Metilen mavisi və leykometilen mavisi: bir redoks cütü, iki rəng

Bir tələbə kolbaya bir neçə damcı mavi boya əlavə edir, kolbanı dairəvi hərəkətlə çalxalayır və rəngin yox olduğunu görür. Kolbanı silkələdikdə mavi rəng geri qayıdır. Bu iki hal arasında elektronlardan və hava ilə təmasdan başqa heç nə əlavə olunmayıb və ya çıxarılmayıb. Həmin kolba bu məqalənin bütün mövzusunu özündə cəmləşdirir: metilen mavisi və onun reduksiya olunmuş tərəfdaşı leykometilen mavisi rəngin göstərici rolunu oynadığı dönər redoks cütündə bir-birinə çevrilir.

Əvvəlcə praktik məqamı qeyd edək. Burada rəng dəyişikliyi əlavə təsir deyil. O, analitik siqnaldır. Metilen mavisi ilə formulasiya hazırlayan, onunla titrləmə aparan və ya onu tədrisdə istifadə edən hər kəs yarımreaksiyanı yaddaşdan yazmağı, onu sola və ya sağa yönəldən şəraiti göstərməyi və nəticəni qeyri-müəyyənləşdirən qatışıqları adlandırmağı bacarmalıdır.

Bir tənlikdə ifadə olunan cüt

Oksidləşmiş metilen mavisi metiltioninium kationudur: mərkəzi halqasında kükürd və azot, hər ucunda isə dimetilamino qrupu olan yastı fenotiazin sistemidir və xlorid duzu şəklində təqdim olunur. PubChem onu metiltioninium xlorid, C.I. Basic Blue 9 kimi qeydə alır. Suda monomer təxminən 664 nm-də işığı udur və gözün gördüyü mavi rəng bununla bağlıdır.

Reduksiya olunmuş leykometilen mavisi (LMB) eyni skeletə malikdir, lakin mərkəzi halqanın azotu protonlaşmış, xromoforu isə pozulmuşdur. Neytrala yaxın pH-da yüksüz və demək olar ki, rəngsizdir; görünən işıq udması cüzi, təxminən 258 nm-də ultrabənövşəyi udma zolağı isə güclüdür (leykometilen mavisi üçün PubChem qeydi, CAS 613-11-6). Yarımreaksiyadakı protonların sayı pH-dan asılıdır, çünki reduksiya olunmuş forma turş mühitdə protonlaşır (təxmini pKa qiymətləri 4.5 və 5.8-ə yaxındır). Praktik diapazon üç rejimi əhatə edir:

MB(+) + 2 e(-) + H(+) <=> LMB, mavi <=> rəngsiz (neytrala yaxın pH, 1 proton)

MB(+) + 2 e(-) + 2 H(+) <=> LMBH(+), mavi <=> rəngsiz (orta dərəcədə turş mühit, 2 proton)

MB(+) + 2 e(-) + 3 H(+) <=> ikiqat protonlaşmış leyko növü (güclü turş mühit, 3 proton)

Bu üç yazılış eyni cütü müxtəlif protonlaşma hallarında təsvir edir; tiazin boyalarının redoks davranışına dair ədəbiyyat bu məqamı sistemli şəkildə araşdırır. pH-dan asılılıq Ox + mH(+) + 2e(-) <=> Red üçün Nernst tənliyindən irəli gəlir və m = 1, 2 və ya 3 olduqda hər pH vahidinə təxminən 29.6, 59.2 və ya 88.7 mV meyil verir. Ölçülmüş, hər pH vahidinə təxminən 28, 58 və 87 mV olan meyillər bu uyğunluğu təsdiqləyir. Buna görə pH göstərilmədən verilən potensial mənasızdır.

