Մեթիլեն կապույտ և լեյկոմեթիլեն կապույտ. մեկ օքսիդավերականգնման զույգ, երկու գույն

Ուսանողուհին կոլբայի մեջ ավելացնում է կապույտ ներկանյութի մի քանի կաթիլ, պտտեցնում այն և հետևում, թե ինչպես է գույնն անհետանում։ Նա թափահարում է կոլբան, և կապույտը վերադառնում է։ Երկու վիճակների միջև ոչինչ չի ավելացվել կամ հեռացվել՝ բացի էլեկտրոններից և օդի հետ շփումից։ Այդ կոլբան ամփոփում է այս հոդվածի ամբողջ թեման. մեթիլեն կապույտը և դրա վերականգնված զուգակիցը՝ լեյկոմեթիլեն կապույտը, փոխակերպվում են միմյանց դարձելի օքսիդավերականգնման զույգում, որտեղ գույնը ցույց է տալիս արդյունքը։

Նախ՝ գործնական նշանակությունը։ Գույնի փոփոխությունն այստեղ կողմնակի ազդեցություն չէ։ Դա վերլուծական ազդանշանն է։ Յուրաքանչյուր ոք, ով մեթիլեն կապույտով պատրաստուկներ է մշակում, տիտրում կամ դասավանդում, պետք է կարողանա հիշողությամբ գրել կիսառեակցիան, նշել հավասարակշռությունը դեպի ձախ կամ աջ տեղաշարժող պայմանները և անվանել արդյունքը խեղաթյուրող խառնուրդները։

Զույգը՝ մեկ հավասարմամբ

Օքսիդացված մեթիլեն կապույտը մեթիլթիոնինիումի կատիոնն է՝ հարթ ֆենոթիազինիումային համակարգ, որի կենտրոնական օղակում ծծումբ և ազոտ կա, իսկ յուրաքանչյուր ծայրում՝ դիմեթիլամինային խումբ։ Այն մատակարարվում է քլորիդային աղի ձևով։ PubChem-ում այն գրանցված է որպես մեթիլթիոնինիումի քլորիդ՝ C.I. Basic Blue 9։ Ջրում մոնոմերը կլանում է մոտ 664 nm-ի տիրույթում, ինչով էլ պայմանավորված է աչքին տեսանելի կապույտ գույնը։

Վերականգնված լեյկոմեթիլեն կապույտը (LMB) ունի նույն կառուցվածքային կմախքը, սակայն կենտրոնական օղակի ազոտը պրոտոնացված է, իսկ քրոմոֆորը՝ խախտված։ Մոտ չեզոք pH-ի դեպքում այն լիցք չունի և գրեթե անգույն է. տեսանելի տիրույթում կլանումն աննշան է, իսկ ուլտրամանուշակագույն տիրույթում առկա է ուժեղ կլանման գոտի՝ մոտ 258 nm-ի շրջանում (լեյկոմեթիլեն կապույտի գրառումը PubChem-ում, CAS 613-11-6)։ Կիսառեակցիայում պրոտոնների թիվը կախված է pH-ից, քանի որ վերականգնված ձևը թթվային միջավայրում պրոտոնացվում է (pKa-ի մոտավոր արժեքները՝ շուրջ 4.5 և 5.8)։ Գործնական տիրույթն ընդգրկում է երեք ռեժիմ.

MB(+) + 2 e(-) + H(+) <=> LMB, կապույտ <=> անգույն (մոտ չեզոք pH, 1 պրոտոն)

MB(+) + 2 e(-) + 2 H(+) <=> LMBH(+), կապույտ <=> անգույն (չափավոր թթվային միջավայր, 2 պրոտոն)

MB(+) + 2 e(-) + 3 H(+) <=> կրկնակի պրոտոնացված լեյկո ձև (խիստ թթվային միջավայր, 3 պրոտոն)

Բոլոր երեք գրառումները նկարագրում են նույն զույգը՝ պրոտոնացման տարբեր վիճակներում. այս հարցը համակարգված կերպով դիտարկվում է թիազինային ներկանյութերի օքսիդավերականգնման վարքագծի վերաբերյալ գրականության մեջ։ pH-ից կախվածությունը բխում է Ox + mH(+) + 2e(-) <=> Red ռեակցիայի Նեռնստի հավասարումից՝ տալով մոտ 29.6, 59.2 կամ 88.7 mV թեքություն pH-ի մեկ միավորի հաշվով՝ համապատասխանաբար m = 1, 2 կամ 3 դեպքերում։ Չափված թեքությունները՝ մոտ 28, 58 և 87 mV pH-ի մեկ միավորի հաշվով, հաստատում են այս համապատասխանությունը, ուստի առանց pH-ի նշված պոտենցիալն իմաստ չունի։

