Derivatisierung für die Gaschromatographie
Wie man polare Analyten durch gezielte chemische Umsetzung GC-tauglich macht und für den ECD mit Halogenatomen markiert.
Das Wichtigste in Kürze
- Die Derivatisierung wandelt einen Analyten vor der GC chemisch in ein Derivat um, das flüchtiger, weniger polar und oft besser nachweisbar ist.
- Bei der Silylierung ersetzt eine Trimethylsilylgruppe das aktive H von OH-, NH- oder COOH-Gruppen, aus Cholesterol wird so ein TMS-Ether.
- TMS-Derivate entstehen vor der Trennung im Probengefäß, nicht durch Reaktion mit der Kapillarwand.
- Für den ECD führt man Halogenatome ein, etwa mit Trichloressigsäureanhydrid, das primäre Amine zu Trichloracetamiden acyliert.
- Tranylcypromin besitzt eine primäre Aminogruppe und lässt sich daher mit TCAA für die GC-ECD derivatisieren.
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Worum es geht
Viele Arzneistoffe tragen polare Gruppen wie \(\ce{-OH}\), \(\ce{-NH2}\) oder \(\ce{-COOH}\). Sie verdampfen schlecht und lassen sich deshalb in der GC nur mühsam trennen. Eine gezielte chemische Umsetzung vor der Analyse macht sie GC-tauglich und oft auch besser nachweisbar.
Ziele der Derivatisierung
Polare Gruppen bilden Wasserstoffbrücken. Das senkt die Flüchtigkeit, die für die GC entscheidend ist (siehe Prinzip der GC). Zudem haften solche Analyten an aktiven Stellen im System, und die Peaks werden breit.
Gezielte chemische Umsetzung eines Analyten in ein Derivat mit günstigeren Eigenschaften für Trennung oder Nachweis.
Die Derivatisierung verfolgt drei Ziele:
- Flüchtigkeit erhöhen
- Polarität verringern
- Detektion verbessern, etwa durch eingeführte Halogenatome
Das wichtigste Verfahren ist die Silylierung. Dabei ersetzt eine Trimethylsilylgruppe \(\ce{-Si(CH3)3}\) das aktive Wasserstoffatom einer OH-, NH- oder COOH-Gruppe. Es entstehen TMS-Derivate, die keine Wasserstoffbrücken mehr ausbilden können:
\[\ce{R-OH + (CH3)3SiCl -> R-O-Si(CH3)3 + HCl}\]
So wird aus Cholesterol der 3-O-Trimethylsilylether, wie die Abbildung zeigt. Diese Umsetzung geschieht vor der Trennung im Probengefäß, als Vorsäulenderivatisierung. Die beheizte Quarzglaskapillare reagiert dagegen nicht mit dem Analyten. Sie soll möglichst inert sein.
Halogenderivate für den ECD
Der Elektroneneinfangdetektor spricht empfindlich auf stark elektronegative Atome an, vor allem auf Halogene. Viele Arzneistoffe enthalten keine. Man führt sie deshalb mit einem halogeneinführenden Reagenz ein. Ein Standardbeispiel ist Trichloressigsäureanhydrid (TCAA).
TCAA acyliert primäre Amine zu Trichloracetamiden. Jedes Derivat trägt danach drei Chloratome:
\[\ce{R-NH2 + (CCl3CO)2O -> R-NH-CO-CCl3 + CCl3COOH}\]
Das Amid ist zugleich weniger polar als das freie Amin. Man gewinnt also Flüchtigkeit und Nachweisbarkeit in einem Schritt.
So wählst du an einer Strukturformel das Reagenz aus:
- Gruppe suchen: Funktionelle Gruppe mit aktivem Wasserstoff finden, etwa eine \(\ce{-NH2}\)-Gruppe.
- Typ bestimmen: Primäres Amin, sekundäres Amin oder Alkohol unterscheiden.
- Reagenz wählen: Für ein primäres Amin und den ECD ein halogenhaltiges Acylierungsreagenz wie TCAA nehmen.
Tranylcypromin, also trans-2-Phenylcyclopropylamin, trägt eine primäre Aminogruppe am Cyclopropanring. Mit TCAA entsteht das N-Trichloracetylderivat, das im ECD gut nachweisbar ist.
Quiz
Aussage 1
Das TMS-Derivat von Cholesterol bildet sich während der Analyse durch Reaktion mit der Wand der beheizten Quarzglaskapillare.
Das TMS-Derivat wird vor der Trennung im Probengefäß gebildet (Vorsäulenderivatisierung). Die Kapillare soll inert sein.
Aussage 2
Tranylcypromin lässt sich mit Trichloressigsäureanhydrid an seiner primären Aminogruppe zu einem Trichloracetamid umsetzen, das im ECD empfindlich erfasst wird.
TCAA acyliert primäre Amine. Die drei eingeführten Chloratome machen das Derivat im ECD gut nachweisbar.
Aussage 3
Eine Derivatisierung für die GC soll die Polarität des Analyten erhöhen, damit er stärker an der stationären Phase haftet.
Die Derivatisierung verringert die Polarität und erhöht so die Flüchtigkeit des Analyten.
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