Trennung von Oligogalakturonsäuren an Anionenaustauschern

Research Collection

Doctoral Thesis

Trennung von Oligogalakturonsäuren an Anionenaustauschern

Author(s):

Derungs, Romano Publication Date:

1958

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https://doi.org/10.3929/ethz-a-000090776

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ETH Library

Prom. Nr. 2792

Trennung ^von Oligogalakturonsäuren

an Anionenaustausehern

VON DER

EIDGENÖSSISCHEN TECHNISCHEN

HOCHSCHULE

IN

ZÜRICH

ZUR ERLANGUNG DERWÜRDE EINES

DOKTORS DER TECHNISCHEN WISSENSCHAFTEN GENEHMIGTE

PROMOTIONSARBEIT

VORGELEGT VON

Romano Derungs

Dipl. Ing.-Chem. ^ETH

von Castrisch(Kt. Graubünden)

Referent: Herr Prof. Dr.H.Deuel

Korreferent: Herr Prof.Dr. A.

Frey-Wyssling

Zürich 1958

L.Speich, Reproduktionsanstalt,Brandschenkestr.47/49

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Meinen lieben Eltern und meiner lieben ^Frau

in Dankbarkeit

gewidmet

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MeinemverehrtenLehrer,

HerrnProfessor Dr. H.

Deuel,

möchteich für seine

vielseitigen

Anregungen^{und diewertvolle} Unterstützung^{bei der}Ausführung^dieser Arbeit meinen besten Dankaussprechen.

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INHALTSVERZEICHNIS

Seite

1. Einleitung ⁹

2. Literatur 10

21. Literatur über Oligogalakturonsäuren ¹⁰

211. Enzymatischer^{Abbau von}

Polygalakturonsäure

zu Oligogalakturonsäuren ¹⁰

212. Trennung^von

Oligogalakturonsäuren

¹²

2121. TrennungdurchfraktionierteFällung^undLösung ¹² 2122. Trennung^durch Verteilungs-^undAdsorptions¬

chromatographie ¹³

2123. Trennung ^durch

Ionenaustauschchromatographie

¹⁴ 213. Identifizierung^undCharakterisierung^derOligo¬

galakturonsäuren ¹⁵

22. Literatur über Ionenaustausch 17

221. Ionenaustauschgleichgewichte ¹⁷

222. Formulierung ^und Messung^vonIonenaustausch-

gleichgewichten

¹⁷

223. Gleichgewichte^anAnionenaustauschern 20

224. Ionenaustauschchromatographie ²³

2241. Trennungsverfahren ²³

2242. Faktoren, ^{die den} Trennungsgangbeeinflussen 24 2243. Trennung^vonverschiedenen Anionen 27 23. Literatur über Perjodatoxydation organischer Verbindungen ²⁹ 231. Reaktionen bei derPerjodatoxydation ²⁹

232. Analytische Bestimmungsmethoden ³²

233. Einfluss verschiedener Faktorenauf die

Perjodatoxydation

³⁴

2331. Konzentration und Lösungsmittel ³⁵

2332. pH ^{undPuffer 35}

2333. Temperatur ^{undLicht 36}

234.

Perjodatoxydation

^{von Uronsäuren 36}

3. Versuche undErgebnisse ⁴¹

31. Isolierung ^undCharakterisierung^vonOligogalakturonsäuren ⁴¹ 311.

Enzymatischer

^{Abbau der} Polygalakturonsäure ^zu

Oligogalakturonsäuren ⁴¹

312. Trennung^derOligogalakturonsäuren ^anAnionen¬

austauschern 43

Seite

3121. Trennung ^{am Dowex}

1,

^{2 und 3 43}

3122. Trennung ^am Deacidite FF 51

313. Charakterisierung^der

Oligogalakturonsäuren

⁵³ 32.

Gleichgewichtsisothermen

^der Mono-, ^{Di-und Tri¬}

galakturonsäure ^an Anionenaustauschern 54

321. Gleichgewichte ^{am Dowex 3 54}

3211. Charakterisierung^desAnionenaustauschers

Dowex 3 54

3212.

Gleichgewichtsversuche

⁵⁷

322.

Gleichgewichte

^{am Deacidite FF 60}

3221. Charakterisierung^desAnionenaustauschers

Deacidite FF 60

3222.

Gleichgewichtsversuche

⁶³

33.

Perjodatoxydation

^von Galakturonsäuren 66

331. AnalytischeBestimmungsmethode ⁶⁶

332. Perjodatoxydation ^vonMonogalakturonsäure ^unter

verschiedenen

Bedingungen

⁶⁷

3321. Perjodatoxydation^von Monogalakturonsäure^bei

verschiedenempH^mitundohne Lichteinwirkung ⁶⁷ 3322.

Perjodatoxydation

^vonMonogalakturonsäure ^bei

pH4 unter Lichtausschluss mit verschiedenem

Ueberschussan

Natriumperjodat

⁶⁹

333. Perjodatoxydation^vonDi-und Trigalakturonsäure ⁶⁹

4. Diskussion 71

41. Chromatographische Trennung ^derOligogalakturonsäuren

anAnionenaustauschern 71

42. Gleichgewichtsisothermen^derMono-, Di- und Tri¬

galakturonsäure^anAnionenaustauschern 73

43. Perjodatoxydation^vonGalakturonsäuren 75

5.

Schlussbetrachtung

⁷⁷

6.

Zusammenfassung

⁸⁰

7. Literaturverzeichnis 83

1. EINLEITUNG

ZurHerausarbeitung^dercharakteristischen

Eigenschaften

^von Polyelektro- lyten^im Vergleich^{zu den}

Eigenschaften

^vonmonomerenElektrolyten ^scheint

eswertvollzu sein, ^{auch an}oligomeren Elektrolyten Untersuchungen^anzu¬

stellen. Da die Synthese oligomerer Elektrolyte schwierig ist, ^istzu versuchen,

ausnatürlichen Polyelektrolyten, ^{dieausnur einer ArtvonBausteinen} aufge¬

baut

sind,

^durchpartiellen

hydrolytischen

Abbau Oligoelektrolyte ^zugewinnen.

DiePektinsäure

(Polygalakturonsäure)

^{ist für solche}Untersuchungen^besonders geeignet, ^{da sie} enzymatisch ^leichtzu oligomerenBruchstückenabgebaut ^wer¬

denkann. Dadie Isolierung ^{der reinen} Oligouronsäurenerst in letzter Zeitge¬

lang, ^{sind die}

Eigenschaften

^vondiesen Oligomeren^{und deren}Derivaten noch wenig^bekannt.

Hingegen

^{sind die}Eigenschaften ^dera-D-Monogalakturonsäure wiederholtmit denender a

-D-Polygalakturonsäuren verglichen

^worden.

Die Mono-,

Di-,

^{Tri- und}Tetragalakturonsäuren^wurdenvorwiegend durchfraktionierteFällung^und Lösung^von NaSr-, Sr-, Ca-, Cu-, ^{Pb- und} Brucinsalzen isoliert. Durch

Verteilungschromatographie

konnten die

Oligo¬

uronsäuren inpräparativen Mengen ^andickemPapier getrennt^{werden. Mit} Ionenaustauschern sind

oligomere

^{Uronsäurenbisher nicht}getrennt

worden,

^ob¬

wohl monomere Uronsäuren und ZuckeranAnionenaustauscherngut getrennt werdenkönnen.

Die

vorliegende

^Arbeit bezweckte,

Oligogalakturonsäuren

ⁱⁿgrösseren Mengen^{an Säulen von}Anionenaustauscherharzenzu trennen. Verschiedene Har¬

ze sind dazu auf ihre Eignung^{untersuchtworden.}

Zudem wurden IsothermenvonIonenaustauschgleichgewichten ^vonOligo- galakturonat-und anderen Anionen anverschiedenenAnionenaustauscherharzen aufgenommen. Dadurch sollte die Selektivität der Harzefürdie einzelnen Oligo- galakturonationen ermittelt undAnionen, ^{die sichzur Elutionder} Oligogalakt- uronationenvonden Harzeneignen,

ausfindig

gemacht^werden.

