This work was supported by the U.S. Department of Energy, Office of Science, Basic Energy Sciences, Chemical Sciences, Geosciences, and Biosciences Division. We thank the University of North Carolina Wilmington for providing the seawater.

1. סינתזה של 1,4-בנזן-bis (iminoguanidinium) כלוריד (BBIG-Cl) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באתרו סינתזה של ליגנד כלוריד 1,4-בנזן-bis (iminoguanidinium) (BBIG-Cl) ואת גיבושו עם סולפט <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 0.067 גרם של terephthalaldehyde ו -2.2 מיליליטר של פתרון 0.5 M מימי של כלוריד aminoguanidinium עד 10 מ&quot;ל מים ללא יונים בתוך 25 מיליליטר בבקבוק עגול תחתון מצוידים בר ומערבבים מגנטיים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבב את הפתרון מגנטי במשך ארבע שעות בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס. זו תניב פתרון מעט צהוב של BBIG-Cl. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 0.5 מ&quot;ל של פתרון 1 M מימית של נתרן גופרתי. זה יגרום המשקעים המיידיים של BBIG-SO 4 כמו מוצק לבן גבישים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סנן את סינון ואקום באמצעות מוצק להתאושש BBIG-SO 4. שטפו את מוצק על נייר הסינון חמש פעמים עם 5 מ&quot;ל aliquots של מים על מנת לקבל את המלח סולפט טהור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את טוהר השלב של BBIG-SO הגבישים <sub&gt; 4 מתקבל על ידי דיפרקציה אבקת רנטגן 12. השווה עם הדפוס שמוצג באיור 1. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באתרו לשעבר סינתזה של 1,4-בנזן-bis (iminoguanidinium) כלוריד 11 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 4 גרם של terephthalaldehyde ו 7.26 גרם של כלוריד aminoguanidinium 20 מ&quot;ל של אתנול בבקבוק 50 מ&quot;ל עגול התחתונה מצויד בר ומערבבים מגנטי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחממים את הפתרון 60 ° C באמצעות פלטה חשמלית, ומערבבים עם בר ומערבבים מגנטי עבור שעה 2. מצננים את הפתרון 20 ° C ולתת לו לשבת במשך 3 שעות, ואז לאסוף את מוצק על ידי סינון ואקום באמצעות משפך ביכנר מצויד במסנן נייר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להשעות את שהושגו מוצק ב 20 מ&quot;ל של אתנול וחום על פלטה חמה עד רתיחה. אם מוצק לא הולך לגמרי לתוך הפתרון בשלב זה, להוסיף aliquots קטנים (1 מ&quot;ל) של אתנול, המאפשר בכל פעם הפתרון להגיע רותחים בטמפרטורה, עד שכל מוצק מתמוסס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אפשר הבקבוק להתקרר לחדר טמפרטורותמחדש, ולאחר מכן למקם במקפיא C 0 ° לילה. אסוף את מוצק על ידי סינון דרך נייר הסינון מצויד משפך ביכנר באמצעות סינון ואקום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אשר את זהותם ואת רמת נקיונם של BBIG-Cl ב -1 ספקטרוסקופיה H NMR 13. השווה עם הקשת שמוצג באיור 2. </li></ol></li></ol> 2. הפרדת סולפט ממי-ים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התגבשות סולפט כמו BBIG-SO 4 הערה: כמות BBIG-Cl צורך להסיר את סולפט תלוי את הסכום המדויק של סולפט במי הים. נמצא כי באמצעות 1.5 ושווי של יחסי BBIG-Cl לתוצאות סולפט ב 99% סרים של סולפט. מי הים בשימוש בפרוטוקול זה יש ריכוז של סולפט 30 מ&quot;מ, כפי שנקבע על ידי טיטרציה עם BaCl 2. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סנן את מי הים עם מסנן מזרק 0.22 מיקרומטר או קרום סינון עם גודל נקבובי קטן להסיר חלקיקים מושעים ואורגניזמים ביו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ערכת 30פתרון מ&quot;מ של BBIG-Cl באמצעות מים ללא יונים ו BBIG-Cl מוצק מוכן כמתואר בסעיף הקודם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מוסיפים את פתרון BBIG-Cl אל מי ים בתוך 1.5: שיעור 1 (V / V). