Ergebnisse der HPLC-Analysen

Die anfänglich durchgeführten chromatographischen Trennungen hatten die Aufgabe das zu erwartende Gemisch aus Reaktionsprodukten aufzutrennen, um die Zahl der entstandenen Substanzen zu bestimmen. Die folgenden Chromatogramme zeigen, dass es durch die abioti-sche Reaktion von Phenolen an Tonmineraloberflächen zur Bildung mehrerer Reaktionspro-dukte gekommen ist.

4.5.2.1 Reaktionsprodukte des Brenzkatechins

Das Chromatogramm der nach der Belegung mit Brenzkatechin von der Tonmineraloberflä-che extrahierten Überzüge zeigt neben dem Peak für das Brenzkatechin mit einer

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zeit von ca. 6 min eine Vielzahl weiterer Peaks die Retentionszeiten von 2,6 min bis 13 min aufweisen. Der Peak bei 2,6 min wird durch das Methanol hervorgerufen, in welches das ext-rahierte Probenmaterial aufgenommen wurde. Dieses als Lösemittelpeak bezeichnete Signal wir durch den raschen Konzentrationsanstieg des Methanols im Eluenten hervorgerufen und kann zur Ermittlung der Totzeit, dass ist der Zeitraum der vom Einspritzen der Probe bis zum Erreichen der Detektorzelle vergeht, herangezogen werden. Von der Anzahl der entstandenen Fraktionen ist dieser Peak somit abzuziehen.

Abbildung 79: Chromatogramm extrahierter Überzüge nach Belegung mit Brenzkatechin.

Zwischen dem Lösemittelpeak (2,6 min) und dem Peak für das noch in der Probe verbliebene chemisch unveränderte Brenzkatechin (5,98 min) treten weitere Peaks unterschiedlicher In-tensität auf. Diese liegen bei 2,8, 3,3, 3,8, 4,9, 5,1 und 5,4 min. Aufgrund der kürzeren Reten-tionszeiten als die des Brenzkatechins kann bei Verwendung einer unpolaren Reversed-Phase-Säule somit daraus geschlossen werden, dass die detektierten Substanzen eine geringere Mo-lekülgröße bzw. höhere Polarität als die Ausgangssubstanz aufweisen. Das Entstehen polare-rer Verbindungen kann durch die Bildung von alkoholischen OH- bzw. Carboxylgruppen her-vorgerufen werden (Kapitel 4.6 bzw. 4.7). Verbindungen mit längeren Retentionszeiten als die der Ausgangssubstanz sind im Chromatogramm bei 7,3, 7,8, 13,1 und ca. 14,3 min zu be-obachten, wobei durch die schlechte Auflösung des letzten Peaks zu erkennen ist, dass die i-sokratische Trennmethode hier an ihre Grenzen stößt. Die Retentionszeiten dieser Peaks las-sen darauf schließen, dass die entstandenen Verbindungen, bei denen es sich auch um Mole-külbruchstücke handeln kann, größer als die Ausgangssubstanz sind bzw. eine niedrigere

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larität aufweisen und daher aufgrund häufigerer Sorption am Säulenfüllmaterial langsamer transportiert werden. In einer homologen Reihe steigt die Festhaltekraft am Säulenmaterial mit steigender Kohlenstoffzahl. Die Reihenfolge verläuft in Richtung zunehmender Festhalte-kräfte von Carbonsäuren über Alkohole, Phenole, Amine, Ether, Aldehyde und Ketone schließlich bis zu Aliphaten. Aus dieser Reihe kann somit abgeleitet werden, dass es durch die Oxidation des Brenzkatechins an der Oberfläche des Montmorillonits neben der Bildung von polareren Verbindungen (Carbonsäuren) zur Entstehung sowohl höhermolekularer Verbin-dungen bzw. zur Bildung von Ethern, Aldehyden, Ketonen (Chinonen) oder Aliphaten ge-kommen sein kann (Kapitel 4.6, 4.7). Entgegen ersten Vermutungen führt die abiotische Re-aktion von Brenzkatechin auf der Oberfläche von Tonmineralen jedoch nicht zur Entstehung eines einzelnen Reaktionsprodukts, es konnten insgesamt 10 neue Verbindungen nachgewie-sen werden.