Zur Verfolgung^der Trennung^vonOligogalakturonsäuren ^anAnionenaus- tauschersäulen und auch ^zurAufnahme von

Gleichgewichtsisothermen

^zwischen

Oligogalakturonat-

und anderen AnionenanAnionenaustauschernwar es nötig, einfache

quantitative

^{Methodenzur Bestimmungkleiner} Mengen^an

Oligogalakt¬

uronsäuren auszuarbeiten. Zudiesem Zweck wurde die Oxydationdieser Säuren mit 3,5-Dinitrosalizylsäure ^undmit Perjodat ^studiert. Da die Versuche über die Oxydationen ^mit Perjodat nichtalleinfür die Analyse interessant sind,^werden sie etwas

eingehender mitgeteilt.

2. LITERATUR

21. Literatur über Oligogalakturonsäuren

211.

Enzymatischer

^{Abbau von}

Polygalakturonsäure

^zu

Oligogalakturonsäuren

AlsAusgangssubstanz ^zurGewinnung^von Oligogalakturonsäuren ^dient das Pektin. Pektin ist teilweise mitMethanolverestertePolygalakturonsäure.

Die

Polygalakturonsäure

^bestehtausD-Galakturonsäure-Bausteinenin

pyranoider

Form, ^{diedurch a}

-1,4-glykosidische Bindungen

^zueiner Faden¬

molekel verknüpft^sind

(Abb.l;

vgl. Zusammenfassung^überPektine,

79, 93,

105,

38, 171).Neben

der D-Galakturonsäure wurden bei derMethanolyse (85) und demenzymatischen^Abbau

(120)

geringe Mengen^an Galaktose, ^Arabinose und Rhamnosegefunden. ^{Es steht}noch nicht einwandfreifest, ^obdiese Zucker kovalent andie Makromolekelgebundensind oder ob sie als Verunreinigungen auftreten. Die Makromolekeln weisen einen

Polymerisationsgrad

^{von 50bis} 1000 auf.

COOH H 0H C00H

Abb.l Teil einer Polygalakturonsäuremolekel

Das Pektin lässt sich z.B.

heterogen

mit

Natronlauge

ⁱⁿIsopropylalkohol

vollständig

^zu Polygalakturonsäure ^verseifen. Zur

Vermeidung

^vonNeben-

reaktionenwirddie

Verseifung

^bei

Zimmertemperatur

oder darunter durch¬

geführt

(123,

2). ^Die spezifischwirkende Pektinesterase

(vgl.

Zusammenfassun¬

gen

94, 102, 39, 40)

eignet sichzur Herstellung^vonPolygalakturonsäure nicht, da mit ihr keinevollständige Ver seifung erreicht wird

(84).

Die

Oligogalakturonsäuren

werden durchenzymatischen^{Abbau der} Polygalakturonsäuregewonnen. Frühere Arbeiten^über eine

Isolierung

^von

Oligomeren

^durch

Hydrolyse

^{mit HCl}fanden keine

Bestätigung (49, 48, 47).

Ueber die

Wirkung

^derverschiedenen

Polygalakturonasen (Pektinasen,

^Pekto- lasen,

Pektinglykosidasen)

liegen zahlreiche Publikationenundverschiedene ausführlicheZusammenfassungen

(94, 102, 39, 40)

^vor.

Polygalakturonasen,

die spezifisch^diea

-1,4-Glykosidbindung

^der Pektinstoffe

hydrolysieren,

kommen inMikroorganismen, ^{Pilzen undeinzelnen} höheren Pflanzenvor. Neben den

Oligogalakturonsäuren,

^denPolygalakturonsäuren^{und deren}partiellen Methyl- ^undAzetylestern^{wird auchdie} 4-(a

-D-Galakturonosyl)-L-galakton-

säuredurch Schimmelpilz-Polygalakturonasen gespalten

(113).

Nichthydro- lysiertwerden durch dieses

Enzym

^das

Methylglykosid

der Galakturonsäure und ihres Methylesters,^{ferner der} Dimethylester und die beiden

Monomethyl-

ester der

Digalakturonsäure,

^der Trimethylester^der

Trigalakturonsäure

^und

die

vollständig

mit Methanolveresterte

Polygalakturonsäure (84, 113).

Jenach derArtdes

Enzyms erfolgt

^derAbbaupartiell^{oder voll¬}

ständig

^zu Monogalakturonsäure.

Geschwindigkeit

und Mechanismus derReak¬

tion sindu.a. vom Veresterungs-^und

Polymerisationsgrad

^{desPektinsab¬}

hängig.

^Die Spaltung^der

glykosidischen

Bindung^der Fadenmolekelnkann statistisch odervonden Enden her

erfolgen.

Nach dem Abbaumechanismus können beiden

Polygalakturonasen

dreiTypenunterschieden werden:

———— verflüssigende Polygalakturonasen verflüssigende Polymethylgalaxturonasen

————— verzuckernde Polygalakturonasen.

Verschiedene Typen ^kommeninderNatur häufig^zusammen vor.

Dieverflüssigenden Polygalakturonasen spalten ^die

glykosidischen Bindungen

^vorallemvonniederveresterten Pektinenund zwarmehr oder

weniger zufällig.

^DieViskosität nimmt dabeianfänglich^beigeringer ^Zunahme derAldehydgruppen^{sehr starkab. Der}weitere Abbau zumMonomerenerfolgt dannmeistensbedeutendlangsamer

(114,

³⁰,

134, 104),Eine verflüssigende Polygalakturonase

^{konnte ausderHefe} Saccharomyces

fragilis

^{als ein¬}

heitliches Enzymisoliertwerden

(30, 134).

^Ausdem Reaktionsschema Igeht

hervor,

dass dieses Enzym ^dieglykosidische

Bindung

^vonGalakturonsäuren verschiedenenPolymerisationsgrades spaltet.

ReaktionsschemaI

AbbauvonGalakturonsäuren verschiedenen

Polymerisationsgrades

^durch Saccharomyces fragilis ^- Polygalakturonase

Poly- ^{» Tetra-+ Di- +}Monogalakturonsäure Tetra ^»- Tri- +Di- +Monogalakturonsäure Tri- ^» Di- + Monogalakturonsäure

Di- ^»- stabil

Dieverflüssigenden Polymethylgalakturonasen hydrolysieren^vor allem Pektinevonhohem

Veresterungsgrad (155).

^{Sie sind}wenig^studiert worden.

Die verzuckerndenPolygalakturonasen spalten^die

Polygalakturon-

säure-Fadenmolekelvon einem Kettenende her, ^{und zwar} wahrscheinlich

vom nicht-reduzierendenEnde her

(109, 167).