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים את התערובת במשך כמה שעות על מנת להבטיח כמותית (&gt; 99%) הסרת סולפט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אסוף את מוצק על ידי סינון דרך נייר הסינון מצויד משפך ביכנר באמצעות סינון ואקום. שטפו את מוצק על נייר הסינון חמש פעמים עם 5 aliquots מ&quot;ל מים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ייבש את המוצק המבודד תחת ואקום ולשקול לו לקבוע את התשואה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שחזור ליגנד <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הוסף 53.1 מ&quot;ג של BBIG-SO 4 לפתרון 2 מ&quot;ל של NaOH (10%) בקבוקון הנצנץ 20 מ&quot;ל מצויד בר ומערבבים מגנטי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבבים את התערובת במשך שעתיים על 20 מעלות צלזיוס. משקע צהוב מעט יהווה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סנן את מוצק באמצעות כתב-מסנן מצויד משפך ביכנר באמצעות סינון ואקום. שטוף את המוצק על נייר פילטר עם 0.2מ&quot;ל מים, ויבש תחת ואקום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאפיין את מוצק התאושש ידי תמ&quot;ג 13 כדי לאשר את זהותו כבסיס חינם bis (guanidine). השווה עם ספקטרום NMR שמוצג באיור 3. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קביעת הסכום של סולפט שהורחק מי ים על ידי בטא ספירת נוזלי נצנץ זהירות: טכניקה זו כרוכה בשימוש רדיואיזוטופים, המציבים ברמה שונה של מפגעים ממה הוא נתקל בדרך כלל ברוב המעבדות. אמצעי הגנה מפני קרינה מיוחדת נדרש בדרך כלל בעת טיפול רדיונוקלידים. לכן, זה הכרחי כי הנוהל אחריו בזהירות וכי קצין בטיחות לייעוץ והכוונה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חשב את נפח של פתרון המניות של הכורים גופרית-35 (5 MCI / מ&quot;ל) בשימוש על מנת להבטיח יש יותר מ -5 מיליון ספירות לדקה (CPM) למיליליטר של פתרון מי ים, באמצעות המשוואות הבאות (CPM ו קירי (Ci ) הן יחידות מידה fאו רדיואקטיביות): <img alt="משוואה 1" src="/files/ftp_upload/54411/54411eq1.jpg" /> <img alt="משוואה 2" src="/files/ftp_upload/54411/54411eq2.jpg" /> <img alt="משוואה 3" src="/files/ftp_upload/54411/54411eq3.jpg" /></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ספייק 25 מ&quot;ל של מי ים עם .0112 מ&quot;ל של תמיסת 5.0 MCI / מ&quot;ל של 35 S פתרון נתרן גופרתי רדיואקטיבי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן 0, 15, 30, 33, 45, ו -60 פתרונות מ&quot;מ של BBIG-Cl במים deionized ולשלב 0.750 מ&quot;ל של פתרונות אלה עם נפח שווה של 35 סולפט S-רדיואקטיבי ממוסמר מי ים בתוך שפופרת צנטריפוגות 2 מ&quot;ל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מערבב את התערובת דרך גלגל או מערבולת מסתובב תיבה-אוויר חממה / שמרי על טמפרטורה קבועה של 25 ± 0.2 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צנטריפוגה פתרונות ב 1500 XG במשך 10 דקות ב 25 מעלות צלזיוס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר צנטריפוגה, להסיר 1.2 מ&quot;ל של כל פתרון באמצעות מזרק, ואז לסנן אותו דרך פילטר מזרק 0.22 מיקרומטר להסיר את מושעה<html> לְזַרֵז. פיפטה 1.0 מ&quot;ל מכל אחד הפתרונות הללו לתוך 20 מ&quot;ל של קוקטייל הנצנץ צלוחיות הנצנץ פוליפרופילן. הפתרון המכיל לא BBIG-Cl (הפתרון השליט) צריך להיות מדולל פי עשרה עם מים ללא יונים לפני תוספת לקוקטייל הנצנץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את בקבוקוני נצנץ המכילים את המדגמים ואת קוקטייל הנצנץ על דלפק נצנץ נוזלי ולתת לו לשבת במשך שעה 1 לפני הספירה לאפשר דגימות אל dark-להסתגל. הערה: לפני ספירת הדגימות, לכייל את המכשיר ולאפשר מדגם לספור למשך 30 דקות. רוזן בקבוקונים נוספים המכילים קוקטייל נצנץ רק כדי לאפשר תיקון רקע המשמש בעת הקביעה הריכוזית סולפט בתמיסה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקבוע את כמות סולפט סיר, באמצעות המשוואות הבאות: <img alt="משוואה 4" src="/files/ftp_upload/54411/54411eq4.jpg" /> 54,411 / 54411eq5.jpg &quot;/&gt; <img alt="משוואה 6" src="/files/ftp_upload/54411/54411eq6.jpg" /></li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Langton, M. L., Serpell, C. J., Beer, P. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anion+Recognition+in+Water:+Recent+Advances+from+Supramolecular+and+Macromolecular+Perspective.">Anion Recognition in Water: Recent Advances from Supramolecular and Macromolecular Perspective.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 55, 1974-1987 (2016).</li><li>Busschaert, N., Caltagirone, C., Van Rossom, W., Gale, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+of+Supramolecular+Anion+Recognition.">Applications of Supramolecular Anion Recognition.