteht SiO2, welches sich im Detektor anlagert <strong>und</strong> den Detektor<br />
verdreckt. Die silylierten Produkte geben auch schöne Fragmentierung im Massenspektrum.<br />
N,O-bis(Trimethylsilyl)trifluoracetamid (BSTFA):<br />
ist relativ flüchtig, geht mit LM weg, es entsteht dabei flüchtige Nebenprodukte, die<br />
ablagern.<br />
sich nicht<br />
Acetylierung:<br />
für Hydroxyl- <strong>und</strong> Aminogruppen<br />
Essigsäureanhydrid, Trifluoressigsäureanhydrid<br />
Methylierung:<br />
hpts. für Carbonsäuren, zur Überführung in Methylester, z.B. Fettsäuren<br />
Diazomethan<br />
BF3/MeOH<br />
TMAH: Trimethylanilinhydroxid, nicht toxisch
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
Gr<strong>und</strong>lagen der Hochleistungs‐<br />
Flüssigchromatographie (HPLC)<br />
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
1<br />
Was ist der Unterschied zwischen:<br />
Messung Analyse Interpretation <br />
2
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
Hochleistungs‐Flüssigchromatographie<br />
High Performance Liquid Chromatography (HPLC)<br />
Was ist das<br />
Wie geht das<br />
Warum (wozu) brauche ich das überhaupt<br />
3<br />
Chromatographie<br />
Definition des Begriffes<br />
Chromatographie:<br />
Unter Chromatographie versteht man<br />
physikalische Methoden, bei denen eine<br />
Stofftrennung durch Verteilung von<br />
Substanzen zwischen einer ruhenden<br />
(stationären) <strong>und</strong> einer sich bewegenden<br />
(mobilen) Phase erfolgt.<br />
Stoffgemisch<br />
Trennsystem<br />
Getrennte<br />
Komponenten<br />
Qualifizierung<br />
Quantifizierung<br />
4
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
Was braucht man<br />
Proben Hardware Software Operator<br />
5<br />
4. Operator<br />
<strong>Info</strong>rmation<br />
Nicht cool sondern<br />
smart!<br />
„Hausverstand“<br />
Erfahrung<br />
Theoretischer Hintergr<strong>und</strong>,<br />
Hardware, Software<br />
6
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
3. Software<br />
Aufgaben:<br />
• Steuerung<br />
• Datenbearbeitung (Auswertung)<br />
• Datenverwaltung<br />
7<br />
2. Hardware<br />
Mobil<br />
e<br />
Phase<br />
Injektion<br />
Pumpe<br />
Trennmatrix<br />
Data<br />
system<br />
Detektor<br />
Sample<br />
Poröse<br />
Partikel<br />
Optional:<br />
• Zus. Detektoren<br />
• Autosampler<br />
• Fraktionen Sammler<br />
8
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
Generelle Anforderungen:<br />
2.1. Mobile Phase<br />
• Höchste Reinheit<br />
• Inert gegenüber Probensubstanzen<br />
• Korrosionsbeständig<br />
•Toxizität<br />
• Preis<br />
9<br />
2.1.1. Lösungsmittel<br />
Was muss man bei der Auswahl berücksichtigen:<br />
• Stärke ε°: Maß für Adsorptionsenergie (Elutionsstärke) eines Lösungsmittelmoleküls pro<br />
Flächeneinheit des Adsorbens. ε° (Al 2<br />
O 3<br />
) = 1.3 ε° (SiO 2<br />
).<br />
• Viskosität η: angegeben in mPa s bei 20°C. Sollte
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
2.1.1. Lösungsmittel<br />
Was muss man bei der Auswahl berücksichtigen:<br />
• Siedepunkt: Nicht zu tief da Gefahr von Dampfblasen bzw. Lsgsm.verluste beim degasen.<br />
• Dipolcharakter π*: Maß für Fähigkeit mit gelöstem Stoff über Dipol‐ u. Polarisationskräfte<br />
in WW zu treten<br />
• Azidität α: Maß für die Fähigkeit mit basischen gelösten Stoff (Akzeptor) als H‐Brücken<br />
Donor in WW zu treten.<br />
• Basizität β: Gegenteil von α<br />
Warum ist das wichtig<br />
All diese Parameter (Eigenschaften) können meine<br />
Trennung beeinflussen!!<br />
11<br />
2.1.1a. Elutrope Reihe<br />
Stärke Viskosität Brechungsindex UV‐Grenze K p Dipol Azidität Basizität<br />
Lösungsmittel ε° η (mPa s) n 20<br />
D (nm) (°C) π* α β<br />
Fluoralkan ‐0.19 0.40 1.2670 210 50<br />
n‐Pentan 0.00 0.23 1.3575 195 36<br />
n‐Hexan 0.00 0.33 1.3749 190 69<br />
Isooctan 0.01 0.50 1,3914 200 99<br />
Cyclohexan 0.03 1.00 1.4262 200 81<br />
Cyclopentan 0.04 0.47 1.4064 200 49<br />
CCl 4<br />
0.14 0.97 1.4652 265 77<br />
p‐Xylol 0.20 0.62 1.4958 290 138 0.81 0.00 0.19<br />
Diisopropylether 0.22 0.37 1.3681 220 68 0.36 0.00 0.64<br />
Toluol 0.22 0.59 1.4969 285 111 0.83 0.00 0.17<br />
Chlorbenzol 0.23 0.80 1.5248 290 132 0.91 0.00 0.09<br />
Benzol 0.25 0.65 1.5011 280 80 0.86 0.00 0.14<br />
Diethylether 0.29 0.24 1.3524 205 34.5 0.36 0.00 0.64<br />
CH 2<br />
Cl 2<br />
0.30 0.44 1.4242 230 40 0.73 0.27 0.00<br />
CHCl 3<br />
0.31 0.57 1.4457 245 61 0.57 0.43 0.00<br />
1,2‐Dichlorethan 0.38 0.79 1.4448 230 83 1.00 0.00 0.00<br />
Triethylamin 0.42 0.38 1.4010 230 89 0.16 0.00 0.84<br />
Aceton 0.43 0.32 1.3587 330 56 0.56 0.06 0.38<br />
Dioxan 0.43 1.54 1.4224 220 101 0.60 0.00 0.40<br />
Essigsäuremethylester 0.46 0.37 1.3614 260 56 0.55 0.05 0.40<br />
THF 0.48 0.46 1.4072 220 66 0.51 0.00 0.49<br />
tert. Butylmethylether 0.48 0.35 1.3689 220 53 0.36 0.00 0.64<br />
Essigsäureethylester 0.48 0.45 1.3724 260 77 0.55 0.00 0.45<br />
DMSO 0.48 2.24 1.4783 270 189 0.57 0.00 0.43<br />
CH 3<br />
NO 2<br />
0.49 0.67 1.3819 380 101 0.64 0.17 0.19<br />
CH 3<br />
CN 0.50 0.37 1.3441 190 82 0.60 0.15 0.25<br />
Pyridin 0.55 0.94 1.5102 305 115 0.58 0.00 0.42<br />