Ինչ է հավասարումը հուշում պատրաստուկ մշակողին

Ստեխիոմետրիայից բխում է երեք փաստ։ Նախ՝ յուրաքանչյուր մոլեկուլի հաշվով երկու էլեկտրոնը նշանակում է, որ մեթիլեն կապույտն իր գումարային ռեակցիայում երկէլեկտրոնային ինդիկատոր և միջնորդ է, ոչ թե մեկէլեկտրոնային փոխադրիչ։ Երկրորդ՝ մասնակցում են պրոտոններ, ուստի ֆորմալ պոտենցիալը փոփոխվում է pH-ի հետ՝ ինչպես նկարագրված է վերևում։ Երրորդ՝ pH 7-ի դեպքում ֆորմալ պոտենցիալը մոտ +0.011 V է ստանդարտ ջրածնային էլեկտրոդի նկատմամբ (մոտ +0.53 V՝ pH 0-ի դեպքում), ինչը զույգը դասում է մեղմ օքսիդիչների շարքին. բավականաչափ ուժեղ՝ էլեկտրոններ ընդունելու լավ դոնորներից, օրինակ՝ NAD(P)H-ից կամ ասկորբատից, և բավականաչափ թույլ՝ դրանք փոխանցելու լուծված թթվածնին կամ երկաթ(III) պարունակող կենտրոններին։ Հենց այս միջանկյալ դիրքի շնորհիվ ներկանյութը ցիկլային կերպով փոխակերպվում է՝ մեկ ծայրային վիճակում մնալու փոխարեն։

Կոնցենտրացիան ևս մեկ առանձնահատկություն է ավելացնում։ Ջրում մոտ հարյուր միկրոմոլյարից բարձր կոնցենտրացիայի դեպքում, ինչը համապատասխանում է pH 7-ում հաղորդված՝ մոտ 170-ից 250 uM մոնոմեր–դիմեր դիսոցման հաստատունին, օքսիդացված կատիոնները դասավորվում են շերտերով՝ առաջացնելով դիմերներ և ավելի մեծ ագրեգատներ, որոնց կլանման գոտին տեղաշարժվում է մոտ 610-ից 615 nm։ Ուստի սպասվող գագաթից շեղված սպեկտրը կարող է վկայել ագրեգացման, ոչ թե խառնուրդի մասին։ Նախ նոսրացրեք, ապա գնահատեք։

Յուրաքանչյուր ուղղությանը նպաստող պայմանները

Ստորև բերված աղյուսակը լաբորատոր աշխատանքի հակիրճ ուղեցույց է։ Վերականգնման համար անհրաժեշտ է էլեկտրոնների դոնոր, իսկ կրկնակի օքսիդացման համար՝ էլեկտրոնների ակցեպտոր, և սովորաբար օդը բավարար է։

Յուրաքանչյուր տող ենթարկվում է նույն հավասարմանը։ Փոխվում է միայն շարժիչ ուժը։ Հենց այս իմաստով է զույգը դարձելի. ուղին նույնն է, բայց հակառակ պայմաններում այն անցնում է հակառակ ուղղությամբ։

«Կապույտ շշի» բացատրությունը

Այս ցուցադրության մեխանիզմն արժե հստակ շարադրել, քանի որ այն զույգի աշխատանքն է փոքր մասշտաբով։ Գլյուկոզի ալկալային լուծույթում հիմքը նպաստում է գլյուկոզի էնոլացմանը, իսկ առաջացած էնեդիոլատը մեթիլեն կապույտը վերականգնում է մինչև լեյկոմեթիլեն կապույտ, և կոլբայի պարունակությունն անգույն է դառնում։ Թափահարելիս հեղուկի վերևի գազային տարածությունից թթվածինը լուծվում է, կրկին օքսիդացնում լեյկո ձևը, և կապույտը վերադառնում է։ Հանգիստ թողնելիս մակերևութային ռեակցիայի գոտու մոտ լուծված թթվածինը սպառվում է, և գլյուկոզը կրկին գերակշռում է։ Ցիկլը կրկնվում է մինչև գլյուկոզի սպառվելը, իսկ յուրաքանչյուր թափահարում Նեռնստի հավասարման տեսանելի դրսևորումն է. բարձրացրեք օքսիդիչի ակտիվությունը, և հավասարակշռությունը կտեղաշարժվի դեպի կապույտ ձևը։