Zur Gewinnung^von

Oligogalakturonsäuren

eignet ^sichdiever¬

flüssigende

Polygalakturonase^{am besten.}

212. Trennung^vonOligogalakturonsäuren

2121. Trennung durch fraktionierte Fällung^und Lösung

Durch fraktionierte

Fällung

^und Lösungihrer Schwermetallsalze konnten

Oligogalakturonsäuren

^{bis zur} Tetragalakturonsäure^ausPartial-

hydrolysaten

^{des Pektins}getrennt^{werden. Phaffund Luh}

(135)

trenntenaus

enzymatisch

abgebauter

Polygalakturonsäure^{die Di-} und

Trigalakturonsäure

als Strontiumsalze durchFällung in 60-proz. Alkoholvonder Monogalakturon¬

säure. Die Strontiumsalze der Di- und TrigalakturonsäureHessen sich durch wiederholte fraktionierteFällung ⁱⁿverschieden konzentriertem

(25

^bis

60%)

Alkohol trennen. Die Autoren stellten auchfest, dassdas Bleisalz der Tri¬

galakturonsäure schwer löslich

ist,

^{während das}Pb-Digalakturonat ^{sich in} kaltem Wasser gut ^{lösen lässt.}

Reid und Mitarbeiter

(8)

konnten Di- und Trigalakturonsäure^als

Ca-Salze in60-proz. Alkoholfällen und vondem löslichen

Ca-Monogalakturo-

natquantitativ^{abtrennen. Di- und}Trigalakturonsäure Hessen sichaufGrund der verschiedenen Löslichkeit ihrer Bleisalzetrennen.

Unabhängig ^vonden oben erwähnten Autoren gelang Altermatt^undDeuel

(3,4,2)

^dieIsolierung^der Di-, ^{Tri- und} später^der Tetragalakturonsäure. Aus dem Partialhydrolysat ^dergereinigten, enzymatisch abgebauten Polygalakt- uronsäure kristallisierte die Monogalakturonsäure als NaSr-Salzaus

(90).

DieMutterlauge^{wurde mit}85-proz.^{Alkoholversetzt.} Papier chromatogra¬

phisch ^konnte

festgestellt werden,

dass dadurch nurdie Oligouronateausge¬

fällt

wurden,

^während das restliche Monogalakturonat^zusammenmit den Begleitsubstanzen ArabinoseundGalaktose in Lösungblieb. Hieraufwurde dest. Wasser zugegeben, ^bis die Alkoholkonzentration nur noch40%

betrug.

Die Digalakturonsäure

ging

^{dabeials NaSr-Salz in} Lösung. Tri- und Tetra¬

galakturonsäure Hessen sichals Bleisalzetrennen. Das Bleisalzder Tri¬

galakturonsäure ^{ist inwarmemWasser ein}weniglöslich und kann durch Aus¬

waschen mit reichlichWasser von90°C vonder Tetragalakturonsäurege¬

trenntwerden.

Ozawa

(126)

konnte Di- und Trigalakturonsäure ^durchfraktionierte Kristallisationder Brucinsalze isolieren.Demain und Phaff

(31)

fällten die Tetragalakturonsäure^{aus einem} Gemischvon Mono-, Di-, ^{Tri-und Tetra¬}

galakturonsäure^mitKupfernitrat^beipH

4,5.

Durch wiederholtesWaschen undFällen des Cu-Tetrauronates konnte die Tetragalakturonsäure ^{in einer} Ausbeute von

12,7% (bezogen

^{auf die}

Pektinsäure)

rein isoliertwerden.

2122. Trennung ^durchVerteilungs-^und

Adsorptionschromatographie

Oligouronsäuren^könnenpapier chromatographisch^mitwassergesättig¬

terIsobuttersäure getrenntwerden. Jermyn

(86)

^versuchtedieses Verfahren

zupräparativenZwecken mit Zellulosekolonnenauszuführen. Da die Uron- säurenin

wassergesättigter

Isobuttersäure sehr

wenig

löslich sind

(5

mg

/

100 cm

)

undsich die Isobutter säure nur schwer entfernen

lässt,

^{hatte der}

Versuch keinen Erfolg. Auch mit einemAethylazetat-Essigsäure-Wasser- Gemisch

(10

^{: 6 :}

5)

^{hatte das}Verfahren mit einer Zellulosekolonne keinen Erfolg

(140).

^{OzawaundOkamoto}

(127)

^{erreichteneineteilweise}

Trennung

der Di-und Trigalakturonsäure ^anZellulosekolonnen mit einem n-Butanol-

Essigsäure-Wassergemisch ⁽¹⁰

^{: 3 :}

^5).

^Die Fraktionen mit dengeringsten Ueberlappungen^wurdenüber das Bariumsalz

gereinigt.

^{Miteinem Gemisch}

von Aethylazetat, Essigsäure^undWasser

(10

: 6 : 5) ^konnten McCready und McComb

(110)

^eine Mischung ^von Mono-, Di-, ^{Tri- und} Tetragalakturon- säure andickem Papier

(Eaton-Dickeman

Nr.301 oder Whatman Nr.103)^nach demaufsteigenden ^{Verfahrentrennen.}

Whistlerund Durso

(170)

konnten neutrale

Oligosaccharide

^an Kohle-Celite-Kolonnentrennen. Oligouronsäuren ^{Hessensich damitaber} nichtisolieren

(2, 6),

^{weil Kohle}je ^nachdem

Aktivierungsverfahren

^nicht bloss als

Adsorbens,

sondern auchals Ionenaustauscher wirkt

(9,76).

^Ashby,

Brooksund Reid

(6)

unterdrücktenden störenden Ionenaustausch durch Ver¬

esterung^derKarboxylgruppen ^mit

Aethylenglykol.

^Die

Glykolester

^der

Mono-,

Di-und Trigalakturonsäure^{konnten mit}wässerigem^Alkohol

steigender

Kon¬

zentration

(2,5%, ^5%

^und

^10%)

nacheinander eluiert werden. Dieses Ver¬

fahreneignete ^{sichnicht fürdie} Isolierung^vongrösseren Mengen. ^DieKapa¬

zität der Kolonnewarsehr

gering,

^die

Rückgewinnung

der Uronsäuren durch alkalische Verseifung^{sehr heikel unddie}anschliessendeEntfernung^des Aethylenglykolsdurch Destillationschwierig.

2123. Trennung^durch

Ionenaustauschchromatographie

Williams undJohnsons

(172)

stellten bei derAnalyse^{von Frucht¬}

säftenfest, ^dassdie

Polygalakturonsäure

^vonAnlonenaustauschern nicht adsorbiert wird. NachDeuel und Mitarbeiter

(37)

^{wird die}Monogalakturon- säure dagegen

quantitativ

^amAnionenaustauscher in der OH-Form fixiert.

Mit

steigender

Kettenlänge ^der Oligo- ^und

Polygalakturonsäuren

^{nimmt die} adsorbierte Menge ^am Anionenaustauscher sehr starkab.

Später^wurdenvonverschiedenenAutoren

(145, 116,117, 174)

^Metho¬

denzur Isolierung^derMonogalakturonsäure^anAnionenaustauschern ange¬

geben. ^Aus

enzymatisch abgebauter

Polygalakturonsäure^{wurdenach vorher¬}

gehender

Klärung^der Hydrolysate ^die Monogalakturonsäure ^am Anionenaus¬

tauscher inderOH-Form adsorbiertund vondennichtadsorbierten Begleit- zuckern getrennt. Anschliessendwurde die Monogalakturonsäure^{aus dem} Harz mit 25- bis40-proz. Essigsäure (145) oder Salzsäure 1 : 3

(116,

117) eluiert.

Khym undDoherty

(95)

trenntenam Anionenaustauscher Dowex 1 in der Azetatform die Galakturon- und die Glukuronsäure vonden neutralen Zuckern Arabinose undGalaktose. Aus der Kolonne wurde mit

0,15-n. Essigsäure

^zu¬

erstdie

Galakturonsäure,

^danndie Glukuronsäure eluiert. Mannuronsäure und Glukuronsäure liessen sichhingegen^{nichttrennen.}

Ashby, ^Brooksund Reid

(6)

habenMono-, ^{Di- und} Trigalakturonsäure

am Deacidite FF inFormiatform getrennt. ^MitAmeisensäuresteigender ^Kon¬

zentration

(0,2-n.; 0,5-n.; 1-n.)

wurde zuerst

Mono-,

dann Di- und zuletzt Trigalakturonsäure^ausder Kolonneeluiert. Diese Arbeit stützt sich auf Ergebnisse

(32)

^der

vorliegenden

Arbeit, ^{diedenAutoren}persönlich mitge¬

teilt wordenwaren.