4.5.2.2 HPLC-MS der Reaktionsprodukte des Brenzkatechins

Zur Bestimmung der Molekülmassen und somit zur Identifikation der entstandenen Reakti-onsprodukte der Belegung des Montmorillonits mit Brenzkatechin wurde in Kooperation mit der Arbeitsgruppe Organische Chemie der Universität Oldenburg verschiedene mas-senspektrometrische Untersuchungen durchgeführt. Unter anderem wurden die in Göttingen erzielten Ergebnisse mit einem an ein Massenspektrometer gekoppeltem HPLC-System (HPLC-ACPI-MS, mit RP-C18-Säule (Merck Lichrospher 100, 5 µm, 250x4 mm), Metha-nol/Wasser-Gemisch im Verhältnis 25:75) nachgebildet. Für die massenspektrometrische A-nalyse der Reaktionsprodukte des Brenzkatechins konnten erste Ergebnisse erzielt werden, für die übrigen Phenole stehen die Daten noch aus.

Für das extrahierte Probenmaterial der Belegung von Montmorillonit mit Brenzkatechin konnten im Bereich von 0 bis 10 min 7 Peaks detektiert werden (Tabelle 11).

Tabelle 11: Ergebnisse der HPLC-MS-Analyse der extrahierten Überzüge der Belegung mit Brenzkatechin.

Retentionszeit (min) Masse (m/z) mögliche Zuordnung

2,17 309 Pentacenedion, Warfarin

2,28 161 Naphtalendiol, Ethanon, 1,2-Dihydroxynaphtalen 3,45 215, 247, 827 215: Benzoesäure, Methanon, Benzylmethoxyether

247: Tetrahydroxybenzophenon 3,60 309

3,87 293

4,29 141 Cyclohexadiendion, Methoxyresorcinol, Methoxyhydroquino-ne, 1,2-Benzendiol

5,53 215

Aus der Tabelle 11 kann entnommen werden, dass, wie bereits durch die Interpretation des Chromatogramms angenommen, durch die Reaktion des Brenzkatechins an der Tonmineral-oberfläche zum einen eine Oxidation des Phenols eingetreten ist. Andererseits zeigen die de-tektierten Molekülmassen im Vergleich zum Brenzkatechin mit einer Masse von 110 u, dass es zur Bildung von Dimeren bzw. Oligomeren gekommen ist, da Massen mit mehr als 220 u zu beobachten sind.

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4.5.2.3 Reaktionsprodukte des Pyrogallols

Die chromatographische Trennung der extrahierten Reaktionsprodukte des mit Pyrogallol be-legten Montmorillonits (Abbildung 80) weist ebenfalls die Entstehung von 10 neu auftreten-den Verbindungen nach. Neben dem Peak des Lösemittels bei 2,9 min ist im Unterschied zum Chromatogramm des Brenzkatechins festzustellen, dass nur ein Peak eine kürzere Retentions-zeit als das Pyrogallol (3,83 min) aufweist und somit einer Verbindung mit einer geringeren Molekülgröße bzw. höheren Polarität zugeordnet werden kann.

Pyrogallol

Abbildung 80: Chromatogramm der extrahierten Überzüge des mit Pyrogallol belegten Montmorillonits.

Die Retentionszeiten der übrigen Verbindungen sind zum Teil deutlich länger als die der Ausgangssubstanz (5,2, 5,5, 6,4, 6,9, 9,3, 9,7, 14,3, 20,8 und 23,3 min). Daraus kann nach der vorab dargestellten homologen Reihe der Zunahme der Festhaltekräfte abgeleitet werden, dass die Reaktion des Pyrogallols an der Tonmineraloberfläche zur Bildung von Reaktionsproduk-ten mit stärkeren FesthaltekräfReaktionsproduk-ten als die des dreiwertigen Phenols geführt hat. Es sind in die-sem Falle Reaktionsprodukte mit einer niedrigeren Polarität bzw. größeren Molekülmasse entstanden (Ether, Aldehyde, Ketone und Aliphate). Daraus kann eine Oxidation des Pyrogal-lols zu Chinonen bzw. eine Polymerisation des Phenols bzw. seiner Oxidationsprodukt(e) an-genommen werden (Kapitel 4.6/4.7). Insbesondere die im Vergleich zur Ausgangssubstanz re-lativ langen Retentionszeiten von 14,3, 20,8 und 23,3 min lassen darauf schließen, dass es durch Verknüpfung mehrerer Phenolmoleküle zur Bildung eines aromatischen Oligmers bzw.

