Metileno urdina eta leukometileno urdina: redox bikote bakarra, bi kolore

Ikasle batek koloratzaile urdin baten tanta batzuk gehitzen ditu matraz batera, biraka eragiten dio eta kolorea desagertzen ikusten du. Matrazea astindu, eta urdina itzultzen da. Bi egoeren artean ez da ezer gehitu edo kendu, elektroiak eta airearekiko kontaktua izan ezik. Matraz horretan dago artikulu honen gai osoa: metileno urdina eta haren kide erreduzitua, leukometileno urdina, elkarren artean bihurtzen dira redox bikote itzulgarri batean, eta koloreak ematen du irakurketa.

Alderdi praktikoa da lehena. Kolore-aldaketa ez da albo-ondorio bat hemen. Seinale analitikoa da. Metileno urdina formulazioetan, titulazioetan edo irakaskuntzan erabiltzen duen edonork gai izan beharko luke erreakzioerdia buruz idazteko, oreka ezkerrerantz edo eskuinerantz bultzatzen duten baldintzak adierazteko eta emaitza lausotzen duten ezpurutasunak izendatzeko.

Bikotea ekuazio bakarrean

Metileno urdin oxidatua metiltioninio katioia da: fenotiazinio-sistema laua, erdiko eraztunean sufrea eta nitrogenoa dituena eta mutur bakoitzean dimetilamino talde bat, kloruro gatz gisa hornitua. PubChem-ek metiltioninio kloruro gisa erregistratzen du, C.I. Basic Blue 9. Uretan, monomeroak 664 nm inguruan xurgatzen du; xurgapen horren ondorioz ikusten du begiak urdina.

Leukometileno urdin erreduzituak (LMB) egitura bera du, baina erdiko eraztuneko nitrogenoa protonatua dago eta kromoforoa eten egin da. pH neutrotik gertu ez du kargarik eta ia koloregabea da; argi ikusgaiko absorbantzia arbuiagarria du, eta banda ultramore indartsua 258 nm inguruan (leukometileno urdinaren PubChem-eko sarrera, CAS 613-11-6). Erreakzioerdiko protoi kopurua pH-aren araberakoa da, forma erreduzitua ingurune azidoan protonatzen baita (gutxi gorabeherako pKa balioak 4.5 eta 5.8 ingurukoak dira). Hiru erregimenek hartzen dute tarte praktikoa:

MB(+) + 2 e(-) + H(+) <=> LMB, urdina <=> koloregabea (pH neutrotik gertu, 1 protoi)

MB(+) + 2 e(-) + 2 H(+) <=> LMBH(+), urdina <=> koloregabea (ingurune neurriz azidoan, 2 protoi)

MB(+) + 2 e(-) + 3 H(+) <=> bi aldiz protonatutako leuko espeziea (ingurune oso azidoan, 3 protoi)

Hiru adierazpenek bikote bera deskribatzen dute protonazio-egoera desberdinetan; tiazina-koloratzaileen redox portaerari buruzko bibliografiak sistematikoki lantzen du alderdi hori. pH-arekiko mendekotasunak Ox + mH(+) + 2e(-) <=> Red erreakziorako Nernsten ekuazioa jarraitzen du, eta pH unitateko 29.6, 59.2 edo 88.7 mV inguruko malda ematen du m = 1, 2 edo 3 denean. Neurtutako maldek, pH unitateko 28, 58 eta 87 mV ingurukoek, esleipena berresten dute; beraz, pH-a zehaztu gabe emandako potentzial batek ez du zentzurik.