Tənlik formulasiya hazırlayana nə deyir

Stoxiometriyadan üç fakt irəli gəlir. Birincisi, hər molekula iki elektron düşməsi metilen mavisinin yekun reaksiyasında birelektronlu daşıyıcı deyil, ikielektronlu indikator və vasitəçi olduğunu göstərir. İkincisi, protonlar reaksiyada iştirak etdiyindən formal potensial yuxarıda təsvir edildiyi kimi pH ilə dəyişir. Üçüncüsü, pH 7-də formal potensial standart hidrogen elektroduna nəzərən təxminən +0.011 V-dur (pH 0-da təxminən +0.53 V). Bu, cütü mülayim oksidləşdiricilər sırasına daxil edir: NAD(P)H və ya askorbat kimi yaxşı donorlardan elektron almaq üçün kifayət qədər güclü, onları həll olmuş oksigenə və ya dəmir(III) mərkəzlərinə ötürmək üçün isə kifayət qədər zəifdir. Boyanın bir ucdakı vəziyyətdə ilişib qalmayıb dövr etməsinin səbəbi məhz bu aralıq mövqedir.

Qatılıq daha bir nüans əlavə edir. Suda təxminən yüz mikromolyardan yuxarı qatılıqda oksidləşmiş kationlar üst-üstə yığılaraq dimerlər və daha iri aqreqatlar əmələ gətirir; udma zolağı təxminən 610–615 nm-ə sürüşür. Bu, pH 7-də təxminən 170–250 uM kimi bildirilən monomer–dimer dissosiasiya sabiti ilə uyğundur. Buna görə gözlənilən pikdən kənara çıxmış kimi görünən spektr qatışıq deyil, aqreqasiya göstəricisi ola bilər. Əvvəlcə durulaşdırın, sonra qiymətləndirin.

Hər istiqaməti hərəkətə gətirən şərait

Aşağıdakı cədvəl laboratoriya işi üçün istinad mənbəyidir. Reduksiya üçün elektron donoru, yenidən oksidləşmə üçün isə elektron akseptoru lazımdır; adətən hava kifayət edir.

Hər sətir eyni tənliyə tabedir. Yalnız hərəkətverici qüvvə dəyişir. Cütün dönər olması bu mənadadır: yol eynidir, əks şəraitdə əks istiqamətlərdə keçilir.

Mavi şüşə təcrübəsinin izahı

Bu nümayiş cütün kiçik miqyaslı modeli olduğundan onun mexanizmini aydın izah etmək lazımdır. Qələvi qlükoza məhlulunda qələvi qlükozanın enollaşmasını asanlaşdırır və yaranan enediolat metilen mavisini leykometilen mavisinə reduksiya edir; beləliklə, kolbadakı məhlul rəngsizləşir. Silkələmə kolbanın üst boşluğundakı oksigeni məhlulda həll edir, oksigen leyko formasını yenidən oksidləşdirir və mavi rəng geri qayıdır. Sakit saxlandıqda səthə yaxın reaksiya zonasında həll olmuş oksigen tükənir və qlükoza yenidən üstün gəlir. Qlükoza sərf olunana qədər dövr təkrarlanır və hər silkələmə Nernst tənliyinin gözlə görünən nümayişidir: oksidləşdiricinin aktivliyini artırdıqda tarazlıq mavi formaya doğru sürüşür.

Aradakı radikal

Yekun reaksiyada iki elektron ötürülür, lakin elementar mərhələlərdə elektronlar bir-bir ötürülür. Mavi kationla rəngsiz leyko forması arasında semixinon radikal aralıq məhsulu yerləşir; o, əsasən toplanmaq əvəzinə disproporsionlaşaraq yenidən cütün iki formasını yaradır. Onun pH 7-də təxminən mənfi 0.23 V olan birelektronlu potensialı yekun ikielektronlu orta potensialdan xeyli aşağıdır. Buna görə radikal stasionar halda az miqdarda mövcud olan növ olaraq qalır. Bu, iki səbəbdən əhəmiyyətlidir. İşıq altında boya radikal yolları açan həyəcanlanmış hallara keçir; metilen mavisi məhlullarının işığa həssas olmasının və fotokimyanın hər bir sabitlik protokoluna daxil edilməli olmasının səbəbi budur. Həmçinin yüksək qatılıqda oksidləşmiş forma dimerləşir; bu, əsas cütü dəyişmədən spektri və müşahidə olunan kinetikanı dəyişir. Bu faktların heç biri dönərliyi pozmur. Hər ikisi, əks halda dönməzlik kimi görünən müşahidələri izah edir.

