Au cours des dix dernières années, des composés oligomères intéressants à base de
l’acide cholique ont été synthétisés et caractérisés par nos collaborateurs du groupe de Julian
X.X. Zhu à l’Université de Montréal (UdeM). Dans un travail récent, ils ont synthétisé un dimère
d'acide cholique qui pouvait former de façon réversible une cavité moléculaire lorsqu'il était
dissous dans des milieux de polarité différente ; dans l'eau, le dimère forme une cavité
hydrophobe, et dans des milieux organiques, le dimère forme une cavité hydrophile. Ainsi, ce
type de composés amphiphiles, lorsqu'ils sont en solution, démontre un comportement de cavité
moléculaire qui dépend des conditions du solvant, formant une cavité de polarité opposée à celle
du milieu dans lequel ils se trouvent. Le comportement d'inversion de la cavité résulte de la
flexibilité conformationnelle du lieur chimique entre les monomères d'acide cholique. La
capacité des cavités de piéger des sondes moléculaires en fonction de leur polarité suggère que
ce type d’oligomères d’acide cholique pourrait constituer des phases stationnaires intéressantes
pour la chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC), où la séparation est
basée sur la polarité du soluté par rapport à la phase mobile. Puisqu’ils peuvent constituer des
cavités hydrophobes et hydrophiles, ils pourraient donc être exploités en chromatographie en
phase normale (NPC) et en chromatographie en phase inverse (RPC). La possibilité d'avoir une
phase stationnaire réversible avec une affinité bimodale appropriée pourrait être avantageuse en
biosciences, en sciences de l'environnement et favoriser la séparation de mélanges complexes
en élargissant le champ d'application d’une seule colonne chromatographique. L’affinité
bimodale pourrait notamment permettre d'éviter de changer le mode de fonctionnement du
HPLC; un processus long, coûteux et nécessitant une grande quantité de solvant pour
rééquilibrer et passiver le système fluidique de l’instrument.
Ce mémoire est une étude exploratoire qui vise à déterminer si ce type d’oligomères
d’acide cholique, une fois liés à des particules de gel de silice (6 μm de diamètre), montre la
formation de cavités moléculaires dans diverses conditions de phase mobile et s’il pourrait être
utilisé pour effectuer des séparations comme phase stationnaire bimodale. À notre connaissance,
il n’existe pas encore de phase stationnaire réversible à base d’oligomères d’acide cholique
capables d’interagir avec des composés hydrophiles et hydrophobes, en fonction de la polarité
ii
de l’éluant. Ce type de phase stationnaire se compare à d’autres phases stationnaires bimodales
pouvant être utilisées en NPC ou en RPC, parmi lesquels on trouve entre autres des copolymères
amphiphiles, des structures organométalliques et des macromolécules comme les cyclodextrines
(CD). La nature bimodale de la phase stationnaire à base de CD rapporté dans la littérature est
assez similaire aux phases stationnaires des oligomères d’acide cholique de cette étude, grâce à
leur cavité hydrophobe naturelle et un extérieur hydrophile, mais sans toutefois que la cavité
soit réversible à cause de la rigidité de l’anneau CD.