</a> Chem. Rev. 115, 8038-8155 (2015).</li><li>Moyer, B. A., Custelcean, R., Hay, B. P., Sessler, J. L., Bowman-James, K., Day, V. W., Sung-Ok, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Case+for+Molecular+Recognition+in+Nuclear+Separations:+Sulfate+Separation+from+Nuclear+Wastes.">A Case for Molecular Recognition in Nuclear Separations: Sulfate Separation from Nuclear Wastes.</a> Inorg. Chem. 52, 3473-3490 (2013).</li><li>Kim, S. K., Lee, J., Williams, N. J., Lynch, V. M., Hay, B. P., Moyer, B. A., Sessler, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bipyrrole-Strapped+Calix[4]pyrroles:+Strong+Anion+Receptors+That+Extract+the+Sulfate+Anion.">Bipyrrole-Strapped Calix[4]pyrroles: Strong Anion Receptors That Extract the Sulfate Anion.</a> J. Am. Chem. Soc. 136, 15079-15085 (2014).</li><li>Jia, C., Wu, B., Li, S., Huang, X., Zhao, Q., Li, Q., Yang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+Efficient+Extraction+of+Sulfate+Ions+with+a+Tripodal+Hexaurea+Receptor.">Highly Efficient Extraction of Sulfate Ions with a Tripodal Hexaurea Receptor.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 50, 486-490 (2011).</li><li>Rajbanshi, A., Moyer, B. A., Custelcean, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sulfate+Separation+from+Aqueous+Alkaline+Solutions+by+Selective+Crystallization+of+Alkali+Metal+Coordination+Capsules.">Sulfate Separation from Aqueous Alkaline Solutions by Selective Crystallization of Alkali Metal Coordination Capsules.</a> Cryst. Growth Des. 11, 2702-2706 (2011).</li><li>Custelcean, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Urea-Functionalized+Crystalline+Capsules+for+Recognition+and+Separation+of+Tetrahedral+Oxoanions.">Urea-Functionalized Crystalline Capsules for Recognition and Separation of Tetrahedral Oxoanions.</a> Chem. Commun. 49, 2173-2182 (2013).</li><li>Custelcean, R., Sloop, F. V., Rajbanshi, A., Wan, S., Moyer, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sodium+Sulfate+Separation+from+Aqueous+Alkaline+Solutions+via+Crystalline+Urea-Functionalized+Capsules:+Thermodynamics+and+Kinetics+of+Crystallization.">Sodium Sulfate Separation from Aqueous Alkaline Solutions via Crystalline Urea-Functionalized Capsules: Thermodynamics and Kinetics of Crystallization.</a> Cryst. Growth Des. 15, 517-522 (2015).</li><li>Custelcean, R., Williams, N. J., Seipp, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aqueous+Sulfate+Separation+by+Crystallization+of+Sulfate-Water+Clusters.">Aqueous Sulfate Separation by Crystallization of Sulfate-Water Clusters.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 54, 10525-10529 (2015).</li><li>Custelcean, R., Williams, N. J., Seipp, C. A., Ivanov, A. S., Bryantsev, V. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aqueous+Sulfate+Separation+by+Sequestration+of+[(SO4)(H2O)4]4-+Clusters+within+Highly+Insoluble+Imine-Linked+Bis-Guanidinium+Crystals.">Aqueous Sulfate Separation by Sequestration of [(SO4)(H2O)4]4- Clusters within Highly Insoluble Imine-Linked Bis-Guanidinium Crystals.</a> Chem. Eur. J. 22, 1997-2003 (2016).</li><li>Khownium, K., Wood, S. J., Miller, K. A., Balakrishna, R., Nguyen, T. B., Kimbrell, M. R., Georg, G. I., David, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+Endotoxin-Sequestering+Compounds+with+Terephthaldehyde-bis-guanylhydrazone+Scaffolds.">Novel Endotoxin-Sequestering Compounds with Terephthaldehyde-bis-guanylhydrazone Scaffolds.</a> Bioorg. Med. Chem. Lett. 16, 1305-1308 (2006).</li><li>Pecharsky, V. K., Zavalij, P. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fundamentals of Powder Diffraction and Structural Characterization of Materials. , (2005).</li><li>Goldenberg, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Principles of NMR Spectroscopy: An Illustrated Guide. , (2016).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

