Lösung 120 Jahre alten puzzle zeigt neue Chemische Phänomen

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Quelle: © Royal Society of Chemistry

Im 19ten Jahrhundert von Emil Fischer entdeckt, dass Acetaldehyd phenylhydrazone hatte eine merkwürdige Eigenschaft – die solide, hatte mehr als ein Schmelzpunkt. Und diese Chemische kuriosität hat verwechselt Chemiker seit über 100 Jahren

Unter den vielen chemischen Geheimnisse, die sich in der 19th Jahrhundert, Acetaldehyd phenylhydrazone (APH) kann eine der seltsamsten und die meisten verwechseln. Der Deutsche Wissenschaftler Emil Fischer, Gewinner der 1902 den Chemie-Nobelpreis für die Zucker-und Purin-Synthese, die ersten APH im Jahre 1877, während die Erkundung phenylhydrazine der Reaktivität. Im Jahre 1896 berichtete er, dass die ungewöhnlich waren es drei austauschbaren Formen unterscheiden sich durch Ihren Schmelzpunkt, 63-65°C, 80°C und 98-101°C.

Die grundlegende Wissenschaft der verschiedenen solid-state-Formen war gerade im entstehen, so war dies eine interessante Rätsel. Wissenschaftler uneins, ob es zwei oder drei Formen, und was die genaue Schmelzpunkte wurden. Fischer die Ablehnung auf das Thema mit den französischen Chemiker M H Causse sich besonders bitter, aber letztlich gab es keine Publikationen darüber nach 1913. Moderne Wissenschaftler vermuten, die Unterschiede waren, weil Sie studieren eine unreine material. Aber jetzt ein team von Wissenschaftlern in Europa hat tiefer gegraben und gefunden, eine bisher unbekannte Beziehung zwischen kristallinen Festkörpern und Ihren Formen geschmolzen.

Dann wurden wir konfrontiert mit dem dilemma zwischen der re-schreiben, die thermodynamischen Gesetze des Universums, oder ungläubig den Beweis für unsere eigenen Augen

Terry Threlfall, University of Southampton

Das Geheimnis wurde wiederbelebt, im Jahr 2008 von Terry Threlfall, wer hat ein senior visiting research fellow an der University of Southampton seit 1999, nach seinem Ausscheiden aus der pharmazeutischen Industrie. Nach der Feststellung Fischers Studie während Schleppnetzfischerei die alten deutschen Papiere, die er und seine Kollegen in der Simon Coles’ team APH für sich, aufbauend auf Protokolle aus dem 19ten und frühen 20ten Jahrhundert. In diesen Methoden, recrystallising APH aus einer Mischung von Wasser und ethanol, mit einer Spur von alkali produziert eine high-melting-point-form. Mit einer Spur von Säure, stattdessen produziert die low-melting-point-form.

Die Untersuchung der unmöglich

Wenn Sie untersuchten den verschiedenen Produkten, die mittels single-crystal x-ray analysis, solid-state-NMR-und Infrarot-Spektroskopie, waren Sie identisch, Threlfall erzählt die Chemistry World. Beide exklusiv gezeigt APH mit einem Z – Doppel-bond-isomer. Auf der Grundlage vorhandener Erkenntnisse, sollte dies nicht möglich gewesen. “Wir waren dann konfrontiert mit dem dilemma zwischen der re-schreiben, die thermodynamischen Gesetze des Universums, oder ungläubig den Beweis für unsere eigenen Augen”, sagt er.