Les particules de silice greffées avec des oligomères d’acide cholique ont été
empaquetées par suspension dans un tube capillaire en silice fondue de diamètre intérieur (ID)
de 250 μm pour former des colonnes capillaires de 10 cm de long. Les performances
chromatographiques en phase liquide des phases stationnaires ont été étudiées à l'aide d'un
instrument HPLC adapté aux colonnes capillaires et muni d’un détecteur d’absorption. Plusieurs
sondes-analytes sont étudiées dans ce mémoire pour caractériser la rétention causée par les
phases stationnaires dans diverses phases mobiles eau/organique. Des comportements en RPC
et d'interaction hydrophile (HILIC) ont été observés dans différentes plages de composition de
phase mobile eau/organique. Les tests ont montré que les matériaux étaient capables de retarder
des analytes non polaires avec une diminution du pourcentage organique (% org) sur une large
plage de compositions (45% à 0% org dans le cas des alkylbenzènes). Les cavités hydrophobes
semblent quant à elles être responsables de la rétention aux % org moins que 10% et pour
seulement une faible partie de la plage totale de la rétention hydrophobique. Le comportement
en phase inverse a été comparé aux colonnes classiques à base de chaînes alkyles (C3, C4, C8
et C18) pour évaluer l’importance des interactions hydrophobes. Inversement, une augmentation
du % org, en particulier de l'acétonitrile, a entraîné la rétention de composés polaires sur une
courte plage de composition de solvant à partir de 85% org. Cette dernière rétention est toutefois
principalement imputable aux mécanismes HILIC avec le support de silice gel découvert et non
aux cavités hydrophiles du dimère d’acide cholique. / Over the past ten years, interesting oligomeric compounds based on cholic acids have
been synthesized and characterized by our collaborators from the Julian X.X Zhu group at the
Université de Montréal (UdeM). In a recent work, they synthesized a cholic acid dimer and
showed that it could form invertible molecular pockets when dissolved in media of different
polarity; in water, the dimer forms hydrophobic pockets, and in organic media, the dimer forms
hydrophilic pockets. Therefore, these amphiphilic compounds, when in solution, demonstrate
molecular pocket behavior depending on solvent conditions to form a cavity of opposite polarity
of the media in which they are located. The inversion behavior results from the conformational
flexibility of the chemical linker between the bile acid monomers. The ability of the pockets to
trap probe species based on their polarity suggests that the cholic acid oligomers might be
interesting stationary phases for high-performance liquid chromatography (HPLC), where
separation is based on solute polarity relative to the mobile phase. Since these materials can
produce hydrophobic and hydrophilic pockets, they could be exploited in both normal-phase
chromatography (NPC) and reversed-phase chromatography (RPC). The ability to have an
invertible stationary phase with suitable bimodal affinity could be advantageous in biosciences,
environmental sciences, and for the separation of complex mixtures by widening the field of
application of the same chromatographic column. The bimodal affinity may, in particular, make
it possible to avoid changing the operating mode of the HPLC; a costly and lengthy process
requiring a large amount of solvent to re-equilibrate and passivate all fluidic paths of the
instrument.
This memoir is an exploratory study that sets out to evaluate whether this type of cholic
acid oligomer, once bonded to silica gel particles (6 μm diameter), shows the formation of
molecular pockets in various mobile phase conditions and if they can be used to perform
separations as bimodal stationary phases. To the best of our knowledge, invertible stationary
phases based on cholic acid oligomers that are capable of selective binding and release of both
hydrophilic and hydrophobic compounds depending on the polarity of the eluent do not yet
exist. This type of stationary phase can be compared to the other bimodal stationary phases that
can be used in either NPC or RPC that includes amphiphilic copolymers, organometallic
structures and macromolecules like cyclodextrins (CD). The bimodal nature of the CD-based
iv
stationary phases are quite similar to the cholic acid oligomers stationary phases of this study,
thanks to a natural hydrophobic cavity and a hydrophilic exterior, but without the invertibility
of the cavity due to the rigidity of the CD ring.
The grafted particles were slurry-packed into 250 μm inner diameter (ID) fused silica
tubing to make 10 cm long capillary columns. The liquid chromatographic performance of the
stationary phases was investigated using a capillary HPLC instrument with a UV absorbance
detector. Several probe analytes were investigated to characterize the molecular pocket-based
retention in various water/organic mobile phases. RPC and hydrophilic interaction (HILIC)
behaviors were observed in distinctive composition ranges of water/organic mobile phases. The
tests showed that the materials were able to retain nonpolar compounds gradually with the
decrease of percentage organic (% org) over a wide range of compositions (45% to 0% org for
alkylbenzenes). The hydrophobic pockets seem to be responsible for the retention at % org less
than 10% and only for a small extent of the total range of the hydrophobic retention. The
reversed phase behavior was compared to classical alkyl-chain-based columns (C3, C4, C8 and
C18) to assess the importance of the hydrophobic interactions. Conversely, an increase in %
org, especially acetonitrile, resulted in the retention of polar compounds over a smaller range of
% org starting at 85% org. This latter retention is mainly attributable to HILIC mechanisms with
the uncapped silica gel support and not the cholic acid dimer hydrophilic pockets.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:umontreal.ca/oai:papyrus.bib.umontreal.ca:1866/24007 |
| Date | 10 1900 |
| Creators | Dionne-Dumont, Vincent |
| Contributors | Waldron, Karen |
| Source Sets | Université de Montréal |
| Language | fra |
| Detected Language | French |
| Type | thesis, thèse |
Page generated in 0.0038 seconds