Isopropanol 0.60 2.30 1.3772 210 82 0.22 0.35 0.43<br />
EtOH 0.68 1.20 1.3614 210 78 0.25 0.39 0.36<br />
MeOH 0.73 0.60 1.3284 205 65 0.28 0.43 0.29<br />
Essigsäure groß 1.26 1.3719 260 118 0.31 0.54 0.15<br />
H 2<br />
O größer 1.00 1.3330
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
2.1.1b. Selektivitätsdreieck<br />
13<br />
2.1.2. Mischbarkeit<br />
14
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
2.1.3. Vorbereiten der mobilen Phase<br />
• HPLC grade od. vergleichbare Qualität.<br />
• Gemischte mobile Phasen: z.B. pH‐Wert einstellen, Puffersalze auflösen, Additive<br />
zugeben, Mischungen herstellen (Vol.kontraktion beachten).<br />
• In geeigneten Gefäßen aufbewahren (keine Plastikflaschen, Warum). Haltbarkeit<br />
begrenzt!! Kontamination vermeiden!<br />
• Entgasen (Degaser): wichtig, da v.a. polare Eluenten viel Luft lösen können.<br />
Was kann passieren: Gasblasen im Detektor (Druckunterschied) – Rauschen,<br />
Geisterpeaks, Baseline‐drift, Präzision sinkt (O 2<br />
abs. im tiefen UV, löscht<br />
Fluoreszenz)<br />
Kritisch bei Gradiententrennung (Gas wird freigesetzt wenn sich lufthaltige<br />
Lösungsmittel mischen!)<br />
15<br />
2.2. Entgasen<br />
16
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
2.3. Gradientensysteme<br />
Änderung der Zusammensetzung der mobilen Phase während einer Trennung<br />
• Bei komplexen Probengemischen isokratische Trennung oft nicht möglich<br />
• Gradient: Laufmittel so ändern, dass Elutionskraft zunimmt<br />
Niederdruck Gradientensystem Hochdruck<br />
17<br />
2.4. Pumpen<br />
Anforderung:<br />
• Hohe Drücke ermöglichen (HPLC bis 400bar, UHPLC bis 1200bar)<br />
• Konst. Fluss unabhängig vom Gegendruck (0.1 – 10ml/min HPLC, xLiter/min bei<br />
präparativen Anwendungen, nano‐HPLC 10nl ‐ 1µl/min)<br />
• Robust <strong>und</strong> wartungsfre<strong>und</strong>lich<br />
Kurzhub‐Kolbenpumpe<br />
18
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
2.5. Probenaufgabe<br />
Theoretisch: unendlich kleines Volumen in der Mitte des Säulenanfangs; keine<br />
Luft<br />
• Direkt mit Injektionsspritze <strong>und</strong> Septum (geht nur bei p
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
2.5. Probenaufgabe<br />
Autosampler‐Ausführungen:<br />
A: Pull‐Loop<br />
B: Push‐Loop<br />
C: Integral‐Loop<br />
1: Proben‐Vial, 2: Spritze mit Schrittmotor,<br />
3: Schlaufe, 4: von der Pumpe, 5: zur Säule,<br />
6: zum Abfall, 7: Niederdruck‐Dichtung,<br />
8: Hochdruck‐Dichtung, 9: Position d.<br />
beweglichen Schlaufe wenn das Ventil<br />
gedreht <strong>und</strong> die Probe auf die Säule<br />
transferiert wird<br />
21<br />
2.6. Vorsäulen<br />
Opfersäule: grobes Silicagel od. auf<br />
Silicagel‐Basis. Ziel: mobile Phase<br />
Konditionieren<br />
Schutzsäule: identische od. chem.<br />
ähnliche stat. Phase wie Hauptsäule.<br />
Verunreinigungen od. stark retardierte<br />
Stoffe zurückgehalten<br />
22
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
2.7. Säulen<br />
23<br />
2.7. Säulen<br />
Säulenmaterial:<br />
• Meist aus Stahl (Cr/Ni/Mo):<br />
Druck beständig, relativ inert gegen chemische Korrosion (außer Cl ‐ , Li + bei<br />
tiefem pH), glatte Oberfläche (innen)<br />
• Glas (stahlummantelt): inert, korrodieren nicht<br />
• Tantal: korrosionsbeständig aber schlecht formbar, teuer!<br />
• Kunststoff: Peek, PE<br />
Dimensionen:<br />
ID:<br />
• Analytische Zwecke: 2‐5mm<br />
• Präp. LC: 10‐25.4mm (bis 1m)<br />
• Kapillar‐HPLC: 5‐50µm<br />
• Mikro‐HPLC: 0.2‐1mm<br />
Länge: 5‐30cm je nach Partikeldurchmesser der stat. Phase (präp. LC bis 1m)<br />
24
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
2.7.1. Stationäre Phasen<br />
Korngrößenverteilung: sollte möglichst eng sein<br />
Verhältnis (Ø) 1:1.5 oder höchstens 1:2 kleinstes:größtes Korn<br />
Warum: kleinstes Korn bestimmt Permeabilität, größtes die Bodenzahl<br />
d.h.: kleines Korn –hoher Strömungswiederstand, großes Korn –starke<br />
Bandenverbreiterung<br />
25<br />
Theoretische Hintergründe<br />
26
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
Theoretische Hintergründe<br />
w: Basisbreite des Peaks<br />
t o<br />
: Totzeit (Durchbruchszeit) –Zeit die mobile Phase benötigt um durch die Trennsäule zu<br />
wandern. Lineare Geschwindigkeit u = L/t o<br />
t R<br />
: Retentionszeit; Zeit zwischen Einspritzen <strong>und</strong> Registrierung des Peakmaximums<br />
t‘ R<br />
: Netto Retentionszeit; „Aufenthaltszeit eines Stoffes in der stationären Phase“<br />
Retentionszeit abhängig von der Fließgeschwindigkeit d. mob. Phase <strong>und</strong> d. Länge d. Säule.<br />
Für Charakterisierung einer Substanz ungeeignet. Besser: Retentionsfaktor od. k‐Wert<br />
Entspricht dem Molverhältnis der<br />
Komponente in der stat. <strong>und</strong> mob. Phase<br />
27<br />
Theoretische Hintergründe<br />
k: optimal zw. 1 <strong>und</strong> 10<br />
Kleine k‐Werte: keine (ungenügende) Auftrennung<br />
Große k‐Werte: lange Analysenzeiten<br />
k‐Wert ist mit Verteilungskoeff. verknüpfbar: k=K x<br />
V s<br />
/V M<br />
d.h. k ist dem Volumen bzw. der spez. Oberfläche der stationären Phase direkt proportional!<br />