Ueber dasVerhaltenvon

Oligogalakturonsäuren

^anIonenaustauschern istalsonoch sehrwenig^bekannt.

213.

Identifizierung

^und

Charakterisierung

^der Oligogalakturonsäuren

Dererstequalitative Nachweis der

Oligogalakturonsäuren

^stammtvon Jermyn

(86).

^{Er trenntedie} Oligogalakturonsäuren papierchromatographisch und entwickelte sie mitammoniakalischer

Silbernitratlösung.

Später^wurden verschiedene aufsteigende

(110, 111,

60) ^undabsteigende

(8,

126, 2, 31, 127) papierchromatographische ^Methodenausgearbeitet. ^{Zum Entwickelnwurden} verschiedeneReagentien, ^die auf die reduzierendenendständigen Aldehyd- gruppen

(8, 126, 2, 31, 111, 127, 63)

ansprechen, ^oder Säureindikatoren verwendet

(8, 110,

31). Di-, ^Tri-und Tetragalakturonsäure^wurdenpapier¬

chromatographisch ^{mit der} Monogalakturonsäure verglichen ^unddurch

R^

^-

Wertecharakterisiert

(38, 113, 110, 2, 31, 63).

Quantitative papierchromatographische ^Methodenzur Bestimmung der Oligouronsäuren^{wurdenvonReid}

(8)

und Mitarbeiternund McComb und McCready

(111)

ausgearbeitet.

Der kolorimetrische Bleiazetat-Test nachEhrlich

(46)

^{wurde von}

der Monogalakturonsäure

(ziegelrot)

^{aufdie Di-}

(orange),

^Tri-

(hellorange),

Tetra

(gelb)

^undPolygalakturonsäure

(gelb)

ausgedehnt

(J.IO, 63).

^Der Eisen- hydroxamsäuretest ^zur Prüfungauf eine eventuelle

Laktonbildung

der Uronide fiel negativ^aus

(63).

Quantitativekolorimetrische Bestimmungen^derMono-,

Di-, ^{Tri- und}Tetragalakturonsäure ^{wurden mit}Dinitrosalizylsäure

(32)

^uid

Anthron

(75)

ausgeführt.

Quantitativ wurden^die Oligouronsäuren^{ferner durch}Mikroanalyse ^und durchBestimmung ^des Verhältnissesdertitrierbaren

Karboxylgruppen

^und der nach Willstätter-Schudel

(173)

^bestimmten

Aldehydgruppen

charakteri¬

siert. Di-, ^{Tri- und} Tetragalakturonsäure zeigen^{eine starke} positive

optische Drehung (38, 110, 2, 113).

Diese lässt auf eine

a-glykosidische Verknüpfung

der Galakturonsäurenbausteine schliessen._{Die grosse}Säurestabilität deutet auf einepyranoideStruktur der einzelnen Galakturonsäurebausteine hin

(5,2).

Die Brucinsalze der Mono-, ^Di-undTrigalakturonsäure

kristallisierten;

^die

Kristalle wurden auchröntgenographisch^untersucht

(112).

Jonesund Reld

(87)

versuchtendie Konstitution der

Trigalakturon¬

säureaufzuklären. ^Die Trigalakturonsäure^{wurdeverestert}und anschliessend mit Natriumborhydrid^zumMethylgalaktosidreduziert. Eine kleine Menge^des

Methylgalaktosids

ergabnach der sauren

Hydrolyse Galaktose,

^die papier^- chromatographisch

nachgewiesen

wurde. Nachder vollständigen

Methylierung

und der anschliessenden sauren

Hydrolyse

^konnten

2,3,4,6-Tetramethyl-D- galaktose, 2,3,6-Trimethyl-D-galaktose

^und

2,6-Dimethyl-D-galaktose

^iso¬

liertwerden.

Durch das Auftretender

2,6-Dimethyl-D-galaktose

^istdie Konstitution der Trigalakturonsäure^nicht

eindeutig

^{bewiesen. Die Verfasser}führen das Auftretender

2,6-Dimethylgalaktose

^aufeine

unvollständige Methylierung

^zu¬

rück.

Später^{wurde der} Trimethylester^der Trigalakturonsäure

(88)

mit Lithium-Aluminiumhydrid hydriert, worauf eine

vollständige

Methylierung erreicht wurde. DieAnalyse ^derzwei Bruchstücke

ergab 2,3,4,6-Tetramethyl-

D-galaktose ^und

2,3,6-Trimethyl-D-galaktose,

^die

1,4-glykosidisch

^zu einer linearen Molekel verbunden sind.

Inzwischen konntenAltermattund Deuel

(5,2)

die Konstitution der

Digalakturonsäure

ebenfalls abklären. Nach der

Herstellung

^des

Methyldigalakt- uronosido-dimethylesters

^{wurde mit}Silberoxyd^und

Methyljodid

^achtmal methy- liert und dreimal mitDiazomethan verestert. Nach der Hochvakuumdestilla¬

tion der methylierten

Digalakturonsäure

wurden durch saureHydrolyse ^Bruch¬

stücke

erhalten,

^die

quantitativ

^aneiner Zellulosesäulegetrennt^{und als}

2,3,4-Trimethyl-

^und

2,3-Dimethyl-D-galakturonsäuren

identifiziert wurden.

Anschliessendkonnten Jones undReid

(89)

^{ebenfalls ander}

Digalakt-

uronsäure die Reduktion mit Lithium-Aluminiumhydriddurchführen.Diedurch dieseReduktion erhalteneVerbindung entsprach^derzu erwartenden

4-(a

^-D-

Galaktosido)

^-D

-galaktose.

Die Di-undTrigalakturonsäurebestehen demnach ausD-Galakturon- säurebausteinenin pyranoider Form, ^diedurcha-1,4 -glykosidische Bindung miteinanderverknüpft ^sind.

22. LiteraturüberIonenaustausch

221.

Ionenaustauschgleichgewichte

Untereinem Ionenaustauschgleichgewicht^verstehtman das Gleich¬

gewicht

^{bei der} Verteilungder austauschbarenIonenzwischendemIonenaus¬

tauscher unddem

umgebenden Medium,

^{in der}Regel^einer Lösung. ^{Der Ionen¬}

austausch

erfolgt

^imallgemeinen stöchiometrisch und reversibel. Ionenaus¬

tauscher sindPolyelektrolyte, die unlöslich oder durch Membranenander freienDiffusiongehindert ^{sind. Der}Ionenaustauscher kann daher nach Er¬

reichung^des

Gleichgewichts

^vom umgebenden^Medium

getrennt,

^unddie Ionenverteilungkannanalysiert werden. ^DieSelektivität derIonenaustauscher

bewirkt,

^{dass im}Gleichgewicht ^{die Ionenzwischen}Austauscher und Lösung ungleichmässig verteilt sindund deshalb voneinandergetrenntwerden können.

222. Formulierung^und Messung^von

Ionenaustauschgleichgewichten

Zur Beschreibung^von

Ionenaustauschgleichgewichten

eignet ^sich

am besten derSelektivitätskoeffizient

(36).

Er ist definiertals derQuotient

ausdem Verhältnisder Konzentration zweier Ionen amIonenaustauscher und dem Verhältnis der Konzentrationder

gleichen

^{Ionen in}

Lösung.

