Development and application of reversed phase liquid chromatography based techniques for automated purification of biologically active ingredients from plant extracts and for characterization of plant extracts and environmental pollutants

Autor: Mahsunah, Anis H.
Přispěvatelé: Huber, Christian
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2007
Předmět:
DOI: 10.22028/d291-22370
Popis: Automated preparative HPLC purification systems are an important and useful technology in pharmaceutical and chemical development. The systems have been applied to high-throughput purification of products from combinatorial compound synthesis for drug discovery, single compound isolation for further structure elucidation and activity screening, as well as fractionation of active compounds from plant extracts. Fraction collection in automated HPLC purification system can be triggered by less selective UV detection or by highly selective mass spectrometry (MS) for target oriented trigger or simultaneously by both detection systems. Unlike UV detection, mass spectrometry is a destructive detection technique. Therefore, a post-column split must be applied to send a small fraction of the column main flow to the mass spectrometer. A passive splitting device for an automated semi-preparative HPLC system using a column dimension of 10 mm i.d. was constructed and its design was optimized by theoretical modeling and experimental evaluation for both photometric and mass spectrometric fraction collection trigger. The challenges in the implementation of automatic triggers are proper synchronization of peak detection and peak collection as well as minimization of band dispersion in the connection tubing between detectors and fraction collector. The optimized instrumental setup was synchronized and characterized with both a microparticulate column operated at 5 mL/min and a silica-based monolithic C18-column (Monolith) of the same dimension performed at 10 mL/min for further increasing the speed of fractionation. Since the fast mode using a monolithic column can be accomplished on exactly the same instrumental setup, it represents an ideal alternative to the standard mode for high throughput purification of simple crude mixtures. Since the cost of isolated compounds depends strongly on their loadability on the column, maximizing loading capacity is of utmost importance. It is also known that he loadability may vary widely with the nature of the compound. Therefore, volume oading capacity for acetylsalicylic acid and mass loadability for some pharmaceutically relevant compounds (acetylsalicylic acid, amitriptyline, phenol and rutin) on some RP-HPLC columns in semi-preparative dimension (10 mm i.d.) compared to their analytical dimension (4.6 mm i.d.) was studied extensively. The optimized automated purification system (APS) was successfully applied to the fully automated fraction collection of pharmacologically and medicinally relevant components from plant extracts. The APS was utilized for fractionation of precious ingredients in St. John wort extracts (Hypericum perforatum), minor degradation products from active ingredients in a thermal stressed drug, and for isolation of the toxic protein gliadins which can cause a so-called coeliac desease. In the second part of this work, St. John wort extracts obtained from Accelerated Solvent Extraction (ASE) applying different extraction procedures were characterized. Moreover, asphalt samples containing tar were extracted, prepared and analyzed for polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and small phenols contents. Automatisierte preparative HPLC-Purification-Systeme mit UV- und/oder MS-Trigger sind eine wichtige Methodik im Bereich pharmazeutischer und chemischer Entwicklung. Das System wird bei der Hochdurchsatzfraktionierung in der kombinatorischen Synthese für die Suche nach neuen Wirkstoffen, der Einzelsubstanzisolierung für Strukturaufklärung und Aktivitäts-Screening, als auch bei der Fraktionierung von aktiven Substanzen aus Pflanzenextrakten eingesetzt. Im Gegensatz zur UV-Detektion ist die Massenspektrometrie keine zerstörungsfreie Detektionstechnik. Deshalb muss ein Post-Column-Split implementiert werden. Ein passives Splitsystem für ein automatisiertes HPLC Purification System sowohl mit UV- als auch MS-Trigger für Säulen mit der Dimension von 10 mm i.d. wurde konstruiert, mit Hilfe eines mathematischen Modells optimiert und experimentell evaluiert. Die Herausforderungen bei der Implementierung von automatischem Trigger sind Synchronisierung zwischen Peakdetektion und —fraktionierung sowie Minimierung der Bandenverbreiterung in den Verbindungskapillaren zwischen Detektor und Fraktionssammler. Das optimierte System wurde mittels einer mit 5 µm Material gepackten Säule mit Flussrate 5 mL/min sowie einer Monolith-Säule bei gleicher Dimension mit Flussrate 10 mL/min synchronisiert und charakterisiert. Da die Erhöhung der Fraktionierungsgeschwindigkeit mit einer Monolith-Säule bei gleichem Instrumenten-Setup erreicht wird, kann es als eine ideale Alternative zu einer Standardmethode für Hochdurchsatzreinigung von einfachen Substanzgemischen eingesetzt werden. Die mit der Isolierung von Substanzen verbunden Kosten sind stark abhängig von der Beladbarkeit der Säule. Deshalb ist die Maximierung der Beladbarkeit der Säule von großer Bedeutung. Zudem ist bekannt, dass die Beladbarkeit von der chemischen Natur der Proben abhängig ist. Aus diesem Grund wurden Volumenbeladbarkeit für Acetylsalicylsäure und Massenbeladbarkeit für einige Pharmazeutika auf verschiedene RP-HPLC-Säulen in semi-preparativer Dimension (10 mm i.d.) verglichen mit der analytischen Dimension (4,6 mm i.d.) umfassend untersucht. Das optimierte Automatisierte Purification System (APS) konnte erfolgreich für vollautomatische Fraktionierung von pharmakologisch und medizinisch relevanten Inhaltsstoffen aus Pflanzenextrakten angewandt werden. Das APS wurde für Fraktionierung wertvoller Inhaltsstoffe in Johanniskraut-Extrakten (Hypericum perforatum L.), zur Isolierung von Abbauprodukten aus aktiven Inhaltsstoffen in einem pharmazeutischen Präparat und für die Isolierung des toxischen Proteins Gliadine, die eine so genannte Zöliakie-Krankheit verursachen kann, eingesetzt. Der zweite Teil dieser Arbeit beschreibt die Charakterisierung von durch Accelerated Solvent Extraction (ASE) erhaltenen Johanniskraut-Extrakten sowie die Bestimmung von polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAKs) und Phenolen in teerhaltigem Straßenasphalt.
Databáze: OpenAIRE
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