Challenges and Features of Polysaccharide Visualization in Sorbent Layers During Planar Chromatography

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The features of planar (thin-layer) chromatography of several linear non-ionic polysaccharides (amylose, pullulan), their visualization by post-chromatographic derivatization with iodine, and the factors influencing this process are described. It is shown that the coloration of pullulan results from the formation of pseudoclathrate complexes of molecular iodine–iodide–pullulan in short helical segments of the polysaccharide, as well as iodine absorption in the bends of the polymer chain. It was established that the shift of the spectral absorption maximum of amylose (λmax ~ 600 nm, blue coloration) to the shorter wavelength region (λmax = 560 nm, red-brown coloration) is associated with specific interactions of starch with silica and the formation of a molecular iodine–iodide-anion–amylose–silica gel complex. It was demonstrated that the intensity of iodine staining of high-molecular-weight polysaccharides does not depend on their degree of polymerization, and polysaccharide visualization by the iodine reaction in thin-layer chromatography is possible only on neutral forms of silica sorbents.

About the authors

I. I. Malakhova

Branch of Petersburg Nuclear Physics Institute named by B.P.Konstantinov of National Research Centre «Kurchatov Institute» – Institute of Macromolecular Compounds

Email: a.kirillov2622@gmail.com
St. Petersburg, 199904, Russia

A. S. Kirillov

Branch of Petersburg Nuclear Physics Institute named by B.P.Konstantinov of National Research Centre «Kurchatov Institute» – Institute of Macromolecular Compounds

Email: a.kirillov2622@gmail.com
St. Petersburg, 199904, Russia

N. I. Gorshkov

Branch of Petersburg Nuclear Physics Institute named by B.P.Konstantinov of National Research Centre «Kurchatov Institute» – Institute of Macromolecular Compounds

Email: a.kirillov2622@gmail.com
St. Petersburg, 199904, Russia

A. V. Eremin

Branch of Petersburg Nuclear Physics Institute named by B.P.Konstantinov of National Research Centre «Kurchatov Institute» – Institute of Macromolecular Compounds

Email: a.kirillov2622@gmail.com
St. Petersburg, 199904, Russia

V. D. Krasikov

Branch of Petersburg Nuclear Physics Institute named by B.P.Konstantinov of National Research Centre «Kurchatov Institute» – Institute of Macromolecular Compounds

Author for correspondence.
Email: a.kirillov2622@gmail.com
St. Petersburg, 199904, Russia