Trennung von Komponenten nur möglich wenn sie sich in ihren k‐Werten unterscheiden!<br />
Maß dafür ist der Trennfaktor α (= Selektivität)<br />
Ist α=1: keine Trennung da beide Retentionszeiten gleich groß sind<br />
28
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
Theoretische Hintergründe<br />
Auflösung R zweier benachbarter Peaks – definiert durch Quotient aus Abstand der beiden<br />
Peakmaxima, d.h. der Differenz der beiden Retentionszeiten <strong>und</strong> dem Mittel aus den<br />
Basisbreiten<br />
w ½<br />
: Peakbreite auf halber Höhe des Peaks<br />
Bei R=1, unvollständige Trennung; R sollte mindestens 1.5 betragen<br />
Trennstufen‐ oder Bodenzahl N: Maß für die Trennleistung einer Säule<br />
Trennstufenhöhe H(HETP): H=L/N (L=Säulenlänge)<br />
29<br />
Bandenverbreiterung<br />
Ursachen:<br />
1. Eddy‐Diffusion<br />
2. Strömungsverteilung<br />
Enge Korngrößenverteilung<br />
1,2: von Strömungsgeschwindigkeit der<br />
mobilen Phase unabhängig!<br />
30
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
Bandenverbreiterung<br />
Ursachen:<br />
3. Diffusion d. Probemoleküle in der mobilen Phase (Längsdiffusion)<br />
Ausbreitung der Probemoleküle ohne äußere Einflüsse<br />
Ursache: Konzentrationsgefälle<br />
Beeinflusst durch: kl. Teilchen der stat. Phase<br />
zu kleine Strömungsgeschwindigkeit<br />
rel. gr. Diffusionskoeff. der Probe<br />
Abhilfe: Strömungsgeschwindigkeit so groß wählen, dass<br />
Längsdiffusion nicht störend wirkt<br />
u: Strömungsgeschwindigkeit d. mob. Phase<br />
D m : Diff.koeff. d. Probe in der mob. Phase<br />
d p : Partikeldurchmesser<br />
31<br />
Bandenverbreiterung<br />
Ursachen:<br />
4. Stoffaustausch: eigentliche chromatographische Effekt<br />
Probemolekül dringt in Pore ein <strong>und</strong> verändert<br />
Position nur mehr durch Diffusion. Diffusion von<br />
Viskosität der mob. Phase abhängig.<br />
Wichtig: je höher u desto größer die<br />
Bandenverbreiterung.<br />
Abhilfe: kleine Teilchen für stat. Phase,<br />
Lösungsmittel mit kleiner Viskosität.<br />
32
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
Bandenverbreiterung<br />
Viele Effekte beeinflussen sich gegenseitig<br />
Optimaler Kompromiss lässt sich dennoch finden (ist aber immer nur für die jew.<br />
Applikation gültig)<br />
H=min, N=max, u=min<br />
33<br />
Optimierung<br />
Frage: Was will ich –Was habe ich –Wie mache ich es<br />
Versch. Ziele: besser trennen (R), schneller trennen (t R<br />
), „mehr sehen“<br />
(Nachweisgrenze), billiger trennen (Ökonomie), mehr trennen (Probendurchsatz)<br />
Verbesserung der Auflösung –Was kann (sollte) man tun:<br />
•k‐Wert: soll zwischen 1‐10 sein<br />
ε°(Stärke) mobile Phase verändern<br />
•N vergrößern<br />
neue Trennsäule, längere Trennsäule, u optimieren<br />
Aber: R prop. √N d.h. Verdoppelung von N ergibt nur √2 bessere<br />
Auflösung!!<br />
Und: Analysenzeit nimmt zu. η‐Mobile Phase beachten (Druck!)<br />
•α verbessern<br />
Mobile Phase ändern (nicht ε° sondern WW‐Eigensch.<br />
z.B. ACN anstelle MeOH, pH‐Wert, etc.)<br />
Partikelgröße bzw. ev. auch andere stat. Phasen verwenden od.<br />
34
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
Unvollständige Auflösung<br />
α erhöhen<br />
k erhöhen<br />
N erhöhen<br />
35<br />
grobkörnig<br />
36
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
Vorteil kl. Innendurchmesser<br />
Dünne Säulen bieten zwei Vorteile:<br />
1.Geringerer Lsg.mittelverbrauch weil V R<br />
~d C2<br />
(d C<br />
Säulendurchmesser)<br />
Bsp.: 4.6mm Säule 10ml<br />
3.2mm Säule 4.8ml<br />
2mm Säule 1.9ml<br />
1mm Säule 0.5ml<br />
Faktor 20x weniger Lsgs.mittel!!<br />
2.Besseres Verhältnis Signalhöhe zu Probenkonzentration weil c max<br />
~ 1/d<br />
2<br />
C<br />
Bsp.: 4.6mm Säule 0.1mV<br />
3.2mm Säule 0.21mV<br />
2mm Säule 0.53mV<br />
1mm Säule 2.1mV<br />
Faktor 20x höheres Signal!!<br />
37<br />
2.7.1. Stationäre Phasen<br />
Korngrößenverteilung: sollte möglichst eng sein<br />
Verhältnis (Ø) 1:1.5 oder höchstens 1:2 kleinstes:größtes Korn<br />
Warum: kleinstes Korn bestimmt Permeabilität, größtes die Bodenzahl<br />
d.h.: kleines Korn –hoher Strömungswiederstand, großes Korn –starke<br />
Bandenverbreiterung<br />
38
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
2.7.1. Stationäre Phasen<br />
Typen von stat. Phasen:<br />
1.Poröse Partikel: meist verwendet; Korngröße 3, 3.5, 5, 10µm.<br />
Faustregel: 10 auf 5 auf 3µm N jew. verdoppeln aber Druck jew. 4x<br />
2.Unporöse Partikel kleiner Korngröße (1‐2µm): Kapazität 50x kleiner als bei porösen<br />
Phasen, Strömungswiederstand hoch, aber C‐Term (Stoffaustausch) wird sehr klein.<br />
Konsequenz<br />
39<br />
2.7.1. Stationäre Phasen<br />
Typen von stat. Phasen:<br />
3.Dünnschichtteilchen: eher selten verwendet (Schutzsäulen), Ø30µm<br />
4.Perfusionspartikel: hochvernetztes Styrol‐Divinylbenzol<br />
Durchflussporen<br />
Diffusionsporen<br />
Große Durchflussporen (Ø 600‐800nm),<br />
enge Diffusionsporen (Ø 80‐150nm)<br />
Diffusionswege in engen Poren kurz,<br />
Trennung schnell, van Deemter günstig<br />
Strömungswiederstand klein, üblich<br />