^Betrachtet

mandenIonenaustausch

+Ja"

⁺

^B"

^{* =£}

+~|b"

⁺

^A"

so ist der Selektivitätskoeffizient

Kg

^wie

^folgt

^definiert:

meistens Beladung

der mit Selektivitätskoeffizienten sich

die Da

worden.

besprochen

(169),

Baumann

und Wheaton

(131)

und Peterson besonderenvon

Anionenaustauschim

35),

für

(34, 36,

Hutschneker Deuelund

ausführlichvon

Regeln

sind einige

beeinflussen,

und Selektivität

die

Faktoren,

die verschiedenen

Die

^B

fürA als für B selektiver 1 :

Ko <

^B

gegenüber

B für A

Selektivität keine

1 :

IC, =

A

^B

fürB als A selektiverfür 1 :

>

bedeuten: IL, Es

A

Lösung der

Aequivalentbruch

in

Xß

=

bzw.

X.

Ionenaustauscher

Aequivalentbruch

am

X„ =

bzw.

X.

phase)

liquid (L =

Lösung J

L J

LA

L

^{bzw. p t =}

Aequivalente

der IonenA~ bzw.

B"

_proEinheit

phase) resin

=

(R

Ionenaustauscher CR ⁼resin nhasp^

Tnnpnaiistaiisrhpr J"

L

•• J

Einheit

B~

pro

A~

bzw.

Ionen

Aequivalente

der

L

=

B"

A",,

bzw.

wobei:

XA

1 -

XB XA XA

XA

1 -

XB XA XA

M.

JB

A

Mb

(4.

stark

ändern,

^sindGleichgewichtsmessungen^überden ganzen Beladungs- bereichauszuführen. Beidergraphischen Darstellung ^derErgebnisse ^wird in der Regel der Selektivitätskoeffizient als FunktiondesAequivalentbruchs

am Harz

Kg

^=f

^(X.)

^oderder Aequivalentbruch^{eines Ions}am Harz als Funktion des AequivalentbruchsdesgleichenIons inder

Lösung aufgetragen

X.

f(XA).

Bei denmeisten Versuchender Literatur mit organischenAnionen tritt häufig ^{neben dem}Ionenaustausch noch zusätzlich

Adsorption

^{auf. Es} wurdendeshalb dieResultateals sog.

Adsorptionsisothermen aufgetragen.

Bei den eigenen^VersuchenmitOligogalakturonsäurenwurde diese Adsorption^durch Verwendung^vonverdünnten

Aussenlösungen

unterdrückt.

Alle Resultate wurden im Funktionsfeld

XA

^=f

^(X.) dargestellt.

^{Um eine Ver¬}

gleichsmöglichkeit

^mit

Darstellungen

^der

Kg-Werte

^zu

^haben,

^{sindinAbb. 2}

die Kurvenfür einzelne

Kg-Werte eingetragen.

^Alle

Darstellungen

^sindim gleichen ^Masstabausgeführt, ^{sodass ein}direkter Vergleich^ohneweiteres möglich ^ist.

Abb.2 Kurven konstanter Selektivitätskoeffizienten K„ im Funktionsbild X. f(XJ

(10)

Für die

Gleichgewichtsmessungen

^bestehenverschiedene Methoden.

Sie lassen sich inzwei

Hauptgruppen einteilen,

^{in dieKolonnen-und indie} Schüttelmethode

("batch method",

vgl.

82).

Der Vorteil der "batch"-Versuche liegt^{vor allem}

darin,

^dassdie

Gleichgewichtsverteilung

^ausdenAnalysen¬

datenderAussenlösung berechnet werden kann. Fernerwirdbedeutend

weniger Aussenlösung

gebraucht

^{als bei}Kolonnenversuchen. Kolonnenversuche werden vorteilhaftbeifast

vollständiger Beladung

^desAustauschers verwendet

(82).

223.

Gleichgewichte

^anAnionenaustauschern

Gleichgewichtsversuchemit Anionenaustauschern sind bis heutewenig ausgeführt^worden. Vor allem ist der Einflussverschiedener

Faktoren,

^wie

Konstitution, Vernetzungsgrad

^und

Quellungsgrad

^des

Austauschers, Verdünnung

u.s.w. , auf das

Gleichgewicht

^mitorganischenAnionen nie systematisch ^unter¬

sucht worden.

Anionenaustauscher tragen^als funktionelle Gruppen ^vorallem substi¬

tuierte

Aminogruppen,

^{diebiszu den}quaternärenAmmoniumbasensub¬

stituiert werdenkönnen.

Monafunktionelle,

^starkbasische Anionenaustauscher lassen sichnur schwerherstellen. Die

Polyfunktionalität

und zusätzlich die

geringe

^chemische Stabilität derAnionenaustauscher erschweren dasArbeiten mitihnen sehr. Die BasizitätdesAustauschers nimmtmit

steigendem

^Sub¬

stitutionsgrad ^{zu. Ein}

polyfunktionelles

^Harzträgtdarum verschieden

dissoziationsfähige

Gruppen, ^unddie Kapazitäteines solchen Harzes

hängt

starkvompH^ab.

Fisher undKunin

(51)

haben dieKapazität ^eines polyfunktionellen Harzes mitverschiedenenanorganischen^und organischen^Anionengemessen.

Die Kapazitäten ^sindverschieden undwerdenals scheinbareKapazitätenbe¬

zeichnet. Davies und Owen

(29)

berichtenüber

Kapazitätsmessungen

^{an stark} basischen Anionenaustauschern

(Dowex

1, ^{Dowex 2und Amberlite}

410)

mit HCl, verschiedenen Fettsäuren (C-. ^bis

C.)

^und Phenylessigsäure. ^Die Kapazitäten nahmen mit steigender Molekülgrösseder austauschbaren Ionen zu.Mit

Phenylessigsäure

^wardie Kapazitätdreimal sogross wie mit HCl.

Diese scheinbare

Kapazitätserhöhung

wurde als zusätzlicheAdsorption ^be¬

zeichnetunddurch Zugabe^von Dioxan

(bis 35%)

^fast

vollständig

zurückgedrängt. Interessant ist der AustauschvonOxalsäure beiverschiedenem pH

(50).

^MitabnehmendempH^wirddie Dissoziationder einenKarboxylgruppe zurückgedrängt, ^sodassdie Oxalsäure als scheinbar monobasische Säure nur miteiner

Karboxylgruppe

^am Harz fixiertwird. Dadurchwirddie Kapazität desIonenaustauschers scheinbar erhöht. Inverdünnten Lösungen^{voneinwerti¬}

gen anorganischen^und organischen^Säurenzeigten^{die starkbasischen Aus¬}

tauscherDowex 1 und Dowex 2 eine konstante Kapazität

(66).

Einzelne Selektivitätskoeffizienten^vonAnionenaustauschern sindvon

verschiedenenAutoren

(169,131,67)

gemessen^worden

(Tab. 1).

^Dieaufge¬

führten MessungenveranschaulichendenEinflussderfunktionellenGruppen auf dieIonenselektivität.

Die verschiedenenSelektivitätsregeln ^{sinddurch die} Messungen^be¬

stätigt

worden;

^der Zusammenhang ^zwischeneinzelnen Faktoren und der Ionenselektivitätist zum Teil nochausgeprägter^als bei den Kationen

(z.B.

Einfluss der

Ionengrösse).

^DieSelektivität steigt^ausserdem mit zunehmen¬

der Dissoziation

(12, 71, 22, 29),

^und aromatische Säuren

(132, 29, 22)

^wer¬

dengegenüber aliphatischen^Säurenbevorzugt

gebunden.

^{Schwache Anionen-}

austauscher sind sehr selektiv für das OH-Ion

(98, 97).

Bei

Ionenaustauschgleichgewichten

^{muss an sich immer die}ganze Gleichgewichtskurve ^bestimmtwerden, ^{da die} Selektivität vonder

Beladung

des Harzesabhängig ^ist. Bei bifunktionellen Anionenaustauschern werden zuerst die starkbasischenund erst später die schwächer basischenGruppen belegt. ^{BeimAustausch}grosserAnionen kann oft mit zunehmender Beladung nicht die gesamte Kapazität ausgenützt^werden

(98, 143,

68, 51).