טכניקה זו היא די סובלנית כלפי חריגות רבות מן הנוהל הכתוב, מה שהופך את זה די חזק. עם זאת ישנם שני שלבים קריטיים שיש אחריו. ראשית, ליגנד BBIG-Cl צריך להיות טהור ככל האפשר. זיהומים לא ישפיעו רק על הגיבוש המסיסות של מלח סולפט וכתוצאה מכך, אלא גם יעשו את זה קשה לחשב את הכמות הנדרש...

הפרדה סלקטיבי של oxoanions הידרופילי (למשל, סולפט, כרומטי, פוספט) מפתרונות מימיים תחרותיים מהווה אתגר יסוד עם רלוונטיות תיקון הסביבה, ייצור אנרגיה, ועל בריאות אדם. 1,2 סולפט בפרט קשה לחלץ מן המים עקב שלה רצון פנימי לשפוך בתחום הידרציה שלה ולהעביר לתוך סביבות קוטב פחות. 3 ביצוע חילוץ סולפט מימי יותר יעיל בדרך כלל דורש קולטנים מורכבים שקשים ומייגע לסנתז ולטהר, לעתים קרובות מעורב חומרים כימיים ממסים רעילים. 4,5 התגבשות סלקטיבי מציעה אלטרנטיבה פשוטה אך יעילה סולפט הפרדה ממים. 6-9 למרות שכמה קטיונים מתכת כגון Ba 2 +, Pb 2+, או מלחים סולפט מאוד מסיס טופס 2+ Ra, השימוש בהם הפרדה סולפט הוא לא תמיד מעשית בשל toxi הגבוהה שלהםעיר ולפעמים נמוכה סלקטיביות. העסקת הליגנדים אורגניים כמו מזרזי סולפט מנצלת את הגיוון amenability המבניים לעצב מאפיין מולקולות אורגניות. ליגנד אורגני אידיאלי התגבשות סולפט מימית צריך להיות מסיס במים, עדיין מהווים מלח סולפט מסיס או מורכבים בתוך זמן יחסית קצר בנוכחות ריכוזים גבוהים של יונים מתחרים. בנוסף, זה צריך להיות קל לסנתז מחזור. אחת ליגנד, 1,4-בנזן-bis (iminoguanidinium) (BBIG), עצמית התאספו באתרו משני זמינים מסחרית מבשרי, terephthalaldehyde ו aminoguanidinium כלוריד, נמצא לאחרונה כיעיל מאוד בהפרדה סולפט מימית. 10 ליגנד כזה מסיסים במים הוא בצורה כלוריד, ומגבש באופן סלקטיבי עם סולפט לתוך מלח מסיס מאוד כי ניתן להסיר בקלות מפתרון על ידי סינון פשוט. ליגנד BBIG מכן, ניתן לשחזר על ידי דה-פרוטונציה עםqueous NaOH וגיבוש של BIS-iminoguanidine נייטרלי, אשר ניתן להמיר בחזרה לתוך כלורידי עם HCl מימית, ולעשות בהם שימוש חוזר במחזור פרידה אחרת. יעילותה של ליגנד זה בהסרת סולפט ממים היא כה גדולה עד כי ניטור ריכוז סולפט שנותר פתרון הוא כבר לא משימה טריוויאלית, הדורש טכניקה מתקדמת יותר המאפשרת מדידה מדויקת של כמויות זעירות של אניון. לעניין זה, נותב סולפט 35 S radiolabeled בשיתוף עם ספירת נצנץ נוזלת β הועסק, טכניקה בשימוש נרחבת ב פרדות עקורות-נוזלים נוזליים, ומפגין לאחרונה כיעיל התגבשות סולפט ניטור. 8 פרוטוקול זה מדגים את סיר אחד בסינתזה באתרו של ליגנד BBIG וגיבוש שלה כמו מלח סולפט מ תמיסות מימיות. הסינתזה באתרו לשעבר של ליגנד 11 מוצגת גם שיתוףשיטת nvenient לייצור כמויות גדולות יותר של BBIG-Cl, אשר ניתן לאחסן בצורה גבישית עד מוכן לשימוש. הסרת סולפט ממי הים באמצעות ליגנד BBIG-Cl הכין בעבר מודגם מכן. לבסוף, השימוש 35 S שכותרתו סולפט ועוד יד נטויה נצנץ נוזלת β למדידת ריכוז סולפט במי ים מודגם. פרוטוקול זה מיועד לספק הדרכה למעוניינים בהרחבה בוחן את השימוש של התגבשות סלקטיבית להפרדת אניון מימית.

<table><tbody><tr><td>Terephthalaldehyde</td><td>Sigma</td><td>T2207</td><td></td></tr><tr><td>Aminoguanidinium Chloride</td><td>Sigma</td><td>#396494</td><td></td></tr><tr><td>Sodium Sulfate</td><td>Sigma</td><td>#239313</td><td></td></tr><tr><td>Barium Chloride</td><td>Sigma</td><td>#342920</td><td>Highly Toxic</td></tr><tr><td>Ethanol</td><td>Any</td><td></td><td>Reagent Grade (190 proof)</td></tr><tr><td>Sodium Hydroxide</td><td>EMD</td><td>SX0590-1</td><td></td></tr><tr><td>Hydrochloric Acid</td><td>Sigma</td><td>#258148</td><td></td></tr><tr><td>Filter Paper</td><td>Any</td><td>-</td><td>Any qualitative or analytical filter paper will work</td></tr><tr><td>Syringe Filter (0.22 &amp;#956;m)</td><td>Any</td><td>-</td><td>Nylon filter</td></tr><tr><td>&lt;sup&gt;35&lt;/sup&gt;S Labeled Sulfate</td><td>Perkin Elmer</td><td>NEX041005MC</td><td></td></tr><tr><td>Ultima Gold Scintillation Cocktail</td><td>Perkin Elmer</td><td>#6013329</td><td></td></tr><tr><td>Polypropylene Vials&amp;nbsp;</td><td>Any</td><td>-</td><td></td></tr><tr><td>Disposable Syringe (2-3 ml)</td><td>Any</td><td>-</td><td>Any disposable plastic syringe works</td></tr></tbody></table>

sulfate separation by selective crystallization with a bis-iminoguanidinium ligand

A simple and effective method for selective sulfate separation from aqueous solutions by crystallization with a bis-guanidinium ligand, 1,4-benzene-bis(iminoguanidinium) (BBIG), is demonstrated. The ligand is synthesized as the chloride salt (BBIG-Cl) by in situ imine condensation of terephthalaldehyde with aminoguanidinium chloride in water, followed by crystallization as the sulfate salt (BBIG-SO4). Alternatively, BBIG-Cl is synthesized ex situ in larger scale from ethanol. The sulfate separation ability of the BBIG ligand is demonstrated by selective and quantitative crystallization of sulfate from seawater. The ligand can be recycled by neutralization of BBIG-SO4 with aqueous NaOH and crystallization of the neutral bis-iminoguanidine, which can be converted back into BBIG-Cl with aqueous HCl and reused in another separation cycle. Finally, 35S-labeled sulfate and &#946; liquid scintillation counting are employed for monitoring the sulfate concentration in solution. Overall, this protocol will instruct the user in the necessary skills to synthesize a ligand, employ it in the selective crystallization of sulfate from aqueous solutions, and quantify the separation efficiency.

