Elutionsreihenfolge an Normal- und Umkehrphase
Wie man aus den funktionellen Gruppen eines Moleküls ableitet, in welcher Reihenfolge Stoffe an Kieselgel und an RP-18 eluieren.
Das Wichtigste in Kürze
- Die Elutionsreihenfolge ergibt sich aus der Polarität der funktionellen Gruppen und der Polarität der stationären Phase.
- An der Normalphase (Kieselgel, unpolares Fließmittel) werden polare Stoffe stärker zurückgehalten, lipophile eluieren zuerst.
- Retention an Kieselgel: Ethylbenzol < Ethoxybenzol < Benzaldehyd < Benzoesäure, allgemein Kohlenwasserstoff < Ether < Aldehyd < Sulfon < Carbonsäure.
- Natriumbenzoat wird an unmodifiziertem Kieselgel als Salz stark festgehalten und an RP-18 sehr früh eluiert.
- An RP-18 mit polarem Fließmittel kehrt sich die Reihenfolge um. Homologe Parabene eluieren mit wachsender Kettenlänge später.
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Worum es geht
Ob ein Stoff früh oder spät von der Säule kommt, lässt sich aus seiner Strukturformel vorhersagen. Entscheidend ist die Polarität seiner funktionellen Gruppen und die Frage, ob die stationäre Phase polar oder unpolar ist. Das brauchst du, um Chromatogramme von Arzneistoffgemischen zu deuten und Peaks zuzuordnen.
Retention an der Normalphase
An einer Normalphase ist die stationäre Phase polar, meist Kieselgel mit Silanolgruppen. Das Fließmittel ist unpolar, etwa Hexan. Ein Analyt haftet umso länger, je stärker er über Wasserstoffbrücken und Dipolkräfte an die Si-OH-Gruppen bindet. Deshalb werden polare, hydrophile Stoffe stärker zurückgehalten. Lipophile Stoffe eluieren zuerst.
Bei monosubstituierten Benzolen entscheidet allein der Substituent. Die Adsorptionsaffinität an Kieselgel steigt so:
\[\ce{-CH3} < \ce{-OCH3} < \ce{-CHO} < \ce{-OH} < \ce{-COOH}\]
Alkylgruppen bieten nur schwache Van-der-Waals-Kontakte. Der Ethersauerstoff ist ein schwacher H-Brücken-Akzeptor, die Carbonylgruppe ein stärkerer Dipol. Phenol und Carbonsäure sind zusätzlich H-Brücken-Donoren. Daraus folgt an Kieselgel die Retentionsfolge Ethylbenzol < Ethoxybenzol < Benzaldehyd < Benzoesäure.
Die Folge Ethylbenzol < Ethoxybenzol < Benzaldehyd < Benzoesäure an Kieselgel wird im Examen gerne gefragt. Achte darauf, dass an der Normalphase der polarste Stoff zuletzt und der lipophilste zuerst kommt.
Für Verbindungsklassen gilt an der Normalphase allgemein: aromatischer Kohlenwasserstoff < Ether < Aldehyd < Sulfon < Carbonsäure. Ganz am Ende stehen Salze. Natriumbenzoat ist ionisch und wird an unmodifiziertem Kieselgel mit unpolarem Fließmittel stark festgehalten, also sicher nicht zuerst eluiert. Neutrale Arzneistoffe wie Paracetamol und Coffein sind polarer als einfache Aromaten, aber weniger polar als dieses Salz.
- Gruppen markieren: Alle funktionellen Gruppen der Strukturformel einkreisen.
- Polarität einschätzen: Ladung vor H-Brücken-Donor vor Dipol oder Akzeptor vor reinem Kohlenwasserstoff.
- Normalphase ordnen: Der unpolarste Stoff eluiert zuerst, der polarste zuletzt.
- Umkehrphase ableiten: Die Reihenfolge umdrehen.
Umkehr an der RP-Phase
An einer Umkehrphase wie RP-18 sind die Rollen vertauscht. Die stationäre Phase trägt unpolare C18-Ketten, das Fließmittel ist polar, etwa Wasser/Methanol. Lipophile Analyten verteilen sich bevorzugt in die Alkylschicht und bleiben lange. Polare Stoffe bleiben im Fließmittel und kommen früh. Getrennt wird also durch Verteilung nach Lipophilie.
Für dasselbe Gemisch kehrt sich die Elutionsreihenfolge gegenüber der Kieselgel-Normalphase um. Toluol erscheint an Kieselgel mit Hexan zuerst, an RP-18 zuletzt. Benzoesäure verhält sich genau spiegelbildlich. Liegt sie bei neutralem pH deprotoniert vor, eluiert sie noch früher. Natriumbenzoat erscheint an RP-18 nahe der Totzeit.
Normalphase: polar bleibt, lipophil läuft. Umkehrphase: lipophil bleibt, polar läuft. Kennst du die eine Reihenfolge, liest du die andere rückwärts.
Besonders sauber zeigt sich die Trennung nach Lipophilie in homologen Reihen. Parabene sind 4-Hydroxybenzoesäurealkylester mit gleichem polarem Kopf. Jede zusätzliche \(\ce{CH2}\)-Gruppe macht das Molekül lipophiler. An RP-18 eluieren sie deshalb in der Folge Methyl- < Ethyl- < Propyl- < Butylparaben. Man kann sich die C18-Schicht wie einen Schwamm für Fett vorstellen: Je länger die Kette, desto fester saugt er sie auf.
Quiz
Aussage 1
An Kieselgel mit Hexan als Fließmittel eluiert Benzoesäure vor Benzaldehyd.
Die Carboxylgruppe bindet über Wasserstoffbrücken stärker an die Silanolgruppen als die Aldehydgruppe. Benzaldehyd eluiert daher vor Benzoesäure.
Aussage 2
An einer Normalphase wird ein aromatischer Ether früher eluiert als ein aromatischer Aldehyd.
In der Retentionsreihe an der Normalphase steht der Ether vor dem Aldehyd, weil er weniger polar ist.
Aussage 3
An RP-18 mit Wasser/Methanol wird Butylparaben später eluiert als Methylparaben.
Die längere Alkylkette macht Butylparaben lipophiler, an der Umkehrphase wird es daher stärker zurückgehalten.
Aussage 4
Aus einem Gemisch von Toluol und Natriumbenzoat erscheint an unmodifiziertem Kieselgel das Natriumbenzoat zuerst.
Natriumbenzoat ist ionisch und wird an der polaren Normalphase stark zurückgehalten. Toluol eluiert zuerst.
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