Polymers gekommen sein kann. Die Intensität dieser Peaks im Vergleich zur Ausgangssub-stanz und den übrigen Signalen deutet auf eine Bevorzugung der Bildung der entsprechenden Reaktionsprodukte und somit zu unpolareren bzw. höhermolekularen Verbindungen hin.

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4.5.2.4 Reaktionsprodukte des 2,6-Dimethylphenols

Das Chromatogramm der extrahierten Überzüge des mit 2,6-Dimethylphenol belegten Mont-morillonits (Abbildung 81) weist neben dem Peak für das Lösemittel (2,7 min) und der Aus-gangssubstanz bei 16,96 min weitere 10 neu hinzutretende Substanzen auf.

2,6-Dimethylphenol

Abbildung 81: Chromatogramm extrahierter Überzüge des mit 2,6-Dimethylphenol belegten Montmorillonits.

Im Unterschied zu den vorangegangenen Chromatogrammen des Brenzkatechins und des Py-rogallols ist zu erkennen, dass alle neu auftretenden Peaks kürzere Retentionszeiten als die des 2,6-Dimethylphenols aufweisen (3,2, 4,0, 6,0, 6,8, 7,6, 8,0, 8,7, 9,4, 9,9 und 14,8 min).

Entsprechend der homologen Reihe der Festhaltekräfte kann somit davon ausgegangen wer-den, dass die Reaktion des Phenols an der Oberfläche des Montmorillonits die Entstehung von Verbindungen mit einer höheren Polarität bzw. einer geringeren Molekülgröße zur Folge hat.

Die relativ hohe Intensität des Peaks bei 9,4 min sowie 9,9 und 14,8 min zeigt, dass die Reak-tion des 2,6-Dimethylphenols bevorzugt in Richtung der Bildung von Verbindungen dieser Peaks entsprechend abgelaufen ist und so vorwiegend diese Reaktionsprodukte gebildet wor-den sind.

4.5.3 Diskussion der Ergebnisse

Die dargestellten Ergebnisse der chromatographischen Trennung der von den Tonmineralen extrahierten organischen Überzüge konnten nachweisen, dass es durch die Reaktivität der Tonminerale zur abiotischen Reaktion der auf den Tonmineraloberflächen sublimierten Orga-nika gekommen ist und durch diese Aktivität eine Vielzahl von Substanzen mit verschiedenen chemischen Eigenschaften entstanden sind.

Im Falle der Belegung des Montmorillonits mit Brenzkatechin zeigen die Ergebnisse, dass vorwiegend Reaktionsprodukte mit kürzeren Retentionszeiten, d. h. mit einer höheren Polari-tät, entstanden sind. Die massenspektrometrischen Analysen bestätigen dies und weisen

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sätzlich die schon vorab vermutete Polymerisation der aromatischen Strukturen zu Dimeren bzw. Oligomeren nach.

Die Reaktion von Pyrogallol resultiert in der bevorzugten Bildung von Reaktionsprodukten mit längeren Retentionszeiten als das Phenol und lässt somit die Entstehung von Verbindun-gen mit unpolarerem Charakter bzw. höheren Molekülmassen erkennen.

Für die Belegung des Tons mit 2,6-Dimethylphenol kann festgehalten werden, dass dessen Reaktion an der Tonmineraloberfläche zur Entstehung von Verbindungen mit kürzeren Reten-tionszeiten als die Ausgangssubstanz geführt hat, was wiederum auf Substanzen mit polareren Eigenschaften schließen lässt. Außerdem kann auch in diesem Falle beobachtet werden, dass die Reaktion bevorzugt in Richtung der Bildung von drei Verbindungen abläuft.

Um die extrahierten Proben, bei denen es sich um Substanzgemische handelt besser zu cha-rakterisieren bzw. identifizieren zu können, wurde mit Hilfe einer semipräparativen Säule und eines Fraktionensammlers die einzelnen Fraktionen voneinander getrennt gesammelt und ei-ner IR-spektroskopischen Untersuchung zugeführt. Die gewonnenen Ergebnisse sind in Kapi-tel 4.6 dargesKapi-tellt.