הדפוס העקיף אבקת רנטגן של BBIG-SO 4 (איור 1) מאפשר אישור חד משמעי של זהותו של מוצק גבישים. בהשוואת הדפוס שהושג מול ההתייחסות אחת, עוצמת שיא שחשובה פחות מיצוב שיא. כל הפסגות החזקות מוצגות בהפניה צריכות להיות נוכח המדגם המתקבל. הופעתו של פסגו?...

Watch this Scientific Journal Video about Sulfate Separation by Selective Crystallization with a Bis-iminoguanidinium Ligand at JoVE.com

Sulfate Separation by Selective Crystallization with a Bis-iminoguanidinium Ligand

פרוטוקול עבור בסינתזה מימית באתרו של ליגנד bis (iminoguanidinium) וניצול שלה בהפרדה סלקטיבית של סולפט מוצג.

ההפרדה סולפט ידי סלקטיבי התגבשות עם ליגנד Bis-iminoguanidinium

A simple and effective method for selective sulfate separation from aqueous solutions by crystallization with a bis-guanidinium ligand, ...

sulfate-separation-selective-crystallization-with-bis

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Chemistry

Acid-base and Solubility Equilibria

SCIENTISTS IN ACTION

8.3K Views.  Oak Ridge National Laboratory.  פרוטוקול עבור בסינתזה מימית באתרו של ליגנד bis (iminoguanidinium) וניצול שלה בהפרדה סלקטיבית של סולפט מוצג. 

Video: Sulfate Separation by Selective Crystallization with a Bis-iminoguanidinium Ligand

Production of Disulfide-stabilized Transmembrane Peptide Complexes for Structural Studies

Physical interactions among the lipid-embedded alpha-helical domains of membrane proteins play a crucial role in folding and assembly of membrane protein complexes and in dynamic processes such as transmembrane (TM) signaling and regulation of cell-surface protein levels. Understanding the structural features driving the association of particular sequences requires sophisticated biophysical and biochemical analyses of TM peptide complexes. However, the extreme hydrophobicity of TM domains makes them very difficult to manipulate using standard peptide chemistry techniques, and production of suitable study material often proves prohibitively challenging. Identifying conditions under which peptides can adopt stable helical conformations and form complexes spontaneously adds a further level of difficulty. Here we present a procedure for the production of homo- or hetero-dimeric TM peptide complexes from materials that are expressed in E. coli, thus allowing incorporation of stable isotope labels for nuclear magnetic resonance (NMR) or non-natural amino acids for other applications relatively inexpensively. The key innovation in this method is that TM complexes are produced and purified as covalently associated (disulfide-crosslinked) assemblies that can form stable, stoichiometric and homogeneous structures when reconstituted into detergent, lipid or other membrane-mimetic materials. We also present carefully optimized procedures for expression and purification that are equally applicable whether producing single TM domains or crosslinked complexes and provide advice for adapting these methods to new TM sequences.

Biophysical and biochemical studies of interactions among membrane-embedded protein domains face many technical challenges, the first of which is obtaining appropriate study material. This article describes a protocol for producing and purifying disulfide-stabilized transmembrane peptide complexes that are suitable for structural analysis by solution nuclear magnetic resonance (NMR) and other analytical applications.

מכלולי פפטיד הטרנסממברני ייצור של דיסולפיד-התייצבו ללימודים מבניים

Physical  interactions among the lipid-embedded alpha-helical domains of membrane  proteins play a crucial role in folding and assembly of membrane ...

Synthesis and Purification of Iodoaziridines Involving Quantitative Selection of the Optimal Stationary Phase for Chromatography

The highly diastereoselective preparation of cis-N-Ts-iodoaziridines through reaction of diiodomethyllithium with N-Ts aldimines is described. Diiodomethyllithium is prepared by the deprotonation of diiodomethane with LiHMDS, in a THF/diethyl ether mixture, at -78 &#176;C in the dark. These conditions are essential for the stability of the LiCHI2 reagent generated. The subsequent dropwise addition of N-Ts aldimines to the preformed diiodomethyllithium solution affords an amino-diiodide intermediate, which is not isolated. Rapid warming of the reaction mixture to 0 &#176;C promotes cyclization to afford iodoaziridines with exclusive cis-diastereoselectivity. The addition and cyclization stages of the reaction are mediated in one reaction flask by careful temperature control.
Due to the sensitivity of the iodoaziridines to purification, assessment of suitable methods of purification is required. A protocol to assess the stability of sensitive compounds to stationary phases for column chromatography is described. This method is suitable to apply to new iodoaziridines, or other potentially sensitive novel compounds. Consequently this method may find application in range of synthetic projects. The procedure involves firstly the assessment of the reaction yield, prior to purification, by 1H NMR spectroscopy with comparison to an internal standard. Portions of impure product mixture are then exposed to slurries of various stationary phases appropriate for chromatography, in a solvent system suitable as the eluent in flash chromatography. After stirring for 30 min to mimic chromatography, followed by filtering, the samples are analyzed by 1H NMR spectroscopy. Calculated yields for each stationary phase are then compared to that initially obtained from the crude reaction mixture. The results obtained provide a quantitative assessment of the stability of the compound to the different stationary phases; hence the optimal can be selected. The choice of basic alumina, modified to activity IV, as a suitable stationary phase has allowed isolation of certain iodoaziridines in excellent yield and purity.