Ekuazioak formulatzaileari esaten diona

Estekiometriatik hiru datu ondorioztatzen dira. Lehenik, molekula bakoitzeko bi elektroi izateak esan nahi du metileno urdina bi elektroiko adierazle eta bitartekaria dela bere erreakzio garbian, ez elektroi bakarreko garraiatzailea. Bigarrenik, protoiek parte hartzen dute; hortaz, potentzial formala pH-arekin aldatzen da, goian azaldu bezala. Hirugarrenik, pH 7-an potentzial formala +0.011 V ingurukoa da hidrogeno-elektrodo estandarrarekiko (+0.53 V ingurukoa pH 0-an), eta horrek oxidatzaile ahulen artean kokatzen du bikotea: nahikoa indartsua NAD(P)H edo askorbatoa bezalako emaile onetatik elektroiak hartzeko, eta nahikoa ahula elektroi horiek disolbatutako oxigenoari edo zentro ferrikoei emateko. Tarteko kokapen hori da, hain zuzen, koloratzaileak zikloa egiten jarraitzearen arrazoia, mutur batean blokeatuta geratu beharrean.

Kontzentrazioak beste ñabardura bat gehitzen du. Uretan, ehun mikromolar ingurutik gora, katioi oxidatuak pilatu eta dimeroak nahiz agregatu handiagoak eratzen ditu; horien xurgapen-banda 610 eta 615 nm ingurura desplazatzen da. Hori bat dator pH 7-an monomero-dimero sistemarako jakinarazitako 170 eta 250 uM inguruko disoziazio-konstantearekin. Hortaz, gailurra espero den tokian ez duen espektro batek agregazioa adieraz dezake, ez ezpurutasuna. Lehenik diluitu, eta gero baloratu.

Noranzko bakoitza bultzatzen duten baldintzak

Beheko taula laborategiko lanerako erreferentzia da. Erredukzioak elektroi-emaile bat behar du; berroxidazioak elektroi-hartzaile bat behar du, eta airea nahikoa izaten da normalean.

Errenkada guztiek ekuazio bera betetzen dute. Indar bultzatzailea besterik ez da aldatzen. Zentzu horretan da bikotea itzulgarria: bidea bera da, kontrako noranzkoetan egiten dena kontrako baldintzetan.

Botila urdina, azaldua

Erakustaldiaren mekanismoa argi azaltzea merezi du, bikotearen miniatura baita. Glukosa-disoluzio alkalinoan, baseak glukosaren enolizazioa sustatzen du, eta sortutako enediolatoak metileno urdina leukometileno urdinera erreduzitzen du; hortaz, matrazeko disoluzioa koloregabe bihurtzen da. Astintzeak likidoaren gaineko gas-eremuko oxigenoa disolbatzen du, oxigenoak leuko forma berroxidatzen du, eta urdina itzultzen da. Geldirik uztean, gainazaleko erreakzio-eremutik gertu disolbatutako oxigenoa agortzen da, eta glukosak berriro irabazten du. Zikloa errepikatu egiten da glukosa kontsumitu arte, eta astinaldi bakoitza Nernsten ekuazio ikusgarri bat da: oxidatzailearen aktibitatea handitzean, oreka urdinerantz desplazatzen da.

Tarteko erradikala

Erreakzio garbiak bi elektroi transferitzen ditu, baina urrats elementalek bana transferitzen dute. Katioi urdinaren eta leuko forma koloregabearen artean semikinona-erradikal tartekari bat dago; gehienbat dismutatu eta bikotearen bi formak sortzen ditu berriro, metatu beharrean. pH 7-an haren elektroi bakarreko potentziala minus 0.23 V ingurukoa da, bi elektroiko erreakzio garbiaren erdiko potentziala baino askoz txikiagoa; horregatik, erradikala proportzio txikiko espeziea da egoera geldikorrean. Bi arrazoirengatik da garrantzitsua. Argiztatzean, koloratzailea egoera kitzikatuetara iristen da, eta horiek bide erradikalak irekitzen dituzte; horregatik dira metileno urdinaren disoluzioak argiarekiko sentikorrak, eta horregatik sartu behar da fotokimika edozein egonkortasun-protokolotan. Gainera, kontzentrazio handian, forma oxidatua dimerizatu egiten da; horrek espektroa eta itxurazko zinetika aldatzen ditu, azpiko bikotea aldatu gabe. Bi gertakari horietako batek ere ez du itzulgarritasuna hausten. Biek azaltzen dituzte, bestela, itzulezintasunaren itxura duten behaketak.

