Derivatisierung in der chiralen GC

Was sind mögliche Fallstricke?

Der Fall
In der chiralen GC erhöht sich bei Verringerung der Ofentemperatur im Allgemeinen die Enantioselektivität. Deshalb werden Gemische von Enantiomeren gerne einer Derivatisierung unterzogen, um die Flüchtigkeit zu erhöhen und somit die Ofentemperatur erniedrigen zu können. Hierbei muss natürlich eine Racemisierung des Gemisches durch die Derivatisierung ausgeschlossen werden.

Bild 1: Derivatisierung von Prolin in zwei Stufen: 1. Veresterung, 2. Acetylierung.

Im hier vorgestellten Fall wurde die Aminosäure Prolin zunächst zum Methylester verestert, um nachfolgend die Aminfunktion zu acetylieren. Für die Acetylierung wurden im Rahmen der Methodenentwicklung Essigsäureanhydrid und Trifluoressigsäureanhydrid verwendet, siehe Bild 1.

Die Chromatogramme der derivatisierten Aminosäuren zeigen in der Gaschromatographie – abhängig vom Derivatisierungsreagenz – eine unterschiedliche Elutionsreihenfolge der Enantiomere, siehe Bild 2.

Bild 2: Chirale GC-Trennung der Prolin-Derivate. Chromatographische Bedingungen: Säule: ChiralDex G-TA, 30 m x 0,25 mm x 0,20 μm; Ofentemperatur: 160 °C, Trägergas: Helium, 50 cm/s.

Die Lösung
Der Effekt einer Umkehr der Elutionsreihenfolge von Enantiomeren wird Enantio-Umkehr (im Englischen: Enantio Reversal) genannt. Am häufigsten wird dieser beim Wechsel von einer chiralen GC-Phase zu einer anderen beobachtet. Hierbei kann es sich um eine Änderung der Größe des Cyclodextrin-Ringes handeln oder um eine Änderung der chemischen Modifizierung des Cyclodextrinringes. In dem oben beschriebenen Fall ist es jedoch trotz der Verwendung von nicht-chiralen Derivatisierungsreagenzien auf der gleichen GC-Säule zu einer Enantio-Umkehr gekommen. Dieses ist der dritte Fall, der auftreten kann. Diese Variante ist am unwahrscheinlichsten, sollte man aber dennoch im Hinterkopf behalten.

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Eine sichere Identifizierung erfolgt über die Derivatisierung und Injektion einzelner Enan-tiomere (oder eines Gemisches mit einem bekannten, eindeutigen Überschuss eines Enantiomers). Neben einer Enantio-Umkehr kann durch eine nicht-chirale Derivatisierung natürlich die Selektivität der chiralen Erkennung erhöht oder erniedrigt werden.

Bild 3: Einfluss des Derivatisierungsreagenzes auf die Elutionsreihenfolge der Enantiomere von 2-Butanol.

Ein anderes Beispiel ist in Bild 3 dargestellt. Hier wird die Elution der Enantiomere von 2-Butanol unter Verwendung verschiedener Derivatisierungsreagenzien betrachtet. Underivatisiert und mit Essigsäureanhydrid derivatisiert, eluiert das S-Enantiomer zuerst, nach der Derivatisierung mit Trifluoressigsäureanhydrid oder Trichloracetylchlorid eluiert das R-Enantiomer zuerst. Die beste chirale Erkennung (höchste Selektivität) wird bei dem Essigsäureanhydrid-Derivat erzielt.

Das Fazit
Eine Erhöhung der Selektivität in der chiralen GC ist durch Derivatisierung gut möglich, allerdings sollte man sich bewusst machen, dass diese die Elutionsreihenfolge der Enantiomere umkehren kann. Bei der Anwendung muss daher immer auch eine Derivatisierung eines einzelnen Enantiomers oder eines Gemisches mit einem eindeutigen Überschuss eines Enantiomers erfolgen, um eindeutig die Elutionsreihenfolge feststellen zu können.

Dr. Frank Michel

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