A protocol for the diastereoselective one-pot preparation of cis-N-Ts-iodoaziridines is described. The generation of diiodomethyllithium, addition to N-Ts aldimines and cyclization of the amino gem-diiodide intermediate to iodoaziridines is demonstrated. Also included is a protocol to rapidly and quantitatively assess the most appropriate stationary phase for purification by chromatography.

סינתזה וטיהור של Iodoaziridines עירוב כמותי בחירת האופטימלית נייח השלב לכרומטוגרפיה

The highly diastereoselective preparation of cis-N-Ts-iodoaziridines through reaction of diiodomethyllithium with N-Ts aldimines is described. ...

A Direct, Early Stage Guanidinylation Protocol for the Synthesis of Complex Aminoguanidine-containing Natural Products

The guanidine functional group, displayed most prominently in the amino acid arginine, one of the fundamental building blocks of life, is an important structural element found in many complex natural products and pharmaceuticals. Owing to the continual discovery of new guanidine-containing natural products and designed small molecules, rapid and efficient guanidinylation methods are of keen interest to synthetic and medicinal organic chemists. Because the nucleophilicity and basicity of guanidines can affect subsequent chemical transformations, traditional, indirect guanidinylation is typically pursued. Indirect methods commonly employ multiple protection steps involving a latent amine precursor, such as an azide, phthalimide, or carbamate. By circumventing these circuitous methods and employing a direct guanidinylation reaction early in the synthetic sequence, it was possible to forge the linear terminal guanidine containing backbone of clavatadine A to realize a short and streamlined synthesis of this potent factor XIa inhibitor. In practice, guanidine hydrochloride is elaborated with a carefully constructed protecting array that is optimized to survive the synthetic steps to come. In the preparation of clavatadine A, direct guanidinylation of a commercially available diamine eliminated two unnecessary steps from its synthesis. Coupled with the wide variety of known guanidine protecting groups, direct guanidinylation evinces a succinct and efficient practicality inherent to methods that find a home in a synthetic chemist&#39;s toolbox.

Here, we present a protocol for direct, early stage guanidinylation that enables rapid total synthesis of aminoguanidine-containing small organic molecules. An advanced synthetic intermediate used in the synthesis of a blood coagulation factor XIa inhibitor was prepared using this protocol.

ישיר, בשלבים מוקדמים Guanidinylation פרוטוקול לסינתזה של מוצרים טבעיים Aminoguanidine המכיל קומפלקס

The guanidine functional group, displayed most prominently in the amino acid arginine, one of the fundamental building blocks of life, is an important ...

Method for Efficient Refolding and Purification of Chemoreceptor Ligand Binding Domain

Identification of natural ligands of chemoreceptors and structural studies aimed at elucidation of the molecular basis of the ligand specificity can be greatly facilitated by the production of milligram amounts of pure, folded ligand binding domains. Attempts to heterologously express periplasmic ligand binding domains of bacterial chemoreceptors in Escherichia coli (E. coli) often result in their targeting into inclusion bodies. Here, a method is presented for protein recovery from inclusion bodies, its refolding and purification, using the periplasmic dCACHE ligand binding domain of Campylobacter jejuni (C. jejuni) chemoreceptor Tlp3 as an example. The approach involves expression of the protein of interest with a cleavable His6-tag, isolation and urea-mediated solubilisation of inclusion bodies, protein refolding by urea depletion, and purification by means of affinity chromatography, followed by tag removal and size-exclusion chromatography. The circular dichroism spectroscopy is used to confirm the folded state of the pure protein. It has been demonstrated that this protocol is generally useful for production of milligram amounts of dCACHE periplasmic ligand binding domains of other bacterial chemoreceptors in a soluble and crystallisable form.

A procedure is presented for the refolding of the dCACHE periplasmic ligand binding domain of Campylobacter jejuni chemoreceptor Tlp3 from inclusion bodies and the purification to yield milligram quantities of protein.

שיטת Refolding יעילה וטיהור של ליגנד Chemoreceptor מחייב תחום

Identification of natural ligands of chemoreceptors and structural studies aimed at elucidation of the molecular basis of the ligand specificity can be ...