Bisherwurden nureinige

Gleichgewichtskurven

^mitanorganischen Anionenausgeführt. Wheaton ^undBaumann

(169)

untersuchten den Ver¬

dünnungseffekt

^{beimAustauschCl -SO.}

"

und Cl ^- CO„ amDowex 2.

Siebestätigten die Selektivitätfür

zweiwertige

gegenüber einwertigen ^Ionen und auchdie

Erhöhung

^derSelektivitätfür zweiwertige^{Ionen bei}

Verdünnung

der Lösung. Die meisten Versuchemit organischen^Säurengehen ^vomAnionen- austauscherharz in derOH-Form_aus, sodass effektiv eine Neutralisationvor¬

liegt.

Petersonund Jeffers

(133)

zeigten, ^dassbei den niederen Fettsäuren

(C,

^{-CA die}

^Adsorption

^{ausverdünnten Lösungenvonder}Dissoziationabhän¬

gigist. In konzentrierten Lösungen ^isthingegen^die Molekülgrösse ^{für die} Adsorptionmassgebend. ^DieErgebnisse ^konntenjedoch ^{nichtmit der}

Tab.l Einfluss der funktionellenGruppen^{von zwei}Anionenaus- tauschern auf die Selektivität

(169)

Dowex 1

(Nalcite SBR)

^{Dowex 2}

(Nalcite SAR)

+

CH3

funktionelle Gruppen:-N-CH,

\ ^ö

CHg

CH,

funkt.

Gruppen:-N-CH2-CH2-OH CH3

Anion

KS

SC1

Salicylat

32,2

lodid

8,7

Phenolat

5,2

Bisulfat 4,1

Nitrat

3,8

Bromid 2,8

Cyanid

1,6

Bisulfit

1,3

Nitrit

1,2

Chlorid

1,00

Bikarbonat

0,32

Biphosphat 0,25

Formiat

0,22

Azetat

0,17

Aminoazetat

0,10

Hydroxyd

0,09

Fluorid

0,09

Anion

^Cl

Salicylat

32,2

Phenolat

8,7

lodid

7,3

Bisulfat

6,1

Nitrat

3,3

Bromid

2,3

Cyanid 1,3

Bisulfit 1,3

NUrit

1,3

Chlorid

1,00

Hydroxyd 0,65

Bikarbonat

0,53

Biphosphat

0,34

Formiat

0,22

Azetat

0,18

Fluorid

0,13

Aminoazetat

0,10

Freundlich' sehen oder Langmulr'sehen Isothermebeschrieben werden.

PetersonundGowen

(132)

unternahmen

ausgedehnte

Versuche mitver¬

schiedenen substituierten aromatischen Säuren^anschwach basischenAnionen- austauschern. Die

Ergebnisse

zeigtenkeine deutlichen

Beziehungen

^{zu den}

Eigenschaften

derbetreffenden Säuren.

224.

Ionenaustauschchromatographie

2241. Trennungsverfahren

Ueber

Herstellung, Aufbau, Eigenschaften

^und

Anwendung

^vonIonen¬

austauschern sind zahlreiche Publikationen veröffentlicht worden

(vgl.

^Zusam¬

menfassungen (120, 149, 36, 20, 16, 158, 125, 69, 21, 96a).

Je nach dem

Affinitätsunterschted,

^der zwischenzwei zutrennenden

Verbindungen besteht,

wird die Kolonnenmethode auf verschiedene Arten durch¬

geführt.

1. BeimElutionsverfahren wird dasIonengemisch ^am oberen Ende der Kolonne

aufgetragen.

Anschliessendwerdendie einzelnen Komponenten^auf Grund ihrer verschiedenen

Haftfestigkeit

^und

Wanderungsgeschwindigkeit

^mit einer geeigneten

Elektrolytlösung

getrennt^{ausderKolonne eluiert. DieseMe¬}

thode istam besten

geeignet,

^wenndie Affinitäten derzutrennenden Ionen nahe beieinander liegen. ^{DieAffinitätdes}Elutionsmittels muss vongleicher^Grössen-

ordnung

^seinwiedie derzutrennenden Ionen und wird meist etwastieferge¬

wählt. Wichtigerfür die Wahldes Elutionsmittels ist

jedoch,

möglichstgrosse Affinitätsunterschiededer zutrennenden Ionenzu

erreichen,

^{wasz.B. durch}

geeignete

^Wahlder Ionenkonzentration im Elutionsmittelmöglich ^ist.

2. DasGradient Elutionsverfahren

(1)

^{ist eine}

Weiterentwicklung

der Elutionsmethode. Die Konzentrationdes Elutionsmittelswirdkontinuierlich

gesteigert,

wodurch die meist langgestrecktenBandenden derKomponenten ^ver¬

kürzt werden

können;

^damitwerdendie Elutionsbande

kompakter,

^{und der}

Trennungseffekt

wird erhöht.

3. Beim Verdrängungsverfahren

(164)

^{hat das}Elutionsmittel eine höhere Affinität zumAustauscher als die zutrennenden Ionen. DieSelektivi¬

tätskoeffizientenzwischendenzutrennenden Ionen müssen aber mindestens

eine

Grössenordnung ausmachen,

^sollensich wirklich scharfe Fronten ent¬

wickeln.

4. BeimSiebverfahren

(148)

werden die Ionen auf Grund ihrerver¬

schiedenen

Molekülgrössen

^anIonenaustauschern geeigneter

Porengrösse

getrennt.

2242.

Faktoren,

^{die den}

Trennungsgang

beeinflussen

Die

nachfolgenden

Betrachtungenbeschränken sich auf das E lutions- verfahren.

Bei der

chromatographischen

Trennung ^{sollendie zutrennendenIonen} im Eluat möglichst^rein

aufgefangen

^{werden. Das setzt}voraus, dass sich die Elutionsbänderder einzelnenKomponenten

möglichst

^nicht

überlappen.

Weitersollte sich

jedes

^einzelne Band über ein möglichstkleines Volumen erstrecken. Diese beiden

Forderungen

^sind jedoch^{nicht immer} leichtzuer¬

füllen.

Die

Wanderungsgeschwindigkeit

^dereinzelnenKomponenten^ist durch denAustauscher

(Art,

^{Zahl und} Anordnungder funktionellen

Gruppen;

chemischer Aufbaudes

Netzwerkes)

und das Elutionsmittel

(chemischer

Aufbau,

Konzentration, Dissoziationsgrad,

pH-Wert^undKomplexbildungs-

vermögen)

^meistweitgehend gegeben.

Dagegen^kanndie unvermeidliche Verbreiterung^und

Verflachung

eines Bandesdurchgeeignete ^{Wahl der}

Versuchsbedingungen weitgehend

beeinflusst werden. Es sindvier Gruppen^von

Versuchsbedingungen

^zu unterscheiden.

1. Bei

ungleichförmigen Geschwindigkeitsprofilen

^überden Kolonnen¬

querschnitt erscheinen auchan sich scharfe Fronten im Eluat starkver¬

schwommen. Das lässtsich damit

erklären,

^{dass die Front im} Zentrum der Kolonne nichtzum selben Zeitpunkt^{aus der}Kolonne austrittwie dieFront

anderWand der Kolonne.

Ungleichförmige Geschwindigkeitsprofile

^können

wiefolgt verhindert werden:

a. Durch gleichmässige Packungder Kolonne. Dadurchwerden gleichzeitig^{derWandeffektund} Auswirkungen^von eventuellen

Quellungs-

erscheinungenabgeschwächt.

