GRZEGORZ WOJTASIŃSKI
GRUPA 10
Aldehyd kuminowy i karwon z nasion kminku
Aldechyd kuminowy 1 jest głównym składnikiem lotnym nasion kminku:
Kminek zwyczajny (karolek) Carum carvi L. Stosowany jest w przemyśle spożywczym w dwóch postaciach: mielony - jako dodatek do potraw nie gotowanych (sałatki, pasty, sery itd.), oraz całe owoce - dodatek do wypieków, buraków, marchwi, kapusty, ziemniaków, zup, kiełbas, tłustych mięs, ryb (zwłaszcza gotowanych) i raków. Poza pieprzem i solą nie łączy się go z innymi przyprawami. Tak zwane wyparki kminkowe są wartościową paszą, a słoma kminkowa jest odżywczym dodatkiem do paszy - pobudza laktację. Oprócz wyżej wymienionych zastosowań, należy jeszcze wymienić, że kminek używany jest w przemyśle spirytusowym, tytoniowym i kosmetycznym oraz w tradycyjnej medycynie.
Nasiona zawierają m. In. 3 - 8 % olejku lotnego ( ang. nazwa caraway oil, łac. oleum carvi ) 10 - 22 % tłuszczu, do 25 % białka, substancje żywiczne, cukry, flawonoidy, kwasy organiczne, kumaryny, sole mineralne i in. Głównymi składnikami olejku są (+)-karwon 5 i (+)-limonen 6; łącznie stanowić one mogą nawet ponad 95 %jego masy.
W przypadku izolowania mieszanin związków organicznych posiadających choćby minimalną lotność, a więc na przykładzie olejków eterycznych, bardzo przydatna jest metodą analizy polegająca na połączeniu chromatografii gazowej ze spektrometrią masową.
W spektrometrii masowej podstawowym etapem jest jonizacja próbki badanej substancji. Najprostszy sposób jonizacji polega na bombardowaniu próbki strumieniem elektronów o wysokiej energii (zwykle~70eV) w warunkach wysokiej próżni (zazwyczaj~10 bar). Jest to technika określona skrótowo EI-MS. Energia jaką niosą ze sobą elektrony o takiej energii wielokrotnie przewyższa energię jonizacji (tj. energię potrzebną do wybicia jednego elektronu) cząstki ograniczonej, więc proces ten zachodzi z dużą wydajnością:
M + e →M + 2e
Jon M określa się mianem macierzystego bądź molekularnego; zapis taki odzwierciedla fakt, że jest on tak rodnikiem (wskutek wybicia jednego elektronu całkowita liczba w cząsteczce jest nieparzysta), jak i kationem.
Ze względu na wspomniany nadmiar energii jon molekularny nie jest stabilny i bardzo szybko ulega dalszym przemianą takim, jak przegrupowanie, izomeryzacja i fragmentacje (rozpad na części). Powstają więc jony fragmentacyjne, a obok nich mniejsze cząsteczki
i fragmenty (rodniki) elektrycznie obojętne, które też mogą ulegać dalszym przemianą - one również obarczone są pokaźnym nadmiarem energii. Wymienione procesy zachodzą w komorze jonizacyjnej na tyle szybko, że w większości przypadków bardzo dużo różnorodnych punktów, po przyśpieszeniu w polu elektrycznym (lub magnetycznym), dociera do analizatora, gdzie poddawane są procesowi rozdziału w zależności od masy m
i ładunku e, a ściślej - od stosunku m/e. Następnie wiązka jonów ulega detekcji
i przekształcana jest w użyteczny sygnał.
Niektóre spektrometry mają możliwość wyznaczania mas z bardzo dużą dokładnością, co pozwala wręcz na podanie wzoru sumarycznego jonu (cząsteczki) jako wyniku analizy.
Na ogół mamy jednak do czynienia z urządzeniami o mniejszej dokładności i przy analizie spektrum wiele zależy od umiejętności eksperymentatora. Analiza bardzo dużej ilości widm pozwoliła na zaobserwowanie wielu typowych sposobów fragmentacji związków chemicznych należących do różnych klas, co pozwala identyfikację charakterystycznych fragmentów i małych cząsteczek, których powstanie w warunkach EI jest uprzywilejowane. Dostarcza to wielu cennych informacji o budowie związku.
Chromatografia obejmuje grupę technik pozwalającą na rozdział analityczny lub preparatywny mieszanin substancji. W układzie chromatograficznym wyróżnia się fazy : stacjonarną, która zatrzymuje substancje analizowane i fazę ruchomą, której ruch przesuwa te substancje w kierunku ruchu. Rozdział mieszaniny dzięki odziaływaniom słabym takim jak siły van der Waalsa, odziaływania typu dipol - dipol czy elektrostatyczne, zachodzącym między cząsteczkami substancji analizowanych a obiema fazami. Przy prawidłowo dobranych fazach oddziaływania między poszczególnymi mieszaniny mają różną siłę, co prowadzi do tego, że wędrują one z różną prędkością zgodnie z kierunkiem ruchu fazy ruchomej.
W chromatografii gazowej fazą stacjonarną jest kolumna chromatograficzna, fazą ruchomą
gaz nośny, z reguły azot, wodór lub hel. W przypadku kapilarnej chromatografii gazowej kolumną jest rurka kapilarna wykonana ze specjalnego rodzaju krzemionki o dużym stopniu czystości. W technice GC/MS wykorzystuje się kapilarny chromatogram gazowy, którego detektorem jest spektrometr masowy. Badaną mieszaninę rozpuszczoną w rozpuszczalniku wstrzykuje się do dozownika chromatografu, gdzie przeprowadzona zostaje w stan gazowy i w tej postaci dozuje na kolumnę chromatograficzną, gdzie powinien nastąpić rozdział składników dzięki wspomnianym wcześniej odziaływaniom z fazą zawartą w kolumnie ; każdy składnik mieszaniny odziaływuje z fazą kolumny z różną siłą a przepływ fazy ruchomej (gazu nośnego) powoduje, że składniki te wychodzą z kolumny w określonej kolejności. Jednocześnie rejestrowany jest chromatogram. Dane ze spetroskopu zbierane są w pamięci komputera i dzięki temu można uzyskać widmo każdej substancji, której obecność została wykryta w toku analizy.
WYKONANIE ĆWICZENIA (I)
Odważyłem na wadze technicznej 5g kminku, roztarłem w tyglu i umieściłem w kolbie okrągłodennej o poj. 500ml. Następnie dodałem 75ml wody destylowanej i destylowałem z parą wodną, jednocześnie ogrzewając kolbę. Destylant ekstrachowałem trzema porcjami chloroformu, a ekstrakty zbierałem do kolby Erlenmayera o poj. 100ml. Połączone ekstrakty suszyłem bez. Wodnym siarczanem magnezu. Po wysuszeniu środek suszący odsączyłem do kolby okrągło dennej o opoj. 100ml, a rozpuszczalnik odparowałem częściowo na wyparce obrotowej i wykonałem analizę CG.
WYKONANIE ĆWICZENIA (II)
Odważyłem na wadze technicznej 5g kminku, roztarłem w tyglu i umieściłem w kolbie Erlenmayera. Dodałem 100ml chloroformu i mieszałem na mieszadle magnetycznym. Całość przesączyłem do kolby okrągło dennej i odparowałem częściowo rozpuszczalnik, a następnie wykonałem analizę CG.
Suma pól obu substratów :551066
Zawartość procentowa pierwszego substratu :
551066 - 100%
244959 - x x = 44,4518%
Zawartość procentowa drugiego substratu :
551066 - 100%
306107 - x x = 55,5482%