Biochemistry

The Synthesis of [Sn10(Si(SiMe3)3)4]2- Using a Metastable Sn(I) Halide Solution Synthesized via a Co-condensation Technique

The number of well-characterized metalloid tin clusters, synthesized by applying the disproportionation of a metastable Sn(I) halide in the presence of a sterically demanding ligand, has increased in recent years. The metastable Sn(I) halide is synthesized at&#160;&#34;outer space conditions&#34; via the preparative co-condensation technique. Thereby, the subhalide is synthesized in an oven at high temperatures, around 1,300 &#176;C, and at reduced pressure by the reaction of elemental tin with hydrogen halide gas (e.g., HCl). The subhalide (e.g., SnCl) is trapped within a matrix of an inert solvent, like toluene at -196 &#176;C. Heating the solid matrix to -78 &#176;C gives a metastable solution of the subhalide. The metastable subhalide solution is highly reactive but can be stored at -78 &#176;C for several weeks. On heating the solution to room temperature, a disproportionation reaction occurs, leading to elemental tin and the corresponding dihalide. By applying bulky ligands like Si(SiMe3)3, the intermediate metalloid cluster compounds can be trapped before complete disproportionation to elemental tin. Hence, the reaction of a metastable Sn(I)Cl solution with Li-Si(SiMe3)3 gives [Sn10(Si(SiMe3)3)4]2- 1 as black crystals in high yield. 1 is formed via a complex reaction sequence including salt metathesis, disproportionation, and degradation of larger clusters. Further, 1 can be analyzed by various methods like NMR or single crystal X-ray structure analysis.

The Synthesis of [Sn10SiSiMe334]2- Using a Metastable SnI Halide Solution Synthesized via a Co-condensation Technique

The disproportionation reaction of a metastable Sn(I) chloride solution, obtained via the preparative co-condensation technique, is used for the synthesis of a metalloid tin cluster compound.

הסינתזה של [Sn<sub&gt; 10</sub&gt; (Si (Sime<sub&gt; 3</sub&gt;)<sub&gt; 3</sub&gt;)<sub&gt; 4</sub&gt;]<sup&gt; 2</sup<sup&gt; -</sup&gt; שימוש metastable Sn (I) פתרון Halide מסונתז באמצעות טכניקה Co-עיבוי

The number of well-characterized metalloid tin clusters, synthesized by applying the disproportionation of a metastable Sn(I) halide in the presence of a ...

A Dual-Functional Electroactive Filter Towards Simultaneously Sb(III) Oxidation and Sequestration

We have designed a facile method to synthesize a dual-functional electrochemical filter consisting of two 1-D materials: titanate nanowires and carbon nanotubes. The hybrid titanate-CNT filter was prepared by a sonication coupled with a post-filtration route. Due to the synergistic effects of the increased number of exposed sorption sites, electrochemical reactivity, small pore size of the titanate-CNT network coupled with a flow-through design, simultaneous Sb(III) oxidation and sequestration can be readily achieved. Atomic fluorescence spectrometer technology demonstrated that the applied electrical field accelerates the Sb(III) conversion rate and the as-obtained Sb(V) were adsorbed effectively by the titanate nanowires due to their Sb specificity. This protocol provides a practical solution for the removal of highly toxic Sb(III) and other similar heavy metal ions.

A Dual-Functional Electroactive Filter Towards Simultaneously SbIII Oxidation and Sequestration

A protocol for the rational design of a dual-functional electroactive filter consisting of carbon nanotubes and titanate nanowires is reported and their environmental applications towards Sb(III) oxidation and sequestration is presented.

מסנן כפול פונקציונלי אלקטרואקטיבי כלפי בו זמנית Sb (III) חמצון ו קיבוע על

We have designed a facile method to synthesize a dual-functional electrochemical filter consisting of two 1-D materials: titanate nanowires and carbon ...

Environment

Synthesis of a Thiol Building Block for the Crystallization of a Semiconducting Gyroidal Metal-sulfur Framework

We present a method for preparing thioester molecules as the masked form of the thiol linkers and their utilization for accessing a semiconducting and porous metal-dithiolene network in the highly ordered single crystalline state. Unlike the highly reactive free-standing thiols, which tend to decompose and complicate the crystallization of metal-thiolate open frameworks, the thioester reacts in situ to provide the thiol species, serving to mitigate the reaction between the mercaptan units and the metal centers, and to improve crystallization consequently. Specifically, the thioester was synthesized in a one-pot procedure: an aromatic bromide (hexabromotriphenylene) reacted with excess sodium thiomethoxide under vigorous conditions to first form the thioether intermediate product. The thioether was then demethylated by the excess thiomethoxide to provide the thiolate anion that was acylated to form the thioester product. The thioester was conveniently purified by standard column chromatography, and then used directly in the framework synthesis, wherein NaOH and ethylenediamine serve to revert in situ the thioester to the thiol linker for assembling the single-crystalline Pb(II)-dithiolene network. Compared with other methods for thiol synthesis (e.g., by cleaving alkyl thioether using sodium metal and liquid ammonia), the thioester synthesis here uses simple conditions and economical reagents. Moreover, the thioester product is stable and can be conveniently handled and stored. More importantly, in contrast to the generic difficulty in accessing crystalline metal-thiolate open frameworks, we demonstrate that using the thioester for in situ formation of the thiol linker greatly improves the crystallinity of the solid-state product. We intend to encourage broader research efforts on the technologically important metal-sulfur frameworks by disclosing the synthetic protocol for the thioester as well as the crystalline framework solid.

