Противоточное распределение ( CCD , также обозначаемое как «противоточное» распределение) - это метод аналитической химии, разработанный Лайманом К. Крейгом в 1940-х годах. [1] Противоточное распределение - это процесс разделения, основанный на принципах жидкостно-жидкостной экстракции, когда химическое соединение распределяется (распределяется) между двумя несмешивающимися жидкими фазами (например, масло и вода) в соответствии с его относительной растворимостью в двух фазах. . Простейшей формой жидкостно-жидкостной экстракции является разделение смеси соединений между двумя несмешивающимися жидкими фазами в делительной воронке . [2]Это происходит в пять этапов: 1) подготовка делительной воронки с двухфазной системой растворителей, 2) введение смеси соединений в делительную воронку, 3) энергичное встряхивание делительной воронки для смешивания двух слоев и обеспечения массопереноса. соединений в фазах и вне фаз, 4) Содержимое делительной воронки снова оседает на две отдельные фазы и 5) две фазы отделяются друг от друга путем слива нижней фазы. Если соединение нерастворимо в нижней фазе, оно распределяется в верхней фазе и остается в делительной воронке. Если соединение нерастворимо в верхней фазе, оно распределяется в нижней фазе и удаляется из делительной воронки. Если смесь содержит одно или несколько соединений, растворимых в верхней фазе, и одно или несколько соединений, растворимых в нижней фазе, то произошла экстракция. Часто отдельное соединение в определенной степени растворимо в обеих фазах, поэтому экстракция является неполной. Относительная растворимость соединения в двух фазах известна как коэффициент распределения .
Хотя одна делительная воронка полезна для разделения определенных смесей соединений с помощью тщательно разработанной двухфазной системы растворителей, для разделения соединений с разными коэффициентами распределения можно использовать ряд делительных воронок. Таким образом, противоточное распределение представляет собой метод использования ряда сосудов (делительных воронок) для разделения соединений посредством последовательности операций жидкостно-жидкостной экстракции. В отличие от жидкостно-жидкостной экстракции, в приборах CCD верхняя фаза декантируется из нижней фазы после осаждения фаз. Сначала смесь вводится в емкость 1 (V 1 ), заполненную обеими фазами, и выполняется процесс жидкостно-жидкостной экстракции. Верхнюю фазу добавляют во второй сосуд (V 2 ), который уже содержит свежую нижнюю фазу. Свежая верхняя фаза добавляется к V 1 . Оба сосуда встряхивают и дают осесть. верхняя фаза из V 1 передается в V 2, в то же время верхняя фаза из V 2 передается в V 3, который уже содержит свежую нижнюю фазу. Свежую верхнюю фазу добавляют в V 1 , все три сосуда встряхивают и отстаивают, и процесс продолжается. [3] Соединения, которые более растворимы в верхней фазе, чем в нижней фазе, быстрее и дальше по ряду сосудов («цепочка»), в то время как те соединения, которые более растворимы в нижней фазе, чем в верхней фазе, имеют тенденцию отставать. Соединение, нерастворимое в верхней фазе, останется в V 1, в то время как соединение, нерастворимое в нижней фазе, останется в ведущем сосуде.
Историческое развитие
Ранние работы по разработке методов разделения жидкость-жидкость были предприняты Корнишем и др. однако с процессом, называемым «систематическое дробное распределение» [4], а также Рэндаллом и Лонгтином [5] , центральной фигурой, безусловно, является Лайман К. Крейг . Разработка противоточного распределения Лайманом Крейгом началась с изучения распределения фармацевтического вещества , мепакрина (атабрина), между двумя слоями этилендихлорида, метанола и водной буферной двухфазной системы растворителей. [6] Коэффициент распределения (K c, который совпадает с коэффициентом распределения ) атабрина варьируется в зависимости от состава системы растворителей и pH буфера. В следующей статье Крейг был вдохновлен работой Мартина и Синджа с распределительной хроматографией на разработку устройства, которое будет разделять соединения на основе их константы распределения ( K, который совпадает с коэффициентом распределения). Было показано, что система растворителей, состоящая из бензола, н- гексана, метанола и воды, разделяет смеси органических кислот. [7] Примечательно, что математическая теория развивалась рука об руку с развитием приложений. [8] [9] Крейг продолжал применять этот метод разделения, тестируя различные соединения, [10] формулируя двухфазные системы растворителей, [11] и, что наиболее важно, разрабатывая коммерчески жизнеспособный прибор. [12] [13]
Техника CCD использовалась во многих известных разделениях, таких как пенициллин , [14] полициклические ароматические углеводороды , [15] инсулин , [16] желчные кислоты , [17] рибонуклеиновые кислоты , [18] таксол , [19] антибиотики Streptomyces . [20] и многие другие антибиотики. [21]
Рекомендации
- ^ Мур, Стэнфорд (1978). "Лайман Крейтон Крейг 1906-1974" . Биографические воспоминания Национальной академии наук : 49–77 . Проверено 26 февраля 2016 .
