Противоточное распределение

Противоточное распределение ( CCD , также пишется 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 , при котором химическое соединение распределяется (разделяется) между двумя несмешивающимися жидкими фазами (например, маслом и водой) в соответствии с его относительной растворимостью в этих 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 массообмена. соединений в фазах и вне фаз, 4) Содержимому делительной воронки дают возможность снова разделиться на две отдельные фазы и 5) две фазы отделяются друг от друга путем слива нижней фазы. Если соединение нерастворимо в нижней фазе, оно перейдет в верхнюю фазу и останется в делительной воронке. Если соединение нерастворимо в верхней фазе, оно распределяется в нижнюю фазу 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, и поэтому экстракция является неполной. Относительная растворимость соединения в двух фазах называется коэффициент разделения .

Хотя одна делительная воронка полезна для разделения определенных смесей соединений с помощью тщательно составленной двухфазной системы растворителей, для разделения соединений, имеющих разные коэффициенты распределения, можно использовать серию 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 отделяется от нижней после того, как фазы осядут. Сначала смесь вводят в сосуд 1 (V ₁ ), загруженный обеими фазами, и осуществляют процесс жидкостно-жидкостной экстракции. Верхнюю фазу добавляют во второй сосуд (V ₂ ), в котором уже содержится свежая нижняя фаза. Свежую верхнюю фазу добавляют к V ₁ . Оба сосуда встряхивают и дают отстояться. 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. Свежая верхняя фаза добавляется к V. ₁ , все три сосуда встряхиваются и отстаиваются, и процесс продолжается. ^{[ 3 ]} Соединения, которые более растворимы в верхней фазе, чем в нижней, быстрее и дальше спускаются по ряду сосудов («поезду»), тогда как те соединения, которые более растворимы в нижней фазе, чем в верхней, имеют тенденцию отставать. Соединение, нерастворимое в верхней фазе, останется в V ₁ , а соединение, нерастворимое в нижней фазе, останется в главном сосуде.

Историческое развитие

Ранние работы по разработке методов разделения жидкость-жидкость были предприняты Корнишем и др. с процессом, называемым «систематическим дробным распределением» ^{[ 4 ]} а также Рэндалл и Лонгтин, ^{[ 5 ]} однако центральной фигурой, безусловно, является Лайман К. Крейг . Разработка Лайманом Крейгом противоточного распределения началась с изучения распределения фармацевтического препарата мепакрина (атабрина) между двумя слоями этилендихлорида, метанола и водной буферной двухфазной системы растворителей. ^{[ 6 ]} Коэффициент распределения (K _c, который совпадает с коэффициентом распределения ) атабрина варьировался в зависимости от состава системы растворителей и pH буфера. В следующей статье Крейг был вдохновлен работой Мартина и Синга с распределительной хроматографией на разработку аппарата, который будет разделять соединения на основе их константы распределения ( K , которая совпадает с коэффициентом распределения). 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 использовать этот метод разделения, тестируя различные соединения. ^{[ 10 ]} составление двухфазных систем растворителей, ^{[ 11 ]} и, что наиболее важно, разработка коммерчески жизнеспособного инструмента. ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]}

Метод CCD использовался во многих известных разделениях, таких как пенициллин , ^{[ 14 ]} полициклические ароматические углеводороды , ^{[ 15 ]} инсулин , ^{[ 16 ]} желчные кислоты , ^{[ 17 ]} рибонуклеиновые кислоты , ^{[ 18 ]} таксол , ^{[ 19 ]} Стрептомицетовые антибиотики. ^{[ 20 ]} и многие другие антибиотики. ^{[ 21 ]}