Ahaide desmetilatuek eskala desplazatzen dute

Bi dimetilamino besoetatik metilo taldeak kenduta, bikoteak bere horretan jarraitzen du, propietateak desplazatuta. Xurgapen-maximoa monotonoan desplazatzen da urdinerantz desmetilazio bakoitzarekin: metileno urdina 664 nm inguruan, Azure B 654 inguruan, Azure A 630 inguruan, Azure C 615 inguruan eta tionina 600 nm inguruan. Azure B da ahaide hurbilena, metilo talde bat falta baitzaio: metileno urdinaren metabolito nagusietako bat da, eta metileno urdineko materialean dokumentatutako ezpurutasuna. Azure A-k eta Azure C-k segidari jarraitzen diote, redox jarduera duen egitura berarekin. Tionina dago muturrean, bi amino taldeak erabat desmetilatuta; pH 7-an +0.06 V inguruko potentzial formala du, metileno urdinaren +0.011 V-aren aldean, eta nabarmen errazago erreduzitzen da. Segidako redox potentzialak ingurunearen eta elektrodoaren araberakoak dira; beraz, alderatu balioak baldintza berberen barruan soilik. Horregatik, ezpurutasunen profila zehaztea redox kontu bat da, ez purutasunari buruzko kontrol-lauki hutsa. Azure B-ren ehuneko gutxi batzuek botilan beste redox bikote baten ehuneko gutxi batzuk daudela esan nahi dute, eta Azure B ezpurutasun eta metabolito gisa artikuluak frakzio hori nola kontrolatzen den dokumentatzen du.

Non lotzen den biologia

Globulu gorri baten barruan, NADPH-k metileno urdina leukometileno urdinera erreduzitzen du, eta leuko formak elektroiak ematen dizkio hemoaren burdina ferrikoari, hemoglobinaren egoera ferrosoa berrezarriz. Elektroi-errele bakar hori da metileno urdina hartutako metahemoglobinemian erabiltzearen oinarri kimikoa. Errele horren ondorengo guztia —energia-metabolismoa, mitokondrioetako elektroi-fluxua eta edozein emaitza biologiko— mitokondrioetako elektroi-garraioari dagokio, eta nahita utzi da han.

Erosi bikotea, ez kolorea bakarrik

Redox koloratzaile baten kalitatea haren espezifikazioaren araberakoa da. Purutasun handia garrantzitsua da, USP betetzen ez duen metileno urdina ehungintza-mailakoa izaten baita normalean, eta Azure B, metal astunak edo hondar-disolbatzaileak izan ditzake. Horiek redox irakurketak desplazatzen dituzte eta amaiera-puntuak lausotzen dituzte, eta tindaketa-protokoloek ez dituzte halako ezpurutasunak aztertzen. USP betetzen dutela dioten saltzaile gehienek metal astunak baino ez dituzte aztertzen, eta ontzat ematen dute emaitza. Erabateko adostasunak identitatea, edukiaren zehaztapena, ezpurutasun organikoak, hondar-disolbatzaileak, elementu-ezpurutasunak, errausketa-hondarra, muga mikrobiologikoak eta bakterio-endotoxinak hartzen ditu barne; nola aukeratu farmazia-mailako metileno urdina artikuluak dokumentazio hori nola irakurri azaltzen du. Blupreme-k metileno urdinaren farmazia-fabrikatzaile batekin lan egiten du, USP espezifikazio osoa aztertzen du eta analisi-ziurtagiri osoa (COA) argitaratzen du. Kolorea neurketa denean, dokumentazio hori tresnaren parte da.