24

b. Durch Anwendung^vonunterteilten Kolonnen

(coupled columns).

c. Durch möglichst gleichmässige Verteilung der zufliessenden Lösun¬

gen.

Es scheint

jedoch

unmöglich^zu sein, ungleichförmige

Geschwindig¬

keitsprofileganzauszuschalten.

2. EinMischungsvorgang ^{in der} Lösung^inderRichtung der Kolonnen¬

achse lässt eine der Frontendes Elutionsbandes

(Kopf

^oder

Schwanz)

ⁱⁿprak¬

tischunveränderter Formsichfortbewegen,während das entgegengesetzte Endedes Bandes

gleichzeitig

stark diffuswird. Dieser Effekt wirdin der eng¬

lisch-amerikanischen Literaturallgemein^als "self-sharpening" und "self- dlffusing effect" bezeichnet

(139).

Sowird z.B. einElutionsband, ^dasam Kopf und Schwanz mit ein und demselben schwächer

gebundenen

Elutionsion konkur¬

renziert

(Ks >1),

^{eine scharfe}Kopffrontund einen starkausgezogenen Schwanz ausbilden. Diffuse Kopffront^{und scharf} ausgebildete^Endfrontbildet sich im

umgekehrten

^Falle

(Ks<l)

^{aus. Solche}

Mischungsvorgänge

werden zumeist durchlokale Turbulenz

(Wirbel

^{um die}

Körner)

oder lokale Ungleichheiten ^im

Geschwindigkeitsprofil (

z.B.

Filmbildung

^umdie einzelnen

Körner)

verursacht.

DieMischungsvorgänge ^{lassensich durch}folgende^Faktorenvermindern:

a. Durch kleine Korndurchmesser.

b. Durchniedrige

Durchflussgeschwindigkeiten.

3. Eineunvollkommene

Gleichgewichtseinstellung

lässt in allen Fäl¬

len die Bänder über die ganze Längeverflachen. Vollkommenere

Gleichgewichts-

einstellungenkönnen neben den schon erwähnten Faktoren 2a und2b durchfol¬

gendeweitere Faktoren erzielt werden:

a. DurchweitporigeIonenaustauscher

(niedrige Vernetzungsgrade).

b. Durch höhere Temperaturen, ^{die dieDiffusionfördern.}

Aus rein zeitlichen

Gründen,

^dannaber auch bei

Verwendung

^vonSub¬

stanzen, ^{die im} Elutionsmittel instabil

sind,

^kann

jedoch

^oftdie

vollständige

Einstellung ^desGleichgewichtes ^nichtabgewartet^werden.

4. DieGeometrieder Kolonne hat einegrosse Bedeutung.

Folgende

Faktoren müssen dabei beachtetwerden:

a. Der Trenneffekt steigt^{mit dem Verhältnis}Kolonnenlänge zuKolon¬

nendurchmesser. Brauchbare Trenneffekte werden mit Kolonnen, die 10- bis

20-mal länger ^{als breit} sind, ^erzielt.

b. Der Trenneffekt sinkt, ^wennderBeladungsgradder Kolonne zu

hochwird. ^Der Beladungsgrad^sollte 20%^der Kapazität^{der Kolonnenicht} übersteigen.

Imweiterenmuss auch der Einfluss derzusätzlichen

Adsorption

^be¬

achtetwerden. Adsorptionen^tretenvor allem beim Anionenaustauschauf.

BeiTrennungen^{führt die} Adsorption^zu

asymmetrischen

Elutionskurvenmit langem^{Schwanz. Mit} organischen Lösungsmitteln, wie Aethanol

(71, 22)

^und Dioxan

(29),

^{kann die} Schwanzbildung

zurückgedrängt

^werden.

ZahlreicheAutoren haben

versucht,

^die Trennungen^anlonenaustau- scherkolonnen mathematischzu erfassen

(vgl. Zusammenfassungen, 120, 141, 20, 64, 69, 21).

^Diese Berechnungen ^sindziemlich kompliziert^{und meist} fehlen dafürauch dienötigenDaten. In der Praxisbedientman sichstattdes¬

senvielfachdesleicht bestimmbaren

Verteilungskoeffizienten KD

^•

Abkürzung ^{für Ion} Verteilungskoeffizient

Konzentration desIons A in 1g Harz

(R

⁼ resin

phase)

Konzentration des Ions A in 1

cm^

Lösung

(L

⁼

liquid phase)

Volumen der Lösung^incm3 Austauscher _{in g}

Der

Verteilungskoeffizient Kn

^{istdefiniert als}das Verhältnisder Konzentrationen desIons A in 1 g Harzund1 cm3 Lösung^im

Gleichgewicht.

Die

Geschwindigkeit,

^{mitder das Maximumeines Bandes eines} lones durch die Kolonne

fliesst,

^isttheoretischumgekehrt proportional^dem

Verteilungs-

koeffizienten. ZweiIonen mitverschiedenem

Kp-Wert

^{werden mit einer Ge¬}

schwindigkeit getrennt, ^dieproportionaldem Verhältnis ihrer Verteilungs-

koeffizienten,

dem sog. Trennfaktor, ^ist

(64).

Zwei Ionen lassen sich nurdann wirksam voneinandertrennen,

wenndie

Verteilungskoeffizienten

^einenUnterschiedvonwenigstens 20% ^auf¬

weisen. MitgeeignetenElutionsmittelnist das in den meisten Fällenerreich¬

bar

(154).

26

(Afe.

^V

A KD

KD

(A)L-

^G

^(A)T

V G

Anschliessendandie

Erörterung

^derverschiedenenTrennverfahrenund der

Faktoren,

^{die den} Trennungsgang

beeinflussen,

^{seizum besseren Verständ¬}

nis der

chromatographischen

Trennung^vonGalakturonsäuren auchdie Lite¬

ratur

angeführt,

^die auf dem Gebiete derTrennung ^vonanderen oligomeren Anionen und Zuckern besteht.

2243. Trennung^vonverschiedenenAnionen

Welssmann und Mitarbeitern

(168)

gelang^die Trennung ^von

oligomeren

Anionenauseiner Lösung^von

enzymatisch abgebauter

Hyaluronsäure. ^Am Dowex 1in-der Formiatformkonnten bis 7Oligomere ^des

Glukuronido-azetyl- glukosamins

abgetrenntwerden. ^Die Oligomeren^{wurdenin der}

Reihenfolge steigenden Polymerisationsgrades

^{nach dem} Gradient-Elutions-Verfahren mitAmeisensäure

(0,15-n.

^bis

0,8-n.)

^ausder Kolonne eluiert.

Einzig

Monogalakturonsäure ^haftet stärker als das Disaccharidundwird erst an zweiter Stelleaus derKolonneeluiert. Roudier und Eberhard

(147)

stellten ebenfalls das verschiedene

Haftvermögen

^{zwischender monomeren}Galakt- uronsäure undGlukuronsäure unddenverschiedenendaraus

aufgebauten

^Aldo-

bionsäurenfest.

Die

Oligomeren

^der Phosphorsäure^wurdenvon mehreren Autorenmit Anionenaustauschernerfolgreichgetrennt. Lindenbaum. ^Petersund Riemann

(101)

berichteten als erste über eineanalytische Trennung^der Ortho-,Pyro- und Triphosphorsäure und der Tetrameta- und Trimetaphosphorsäure^am Dowex1. ^DieTrennung erfolgte ^mit

Kaliumchloridlösungen

steigender ^Kon¬

zentration

(0,25-n.

^bis

0,5-n.),

^{die zwischen}pH^{5 bis 7}gepuffertwurden.

