Sind Acetonitril und Wasser unter allen Bedingungen mischbar?

Acetonitril ist ein gängiges organisches Lösungsmittel. In der Umkehrphasen-Flüssigkeitschromatographie wirkt Acetonitril-Wasser ähnlich wie Methanol-Wasser und wird häufig als mobile Phase verwendet. Offensichtlich ist Acetonitril ein polares Lösungsmittel, ähnlich wie Methanol. Es wird allgemein angenommen, dass Acetonitril unter allen Bedingungen mit Wasser mischbar ist. Viele der so genannten Schlussfolgerungen werden von Tag zu Tag besser verstanden, je weiter die wissenschaftliche Forschung voranschreitet. Der vorliegende Beitrag fasst die Ergebnisse des kritischen Lernens in diesem offenen Umfeld zusammen, indem er die Versuchsbedingungen auflistet, die zu einer Phasentrennung von homogenen Acetonitril-Wasser-Lösungen führen können, sowie vier verwandte Extraktionsmethoden. Acetonitril-Extraktion durch Aussalzen, Acetonitril-Extraktion durch Zuckerausfällung, Acetonitril-Extraktion bei niedriger Temperatur und lösungsmittelinduzierte Extraktion durch Phasenwechsel. Die in der Literatur verstreuten Extraktionsmethoden auf Acetonitrilbasis werden geordnet, zusammengefasst und mit Ihnen geteilt, um das Wissen über die Eigenschaften von Acetonitril zu verbessern, damit Sie diese Eigenschaften in Ihrer praktischen Arbeit anwenden können. 1 Verschiedene Situationen, in denen Acetonitril und Wasser nicht mischbar sind 1.1 Salz und Acetonitril-Wasser-System Fügt man einer einheitlichen und transparenten Lösung aus Acetonitril und Wasser eine geeignete Menge anorganischen oder organischen Salzes hinzu, so wird die Phasentrennung zwischen Acetonitril und Wasser sichtbar. Da die Dichte von Acetonitril geringer ist als die von Wasser, ist die obere Phase reich an Acetonitril (mit einer geringen Menge Wasser) und die untere Phase arm an Acetonitril (hauptsächlich Wasser). Diese salzinduzierte Phasentrennung von Acetonitril wird als Aussalzungsphänomen von Acetonitril bezeichnet. Die Zugabe von Salz führt zu einem starken Hydratationseffekt, und das Salz bindet mehr Wassermoleküle, wodurch sich die Zahl der freien Wassermoleküle, die mit Acetonitril in Wechselwirkung treten können, erheblich verringert, was zu einer Phasentrennung führt. Auf diese Weise können die ursprünglich in der Wasserphase gelösten Stoffe während des Phasentrennungsprozesses in die acetonitrilreiche Phase extrahiert werden. Diese Extraktionsmethode wird als Acetonitril-Salting-Out-Extraktionsmethode bezeichnet. Als Phasentrennungsinitiatoren werden hauptsächlich folgende Salze verwendet: Natriumchlorid, Calciumchlorid, Zinksulfat, Ammoniumsulfat, Magnesiumsulfat, Tetrabutylammoniumperchlorat usw. Die Art des Salzes wirkt sich auf die Gewinnungsrate der Extraktion aus. Es sei darauf hingewiesen, dass die organischen Lösungsmittel, die in der ursprünglich wassermischbaren Lösung unter Einwirkung von Salz eine Phasentrennung bewirken können, nicht nur auf Acetonitril beschränkt sind, sondern auch Eigenschaften wie Ethanol, Isopropanol und Aceton aufweisen. Da Acetonitril als Probenmatrix jedoch gut auf die mobile Phase auf Acetonitrilbasis abgestimmt werden kann, die mit der Umkehrphasen-Flüssigkeitschromatographie analysiert wird, ist die Acetonitril-Salting-out-Extraktionsmethode besonders beliebt. 