Optimisation de mélange d'éluants pour CCM

Voici quelques éléments utiles pour la chromatographie sur couche mince (CCM) (Thin Layer Chromatography, TLC) et la chromatographie sur colonne.

Cette page reprend des données présentées sur un poster réalisé par le Club CCM avec CAMAG.

Il se base sur les notions de groupe de sélectivité d'éluants, de force d'élution, et de miscibilité des solvants entre eux.

La procédure d'optimisation d'un mélange d'éluants (phase mobile) pour la séparation des substances en CCM, dans une situation particulière donnée, est décrite dans les grandes lignes. Elle n'est cependant pas une méthode systématique, comporte un certain degré d'essais-erreurs et repose sur l'expérience du chimiste.

1 Classification de Snyder des éluants

Dans cette classification, les éluants sont caractérisés par 3 paramètres :

• Habilité à donner des protons
• Habilité à accepter des protons
• Attraction de type dipôle (moment dipolaire)

Les éluants sont répartis en 8 groupes de même sélectivité. Les éluants jouant le rôle de "diluants" sont classés à part (tableau ci-après).

Groupe de sélectivité	Solvant	Force d'élution
Diluants	n-hexane	0
	n-heptane	0
	Cyclohexane	0
Groupe I	Éther de n-butyle	2,1
	Éther de diisopropyle	2,4
	Éther de méthyl et tertiobutyle (MTBE)	2,7
	Éther diéthylique	2,8
Groupe II	Butan-1-ol	3,9
	Propan-2-ol	3,9
	Propan-1-ol	4,0
	Éthanol	4,3
	Méthanol	5,1
Groupe III	Tétrahydrofurane (THF)	4,0
	Pyridine	5,3
	Méthoxyéthanol	5,5
	Diméthylformamide (DMF)	6,4
Groupe IV	Acide acétique	6,0
	Formamide	9,6
Groupe V	Dichlorométhane	3,5
	1,2-dichloroéthane	3,5
Groupe VI	Acétate d'éthyle	4,4
	Butanone (méthyléthylcétone, MEK)	4,7
	Dioxane	4,8
	Acétone	5,1
	Acétonitrile	5,8
Groupe VII	Toluène	2,4
	Benzène	2,7
	Nitrobenzène	4,4
Groupe VIII	Chloroforme	4,1
	Nitrométhane	6,0
	Eau	10,2

2 Miscibilité des solvants

Miscibilité de quelques solvants usuels. Les couples de solvants indiqués par une case noire ne sont pas miscibles entre eux (ce qui n'exclue pas une faible solubilité).

(Voir aussi la page Miscibilité des solvants pour plus de renseignements.)

3 Mélanges typiques

Classiquement, on utilise les binaires suivants :

• n-heptane /acétate d'éthyle , l'heptane est très apolaire, l'acétate d'éthyle est relativement polaire, c'est un bon mélange binaire utilisable dans 70% des cas, molécules aromatiques ou non, possédant quelques uns ou pas d'hétéroatomes.
• Dichlorométhane /méthanol , maximum 20% en volume de méthanol, car il dissout la silice des plaques CCM. C'est un mélange très polaire, combinaison de choix pour les molécules polaires.
• Dichlorométhane /acétate d'éthyle , moins polaire que le mélange précédent, mais convenable aussi.
• Acétate d'éthyle /méthanol , mélange polaire convenable également.
• Toluène /acétate d'éthyle , capable de séparer des composés aromatiques à polarité voisine.

La silice pour plaque CCM est une silice non greffée, elle présente donc un caractère acide. Certains composés sensibles peuvent être dégradés sur la silice, il convient alors de la neutraliser avec des mélanges adéquats, on peut classiquement utiliser de la triéthylamine à 10% en volume dans l'acétate d'éthyle . Une plaque ainsi neutralisée permet la migration sans problème de composés basiques ou sensibles (sucres par exemple).

Des composés très très polaires peuvent être élués sur plaque avec des mélanges de "n"-butanol /acide acétique /eau, voire un tel mélange accompagné de pyridine .

On utilise très rarement du diméthylformamide (DMF) , du fait de son caractère très peu volatil, pas davantage que du benzène , pour des raisons évidentes de toxicité.

4 Optimisation de phase mobile

Un mélange éluant peut être recherché selon les 4 étapes suivantes, résumées sur forme d'un organigramme ci-après :

• 1^re étape : on réalise des CCM avec des éluants appartenant aux différents groupes de sélectivité (voit tableau ci-dessus). Les rapports frontaux (R_f) sont calculés pour les substances dont on souhaite améliorer la séparation.
• 2^e étape : on cherche à corriger la force d'élution, à la hausse ou à la baisse, avec des solvants de force faible ("diluants") ou de force plus élevée. Tenir compte de la miscibilité des solvants entre-eux (tableau ci-dessus) ; l'eau est utilisée si un diluant de type hydrocarbure n'est pas miscible.
• 3^e étape : on réalise des mélanges entre les éluants des étapes précédentes. (Optionnel si l'étape précédente conduit à une séparation bien satisfaisante).
• 4^e étape : on réalise des ajustements du mélange en faisant varier entre de 5 ou 10 % les proportions d'éluants de force faible ou forte. Il est possible de faire varier les conditions d'élution, par exemple la saturation des plaques CCM dans une cuve.

Si le but est de rechercher un bon mélange pour ensuite de réaliser une chromatographie sur colonne (avec même phase stationnaire que les plaques CCM), alors se rappeler que le volume d'éluant nécessaire est proportionnel à l'inverse du R_f d'une substance.

Procédure d'optimisation d'un mélange d'éluants pour la séparation de substances par CCM.

5 Références

• Club de Chromatographie sur Couche Mince : http://www.clubdeccm.com/