DieSelektivitätstieg^{für dielinearen}Ortho-, Pyro-^und Triphosphorsäuren mit zunehmendem Polymerisationsgrad. ^{Bei den} zyklischen Metaphosphor- säurenwurde die Trimetaphosphorsäure ^{selektiveradsorbiertals die Tetra¬}

metaphosphorsäure. ^DieTrennung gelingt^mitderGradient-Elutionsmethode nochbesser; ^dasVerfahreneignet sich auch für rasche analytische ^Zwecke

(11, 144, 77, 130, 65).

Ebelund Busch

(44)

trennten die linearen Phosphorsäuren^vonder Pyro-^{biszur Hexa- und} später ^{bis zur} Oktaphosphorsäure

(19)

^amDowex 1.

Die Trennung^{wurde mit bei}pH

6,8 gepufferten KCl-Lösungen steigender

Kon¬

zentration

(0,18

^bis

0,3-n.) ausgeführt.

^Die Selektivitätfür diese linearen Oligo-

merenstieg ^mitzunehmendem

Polymerisationsgrad.

Im allgemeinen^werdendie organischen^SäurenausAnionenaustauscher^- kolonnenumsolangsamer eluiert,je grösser

Dissoziationskonstante,

Poly¬

merisationsgrad

^undMolekülgrösse ^sind

(vgl.

Zusammenfassung

131).

^Aroma¬

tische Säuren,^{vorallem solche mit einer}

Aminogruppe

^am

Ring,

^werden je¬

dochsehr stark

zurückgehalten,

^{auchwenn ihre}Dissoziationskonstante klein ist

(132, 22, 29).

^Davies

(28)

empfiehlt ^zur Trennung^von zwei schwachen

organischen

^{Säuren als} Elutionsmitteldiewässrige Lösung ^einer Säure, derenpK^umein bis zwei Einheiten tiefer als das arithmetische Mittel des pK^derzu trennenden Säurenist. Die Dissoziation der schwächstenSäure wirddadurch

zurückgedrängt,

ihre Aufnahmeam Ionenaustauscher vermin¬

dert,

^{und siewird}folglich

bevorzugt

^eluiert

(71).

Starke Säuren könnenvon schwachen Säurenaneinem schwach basischen Anionenaustauscher inder OH-Form getrennt werden,^danur die starkenSäuren durchdenAustauscher neutralisiertwerden,während dieschwachen, ^ohnezu

haften,

durchfliessen

(94).

Neutrale Zucker sind alsanionische Boratkomplexe

(vgl.

^Zusammen¬

fassung 96)

^{und als}

Bisulfitadditionsverbindungen (a -Oxysulfonate)

^durch Ionenaustauschchromatographie ^trennbar

(153,

150, 156, 151, 152). ^Diese Trennungen sind sehr starkpH-abhängig. ^Das Haftvermögen^{der Boratkom¬}

plexe^{nimmt mit} steigenderDissoziationzu. DieSelektivität desa-Oxysulfo- natanions steigt^mit zunehmender Stabilität.

Die epimerenAldonsäuren D-Manno-/Hakton^und

D-Glukono-/'-

lakton wurden auf Grundihrer verschiedenen Laktonstabilitätgetrennt. ^Das weniger beständige^D-Manno-y-lakton^wurdedurch Anionenaustauscher hydrolysiert^undalsD-Mannonsäure adsorbiert. Dasstabilere D-Glukono-

/-lakton

^flossungehindert^{aus derKolonne}

(91).

Zucker dürfen nuranAnionenaustauschernin Salzform

(Formiat,

Azetat

u.s.w.)

getrennt^{werden. Diealkalische}Reaktion der OH-Form des Austauschersführtzu

Epimerisierung,

Isomerisierung

(136, 81, 138, 159,

17, 166, 13)

^{und zu}Zersetzungen ^{der Zucker in}

Milchsäure, Glyzerinsäure,

Glykolsäure ^u.s.w.

(175, 142, 17, 166).

Anionenaustauschermit

vielen,

^aber schwach dissoziierten unsubstituierten Aminogruppen^{können mit}Karbonyl- gruppender Zucker kondensieren

(62, 146,

¹⁴¹

).

H OH OH

O

\ 3 4 \

II I

+ HJO, R—C

^R-C + +HJO.

R-C—C—R

i ff

1 t /

O O

a-KetoleH

oxydiert.

Carbonylgruppe

Hydratform der über die

-Diolen dena

analog werden

-Hydroxyaldehyde

a

OH

HJO, HC +

+

O

H OH H

4 \

\

\

—C

^R

+HJ0.

R-C-C

# 4f /

0 HO

-Hydroxyaldehyde

a

H OH H

\ O 4 \

\ OH

HJO, c. +

R1- C +

//

R-

+ HJO.

C-Rⁱ

'

•C—

I R-

00H

H

2.

Ameisensäure.

entsteht

Trihydroxyverbindungen

vicinalen

Gruppenvon

alkoholischen dären

sekun¬

mittleren den

Formaldehyd. Aus ergeben

Gruppen alkoholische

Primäre

HOH + , »

*

1

'00H

-Diole 1. a

Oxydation:

ermöglichen

die Gruppen

tionelle

funk¬

Folgende

aufweisen.

Gruppen funktionelle

bestimmte C

beiden die fern

gespaltet,

so¬

-Bindung

-C C die

Perjodatoxydation

wird der

Bei

43)

vor.

(83, 14,

Zusammenfassungen

ausführliche verschiedene

und Publikationen zahlreiche

Perjodatoxydation die

liegenüber Heute

Reagens.

Natriumperjodatals und

Kalium-

Lösungenvon

wässerigen

die auch eignen sich

jodsäure freien Per

der Neben Selektivitätaus.

ihre durch

Oxydationsmitteln

üblichen

den über

gegen¬

sich zeichnet eingeführt. Sie

Chemie

organische

die in dationsmittel

Oxy¬

98)

als

(107,

Malaprade 1928von

wurde jodsäure Die Per

Perjodatoxydation

der bei Reaktionen 231.

Verbindungen

organischer

Perjodatoxydation

über Literatur 23.

4. g-Di-Ketone

O O

i

n

_i

«

R—C—C-R + HJO. + H,0 .-R-C + R ^—C + HJO,

II II ^{4 7} \ \ 3

O O OH OH

5. g-Dialdehyd ⁼ Glyoxal

O

t

H—C—C—H + HJO. ₊ H-O »2 HC + HJO,

It u ^{4 2} x 3

0 0 OH

6. a-Amino-Alkohole

H H O X)

111 // _l ^//

R-C—C-R ^{+ HJO.} «~R— C + R ^—Ç +NH, + HJO,

II ^{4 \„} \„ 3 3

NH2

^{OH an}

7. Glyoxylsäure

H-C-C ^{+ HJO.} »-HC + CO,

+ HJO,

I \ ⁴

\)H

^{2 3}

O OH ^"

Die C-C-Bindung^der Glyoxylsäure^wirdlangsamer^{als die vonden vorher} erwähnten Verbindungen gespalten.

Stehen diefunktionellenGruppennicht ing-Stellung, ^{sofindetkeine} Oxydationstatt. ^Eine Ausnahme bildet eine durchbenachbarte Karbonylgruppen aktivierte Methylengruppe, ^{die zu} einem Alkohol oxydiertwerden kann

(80,

160, 161, 52,

53,

54).

O O O OH O

W

// Hl

II

R—C^—CH„— C +HJO. »>R—C^—C—C + HJ0o

2 \ ⁴ \ \ 3

H H H

Oxalsäure unda-Aminokarbonsäuren werden durch Perjodat^nicht

oxydiert.

Diea

-Hydroxykarbonsäuren

^{werden nursehr} langsam^{und nur} bei grossem Ueberschuss an

Oxydationsmittel

oxydiert.

Die Perjodsäure reagiert^inder

Dihydratform,

der sog.

Paraperjod-

säure

HJ04

^{+ 2}

HÖH—"-HgJOg