20µm Phasen<br />
5. Monolithische Phasen: besteht aus einem<br />
einzigen Stück, chrom. Bett ist poröser Stab<br />
nicht aus einzelnen Partikel. Sehr günstige van<br />
Deemter Kurve!<br />
40
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
2.7.1. Stationäre Phasen<br />
Typische Materialien:<br />
1)Silicagel (Kieselgel): vielseitig verwendbar (normal phase, RP, SEC), modifizierbar!<br />
Porenweite sollte gr. als 5nm sein, Spezifische Oberfläche (100m 2 /g 30nm,<br />
300m 2 /g 10nm, 500m 2 /g 6nm), k abhängig von Oberfläche! pH‐Beständigkeit pH 1‐8<br />
41<br />
2.7.1. Stationäre Phasen<br />
Modifikationen: viele Möglichkeiten, spez. Eigenschaften, end‐capping zusätzliche Option<br />
Si OH<br />
Si, Silica<br />
Si CH 3<br />
Si<br />
CN<br />
C1, TMS, Trimethyl<br />
Si NO 2<br />
NO 2 , Nitro<br />
Si<br />
C2, RP-2, Dimethyl<br />
CN, CPS, PCN, Cyano,<br />
Cyanopropyl, Nitrile<br />
Si NH 2<br />
NH 2 , APS, Amino<br />
Aminopropylsilyl<br />
Si<br />
Si<br />
C3, Propyl<br />
Si<br />
Phenyl, C 6H 5<br />
C4, Butyl<br />
Si<br />
Si<br />
O<br />
OH<br />
OH<br />
OH, Diol,<br />
Glycerol<br />
Si<br />
C6, Hexyl<br />
C8, MOS, RP-8, LC8, Octyl<br />
Si<br />
CN<br />
CN, CPS, PCN, Cyano,<br />
Cyanopropyl, Nitrile<br />
Si<br />
C18, ODS, RP-18, LC18, Octadecyl<br />
Normal phase<br />
Reversed phase<br />
42
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
2.7.1. Stationäre<br />
Phasen<br />
2) Styrol‐Divinylbenzol: vernetzte polymere Phase, großer pH‐Bereich (1‐13), Packungs‐<br />
Volumen von Mobiler Phase <strong>und</strong> Ionenstärke abhängig! Unterschiedlich druckstabil,<br />
RP‐fähig, üblicherweise aber in GPC eingesetzt (wichtigste Phase) da def. Porenweite<br />
herstellbar (Vernetzungsgrad)<br />
43<br />
2.7.1. Stationäre<br />
Phasen<br />
3) Aluminiumoxid: an sich basisch aber umwandelbar. Neutral f. Adsorptions‐<br />
Chromatographie, sauer (schw. Anionentauscher), basisch (schw. Kationentauscher).<br />
Stabiler als Silicagel: pH 2‐12 aber kleinere Bodenzahl! Kann auch derivatisiert<br />
werden.<br />
4) Magnesiumsilikat: für Spezialanwendungen, Vorsicht: kann viele Stoffe<br />
chemisorbieren (Aromaten, Ester, Amine)<br />
5) Poröses Glas: B 2<br />
O 3<br />
, druckstabil, chemikalienbeständig (Ausnahme: starke Alkalien),<br />
lässt sich wie Silicagel modifizieren, breites Einsatzgebiet<br />
6) Hydroxy‐Methacrylat‐Gel: modifizierbar, sehr polar, hauptsächlich zur Gelfiltration<br />
7) Hydroxylapatit: hexagonal kristallines Calciumphosphat, druckbeständig bis 150bar,<br />
eignet sich besonders zur Trennung von Proteinen <strong>und</strong> anderen Biopolymeren<br />
44
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
2.7.1. Stationäre<br />
Phasen<br />
8) Agarose: vernetztes Polysaccharid, beständig pH 1‐14, vielfältig modifizierbar,<br />
Anwendung in der Affinitätschromatographie<br />
9) Poröser Grafit: ganz spezielles Material, beständig 10M Säure bis 10M Base!<br />
Besondere Umkehrphasen Eigenschaften (Elutionsreihenfolge), Temperaturstabil,<br />
für Trennung von sehr polaren <strong>und</strong> ionischen Verbindungen, großer starrer<br />
Moleküle (C 50<br />
Naturstoffe) <strong>und</strong> zur Isomerentrennung<br />
10) Titandioxid: kristallines TiO 2<br />
mit basischen OH‐Gruppen auf der Oberfläche, daher<br />
stabil bei hohem pH. Einsatz: Normal <strong>und</strong> Umkehrphase<br />
11) Zirkondioxid: ähnlich wie TiO 2<br />
, kann auch durch Ligandentausch mit Analyt in WW<br />
treten da Lewis‐Säure<br />
45<br />
LC‐Trennverfahren<br />
I. Adsorptions‐Chromatographie (normal phase):<br />
Silanol‐Gruppen schließen schwache „Bindung“ mit Analyten wenn folgende WW<br />
möglich sind:<br />
• Dipol‐induzierter Dipol<br />
• Dipol‐Dipol<br />
( mit funktionellen Gruppen)<br />
• H‐Brückenbindung<br />
• π‐Komplex‐Bindung (mit Doppelbindungen)<br />
Adsorption = Bindungsknüpfung, Desorption=Lösung der Verknüpfung<br />
Adsorptionsstärke <strong>und</strong> damit die k‐Werte (Elutionsreihenfolge) nimmt zu:<br />
Gesättigte KW‘s < Olefine < Aromaten ≈ org. Halogenverb. < Sulfide < Ether < Nitroverbindungen<br />
< Ester ≈ Ketone < Alkohole ≈ Amine < Sulfone < Sulfoxide < Amide <<br />
Carbonsäuren<br />
Wichtig: bei mehreren funkt. Gruppen bestimmt die polarste das<br />
Retentionsverhalten!<br />
46
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
LC‐Trennverfahren<br />
Elutionskraft (Stärke) des<br />
Lsgs.mittel entscheidend für<br />
Trennung. Oft mehrere Versuche<br />
notwendig für optimales<br />
Gemisch. DC!<br />
Selektivität wichtig für Trennung<br />
aber unabhängig von ε°!<br />
Lokalisierung <strong>und</strong> Basizität zus.<br />
entscheidend<br />
Üblicherweise isokratisch!!<br />
47<br />
LC‐Trennverfahren<br />
II.<br />
Umkehrphasen‐Chromatographie (reversed phase):<br />
Stationäre Phase weniger polar als mobile Phase<br />
am häufigsten verwendet: C 18<br />
(ODS), C 8<br />
, Cyclohexyl, Phenyl<br />
Retentionsreihenfolge (abnehmend): Aliphaten – induzierte Dipole (z.B. CCl 4<br />
) –<br />
permanente Dipole (z.B. CHCl 3<br />
) – schwache Lewis‐Basen (Ether, Aldehyde, Ketone) –<br />