References

  1. Kooyk Y., Rabinovich G.A. Protein-glycan interactions in the control of innate and adaptive immune responses // Nat. Immunol. 2008. V. 9. № 6. P. 593. https://doi.org/10.1038/ni.f.203
  2. Lepenies В., Yin J., Seeberger Р.Н. Applications of synthetic carbohydrates to chemical biology // Curr. Opin. Chem. Biol. 2010. V. 14. P. 404. https://doi.org/10.1016/j.cbpa.2010.02.016
  3. Venkatesan J., Lowe B., Anil S., Venkatesan J., Lowe B., Anil S., Manivasagan P., Kheraif A.A.A., Kang K.H., Kim S.K. Seaweed polysaccharides and their potential biomedical applications // Starch-Stärke. 2015. V. 67. № 5-6. P. 381. http://dx.doi.org/10.1002/star.201400127
  4. Aliev W.R., Mann B.F., Novotny M.V. High-sensitivity analytical approaches for the structural characterization of glycoproteins // Chem. Rev. 2013. V. 113. P. 2668. https://doi.org/10.1021/cr3003714
  5. Душкин А.В., Метелева Е.С., Чистяченко Ю.С., Поляков Н.Э. Химические трансформации и молекулярная динамика полисахаридов и их межмолекулярных комплексов с лекарственными веществами в растворах и твердых фазах // Фундаментальные исследования. 2013. № 1-3. С. 789.
  6. Оводов Ю.С. Современные представления о пектиновых веществах // Биоорганическая химия. 2009. Т. 35. № 3. С. 293.
  7. Красиков В.Д., Малахова И.И., Сантурян Ю.Г., Панарин Е.Ф. Планарная хроматография – метод аналитического контроля композитных фармацевтических препаратов на основе N-виниламидов // Журн. аналит. химии. 2023. Т. 78. № 11. С. 1019. https://doi.org/10.31857/S0044450223110099 (Krasikov V.D., Malakhova I.I., Santuryan Y.G., Panarin E.F. Planar chromatography as a method for the analytical control of composite pharmaceutical preparations based on N-vinylamides // J. Anal. Chem. 2023. V. 78. № 11. P.1537. https://doi.org/10.1134/S1061934823110047
  8. Гейсс Ф. Основы тонкослойной хроматографии (Планарная хроматография). Пер. с англ. под ред. Березкина В.Г. М., 1999. Т. 1. 405 с., Т. 2. 348 с.
  9. Spangenberg B., Poole C.F., Weins Ch. Quantitative thin-layer chromatography. A practical survey. Heidelberg: Springer. 2011. 388 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-10729-0
  10. Саканян К.М., Гаккель В.А., Малахова И.И., Красиков В.Д., Сокольская Т.А., Захаров В.И. Изучение состава моносахаридов полисахаридных комплексов фукуса пузырчатого Fucus vesiculosus L. и селеницереуса крупноцветкового Selenicereus grandiflorus (L.) Britten et Rose // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2009. № 5. С. 44.
  11. Дудкина М.М., Котельникова Н.Е., Ганкина Э.С., Малахова И.И., Петропавловский Г.А. Применение тонкослойной хроматографии для определения сахаров в микрокристаллической целлюлозе // Химия природных соединений. 1988. № 3. C. 869.
  12. Reiffová K. Analysis of food bioactive oligosaccharides by thin-layer chromatography / Food Oligosaccharides: Production, Analysis and Bioactivity. 2014. P. 350. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2006.01.039
  13. Doner L.W., Biller L.M. High-performance thin-layer chromatographic separation of sugars: preparation and application of aminopropyl bonded-phase silica plates impregnated with monosodium phosphate // J. Chromatogr. A. 1984. V. 287. P. 391. https://doi.org/10.1016/S0021-9673(01)87716-5
  14. Lee K.Y., Nuro, D., Zlatkis A. Determination of glucose, fructose and sucrose in molasses by high-performance thinlayer chromatography // J. Chromatogr. A. 1979. V. 174. № 1. P. 187. https://doi.org/10.1016/S0021-9673(00)87049-1
  15. Martinez-Castro I., Olano A. Ready detection of small amounts of lactulose in dairy products by thin-layer chromatography // Chromatographia. 1981. V. 14. № 11. P. 621. https://doi.org/10.1007/bf02291098
  16. Damonte A., Lombard A., Tourn L.M., Cassone M.C. A modified solvent system and multiple detection technique for the separation and identification of mono- and oligosaccharides on cellulose thin layers // J. Chromatogr. A. 1971. V. 60. P. 203. https://doi.org/10.1016/S0021-9673(00)95551-1
  17. Hoton-Dorge M. Séparation des aldoses et des polysaccharides par chromatographie en couche mince de cellulose et nouveau réactif de pulvérisation permettant leur révélation sensible // J. Chromatogr. A. 1976. V. 116. № 2. P. 417. https://doi.org/10.1016/s0021-9673(00)89911-2
  18. Cockburn D., Koropatkin N. Product analysis of starch active enzymes by TLC // Bio-protocol. 2015. V. 5. № 20. P. e1621. http://doi.org/10.21769/BioProtoc.1621