Quelle: © University of Southampton

Arbeiten im team von Simon Coles (Links), Terry Threlfall (rechts) wiederbelebt und dann half lösen die 120-Jahr-alte Chemische Geheimnis der Acetaldehyd-phenylhydrazone

Er diskutiert dann das problem mit der Thermodynamik-Experte Manuel Minas da Piedade, von der Universität von Lissabon, Portugal, auf einer Konferenz. Zusammen, Lissabon und Southampton teams versuchten verschiedene Techniken, um Unterschiede zu erkennen. Im Jahr 2012 machten Sie einen Durchbruch, als Sie beschlossen, zur Untersuchung der verschiedenen Formen sich die Eigenschaften, wie Sie Schmelzen. NMR festgestellt, dass trotz scheinbar identischer als Feststoff, schmilzt die anders waren. High-melting-point-APH, vorbereitet, mit einer Spur von alkali -, blieb als das Z – isomer, wenn geschmolzen. Die low-melting-point-form, vorbereitet, mit einer Spur von Säure verwandelt, um das E – isomer. ‘Manuel war jedoch immer noch verwirrt darüber, wie diese Verschmelzung transformation führen könnte, die eine Veränderung der Schmelzpunkt,’ Threlfall, erinnert Sie sich.

Quelle: © 2019 American Chemical Society

Struktur von Acetaldehyd, phenylhydrazone

Nach Threlfall präsentierte diese Ergebnisse auf der nächsten Konferenz, Hugo Meekes von der Radboud Universität in Nijmegen, Niederlande, nahm die Herausforderung an. Sein team wuchs APH Kristalle und studierte Sie mit Hilfe der Festkörper-NMR, nach der Schmelz-Prozess durch Variation der Temperatur. Sie entdeckten, dass die noch verbliebenen Spuren von Säure als Katalysator APH zu isomerise im geschmolzenen Zustand und schnell zu erreichen, eine niedrige Schmelztemperatur Gleichgewicht zwischen E – und Z-Isomeren. “In der Abwesenheit von diesen Spuren in der Anwesenheit von Spuren von base zum neutralisieren der Säure-Isomerisierung wird intrinsisch langsam für APH, was zu einer hohen beobachteten Schmelzpunkt,’ Meekes erklärt.

Ein warnendes Beispiel

Die situation, in der verschiedene Feststoffe, um dasselbe zu Schmelzen, ist bekannt, aber die gleiche Feste bilden zwei verschiedene Schmelzen, die scheinbar bisher unbekannt, Threlfall fügt. ‘Es ist wahrscheinlich selten, aber interessant trotzdem in unser Verständnis von solid-state-Verhalten”, sagt er.

Timothy Easun von der Universität Cardiff nennt die Studie “ein schönes Stück Arbeit, die zeigt, wie wichtig das Verständnis der nicht-gleichgewichtszustände-und Moll-Komponenten von chemischen und physikalischen Prozesse’. “Es ist die warnendes Beispiel über die Methoden zur Charakterisierung, die besonders überzeugend”, fügt er hinzu. “Nur durch die Untersuchung der dynamischen Prozess der Schmelzen selbst mit modernen NMR-Technik wurde der Mechanismus entdeckt.’

Threlfall, sieht eine weitere puzzle im Streit zwischen Fischer und Causse. Causse hatten geltend gemacht, dass alle Bedingungen verwendet, um APH wahrscheinlich produziert eine andere “Käfig” – Struktur. Fischer widersprach vehement, aber Threlfall hat festgestellt, dass Causse war manchmal Recht. Die Forscher versuchen herauszufinden, unter welchen Bedingungen dies geschieht, aber ‘bisher kennengelernt habe, eine leere Wand”.

Meekes, wurde in der Zwischenzeit unter Berücksichtigung der neu entdeckten Phänomen, wenn die Beratung für pharmazeutische Unternehmen. Ein Unternehmen verwendet Schmelzpunkt-Messungen für die Kontrolle der Produktqualität, und hatte Sie zu verwerfen, Chargen, wenn die Werte zu hoch waren. “Ich bin ziemlich sicher, dass die APH Fall war Sie ganz anders von Ihren problem,’ Meekes betont. ‘Aber es machte mir klar, dass es möglicherweise andere verbindungen, kann zu falschen Schlussfolgerungen durch einfache Messung des Schmelzpunktes mit standard-Techniken.’

Referenzen

C Bernades bei al, Cryst. Wachstum Des., 2019, DOI: 10.1021/acs.cgd.8b01459

Andy ExtanceA Wissenschaftsjournalist mit Sitz in Exeter, Vereinigtes Königreich