starke Lewis‐Basen (Amine) – schwache Lewis‐Säuren (Alkohole, Phenole) –starke<br />
Lewis‐Säuren (Carbonsäuren)<br />
In homologen Reihen steigt Retention mit Kettenlänge<br />
48
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
LC‐Trennverfahren<br />
Retention ist Vol.verhältnis von stat. <strong>und</strong> mobiler Phase direkt proportional d.h. die<br />
Retention ist stärker:<br />
• Je länger die Alkylkette ist (C 18<br />
retardiert stärker als C 8<br />
)<br />
• Je größer die Bindungsdichte der Alkylketten (in Gruppen pro mm 2 der<br />
Oberfläche) ist<br />
• Je höher der Grad des end‐capping ist<br />
• Je dicker die org. stat. Phase ist (polymere retardieren stärker als monomere).<br />
• Od. zus.gefasst: je höher der Kohlenstoffgehalt des Materials ist<br />
Starke Retention bedeutet aber auch, dass die Analyse länger dauert oder, dass ein<br />
höherer Prozentsatz B‐Lösungsmittel notwendig ist<br />
49<br />
LC‐Trennverfahren<br />
Mobile Phase ‐ Gemisch von Wasser od. Pufferlösungen mit:<br />
MeOH<br />
CH 3<br />
CN<br />
EtOH<br />
abnehmende Polarität<br />
i‐PrOH<br />
DMF<br />
zunehmende Elutionskraft<br />
n‐PrOH<br />
Dioxan<br />
THF<br />
Meist aber Gradient (Wasser + B)<br />
η <strong>und</strong> Reinheit der mobilen Phase<br />
beachten!<br />
Sonderfall HIC (Hydrophobic‐Interaction‐Chromatographie): rein wässr. mobile Phase zur<br />
Proteintrennung. Trennung über Änderung der Salzkonzentration bzw. pH‐Wert<br />
50
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
LC‐Trennverfahren<br />
III. Chromatographie mit chemisch geb<strong>und</strong>enen Phasen = mod. Silicagel:<br />
Vorteil: normal <strong>und</strong> reversed phase möglich<br />
Gradienten auch möglich<br />
schnelle (Rück‐) Equilibrierungszeit<br />
keine Desaktivatoren nötig<br />
Beispiele:<br />
•Diol: ähnlich wie Silicagel; WW über H‐Brücken<br />
Verwendung: Steroide, org. Säuren,<br />
Biopolymere, Tenside, Tetracycline, etc.<br />
51<br />
LC‐Trennverfahren<br />
• Nitril (Cyano): kleinere Polarität als Silicagel,<br />
jedoch kleinere Retention bei gleicher mobilen<br />
Phase. RP‐möglich. Besondere Selektivität<br />
gegenüber Doppelbindungssystemen.<br />
• Amino: klassisch in Zucker‐ <strong>und</strong> Glykosidanalytik,<br />
kann in H‐Brücken als Protonenakzeptor <strong>und</strong><br />
Donator wirken. Bei pH‐3 (Phosphatpuffer)<br />
anorg. <strong>und</strong> org. Anionen trennbar<br />
Beispiele: Acetat, Acrylat, Glycolat, Formiat,<br />
Nitrit, Bromid, Nitrat, Iodat, Dichloracetat.<br />
• Nitro: selektiv für Aromaten! Sehr leistungsfähig<br />
52
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
LC‐Trennverfahren<br />
53<br />
LC‐Trennverfahren<br />
Typen:<br />
SAX Starker Anionenaustauscher<br />
WAX Schwacher Anionenaustauscher<br />
SCX Starker Kationenaustauscher<br />
WCX Schwacher Kationenaustauscher<br />
AE Aminoethyl ‐CH 2 ‐CH 2 ‐NH<br />
+<br />
3 WAX<br />
CM Carboxymethyl ‐CH 2 ‐COO ‐ WCX<br />
DEA Diethylamin ‐NH(CH 2 ‐CH 3 )<br />
+<br />
2 WAX<br />
DEAE Diethylaminoethyl ‐CH 2 ‐CH 2 ‐NH(CH 2 ‐CH 3 )<br />
+<br />
2 WAX<br />
DMAE Dimethylaminoethanol ‐O‐CH 2 ‐CH 2 ‐NH(CH 3 )<br />
+<br />
2 WAX<br />
PEI Polyethylenimin ‐(NH‐CH 2 ‐CH 2 ‐) n ‐NH<br />
+<br />
3 WAX<br />
QA Quat. Amin ‐NR + 3 (R z.B. CH 3 ) SAX<br />
QAE Quat. Aminoethyl ‐CH 2 ‐CH 2 ‐N(CH 2 ‐CH 3 )<br />
+<br />
3 SAX<br />
SA Sulfonsäure ‐SO<br />
‐<br />
3 SCX<br />
54
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
Einige Regeln:<br />
LC‐Trennverfahren<br />
• Erhöhung der Ionenstärke des Gegenions verkleinert die Retentionszeit<br />
• pH‐Erhöhung verkleinert Retentionszeit beim Kationenaustausch<br />
• pH‐Erniedrigung verkleinert Retentionszeit beim Anionenaustausch<br />
Wahl des Gegenions: Ionenaustauscher bevorzugen<br />
• Das Ion mit höherer Ladung<br />
• Das Ion mit kleinerem Durchmesser<br />
• Das Ion mit besserer Polarisierbarkeit (Induzierbarkeit eines Dipols)<br />
Kationenaustausch: Retentionszeit steigt durch Austausch<br />
Ba 2+ ‐ Pb 2+ ‐ Sr 2+ ‐ Ca 2+ ‐ Ni 2+ ‐ Cd 2+ ‐ Cu 2+ ‐ Co 2+ ‐ Zn 2+ ‐ Mg 2+ ‐ Mn 2+ ‐ UO<br />
2+<br />
2<br />
‐<br />
Te + ‐ Ag + ‐ Cs + –Rb + ‐ K + ‐ NH 4+<br />
‐ Na + ‐ H + ‐ Li +<br />
Anionenaustausch: Retentionszeit steigt durch Austausch<br />
Citrat –Sulfat–Oxalat–Tatrat–Iodid–Borat–Nitrat– Phosphat –<br />
Chromat –Bromid– Rhodanid –Cyanid–Nitrit–Chlorid–Formiat–<br />
Acetat – Fluorid –Hydroxid ‐ Perchlorat<br />
55<br />
LC‐Trennverfahren<br />
V. Ionenpaar‐Chromatographie:<br />
Alternative zu IEC<br />
Verwendung: wenn Probe aus Mischung von Säuren, Basen <strong>und</strong> Neutralstoffen<br />
besteht<br />
Prinzip: Mobiler Phase wird org. ionischer Stoff zugesetzt, der mit entgegengesetzt<br />
geladener Probenkomponente ein Ionenpaar bildet. Dieses kann durch RP<br />
chromatographiert werden.<br />
Kationische Proben: z.B. Alkylsulfonat<br />
Anionische Proben: z.B. Tetrabutylammoniumphosphat<br />
wenn sowohl kationische als auch anionische Stoffe: eine Komponente maskieren, die<br />
andere durch entspr. pH‐Wert unterdrückt (in <strong>und</strong>issoziierte Form überführt)<br />
56
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
