Kolonnekromatografi og TLC

Skrevet af Lyudamila

Indledning:

Metoden, der anvendes til rensning af kemiske forbindelser eller til at fastslå, hvor mange forskellige forbindelser en blanding indeholder, eller til at bestemme en kemisk blandings polaritet, er almindeligt kendt som kromatografi. Det grundlæggende princip for kromatografi er at adskille visse forbindelser på grundlag af deres struktur, deres evne til at binde hydrogenbindinger og polariteten mellem den stationære fase og den mobile fase. Der findes forskellige typer kromatografiapparater og forskellige separationsteknikker, der anvendes til at adskille kemiske blandinger. Her præsenteres data fra anvendelse af kolonne-kromatografi og tyndtlagskromatografi til adskillelse af fluorene fra 9-fluoreneon og til bestemmelse af den bedste opløsningsmiddelblanding til en separation.

Tabel over fysiske konstanter:

Kemisk navn	Kemisk formel	MW: (g/mol)	Bodningspunkt (°C)	Smeltepunkt (°C)	Refraktivt indeks (nD)
Hexan	C6H14	86.18	69		1.375
Siliciumdioxid	SiO2	60.1		1600-1725	–
Fluoren	C13H10	166.22	295		–
9-Fluorenon	C13H8O	180.19	342		1.6309
Aceton	C3H6O	58.08	57		1.35900

Materialer &Metoder:

Søjlekromatografi:

For at pakke kolonnen blev silicagel blandet med 14 ml af et upolært opløsningsmiddel, hexan, og overført ind i kolonnen. Der blev tilført 1 mm sand til kolonnen, således at det ville sidde på toppen af silicagelbedet. Til fyldning af kolonnen blev der tilført ca. 0,3 ml af blandingen af fluor og 9-fluorenon, som var synlig ved et gult bånd. Herefter blev der opsamlet 4 elutioner i reagensglas, mens hexan løbende blev tilsat til kolonnen. Opløsningssystemet blev ændret til en blanding af hexan og acetone (70:30), og fraktioner af blandingen blev opsamlet i separate reagensglas, indtil det gule bånd elueredes fra kolonnen.

Tyndlagskromatografi:

De 4 elutioner fra det rene hexanopløsningsmiddel blev opsamlet og koncentreret til ca. 1/4 af det oprindelige volumen, og fraktionerne af blandingen fra hexan-acetoneopløsningsmiddel blev opsamlet og koncentreret til ½ af det oprindelige volumen. En prøve (prøve nr. 1) fra hexanelutionerne og en prøve (prøve nr. 2) fra hexan-acetonefraktionerne blev markeret separat fra hinanden via et mikrokapillarrør på det tynde lag eller adsorbent, der var belagt på TLC-pladen. En tredje prøve af den oprindelige blanding (prøve nr. 3), som blev indlæst øverst i kolonnen, blev også markeret på TLC-pladen. TLC-opløsningsmidlet blev brugt til at suge på TLC-pladen for at lade upolære stoffer bevæge sig hurtigst op ad pladen og for at lade polære stoffer bevæge sig langsommere eller slet ikke op ad pladen. TLC-pladen blev fjernet, så snart opløsningsmidlet havde bevæget sig op ad pladen, indtil det var 1 cm fra toppen. Derefter blev retentionsfaktoren beregnet.

Resultater:

Løsningsmiddelsystemerne adskilte fluorene og 9-fluorenon på grundlag af deres forskel i struktur og polaritet. Hexanopløsningsmiddelsystemet var nyttigt til at vaske alt, der var hydrofobt, da det er upolært, og det vaskede i det væsentlige det meste af fluorene væk, da fluorene ikke er så polært som 9-fluorenon. Opløsningssystemet med en blanding mellem acetone og hexan gjorde det muligt at eluere det gule bånd fra kolonnen, fordi polære opløsningsmidler som acetone er nyttige til at flytte kemiske forbindelser ned ad kolonnen, der har tendens til at have en højere polaritet, som f.eks. 9-fluorenon.

Strukturelt set har fluorene ikke en carbonylfunktionel gruppe, hvilket 9-fluorenon har. På grund af denne forskel var det ilt, der stikker ud fra 9-fluorenon, i stand til at hydrogenbinde til silicagelperlerne, hvilket gjorde, at det blev holdt fastere i kolonnen end fluorén. Fordi 9-fluorenon blev holdt tættere fast i silicagelperlerne i kolonnen, gik det ikke så hurtigt ned ad kolonnen som fluorén. I princippet er den kemiske forbindelse, der flyder hurtigere gennem kolonnen, mere upolær; derfor var fluorén i dette tilfælde mere upolær end 9-fluorenon.

Retentionsfaktorerne blev beregnet for at finde de afstande, som prøverne af de testede forbindelser bevægede sig op ad pladen i forhold til de afstande, som opløsningsmiddelfronten bevægede sig. Pladen viste, at fluorén bevægede sig op ad pladen i højere grad end 9-fluorenon. Rf = 0,8 cm for fluorén og 0,67 cm for 9-fluorenon. Fluoren var kun synligt under UV-lys, fordi det er en farveløs forbindelse i modsætning til 9-fluorenon, som er gul. Det var svært at måle Rf nøjagtigt for den oprindelige blanding, der indeholdt kombinationen af de to kemiske forbindelser, men det var synligt, at der var et gult mærke på TLC-pladen, der var parallelt med det gule mærke af 9-fluorenon fra prøve 2, og der var et farveløst mærke på TLC-pladen, der var synligt under UV-lys, og som lå omkring det samme længdeområde af fluorén fra prøve 1.

Diskussion:

Ved at analysere, hvor stærkt de to forbindelser blev tiltrukket af den stationære fase af silicagelen i kolonnen, kan vi forstå, hvorfor forbindelserne bevægede sig ned ad kolonnen med den hastighed, som de gjorde. Adskillelsen af forbindelserne skyldes deres forskellige vandringshastigheder, som blev påvirket af forbindelsernes forskellige struktur og polaritet. Ved kolonnekromatografi bevæger upolære forbindelser sig hurtigere ned ad søjlen end polære forbindelser, men når vi udfører en TLC-protokol, kan vi se, at upolære molekyler bevæger sig hurtigere op ad pladen end polære forbindelser, der bevæger sig langsommere op ad pladen eller slet ikke bevæger sig op.
Samlet set kunne min TLC-plade have vist bedre resultater, hvis længden af min silicagel havde været større end 4 cm. Hvis jeg havde udført proceduren på en bedre måde, ville adskillelsen mellem de to forbindelser have været mere renere, og mine retentionsfaktorer ville have ændret sig.