Ссылки

^ Мур, Стэнфорд (1978). «Лайман Крейтон Крейг 1906–1974» . Биографические мемуары Национальной академии наук : 49–77 . Проверено 26 февраля 2016 г.
^ Джозеф-Натан, П. (1967). «Жидкостно-жидкостная экстракция». Журнал химического образования . 44 (3): 176. Бибкод : 1967JChEd..44..176J . дои : 10.1021/ed044p176 .
^ «Встречные разделения» . 2 декабря 2013 г.
^ Корниш, RE; Арчибальд, Колорадо; Мерфи, Элизабет А.; Эванс, HM (1934). «Очистка витаминов - фракционное распределение между несмешивающимися растворителями». Промышленная и инженерная химия . 26 (4): 397–406. дои : 10.1021/ie50292a010 .
^ Рэндалл, Мерл; Лонгтин, Брюс (1938). «Процессы разделения: общий метод анализа». Промышленная и инженерная химия . 30 (9): 1063–1067. дои : 10.1021/ie50345a028 .
^ Лайман К. Крейг (1943). «Идентификация небольших количеств органических соединений путем исследования распределения. Применение к атабрину» . Журнал биологической химии . 150 : 33–45. дои : 10.1016/S0021-9258(18)51248-5 .
^ Лайман К. Крейг (1944). «Идентификация небольших количеств органических соединений путем исследования распределения. II. Разделение противоточным распределением». Журнал биологической химии . 155 : 535–546.
^ Уильямсон, Байрон; Крейг, Кэлвин (1947). «Идентификация малых количеств органических соединений путем исследования распределения. V. Расчет теоретических кривых» . Журнал биологической химии . 168 (2): 687–697. дои : 10.1016/S0021-9258(17)30926-2 . ПМИД 20238623 .
^ Крейг, LC (1950). «Распределительная хроматография и противоточное распределение». Аналитическая химия . 22 (11): 1346–1352. дои : 10.1021/ac60047a003 .
^ Сато, Ёсио; Барри, Гай Т.; Крейг, Лайман К. (1947). «Идентификация небольших количеств органических соединений путем исследований распределения. VII. Разделение и оценка нормальных жирных кислот» . Журнал биологической химии . 170 (2): 501–507. дои : 10.1016/S0021-9258(17)30832-3 .
^ Крейг, Лайман К.; Голумбик, Кальвин; Майтон, Гарольд; Титус, Элвуд (1945). «Идентификация небольших количеств органических соединений путем исследований распределения. III. Использование буферов при противоточном распределении» . Журнал биологической химии . 161 : 321–332. дои : 10.1016/S0021-9258(17)41546-8 . ПМИД 21005739 .
^ Крейг, округ Колумбия; Пост, Отто (1949). «Аппарат противоточного распределения». Аналитическая химия . 21 (4): 500–504. дои : 10.1021/ac60028a013 .
^ Крейг, округ Колумбия; Хаусманн, Вернер; Аренс, Э.Х.; Харфенист, Э.Дж. (1951). «Автоматическое противоточное распределительное оборудование». Аналитическая химия . 23 (9): 1236–1244. дои : 10.1021/ac60057a009 .
^ Крейг, Лайман К.; Хогебум, Джордж Х.; Карпентер, Фредерик Х.; Виньо, Винсент дю (1947). «Разделение и характеристика некоторых пенициллинов методом противоточного распределения» . Журнал биологической химии . 168 (2): 665–686. дои : 10.1016/S0021-9258(17)30925-0 . ПМИД 20238622 .
^ Голумбик, Кальвин. (1950). «Разделение и анализ полиядерных соединений методом противоточного распределения». Аналитическая химия . 22 (4): 579–582. дои : 10.1021/ac60040a023 .
^ Харфенист, Элизабет Дж.; Крейг, Лайман К. (1951). «Противоточное распределение инсулина». Журнал Американского химического общества . 73 (2): 877–878. дои : 10.1021/ja01146a538 .
^ Аренс-младший, Эдвард Х.; Крейг, Лайман К. (1952). «Экстракция и разделение желчных кислот» . Журнал биологической химии . 195 (2): 763–778. дои : 10.1016/S0021-9258(18)55787-2 . ПМИД 14946188 .
^ Кирби, Канзас (1960). «Фракционирование рибонуклеиновых кислот противоточным распределением». Биохимика и биофизика Acta . 41 (2): 338–340. дои : 10.1016/0006-3002(60)90018-4 . ПМИД 14409277 .
^ Вани, Мансух К.; Хорвиц, Сьюзен Бэнд (2014). «Природа как замечательный химик: личная история открытия и разработки таксола» . Противораковые препараты . 25 (5): 482–487. doi : 10.1097/CAD.0000000000000063 . ПМК 3980006 . ПМИД 24413390 .
^ Сварт, Э. Август. (1949). «Использование противотокового распределения для характеристики антибиотиков Streptomyces». Журнал Американского химического общества . 71 (8): 2942–2944. дои : 10.1021/ja01176a524 .
^ Крейг, Лайман К.; Согн, Джон (1975). «Выделение антибиотиков путем противоточного распределения». Методы энзимологии . Том. 43. Эльзевир. стр. 320–346. дои : 10.1016/0076-6879(75)43092-0 . ISBN 978-0-12-181943-9 . ПМИД 1134363 .

[1] Мур, Стэнфорд (1978). «Лайман Крейтон Крейг 1906–1974» . Биографические мемуары Национальной академии наук : 49–77 . Проверено 26 февраля 2016 г.

[2] Джозеф-Натан, П. (1967). «Жидкостно-жидкостная экстракция». Журнал химического образования . 44 (3): 176. Бибкод : 1967JChEd..44..176J . дои : 10.1021/ed044p176 .

[3] «Встречные разделения» . 2 декабря 2013 г.