LC‐Trennverfahren<br />
VI. Ausschluss‐Chromatographie: SEC – GPC(org.)/GFC(wässr.)<br />
Unterschied zu allen and. Methoden. Trennung nicht nach WW sondern nach<br />
Molekülgröße<br />
Stat. Phase: poröses Material<br />
57<br />
LC‐Trennverfahren<br />
Charakteristika:<br />
• Alle injizierten Moleküle werden eluiert<br />
• Chromatogramm mit erreichen der Totzeit beendet<br />
• Elutionsvol. (Elutionszeit) von Molekülgröße d.h. indirekt von molarer Masse abh.<br />
• Begrenzte Peakkapazität (Anzahl der Peaks die mit best. Aufl. voneinander<br />
trennbar sind)<br />
• Trennbar: Moleküle die um mind. 10% in Molekülmasse unterscheiden<br />
• Keine Peakverbreiterung mit zunehmender Retentionszeit<br />
• Geringere Bodenzahl als sonst in der HPLC (länger Aufenthaltszeit der Moleküle in<br />
stagnierender mobiler Phase ist sogar erwünscht)<br />
• Wichtig: andere van Deemter Kurve da B‐Term (Diffusion) vernachlässigbar!<br />
Trennleistung umso höher je langsamer die Trennung durchgeführt wird<br />
• Keine WW‐Gleichgewichte d.h. große Stoffmengen trennbar<br />
58
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
LC‐Trennverfahren<br />
Molmassenverteilung: über Kalibration mit geeigneten Standards<br />
59<br />
LC‐Trennverfahren<br />
Phasensysteme: nur 3 Anforderungen an mobile <strong>und</strong> stat. Phase:<br />
1. Mobile Phase soll gutes Lösungsmittel für Probe sein<br />
2. Probe soll keine WW mit stat. Phase eingehen<br />
3. Mobile Phase darf stat. Phase nicht schädigen<br />
Wichtig: Säulen mit Sorgfalt behandeln (toll teuer!!), Vorsäulen! Detergenzienzusatz!<br />
Anwendung: breite Verwendungsmöglichkeit, hauptsächl. Polymer <strong>und</strong> Biopolymer<br />
Analytik, Naturstoffe, komplexe Mischungen, biol. Materialien<br />
Verwendung von mehreren Säulen (hintereinanderschalten) möglich<br />
Trennbereich (Masse) groß: bis 10 8<br />
1Å=0.1nm!<br />
Molare<br />
Masse<br />
60
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
LC‐Trennverfahren<br />
VII. Affinitätschromatographie:<br />
Methode mit der größten Spezifität –WW ist biochemischer Art z.B.:<br />
• Antigen ↔ Antikörper<br />
• Enzym ↔ Inhibitor<br />
• Hormon ↔ Träger<br />
61<br />
2.8. Detektoren<br />
Aufgabe: erkennen wenn sich Zus.setzung der mobile Phase ändert –diese in el. Signal<br />
umwandeln <strong>und</strong> der Datenauswertung weiterleiten. Klingt einfach ist es aber nicht<br />
(immer)!<br />
Der ideale Detektor soll:<br />
•Entw. alle Peaks gleich empf. registrieren od. nur die Stoffe die uns interessieren<br />
•Unempfindlich gegenüber Änderungen der mob. Phase (Gradiententrennung) od. Temp.<br />
•Sehr kl. Stoffmengen erfassen können (Spurenanalyse)<br />
•Kl. Zellvolumen (kein Beitrag zur Bandenverbreiterung)<br />
•Rasch reagieren (Peaks schnell erfassen)<br />
•Leicht handhabbar, robust, billig<br />
Utopie!!<br />
62
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
2.8. Detektoren<br />
Spezifische Detektoren<br />
• UV Detektor<br />
• Fluoreszenz Detektor<br />
• Elektrochemischer Det.<br />
• Lichtstreudetektor (ELSD)<br />
Unselektive Detektoren<br />
• RI Detektor<br />
• Dichte Detektor<br />
• Leitfähigkeitsdetektor<br />
Spezielle Detektoren<br />
• Massenselektiver Det.<br />
• (FT)IR Detektor<br />
63<br />
2.8. Detektoren<br />
Wichtig: jeder Detektor hat einen eigenen linearen Bereich. Nur in diesem Bereich ist das<br />
Signal proportional der eingespritzten Menge!!!<br />
64
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
2.8.1. UV‐Detektor<br />
Am häufigsten verwendet da empfindlich <strong>und</strong> gr. linearer Bereich. Auch f. Grad.elution.<br />
Nachweisbar:<br />
•Hauptsächlich Aromaten <strong>und</strong> ungesättigte (konj.) Verbindungen<br />
•Doppel‐ <strong>und</strong> Mehrfachbindungen<br />
•Carbonyl‐Verbindungen (‐C=O)<br />
•‐Br, ‐I, (tlw. Schwefel‐ <strong>und</strong> Stickstoff‐Verbindungen)<br />
65<br />
2.8.1. UV‐Detektor<br />
Was wird gemessen<br />
Abschwächung des Lichtstrahls beim Durchtritt durch die Detektorzelle<br />
Lambert‐Beer: E = ε c d<br />
Lichtquellen:<br />
Fixwellenlänge: Niederdruck‐Hg‐Dampflampen (253.7nm), Cd‐Lampen (229nm),<br />
Zn‐Lampen (214nm)<br />
Kontinuierliche Wellenlänge: Deuterium (bis 340nm), Wolfram (340‐850nm)<br />
Vorteile UV: selektive bis unselektive Detektion möglich, großer linearer Bereich, gut<br />
geeignet zur Gradientenelution, Substanzen werden nicht zerstört<br />
Nachteile UV: Temperaturabhängigkeit (jedoch nur gering), Sauerstoff im Eluenten<br />
absorbiert UV‐Strahlung sehr stark <strong>und</strong> muss deshalb sorgfältig entfernt werden<br />
66
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
2.8.2. DAD‐Detektor<br />
Prinzip:<br />
•polychromatisches Licht (Deuterium‐ oder Wolfram‐Lampe) wird auf die Probe<br />
eingestrahlt (wellenlängenselektive Absorption durch die Bestandteile der Probe)<br />
•nach Durchstrahlung der Probe wird der polychromatische Lichtstrahl auf ein Gitter<br />
gelenkt, das ihn in seine Teilstrahlen zerlegt<br />
•Anzahl der Teilstrahlen entspricht der Anzahl der Photodioden auf dem Array<br />
•Ergebnis: dreidimensionale Abhängigkeit von Zeit, Absorption <strong>und</strong> Wellenlänge<br />