  19. Zhang Z., Xiao Z., Linhardt R. J. Thin layer chromatography for the separation and analysis of acidic carbohydrates // J. Liq. Chromatogr. Relat. Technol. 2009. V. 32 № 11–12. P. 1711. https://doi.org/10.1080/10826070902956402
  20. Pop C.R., Ancuţa M.R., Liana C.S., Sindic M. Fingerprint profiling of polysaccharide kefiran extracted from kefir grains biomass // J. Agroaliment. Processes Technol. 2015. V. 21. № 2. P. 207.
  21. Шталь Э. Хроматография в тонких слоях. М.: Мир, 1965. 508 с.
  22. Кирхнер Ю. Тонкослойная хроматография. В 2-х тт. Пер. с англ. М: Мир, 1981. 616 с.
  23. Schacht E., Ruys L., Vermeersch J., Remon J.P., Duncan R. Dextran and inulin derivatives of procainamide // Ann. N. Y. Acad. Sci. 1985. V. 446. № 1. P. 199. https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.1985.tb18401.x
  24. Sherma, J., Fried B. Handbook of Thin-Layer Chromatography. CRC Press, 2003. P. 1048. https://doi.org/10.1201/9780203912430
  25. Мохнач В.О. Йод и проблемы жизни. Теория биологической активности йода и проблемы практического применения соединений йода с высокополимерами. Л.: Наука, 1974. 254 с.
  26. Bele A.A., Khale A. An overview on thin layer chromatography // Int. J. Pharm. Sci. Res. 2011. V. 2. № 2. P. 256. http://dx.doi.org/10.13040/IJPSR.0975-8232.2(2).256-67
  27. Isenberg I.H. Pulp and Paper Microscopy. 3rd Ed. Appleton, Wisconsin: The Institute of Paper Chemistry, 1967. 395 p.
  28. Rundle R.E. The configuration of starch in the starch-iodine complex. V. Fourier projections from X-ray diagrams // J. Am. Chem. Soc. 1947. V. 69. № 7. P. 1769. https://doi.org/10.1021/ja01199a054
  29. Yang J, Sato T. Conformation of pullulan in aqueous solution studied by small-angle X-ray scattering // Polymers. 2020. V. 12. № 6. P. 1266. https://doi.org/10.3390/polym12061266
  30. Савинкина Е.В., Козлова И.А., Палкина К.К. Структурные перестройки водных растворов при кристаллизации комплексных полииодидов переходных элементов / Тезисы докладов IX Международной конференции “Проблемы сольватации и комплексообразования в растворе”. Плес. 2004. С. 154.
  31. Thoma J.A., French D. Studies on the Schardinger dextrins. X. The interaction of cyclohexaamylose, iodine and iodide. Part I. Spectrophotometric studies // J. Am. Chem. Soc. 1958. V. 80. 22. P. 6142. https://doi.org/10.1021/ja01555a060
  32. Reddy, J. M.; Knox, K.; Robin, M. B. Crystal structure of HI3·2C6H5CONH2: A model of the starch-iodine complex // J. Chem. Phys. 1964. 40 № 4. P. 1082. https://doi.org/10.1063/1.1725252
  33. Pesek S., Silaghi-Dumitrescu R. The iodine/iodide/starch supramolecular complex // Molecules. 2024. V. 29. P. 641. https://doi.org/10.3390/molecules29030641
  34. Gilbert G.A, Marriott J.V.R. Starch-iodine complexes. Part I. Trans. // Faraday Soc. 1948. V. 44. P. 84. https://doi.org/10.1039/TF9484400084
  35. Yajima H.; Nishimura T.; Ishii T.; Handa T. Effect of concentration of iodide on the bound species of I2/I–3 in the amylose-iodine complex // Carbohydr. Res. 1987. V. 163. № 2. P. 155. https://doi.org/10.1016/0008-6215(87)80179-9
  36. Knutson C.A., Cluskey J.E., Dintzis F.R. Properties of amylose-Iodine complexes prepared in the presence of excess iodine // Carbohydr. Res. 1982. V. 101. № 1. P. 117. https://doi.org/10.1016/S0008-6215(00)80800-9
  37. Saenger W. The structure of the blue starch-iodine complex // Naturwissenschaften. 1984. V. 71. № 1. P. 31. https://doi.org/10.1007/BF00365977
  38. Fonslick J., Khan A. Thermal stability and composition of the amylose–iodine complex // J. Polym. Sci. A Polym. Chem. 1989, V. 27. № 12. P. 4161. https://doi.org/10.1002/pola.1989.080271222
  39. Yu X., Houtman C., Atalla R. H. The complex of amylose and iodine // Carbohydr. Res. 1996. V. 292. P. 129. https://doi.org/10.1016/S0008-6215(96)91037-X
  40. Prajapati V.D., Jani G.K., Khanda S.M. Pullulan: An exopolysaccharide and its various applications // Carbohydr. Polym. 2013. V. 95. P. 540. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2013.02.082
  41. Singh R.S., Kaur N.; Rana V., Kennedy J.F. Pullulan: A novel molecule for biomedical applications // Carbohydr. Polym. 2017. V. 171. P. 102. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2017.04.089
  42. Sasaki Y., Akiyoshi K. Nanogel engineering for new nanobiomaterials: From chaperoning engineering to biomedical applications // Chem. Rec. 2010. V. 10. P. 366. https://doi.org/10.1002/tcr.201000008