[4] Корниш, RE; Арчибальд, Колорадо; Мерфи, Элизабет А.; Эванс, HM (1934). «Очистка витаминов - фракционное распределение между несмешивающимися растворителями». Промышленная и инженерная химия . 26 (4): 397–406. дои : 10.1021/ie50292a010 .

[5] Рэндалл, Мерл; Лонгтин, Брюс (1938). «Процессы разделения: общий метод анализа». Промышленная и инженерная химия . 30 (9): 1063–1067. дои : 10.1021/ie50345a028 .

[6] Лайман К. Крейг (1943). «Идентификация небольших количеств органических соединений путем исследования распределения. Применение к атабрину» . Журнал биологической химии . 150 : 33–45. дои : 10.1016/S0021-9258(18)51248-5 .

[7] Лайман К. Крейг (1944). «Идентификация небольших количеств органических соединений путем исследования распределения. II. Разделение противоточным распределением». Журнал биологической химии . 155 : 535–546.

[8] Уильямсон, Байрон; Крейг, Кэлвин (1947). «Идентификация малых количеств органических соединений путем исследования распределения. V. Расчет теоретических кривых» . Журнал биологической химии . 168 (2): 687–697. дои : 10.1016/S0021-9258(17)30926-2 . ПМИД 20238623 .

[9] Крейг, LC (1950). «Распределительная хроматография и противоточное распределение». Аналитическая химия . 22 (11): 1346–1352. дои : 10.1021/ac60047a003 .

[10] Сато, Ёсио; Барри, Гай Т.; Крейг, Лайман К. (1947). «Идентификация небольших количеств органических соединений путем исследований распределения. VII. Разделение и оценка нормальных жирных кислот» . Журнал биологической химии . 170 (2): 501–507. дои : 10.1016/S0021-9258(17)30832-3 .

[11] Крейг, Лайман К.; Голумбик, Кальвин; Майтон, Гарольд; Титус, Элвуд (1945). «Идентификация небольших количеств органических соединений путем исследований распределения. III. Использование буферов при противоточном распределении» . Журнал биологической химии . 161 : 321–332. дои : 10.1016/S0021-9258(17)41546-8 . ПМИД 21005739 .

[12] Крейг, округ Колумбия; Пост, Отто (1949). «Аппарат противоточного распределения». Аналитическая химия . 21 (4): 500–504. дои : 10.1021/ac60028a013 .

[13] Крейг, округ Колумбия; Хаусманн, Вернер; Аренс, Э.Х.; Харфенист, Э.Дж. (1951). «Автоматическое противоточное распределительное оборудование». Аналитическая химия . 23 (9): 1236–1244. дои : 10.1021/ac60057a009 .

[14] Крейг, Лайман К.; Хогебум, Джордж Х.; Карпентер, Фредерик Х.; Виньо, Винсент дю (1947). «Разделение и характеристика некоторых пенициллинов методом противоточного распределения» . Журнал биологической химии . 168 (2): 665–686. дои : 10.1016/S0021-9258(17)30925-0 . ПМИД 20238622 .

[15] Голумбик, Кальвин. (1950). «Разделение и анализ полиядерных соединений методом противоточного распределения». Аналитическая химия . 22 (4): 579–582. дои : 10.1021/ac60040a023 .

[16] Харфенист, Элизабет Дж.; Крейг, Лайман К. (1951). «Противоточное распределение инсулина». Журнал Американского химического общества . 73 (2): 877–878. дои : 10.1021/ja01146a538 .

[17] Аренс-младший, Эдвард Х.; Крейг, Лайман К. (1952). «Экстракция и разделение желчных кислот» . Журнал биологической химии . 195 (2): 763–778. дои : 10.1016/S0021-9258(18)55787-2 . ПМИД 14946188 .

[18] Кирби, Канзас (1960). «Фракционирование рибонуклеиновых кислот противоточным распределением». Биохимика и биофизика Acta . 41 (2): 338–340. дои : 10.1016/0006-3002(60)90018-4 . ПМИД 14409277 .

[19] Вани, Мансух К.; Хорвиц, Сьюзен Бэнд (2014). «Природа как замечательный химик: личная история открытия и разработки таксола» . Противораковые препараты . 25 (5): 482–487. doi : 10.1097/CAD.0000000000000063 . ПМК 3980006 . ПМИД 24413390 .

[20] Сварт, Э. Август. (1949). «Использование противотокового распределения для характеристики антибиотиков Streptomyces». Журнал Американского химического общества . 71 (8): 2942–2944. дои : 10.1021/ja01176a524 .

[21] Крейг, Лайман К.; Согн, Джон (1975). «Выделение антибиотиков путем противоточного распределения». Методы энзимологии . Том. 43. Эльзевир. стр. 320–346. дои : 10.1016/0076-6879(75)43092-0 . ISBN 978-0-12-181943-9 . ПМИД 1134363 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]