67<br />
2.8.2. DAD‐Detektor<br />
Für Substanzklassen wie UV‐Detektor<br />
Vorteile DAD: optimale Wahl für die Einzelwellenlängenbestimmung ist leicht möglich,<br />
großer linearer Bereich, verschiedene Wellenlängen sind gleichzeitig bestimmbar,<br />
Veränderung der Wellenlänge während der chromatographischen Trennung ist<br />
programmierbar.<br />
Nachteile DAD: siehe UV<br />
68
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
2.8.3. Fluoreszenz‐Detektor<br />
• Die Probe wird in der Durchflussmesszelle mit<br />
UV‐Strahlung einer bestimmten Wellenlänge<br />
bestrahlt (Lichtquellen: Xenon‐, Deuteriumoder<br />
Quecksilber‐Lampen).<br />
• Verbindungen absorbieren das eingestrahlte<br />
Licht <strong>und</strong> emittieren ein längerwelliges<br />
entweder sofort (fluoreszieren) oder<br />
zeitverzögert (phosphoreszieren).<br />
• Das in alle Richtungen emittierte Licht der Probe<br />
wird lediglich senkrecht zur<br />
Einstrahlungsrichtung gemessen, um zu<br />
verhindern, dass das Anregungslicht auf die<br />
Photomesszelle (Photomultiplier) fällt.<br />
Empfindlichkeit bis 1000x höher<br />
als bei UV!!<br />
69<br />
2.8.3. Fluoreszenz‐Detektor<br />
Verwendung: konj. zyklische Verbindungen, mehrkernige Aromaten, generell alle Stoffe<br />
die fluoreszieren od. von denen fluoreszierende Derivate hergestellt werden können.<br />
Vorsicht: gewisse Stoffgruppen können die Fluoreszenz löschen! (‐CO 2<br />
H, ‐SH, ‐NO 2<br />
, O 2<br />
)<br />
Vorteile: selektive Detektion, alle in der HPLC gewöhnlich verwendeten Eluenten sind<br />
keine Fluorophore, kaum Beschränkungen bei der Auswahl, gut geeignet zur<br />
Gradientenelution, Substanzen werden nicht zerstört<br />
Nachteile: Temperaturabhängigkeit (jedoch nur gering), Eluentenbestandteile können zum<br />
Quenching der emittierten Strahlung führen (auch O 2<br />
)<br />
70
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
2.8.4. RI‐Detektor<br />
Prinzip: Die unterschiedliche Ablenkung/Brechung eines Lichtstrahles beim zweimaligen<br />
Durchgang durch die Mess‐ <strong>und</strong> Referenzzelle verändert den räumlichen Ort, an dem der<br />
Strahl mit maximaler Intensität gemessen werden kann.<br />
• Ein Lichtstrahl (L1) wird durch die Referenzzelle <strong>und</strong><br />
anschließend durch die Messzelle geleitet, dann an<br />
einem Spiegel reflektiert <strong>und</strong> dringt erneut durch beide<br />
Zellen.<br />
• Mit einer verstellbaren Glasplatte wird der Lichtstrahl<br />
(L2) so eingestellt, dass beim Durchgang des reinen<br />
Eluenten durch die Messzelle die maximale Intensität<br />
die Photozelle erreicht (Nullabgleich).<br />
• Strömt ein Analyt durch die Messzelle, ändert sich der<br />
Brechungsindex im Vergleich zum Eluenten im<br />
Referenzkanal.<br />
• Der Lichtstrahl (L2) kann nicht mehr mit maximaler<br />
Intensität auf die Photomesszelle treffen.<br />
• Änderung im Stromfluss bewirken ein Peak im<br />
Chromatogramm.<br />
71<br />
2.8.4. RI‐Detektor<br />
Was kann detektiert werden:<br />
Alle Verbindungen, deren Brechungsindex sich von dem des Eluenten genügend<br />
unterscheidet<br />
Vorteile RI: universelle Detektion, Selektivität kann durch die Wahl des Eluenten verändert<br />
werden ‐ da relativ zu diesem bestimmt wird, Substanzen werden nicht zerstört<br />
Nachteile RI: weniger (Faktor 1000) empfindlich als z.B. der UV/VIS‐Detektor, RI‐Detektor<br />
häufig nur als Ergänzung zu diesem; sehr starke Temperaturabhängigkeit (sehr genaue<br />
Thermostatierung erforderlich) <strong>und</strong> Druckabhängigkeit; Gradienten sind schwierig<br />
(Eluentenvormischung muss erfolgen); Eluentenwechsel erfordert das Austauschen des<br />
Lösungsmittels in der Referenzzelle <strong>und</strong> erneutes Thermostatieren<br />
72
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
2.8.5. Elektrochemischer‐Detektor<br />
Detektionsprinzip: Durch das Eluat wird Strom geleitet <strong>und</strong> bei konstantem<br />
Elektrodenpotenzial gegen die Zeit gemessen. An den Elektroden wird der Analyt<br />
umgesetzt (umgesetzte Stoffmenge ca. 1‐10 %) <strong>und</strong> es werden Elektronen über die<br />
Phasengrenze transportiert:<br />
Kathode: Elektronen gehen aus der Elektrode in die Lösung über (Reduktion)<br />
Anode: Elektronen kommen aus der Lösung in die Elektrode (Oxidation)<br />
Arbeitselektrode (AE) ‐ besteht aus glasartigem<br />
Kohlenstoff <strong>und</strong> dient der Verfolgung der<br />
elektrochemischen Vorgänge<br />
Hilfselektrode (HE) ‐ transportiert den Strom aus der<br />
Oxidation bzw. Reduktion<br />
Referenzelektrode (RE) ‐ Elektrode 2. Art (Ag/AgCl)<br />
ist hochohmig geschaltet <strong>und</strong> sorgt damit für<br />
gleichmäßige Spannung an der AE<br />
Der Stromfluss wird somit zwischen AE <strong>und</strong> HE<br />
gemessen.<br />
73<br />
2.8.5. Elektrochemischer‐Detektor<br />
Was kann detektiert werden<br />
Reduzierbare Verbindungen:<br />
Oxidierbare Verbindungen:<br />
•Nitrosamine, Diazo‐Verbindungen<br />
• aromatische Phenole,<br />
•Aldehyde, Ketone<br />
Hydroxylverbindungen<br />
•Olefine, Nitro‐Verbindungen, Halogene<br />