Here, we present a one-pot, transition-metal-free synthesis of thiols and thioesters from aromatic halides and sodium thiomethoxide, followed by the preparation of single crystals of a metal-dithiolene network using thiol species generated in situ from the more stable and tractable thioester.

סינתזה של אבן בניין תיול עבור התגבשויות של מסגרת מתכת Gyroidal-גופרית מוליכים למחצה

We present a method for preparing thioester molecules as the masked form of the thiol linkers and their utilization for accessing a semiconducting and ...

Separation of Aldehydes and Reactive Ketones from Mixtures Using a Bisulfite Extraction Protocol

The purification of organic compounds is an essential component of routine synthetic operations. The ability to remove contaminants into an aqueous layer by generating a charged structure provides an opportunity to use extraction as a simple purification technique. By combining the use of a miscible organic solvent with saturated sodium bisulfite, aldehydes and reactive ketones can be successfully transformed into charged bisulfite adducts that can then be separated from other organic components of a mixture by the introduction of an immiscible organic layer. Here, we describe a simple protocol for the removal of aldehydes, including sterically-hindered neopentyl aldehydes and some ketones, from chemical mixtures. Ketones can be separated if they are sterically unhindered cyclic or methyl ketones. For aliphatic aldehydes and ketones, dimethylformamide is used as the miscible solvent to improve removal rates. The bisulfite addition reaction can be reversed by basification of the aqueous layer, allowing for the re-isolation of the reactive carbonyl component of a mixture.

Here, we present a protocol to remove aldehydes and reactive ketones from mixtures by a liquid-liquid extraction protocol directly with saturated sodium bisulfite in a miscible solvent. This combined protocol is rapid and facile to perform. The aldehyde or ketone can be re-isolated by the basification of the aqueous layer.

פרידה של Aldehydes, קטונים תגובתי תערובות באמצעות פרוטוקול החילוץ ביסולפאט

The purification of organic compounds is an essential component of routine synthetic operations. The ability to remove contaminants into an aqueous layer ...

התגבשות חלבוני קרום טרנספורטר ABC בביצלות ליפידיות

ABCG5/G8 Crystallization in a Lipidic Bicelle Environment for X-Ray Crystallography

ATP-binding cassette (ABC) transporters constitute lipid-embedded membrane proteins. Extracting these membrane proteins from the lipid bilayer to an aqueous environment is typically achieved by employing detergents. These detergents disintegrate the lipid bilayer and solubilize the proteins. The intrinsic habitat of membrane proteins within the lipid bilayer poses a challenge in maintaining their stability and uniformity in solution for structural characterization. Bicelles, which comprise a blend of long and short-chain phospholipids and detergents, replicate the natural lipid structure. The utilization of lipid bicelles and detergents serves as a suitable model system for obtaining high-quality diffraction crystals, specifically to determine the high-resolution structure of membrane proteins. Through these synthetic microenvironments, membrane proteins preserve their native conformation and functionality, facilitating the formation of three-dimensional crystals. In this approach, the detergent-solubilized heterodimeric ABCG5/G8 was reintegrated into DMPC/CHAPSO bicelles, supplemented with cholesterol. This setup was employed in the vapor diffusion experimental procedure for protein crystallization.

Author Spotlight: A Bicelle Crystallization Setup for ABC Transporter Membrane Proteins to Advance Drug Development 

This protocol describes a setup for the crystallization of the sterol transporter ABCG5/G8. ABCG5/G8 is reconstituted into bicelles for hanging-drop crystallization. The protocol does not require specialized materials or substrates, making it accessible and easy to adapt in any laboratory for determining the protein structure through X-ray crystallography.

התגבשות ABCG5/G8 בסביבת ביצלה ליפידית לקריסטלוגרפיה של קרני רנטגן

ATP-binding cassette (ABC) transporters constitute lipid-embedded membrane proteins. Extracting these membrane proteins from the lipid bilayer to an ...

ההפרדה סולפט ידי סלקטיבי התגבשות עם ליגנד Bis-iminoguanidinium

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

מכלולי פפטיד הטרנסממברני ייצור של דיסולפיד-התייצבו ללימודים מבניים

סינתזה וטיהור של Iodoaziridines עירוב כמותי בחירת האופטימלית נייח השלב לכרומטוגרפיה

ישיר, בשלבים מוקדמים Guanidinylation פרוטוקול לסינתזה של מוצרים טבעיים Aminoguanidine המכיל קומפלקס

שיטת Refolding יעילה וטיהור של ליגנד Chemoreceptor מחייב תחום

הסינתזה של [Sn

מסנן כפול פונקציונלי אלקטרואקטיבי כלפי בו זמנית Sb (III) חמצון ו קיבוע על

סינתזה של אבן בניין תיול עבור התגבשויות של מסגרת מתכת Gyroidal-גופרית מוליכים למחצה

פרידה של Aldehydes, קטונים תגובתי תערובות באמצעות פרוטוקול החילוץ ביסולפאט

התגבשות ABCG5/G8 בסביבת ביצלה ליפידית לקריסטלוגרפיה של קרני רנטגן

התגבשות ABCG5/G8 בסביבת ביצלה ליפידית לקריסטלוגרפיה של קרני רנטגן