Demetilləşmiş analoqlar şkalanı dəyişir

İki dimetilamino qolundan metil qrupları çıxarıldıqda cüt qalır, lakin xassələri dəyişir. Hər demetilləşmə ilə udma maksimumu ardıcıl olaraq spektrin mavi tərəfinə sürüşür: metilen mavisi təxminən 664 nm, Azure B təxminən 654, Azure A təxminən 630, Azure C təxminən 615, tionin isə təxminən 600 nm. Bir metil qrupu çatışmayan Azure B ən yaxın analoqdur: metilen mavisinin əsas metabolitlərindən biri və metilen mavisi materialında sənədləşdirilmiş qatışıqdır. Azure A və Azure C eyni redoks-aktiv skeletlə bu sıranı davam etdirir. Hər iki amino qrupu tam demetilləşmiş tionin sıranın sonunda yerləşir; pH 7-də formal potensialı təxminən +0.06 V-dur, metilen mavisində isə +0.011 V. Buna görə tionin nəzərəçarpacaq dərəcədə daha asan reduksiya olunur. Sıra boyunca redoks potensialları mühitdən və elektroddan asılıdır, buna görə qiymətləri yalnız eyni şərait daxilində müqayisə edin. Qatışıqların profilinin müəyyənləşdirilməsi məhz buna görə sadəcə təmizlik yoxlaması deyil, redoks məsələsidir. Bir neçə faiz Azure B şüşədə bir neçə faiz fərqli redoks cütünün olması deməkdir və qatışıq və metabolit kimi Azure B həmin payın necə nəzarətdə saxlandığını sənədləşdirir.

Biologiya harada qoşulur

Eritrositin daxilində NADPH metilen mavisini leykometilen mavisinə reduksiya edir, leyko forması isə elektronları hemdəki dəmir(III)-ə ötürərək hemoqlobində dəmirin ikivalentli halını bərpa edir. Bu tək elektronötürmə zənciri metilen mavisinin qazanılmış methemoqlobinemiyada istifadəsinin kimyəvi əsasını təşkil edir. Bu ötürmədən sonrakı bütün proseslər — enerji metabolizmi, mitoxondrial elektron axını və istənilən bioloji nəticə — mitoxondrial elektron daşınması mövzusuna aiddir və məqsədli şəkildə orada saxlanılır.

Yalnız rəngi deyil, cütü alın

Redoks boyasının keyfiyyəti onun spesifikasiyasının səviyyəsi qədərdir. Yüksək təmizlik vacibdir, çünki USP tələblərinə uyğun olmayan metilen mavisi adətən tekstil keyfiyyətli olur və tərkibində Azure B, ağır metallar və ya qalıq həlledicilər daşıyır. Bunlar redoks göstəricilərini dəyişir və son nöqtələrin müəyyənləşdirilməsini qeyri-dəqiq edir; heç bir boyama protokolu onları yoxlamır. USP-yə uyğunluq iddiası irəli sürən satıcıların əksəriyyəti yalnız ağır metalları yoxlayır və bununla işi bitmiş sayır. Tam uyğunluq identifikasiyanı, miqdar təyinini, üzvi qatışıqları, qalıq həllediciləri, element qatışıqlarını, yandırıldıqdan sonra qalan qalığı, mikrobioloji hədləri və bakterial endotoksinləri əhatə edir. Əczaçılıq keyfiyyətli metilen mavisini necə seçmək olar məqaləsi bu sənədlərin necə oxunmasını addım-addım izah edir. Blupreme əczaçılıq keyfiyyətli metilen mavisi istehsalçısı ilə işləyir, tam USP spesifikasiyası üzrə sınaqlar aparır və tam analiz sertifikatını (COA) dərc edir. Ölçülən göstərici rəng olduqda həmin sənədlər ölçmə cihazının bir hissəsidir.