• Amine <strong>und</strong> Amide<br />
•Seltener: gelöster Sauerstoff <strong>und</strong> gelöste<br />
• Mercaptane<br />
Schwermetalle<br />
• Indole, Chinoline<br />
• Azide<br />
Selektivität kann verändert werden (Elektrodenpotential):<br />
•kleines Elektrodenpotential: hohe Selektivität<br />
•großes Elektrodenpotential: universelle Bestimmung möglich<br />
74
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
2.8.5. Elektrochemischer‐Detektor<br />
Vorteile Leitfähigkeitsdetektor:<br />
•selektivere Detektion als mit dem UV‐Detektor, weil nur elektrochemisch aktive<br />
Substanzen detektierbar<br />
•einfacher Aufbau<br />
•Kostengünstig<br />
Nachteile:<br />
•lineare Bereich <strong>und</strong> Reproduzierbarkeit sind gering<br />
•hohes Rauschniveau<br />
•kein Gradientenbetrieb möglich<br />
•keine unpolaren Eluenten verwendbar, da der Strom geleitet werden muss (keine<br />
Adsorptionschromatographie)<br />
•stark empfindlich für die Pulsation des Flusses<br />
75<br />
2.8.6. Lichtstreuungsdetektor<br />
ELSD (Evaporative Light Scattering Detector): Für unselektiven Nachweis von nicht<br />
flüchtigen Verbindungen.<br />
Prinzip: Eluat wird in Inertgasstrom (N 2<br />
)<br />
zerstäubt. Gebildete Tröpfchen werden<br />
verdampft, Partikel bleiben zurück die<br />
durch Lichtstrahl driften <strong>und</strong> ihn streuen.<br />
Streulicht wird von Fotodiode registriert.<br />
Wichtig: mobile Phase muss flüchtig sein!<br />
Probe geht verloren!<br />
76
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
2.8.7. Andere Detektoren<br />
Leitfähigkeitsdetektor:<br />
klassischer Detektor der Ionenchromatographie<br />
Fotoleitfähigkeitsdetektor:<br />
selektiv für Halogen‐ <strong>und</strong> Stickstoffverbindungen<br />
Infrarotdetektor:<br />
selektiv für Vielzahl org. Verbindungen; richtige Wellenlänge wählen! Empf. wie<br />
RI<br />
Radioaktivitätsdetektor:<br />
zum Nachweis von β‐Strahler 3 H, 14 C, 32 P, 35 S <strong>und</strong> 131 I<br />
77<br />
2.8.8. Massenspektrometer<br />
1. APCI: Atmospheric pressure chemical<br />
ionizaton<br />
− Ionen durch Koronaentladung (3‐6 kV) erzeugt<br />
− Liefert Molekülionen (M+H)+, neg. ionisierung<br />
möglich<br />
− Günstig für kleine, mittel bis apolare Moleküle<br />
− Ungünstig für thermolabile Verbindungen<br />
− Für wässr. <strong>und</strong> nichtwässrige mobile Phasen<br />
− Ev. Zusätze bei wässr. Eluenten um gute<br />
Ionisation zu erhalten<br />
− Stoffstromabhängiges Signal<br />
− Probe geht verloren 1) Eluat aus HPLC; 2) Zerstäubergas; 3) Heizung; 4)<br />
Nadel f. Koronaentladung; 5) Abschirmgas; 6)<br />
Skimmer; 7) Quadrupol<br />
78
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
2.8.8. Massenspektrometer<br />
2. ESI (APESI): (Atmospheric pressure) electrospray ionization<br />
− Ionen durch „Coulomb‐Explosion“ gel. Teilchen<br />
erzeugt<br />
− Bildung einfach od. mehrfach gel. Ionen<br />
− Günstig für thermolabile Analyten <strong>und</strong><br />
Makromoleküle<br />
− Günstig für wässr. Analyten<br />
− Für pos. Ionisierung pH≈5 günstig. Zusätze<br />
Ameisen‐, Essigsäure<br />
− Für neg. Ionisierung pH ≈9 günstig. Zusätze<br />
Ammoniak, TEA, DEA<br />
− Konz.abh. Signal<br />
− Probe geht verloren!<br />
1) Eluat aus HPLC; 2) Zerstäubergas; 3)<br />
Hochspannung; 4) gel. Tröpfchen; 5)<br />
Verdampfung; 6) Coulomb Explosion; 7)<br />
Abschirmgas; 8) Skimmer; 9) Quadrupol<br />
79<br />
Nachweisgrenzen<br />
80
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
1. Probe<br />
Einige Anforderungen an die Proben:<br />
• Muss vollständig löslich sein (logisch)<br />
• Muss in der mobilen Phase löslich sein (Vorsicht bei Gradienten!)<br />
• Ev. filtrieren<br />
• Konzentration richtig wählen!<br />
• Probe (wenn man etwas über sie weis) bestimmt die Trennstrategie<br />
• Vorwissen einbringen (DC, Siedepunkt, Brechungsindex, etc.)<br />
• Ev. Lit. Angaben<br />
81<br />
Trennstrategien<br />
82
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
Trennstrategien<br />
nein nein nein<br />
k‐Werte klein k‐Werte mittel k‐Werte groß Werden gar keine<br />
Peaks eluiert<br />
isokratisch mit isokratisch mit ca. isokratisch mit ca. andere Methode<br />
Wasser eluieren, 50% Acetonitril 90% Acetonitril versuchen:<br />
verbesserte eluieren eluieren, verbesserte 1. NH2‐Phase mit<br />
Auflösung<br />
ja<br />
optimieren<br />
nein<br />
Auflösung<br />
nein<br />
ja<br />
Methanol/<br />
Dioxan<br />
2. Diol‐Phase mit<br />
Acetonitril/<br />
Tetrahydrofuran<br />
3. Silicagel mit<br />
Hexan/tert. Butylmethylether<br />
optimieren pH oder Ionenstärke optimieren Gradient mit<br />
des Eluenten ändern,<br />
Dioxan/Wasser<br />
oder Ionenaustausch‐<br />
versuchen oder<br />
Chromatographie,<br />
nicht wässrige<br />
evtl. Ionenpaar‐<br />
Umkehrphasen‐<br />
Chromatographie<br />
Chromatographie<br />
mit Acetonitril/<br />
Dichlormethan<br />
83<br />
Trennstrategien<br />
84
SE zu den LU aus <strong>Organische</strong>r <strong>Chemie</strong><br />
HPLC Gr<strong>und</strong>lagen<br />
Und zum Schluss<br />
Woher weis ich wie viel drinnen ist<br />
Methoden der Quantitativen Analyse<br />
85