  43. Liu J.H.-Y., Brant D.A., KitAmura S., Kajiwara K., Mimura M. Equilibrium spatial distribution of aqueous pullulan: Small-angle x-ray scattering and realistic computer modeling // Macromolecules. 1999. V. 32. P. 8611. http://dx.doi.org/10.1021/ma990591h
  44. Jaud S., Tobias D.J., Brant D.A. Molecular dynamics simulations of aqueous pullulan oligomers // Biomacromolecules. 2005. V. 6. P. 1239. https://doi.org/10.1021/bm049463d
  45. Buliga G.S., Brant D.A. Theoretical interpretation of the unperturbed aqueous solution configuration of pullulan // Int. J. Biol. Macromol. 1987. V. 9. P. 77. http://dx.doi.org/10.1016/0141-8130(87)90030-4
  46. Bruneel D., Schacht E. Chemical modification of pullulan: 1. Periodate oxidation // Polymer. 1993. V. 34. № 12. P. 2628. https://doi.org/10.1016/0032-3861(93)90600-F
  47. Nypelö T., Berke B., Spirk S., Sirviö J.A. Periodate oxidation of wood polysaccharides – Modulation of hierarchies // Carbohydr. Polym. 2021. V. 252. Article 117105. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.117105
  48. Breugst M., Heiden D. Mechanisms in iodine catalysis // Chem. – Eur. J. 2018. V. 24. № 37. P. 9187. https://doi.org/10.1002/chem.201706136
  49. Adachi M., Eguchi W., Tohdo F., Yoneda M. Reactions of iodine in aqueous solutions containing sodium hydroxide // J. Chem. Eng. Jpn. 1974. V. 7. № 5. P. 360. https://doi.org/10.1252/jcej.7.360
  50. Thoma J.A., French D. The starch-iodine-iodide interaction. Part II. Potentiometric investigations // J. Phys. Chem. 1961. V. 65. № 10. P. 1825. https://doi.org/10.1021/j100827a032
  51. Buliga G.S., Brant D.A. Temperature and molecular weight dependence of the unperturbed dimensions of aqueous pullulan // Int. J. Biol. Macromol. 1987. V. 9. № 2. P. 71. http://dx.doi.org/10.1016/0141-8130(87)90029-8
  52. Ring S.G., L’Anson K.J., Morris V.J. Static and dynamic light scattering studies of amylose solutions // Macromolecules. 1985. V. 18. № 2. P. 182. http://dx.doi.org/10.1021/ma00144a013
  53. Banks W., Greenwood C.T. The conformation of amylose in neutral, aqueous salt solution // Carbohydr. Res. 1968. V. 7. № 3. P. 349. http://dx.doi.org/10.1016/S0008-6215(00)81207-0
  54. Nakanishi Y., Norisuye T., Teramoto A., Kitamura S. Conformation of amylose in dimethyl sulfoxide // Macromolecules. 1993. V. 26. № 16. P. 4220. http://dx.doi.org/10.1021/ma00068a023
  55. Fujii M., Nagasaka K., Shimada J., Yamakawa H. The model parameters of helical wormlike chains // Macromolecules. 1983. V. 16. № 10. P. 1613. http://dx.doi.org/10.1021/ma00244a012
  56. Yamamoto M., Sano T., Yasunaga T. Interaction of amylose with Iodine. I. Characterization of cooperative binding isotherms for amyloses // Bull. Chem. Soc. Jpn. 1982. V. 55. № 6. P. 1886. https://doi.org/10.1246/bcsj.55.1886
  57. Nguyen Q. T., Aptel P., Neel J. Investigation of the amylose-lodine complexation in aqueous solution by ultrafiltration // Biopolymers. 1976. V. 15. P. 2097. https://doi.org/10.1002/bip.1976.360151016
  58. Senior M. B., Hamori E. Investigation of the effect of amylose/iodine complexation on the conformation of amylose in aqueous solution // Biopolymers. 1973. V. 12. № 1. P. 65. https://doi.org/10.1002/bip.1973.360120107
  59. Moulay S. Molecular iodine/polymer complexes // J. Polym. Eng. 2013 V. 33. № 5. P. 389. http://dx.doi.org/10.1515/polyeng-2012-0122
  60. Guzenko N.V., Voronina O.E., Vlasova N.N., Voronin E.F. Absorption of iodine on the surface of silica modified by polyvinylpyrrolidone and albumin // J. Appl. Spectrosc. 2004. V. 71. P. 151. http://dx.doi.org/10.1023/B:JAPS.0000032868.98836.4d
  61. Pushpamalar V., Langford S.J., Ahmad M., Lim Y.Y. Optimization of reaction conditions for preparing carboxymethyl cellulose from sago waste // Carbohydr. Polym. 2006. V. 64. № 2. P. 312. https://doi.org/10.1016/J.CARBPOL.2005.12.003
  62. Tan L., Kong L. Starch-guest inclusion complexes: Formation, structure, and enzymatic digestion // Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 2020. V. 60. № 5. P. 780. https://doi.org/10.1080/10408398.2018.1550739
  63. Mould D.L. Potentiometric and spectrophotometric studies of complexes of hydrolysis products of amylose with iodine and potassium iodide // Biochem. J. 1954. V. 58. № 4. P. 593. https://doi.org/10.1042/bj0580593

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».