Hostname: page-component-586b7cd67f-t7czq Total loading time: 0 Render date: 2024-11-24T02:35:10.079Z Has data issue: false hasContentIssue false
  • English
  • Français

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

Published online by Cambridge University Press:  01 July 2024

G. E. Lailach ,
T. D. Thompson  and
G. W. Brindley
G. E. Lailach
Affiliation:
Department of Geochemistry and Mineralogy, and Materials Research Laboratory, The Pennsylvania State University, University Park, Pennsylvania
T. D. Thompson
Affiliation:
Department of Geochemistry and Mineralogy, and Materials Research Laboratory, The Pennsylvania State University, University Park, Pennsylvania
G. W. Brindley
Affiliation:
Department of Geochemistry and Mineralogy, and Materials Research Laboratory, The Pennsylvania State University, University Park, Pennsylvania
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Core share and HTML view are not available for this content. However, as you have access to this content, a full PDF is available via the ‘Save PDF’ action button.

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

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

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

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.

Type
Research Article
Information
Clays and Clay Minerals , Volume 16 , Issue 4 , August 1968 , pp. 285 - 293
Copyright
Copyright © 1968, The Clay Minerals Society

References

Bernal, J. D. (1951) The Physical Basis of Life: Routledge and Kegan Paul, London , 80 pp.Google Scholar
Cairns-Smith, A. G. (1966) The origin of life and the nature of the primitive gene: J. Theoret. Biol. 10, 53–88.CrossRefGoogle ScholarPubMed
Cochran, W. (1951) The structures of pyrimidines and purines. V. The electron distribution in adenine hydrochloride: Acta Cryst. 4, 81–92.CrossRefGoogle Scholar
Dixon, J. K., Woodberry, N. T. and Costa, G. W. (1947) The dissociation constants of melamine and certain of its compounds: J. Am. Chem. Soc. 69, 599–603.CrossRefGoogle Scholar
Durand, G. (1964) Influence des minéraux argileux sur la décomposition de quelques dérivés nucléiques: Ann. Inst. Pasteur, Supp. 3, 136–147.Google Scholar
Farmer, V. S. and Mortland, M. M. (1966) An infrared study of the coordination of pyridine and water to exchangeable cations in montmorillonite and saponite: J. Chem. Soc. (A), 344–351.CrossRefGoogle Scholar
Fripiat, J. J. (1964) Surface properties of alumino- silicates: Clays and Clay Minerals, 12, 327–358.Google Scholar
Greenland, D. J. (1956) The adsorption of sugars by montmorillonite I. X-ray studies: J. Soil Sci. 7, 319–328.CrossRefGoogle Scholar
Haxaire, A. (1956) Sorption des molécules organiques azotées sur la montmorillonite: Ph.D. thesis, University of Nancy, 153 pp.CrossRefGoogle Scholar
Haxaire, A. and Bloch, J. M. (1956) Sorption des molécules organiques azotées par la montmorillonite. Etude du mechanism: Bull. Soc. Franç. Minéral. Crist. 79, 464–75.Google Scholar
Hendricks, S. V. (1941) Base exchange of the clay mineral montmorillonite for organic cations and its dependence upon absorption due to van der Waals forces: J. Phys. Chem. 45, 65–81.CrossRefGoogle Scholar
Hofmann, U. (1961) Geheimnisse des Tons: Ber. Deut. Keram. Ges. 38, 201–207.Google Scholar
Kleinwaechter, V., Drobnik, J. and Augenstein, L. (1967) Spectroscopic studies of purines —III: Photochem. Photobiol. 6, 133–146.Google Scholar
Mering, J. and Brindley, G. W. (1967) X-ray diffraction band profiles of montmorillonite —influence of hydration and of the exchangeable cations: Clays and Clay Minerals 15, 51–60.CrossRefGoogle Scholar
Norrish, K. and Rausell-Colom, J. A. (1963) Low-angle X-ray diffraction studies of the swelling of montmorillonite and vermiculite: Clays and Clay Minerals 10, 123–149.Google Scholar
Oparin, A. I. (1967) The Origin of Life on the Earth: Academic Press, New York, 495 pp.Google Scholar
Pezerat, H. and Mering, J. (1967) Recherches sur la position des cations échangeables et de l'eau dans les montmorillonites: Compt. Rend. Acad. Sci., Paris 265 (Series D), 529–532.Google Scholar
Pullman, V., Claverie, P. and Caillet, J. (1965) Sur le mécanisme des interactions moléculaires en solution entre les hydrocarbures aromatiques et les bases puri- ques et pyrimidiques: Compt. Rend. Acad. Sci., Paris 260 (Groupe 13), 5915–5917.Google Scholar
Rosenblatt, D. H. (1954) A new method for calculating dissociation constants from spectrophotometric data: J. Phys. Chem. 58, 40–42.CrossRefGoogle Scholar
Shaw, J. G. (1965) Binding of purines and pyrimidines by bentonite, an inhibitor of nucleases: Can. J. Biochem. 43, 829–831.CrossRefGoogle ScholarPubMed
Steinman, G. (1966) Synthesis of amino acid residues with reactive side chains under simple conditions: Science 154, 1344–1346.CrossRefGoogle ScholarPubMed
Weber, J. B. (1966) Molecular structure and pH effects on the absorption of 13 s-triazine compounds on montmorillonite clay: Am. Mineralogist 51, 1657–1670.Google Scholar
Weiss, A. (1967) Private communication.Google Scholar