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Zentrifugale Evaporation Automatisierte Trocknung mittels zentrifugaler Evaporation

Autor / Redakteur: Nigel Vicker* / Dr. Ilka Ottleben

Die zentrifugale Evaporation ist eine effiziente Methode zur Trocknung einer Vielzahl unterschiedlicher Substanzen. Lesen Sie, wie eine neue, automatisierte Methode auch bei der Aufreinigung sensitiver Biomoleküle parallel verlaufende Prozesse unterstützt und beschleunigt.

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Der Genevac DD-4X Evaporator
Der Genevac DD-4X Evaporator
( Archiv: Vogel Business Media )

Bei der Synthese und Aufreinigung von Proben, gilt die Entfernung von Lösungsmitteln durch zentrifugale Evaporation als anerkannte Methode, um Engpässe bei der Trocknung zu vermeiden. In typischen Lösungsmitteln wie DMF wird dabei die strukturelle Integrität von sensitiven Biomolekülen wie Wirkstoffen oder wirkstoffähnlichen Verbindungen nicht verändert. Auch hoch siedende Lösungsmittel und Lösungsmittelgemische lassen sich durch Anwendung der zentrifugalen Vakuumevaporation entfernen. Ein weiterer Vorteile der Methode für Chemiker in der Arzneimittelforschung ist, dass das unerwünschte, plötzliche, explosive Sieden (bumping) kontrolliert werden kann.

Bei der Aufreinigung von Substanzen, entweder durch die klassische Einzelsäulen-Chromatographie oder heutzutage üblicher, durch automatisierte Parallel-Verfahren, werden normalerweise Mischungen von Substanzen mit unterschiedlichen Strukturen und Polaritäten auf einer kleinen Menge Siliziumoxid adsorbiert und vor der Chromatographie „trocken“ auf die Säule geladen. Im klassischen Verfahren werden die Substanzen in einem Rundkolben an das Siliziumoxid gebunden und das Lösungsmittel anschließend mit einem herkömmlichen Rotationsverdampfer entfernt. Obwohl diese Methode bezüglich Adsorption effizient ist, hat sie doch einige Einschränkungen. So kann etwa das explosive Sieden (bumping) zu Substanzverlust durch die Dampfleitung führen und auch bei der Entleerung des Kolbens können sich einige Substanzen oder Siliziumoxid an den Wänden anlagern. Der langsame Durchsatz und die fehlende Automation sind zudem bedeutende Einschränkungen dieses Verfahrens.

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Die zentrifugale Evaporation kann bei der Adsorption sensitiver Biomoleküle deutliche Vorteile haben, insbesondere dann, wenn eine automatisierte Parallel-Methode wünschenswert ist. Das zeigt ein Vergleich der Adsorption solcher Moleküle auf Siliciumoxid unter Anwendung eines traditionellen Rotationsverdampfers mit der Anwendung des Genevac-DD-4-Verdampfungssystems. Dabei wurde die Trennung und Wiedergewinnung der Stoffgemische beurteilt. Die für die Untersuchung verwendeten Verbindungen sind in Abbildung 3 dargestellt. Die Verbindungen wurden wegen ihrer strukturellen Unterschiede und ihrer unterschiedlichen chromatographischen Eigenschaften ausgewählt: die gering polare Substanz Estradiol ist chromatographisch mobil in Ethylacetat/Hexan, während das hochpolare Colchizin zur Chromatographie in Ethylacetat/Methanol gelöst werden muss.

Material und Methoden

Als Lösungsmittel für die Substanzen Estradiol, Koffein und Colchicin wurde Dichlormethan und Methanol verwendet, für die Chromatographie Hexan, Ethylacetat und Methanol. Die Verbindungen wurden am Kieselgel Sorbsil C60 der Firma Merck adsorbiert. Die Chromatographie erfolgte an den Säulen 10 g Isolute pre-packed Flash Si der Firma Argonaut Technologies.

Jede Substanz (100 mg) wurde in 5 ml Lösungsmittel gelöst. Aus Löslichkeitsgründen und um den Effekt der Entfernung von Lösungsmittelgemischen zu prüfen, wurden Estradiol in Methanol und Koffein sowie Colchicin in Dichloromethan gelöst. Dem gelösten Substanzgemisch wurde 3 g Siliziumoxid hinzugefügt. Das erfolgte entweder in einem 100-ml-Rundkolben oder in einer Reaktionsstation der Firma Radleys mit 12-Stationen-Karussell. Entsprechend wurden die Lösungsmittel entweder in einem Rotationsverdampfer (100-ml-Kolben) unter Verwendung einer Wasserpumpe und eines Wasserbads bei 40 °C entfernt oder im Genevac-DD-4 zentrifugal Evaporator. Letzteres erfolgte bei Aquaspeed-Bedingung und 30 °C für 45 min (Karussellröhrchen). Anschließend wurden die adsorbierten Verbindungen auf 10 g vorgepackte Argonaut-Säulen „trocken geladen“. Im Argonaut Flashmaster II wurde die Chromatographie unter Anwendung der für diese Verbindungen entwickelten Gradienten-Elution automatisch durchgeführt.

Ergebnisse und Diskussion

Die Adsorption der Verbindungen auf Siliziumoxid ergab in beiden Fällen eine gut bewegliche stationäre Phase. Im Fall der Adsorption im zentrifugalen Verdampfer schien ein Teil der Substanzen an den Röhrchenwänden zu haften, da das Lösungsmittelniveau viel höher war als das des Siliziumoxids. Durch die Verwendung des etwa gleichen Volumens (~ 6 ml) von Lösungsmittelgemisch und Siliziumoxid konnte dies unterbunden und eine komplette Adsorption mit einem beweglichen Siliziumoxid-Sediment am Boden des Röhrchens erreicht werden. Jeder Bestandteil des Gemisches wurde bis zur Grundlinien-Auflösung getrennt. Die Rückgewinnung jeder Substanz war für beide Methoden gleich. Dies zeigt deutlich, dass die zentrifugale Vakuumverdampfung eine automatisierte Alternative für die Adsorption von Verbindungsgemischen vor der Durchführung der Chromatographie darstellt.

Fazit

Die zentrifugale Verdampfung mit anschließender Chromatographie bietet nach der Aufarbeitung von Parallelsynthese-Reaktionen eine kombinatorische Methode der Trockenladung und vereinfacht somit die parallele Aufreinigung von Proben. Der Genevac DD-4X ist so konstruiert, dass sowohl Reaktionsblöcke des Greenhouse Syntheseapparates als auch Probenröhrchen aus der Karussel-Reaktionsstation von Radleys eingesetzt werden können.

*Dr. N. Vicker, Department of Pharmacy & Pharmacology, University of Bath, BA2 7AY Bath, UK

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