Absorption of Pyrimidines, Purines, and Nucleosides by Li-, Na-, Mg-, and Ca-Montmorillonite (Clay-Organic Studies XII)

Abstract

The absorption of biologically important purines, pyrimidines, and nucleosides by Li-, Na-, Mg-, and Ca-montmorillonite has been studied in aqueous solutions over a range of pH values 2–12. The initial organic concentrations were about 1 m.molar. The ratio clay to organic compounds was such that only up to 25 per cent of the exchange capacity could be saturated by organic cations, but, depending on conditions, up to 100 per cent of the available organic material was absorbed. Of the nineteen compounds studied, only thymine, uracil, and their nucleosides were not absorbed under the experimental conditions. Absorption occurs primarily as a cation exchange reaction under acid conditions and varies with the basicity of the compounds, their aromatic or non-aromatic character, and the possible extent of their van der Waals interaction with the silicate layers. Nucleosides generally are less strongly absorbed than their purines or pyrimidines because their non-planar structure permits less van der Waals interaction; their absorption is influenced by the differences in swelling behavior of montmorillonite with mono- and divalent cations.

Résumé

L’absorption de purines, de pyrimidines, et de nucléosides à importance biologique par la montmorillonite Li, Na, Mg, et Ca, a fait l’objet d’études dans des solutions aqueuses sur toutes les valeurs de pH de 2 à 12. Les concentrations molaires organiques initiales étaient d’environ 1 m. Le rapport argile/composés organiques était tel que 25% seulement de la capacité d’échange pouvait être saturée par des cations organiques; cependant, dans certaines conditions, jusqu’à 100% des produits organiques disponibles se faisaient absorber. Des 19 composés étudiés, seuls la thymine, l’uracile et les nucléosides n’étaient pas absorbés dans les conditions d’expérimentation. L’absorption a lieu essentiellenment sous forme de, reaction d’échange de cations en état et varie selon la basicité des composés, leur caractère aromatique ou non-aromatique, et l’importance éventuelle de leur interaction van der Waals avec les couches de silicate. Les nucléosides en général sont moins facilement absorbés que leurs purines ou pyramidines du fait que leur structure non-plane donne lieu à moins d’interaction van der Waals; leur absorption dépend des différences dans le gonflement des mont-morillonites selon qu’il s’agit de cations mono- ou bi-valents.

Kurzreferat

Die Absorption von biologisch wichtigen Purinen, Pyrimidinen und Nucleosiden durch Li-, Na-, Mg- und Ca-Montmorillonit wurde in wässrigen Lösungen in einem Bereich von pH 2 bis pH 12 untersucht. Die Anfangskonzentration an organischem Material war etwa 1 m.molar. Das Verhältnis von Ton zu organischer Verbindung war derart, dass nur bis zu 25% des Austauschvermögens durch organische Kationen abgesättigt werden konnte, wohingegen, je nach den Bedingungen, bis zu 100% des zur Verfügung stehenden Materials absorbiert wurde. Von den neunzehn untersuchten Stoffen wurden unter den Versuchsbedingungen nur Thymin, Uracil und ihre Nucleoside nicht absorbiert. Absorption findet zunächst in Form einer Kationenaustauschreaktion unter sauren Bedingungen statt und variiert mit der Basizität der Verbindungen, ihrem aromatischen oder nichtaromatischen Charakter und dem ev. Umfang der van der Waalsschen Wechselwirkung mit den Silikatschichten. Nucleoside werden im allgemeinen weniger stark absorbiert als ihre Purine oder Pyrimidine, da ihre nichtplanare Struktur nur eine geringere van der Waalssche Wechselwirkung gestattet. Ihre Absorption wird durch das unterschiedliche Quellverhalten von Montmorillonit mit ein-oder zweiwertigen Kationen bestimmt.

Резюме

Абсорбция биологически важных пуринов, пиримидинов и нуклеозидов Li-, Na-, Mg-и Ca- монтмориллонитом исследовалась в водных растворах в диапазоне значений pH от 2 до 12. Исходная органическая концентрация составляла прибл. 1 м.моль. Соотношение глины с органическими соединениями было таким, что всего лишь до 25% обменной способности могло быть насыщено органическими катионами, но в зависимости от условий, поглощалось до 100% имеющихся в распоряжении органических веществ. Из 19 исследованных соединений, только тимин, урацил и их нуклеозиды не были поглощены в экспериментальных условиях. Абсорбция происходит в первую очередь как катионообменная реакция в кислых условиях и меняется в зависимости от основности соединений, их ароматического или неароматического характер и от степени их вандерваалсова взаимоотношения с силикатными слоями. Вообще, нуклеозиды менее сильно поглощаемы, чем их пурины или пиримидины, так как их неплоскостная структура допускает меньшую степень вандерваалсова взаимоотношения; абсорбция эта зависит от разницы набухаемости монтмориллонита с одно- и эвухвалентными катионами.