1.2 Zucker und Acetonitril-Wasser-System Im Jahr 2008 berichtete Wang von der University of Illinois in den Vereinigten Staaten über ein Phänomen der Acetonitril-Wasser-Phasentrennung, das durch Zucker verursacht wird. Wenn Monosaccharide (Glucose, Xylose, Arabinose oder Fructose) oder Disaccharide (Saccharose oder Maltose) oberhalb eines bestimmten Schwellenwerts zur Acetonitril-Wasser-Lösung hinzugefügt werden, kommt es zu einer deutlichen Phasentrennung. Polysaccharide haben nicht die Eigenschaft, eine Phasentrennung hervorzurufen. Andere üblicherweise verwendete organische Lösungsmittel, die mit Wasser mischbar sind (z. B. Methanol, Ethanol, n-Propanol, Isopropanol, Aceton), haben nicht die Eigenschaft, von Zuckern ausgelöst zu werden und eine Phasentrennung mit Wasser zu bewirken. Die obere Phase nach der Phasentrennung ist die acetonitrilreiche Phase und die untere Phase ist die acetonitrilarme Phase. Die auf diesem Phänomen basierende Extraktionsmethode wird als Acetonitril-Verzuckerungsextraktionsmethode bezeichnet. 1.3 Niedrige Temperatur und Acetonitril-Wasser-System Im Jahr 1999 berichteten Yoshida und seine Kollegen über ein Phänomen, bei dem sich die Acetonitril- und die Wasserphase aufgrund der niedrigen Temperatur trennen. Wenn die Lösung von Acetonitril und Wasser (Volumenverhältnis: 1:1) 20 Minuten lang in eine Umgebung von -20 °C gebracht wird, wird die Phasentrennung von Acetonitril und Wasser beobachtet. Die auf diesem Phänomen basierende Extraktionsmethode wird als Acetonitril-Tieftemperatur-Extraktionsmethode bezeichnet. Im Allgemeinen wird die Temperatur, bei der die Phasentrennung stattfindet, auf -40 °C bis -40 °C eingestellt, da der Schmelzpunkt von Acetonitril bei -45 °C liegt. In dem experimentellen Temperaturbereich ist die acetonitrilreiche Phase eine flüssige Phase, während die wasserreiche Phase meist eine feste Phase ist. Experimente haben bestätigt, dass die meisten gebräuchlichen organischen Lösungsmittel, die bei Raumtemperatur mit Wasser mischbar sind, bei niedrigen Temperaturen nicht in der Lage sind, sich von Wasser zu trennen. Im Vergleich zu den beiden anderen auf Acetonitril basierenden Extraktionsmethoden erfordert die Acetonitril-Niedrigtemperatur-Extraktionsmethode keine Einführung von Reagenzien zur Initiierung einer Fremdphase, so dass das System relativ einfach ist und die anschließende Trennung und Analyse nicht beeinträchtigt wird. Darüber hinaus vermeidet die Niedrigtemperaturextraktion auch die durch höhere Temperaturen verursachten chemischen Veränderungen temperaturempfindlicher Moleküle, wodurch die Analyseergebnisse zuverlässiger werden. 1.4 Hydrophobes Lösungsmittel und Acetonitril-Wasser Durch Zugabe eines hydrophoben und mischbaren organischen Lösungsmittels (z. B. Chloroform, Dichlormethan, Toluol) zum homogenen Acetonitril-Wasser-System kann eine Phasentrennung im Acetonitril-Wasser-System bewirkt werden. Die hierauf basierende Extraktionsmethode wird als lösungsmittelinduzierte Phasenwechselextraktion bezeichnet.

1. Schlussfolgerung

"Sind Acetonitril und Wasser unter allen Bedingungen mischbar?" Diese Frage scheint sehr einfach zu sein, und die Schlussfolgerung ist seit langem in bestehenden Lehrbüchern enthalten. Mit der rasanten Entwicklung der Informationstechnologie können wir jedoch leichter auf Literatur zugreifen und die Wissensinhalte mit der Zeit aktualisieren.