- ^ Джозеф-Натан, П. (1967). «Жидкостно-жидкостная экстракция». Журнал химического образования . 44 (3): 176. Bibcode : 1967JChEd..44..176J . DOI : 10.1021 / ed044p176 .
- ^ «Противоточные разделения» . 2 декабря 2013 г.
- ^ Корниш, RE; Арчибальд, Р. Мерфи, Элизабет А .; Эванс, HM (1934). «Очистка витаминов - фракционное распределение между несмешивающимися растворителями». Промышленная и инженерная химия . 26 (4): 397–406. DOI : 10.1021 / ie50292a010 .
- ^ Рэндалл, Мерл; Лонгтин, Брюс (1938). «Процессы разделения: общий метод анализа». Промышленная и инженерная химия . 30 (9): 1063–1067. DOI : 10.1021 / ie50345a028 .
- ^ Лайман К. Крейг (1943). «Идентификация небольших количеств органических соединений с помощью исследований распределения. Применение к атабрину» . Журнал биологической химии . 150 : 33–45. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (18) 51248-5 .
- ^ Лайман К. Крейг (1944). «Идентификация небольших количеств органических соединений с помощью исследований распределения. II. Разделение с помощью противоточного распределения». Журнал биологической химии . 155 : 535–546.
- ^ Уильямсон, Байрон; Крейг, Кальвин (1947). «Идентификация малых количеств органических соединений с помощью исследований распределения. V. Расчет теоретических кривых» . Журнал биологической химии . 168 (2): 687–697. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (17) 30926-2 . PMID 20238623 .
- ^ Крейг, LC (1950). «Разделительная хроматография и противоточное распределение». Аналитическая химия . 22 (11): 1346–1352. DOI : 10.1021 / ac60047a003 .
- ^ Сато, Йошио; Барри, Гай Т .; Крейг, Лайман К. (1947). «Идентификация небольших количеств органических соединений с помощью исследований распределения. VII. Разделение и оценка нормальных жирных кислот» . Журнал биологической химии . 170 (2): 501–507. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (17) 30832-3 .
- ^ Craig, Lyman C .; Голумбик, Кальвин; Майтон, Гарольд; Титус, Элвуд (1945). «Идентификация малых количеств органических соединений с помощью исследований распределения. III. Использование буферов в противотоке» . Журнал биологической химии . 161 : 321–332. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (17) 41546-8 . PMID 21005739 .
- ^ Craig, LC; Пост, Отто (1949). «Аппарат противоточного распределения». Аналитическая химия . 21 (4): 500–504. DOI : 10.1021 / ac60028a013 .
- ^ Craig, LC; Хаусманн, Вернер; Аренс, EH; Harfenist, EJ (1951). «Автоматическое противоточное распределительное оборудование». Аналитическая химия . 23 (9): 1236–1244. DOI : 10.1021 / ac60057a009 .
- ^ Craig, Lyman C .; Hogeboom, Джордж Х .; Карпентер, Фредерик Х .; Виньо, Винсент дю (1947). «Разделение и характеристика некоторых пенициллинов методом противоточного распространения» . Журнал биологической химии . 168 (2): 665–686. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (17) 30925-0 . PMID 20238622 .
- ^ Голумбик, Кальвин. (1950). «Разделение и анализ полиядерных соединений методом противоточного распределения». Аналитическая химия . 22 (4): 579–582. DOI : 10.1021 / ac60040a023 .
- ^ Harfenist, Elizabeth J .; Крейг, Лайман К. (1951). «Противоточное распределение инсулина». Журнал Американского химического общества . 73 (2): 877–878. DOI : 10.1021 / ja01146a538 .
- ^ Аренс младший, Эдвард Х .; Крейг, Лайман С. (1952). «Извлечение и разделение желчных кислот» . Журнал биологической химии . 195 (2): 763–778. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (18) 55787-2 . PMID 14946188 .
- ^ Кирби, KS (1960). «Фракционирование рибонуклеиновых кислот противоточным распределением». Biochimica et Biophysica Acta . 41 (2): 338–340. DOI : 10.1016 / 0006-3002 (60) 90018-4 . PMID 14409277 .
- ^ Wani, Mansukh C .; Хорвиц, Сьюзан Бэнд (2014). «Природа как замечательный химик: личная история открытия и разработки таксола» . Противораковые препараты . 25 (5): 482–487. DOI : 10,1097 / CAD.0000000000000063 . PMC 3980006 . PMID 24413390 .
- ^ Сварт, Э. Август. (1949). «Использование противоточного распределения для характеристики антибиотиков Streptomyces». Журнал Американского химического общества . 71 (8): 2942–2944. DOI : 10.1021 / ja01176a524 .
- ^ Craig, Lyman C .; Согн, Джон (1975). «Выделение антибиотиков путем противоточного распространения». Методы в энзимологии . 43 . Эльзевир. С. 320–346. DOI : 10.1016 / 0076-6879 (75) 43092-0 . ISBN 978-0-12-181943-9. PMID 1134363 .