Միջանկյալ ռադիկալը

Գումարային ռեակցիան փոխանցում է երկու էլեկտրոն, սակայն տարրական փուլերում դրանք փոխանցվում են մեկական։ Կապույտ կատիոնի և անգույն լեյկո ձևի միջև գոյություն ունի սեմիքինոնային ռադիկալ միջանկյալ միացություն, որը հիմնականում դիսպրոպորցիոնացվում է՝ կրկին առաջացնելով զույգի երկու ձևերը, այլ ոչ թե կուտակվում։ Դրա մեկէլեկտրոնային պոտենցիալը pH 7-ի դեպքում մոտ մինուս 0.23 V է՝ գումարային երկէլեկտրոնային միջնակետից շատ ցածր, ինչի պատճառով ռադիկալը կայունացված վիճակում մնում է փոքր քանակությամբ բաղադրիչ։ Այն կարևոր է երկու պատճառով։ Լուսավորության տակ ներկանյութն անցնում է գրգռված վիճակների, որոնք բացում են ռադիկալային ուղիներ. այդ պատճառով մեթիլեն կապույտի լուծույթները լուսազգայուն են, և լուսաքիմիան պետք է ներառվի կայունության յուրաքանչյուր փորձարկման արձանագրության մեջ։ Բացի այդ, բարձր կոնցենտրացիայի դեպքում օքսիդացված ձևը դիմերացվում է՝ փոխելով սպեկտրը և դիտարկվող կինետիկան՝ առանց հիմքում ընկած զույգը փոխելու։ Այս փաստերից ոչ մեկը չի խախտում դարձելիությունը։ Երկուսն էլ բացատրում են այն դիտարկումները, որոնք այլապես կարող են անդարձելիության տպավորություն ստեղծել։

Դեմեթիլացված հարակից միացությունները փոխում են սանդղակը

Երկու դիմեթիլամինային թևերից մեթիլային խմբերը հեռացնելիս զույգը պահպանվում է, բայց դրա հատկությունները փոխվում են։ Յուրաքանչյուր դեմեթիլացման հետ կլանման առավելագույնը միապաղաղ կերպով տեղաշարժվում է դեպի սպեկտրի կապույտ հատվածը. մեթիլեն կապույտ՝ մոտ 664 nm, Azure B՝ մոտ 654, ազուր A՝ մոտ 630, ազուր C՝ մոտ 615, և թիոնին՝ մոտ 600 nm։ Մեկ մեթիլային խումբ չունեցող Azure B-ն ամենամոտ հարակից միացությունն է՝ մեթիլեն կապույտի հիմնական մետաբոլիտ և մեթիլեն կապույտի նյութում փաստագրված խառնուրդ։ Ազուր A-ն և ազուր C-ն շարունակում են այս շարքը՝ նույն օքսիդավերականգնման ակտիվ կմախքով։ Թիոնինը, որի երկու ամինային խմբերն էլ լիովին դեմեթիլացված են, շարքի վերջում է. pH 7-ի դեպքում դրա ֆորմալ պոտենցիալը մոտ +0.06 V է՝ մեթիլեն կապույտի +0.011 V-ի համեմատ, ուստի այն զգալիորեն ավելի հեշտ է վերականգնվում։ Շարքի օքսիդավերականգնման պոտենցիալները կախված են միջավայրից և էլեկտրոդից, հետևաբար արժեքները համեմատեք միայն նույն պայմանների շրջանակում։ Ահա թե ինչու խառնուրդների բնութագրումը օքսիդավերականգնման հարց է, ոչ պարզապես մաքրության ստուգման կետ։ Շշում Azure B-ի մի քանի տոկոսը նշանակում է այլ օքսիդավերականգնման զույգի մի քանի տոկոս, իսկ Azure B-ն՝ որպես խառնուրդ և մետաբոլիտ հոդվածը փաստագրում է, թե ինչպես է վերահսկվում այդ բաժինը։

Որտեղ է միանում կենսաբանությունը

Էրիթրոցիտի ներսում NADPH-ը մեթիլեն կապույտը վերականգնում է մինչև լեյկոմեթիլեն կապույտ, իսկ լեյկո ձևը էլեկտրոններ է փոխանցում հեմի երկաթ(III)-ին՝ վերականգնելով հեմոգլոբինի երկաթ(II) վիճակը։ Էլեկտրոնների փոխանցման այս առանձին շղթան ձեռքբերովի մեթհեմոգլոբինեմիայի դեպքում մեթիլեն կապույտի կիրառման քիմիական հիմքն է։ Այս փոխանցմանը հաջորդող ամեն ինչ՝ էներգետիկ նյութափոխանակությունը, միտոքոնդրիալ էլեկտրոնային հոսքը և ցանկացած կենսաբանական արդյունք, պատկանում է միտոքոնդրիալ էլեկտրոնների փոխադրման թեմային և միտումնավոր թողնված է այնտեղ։

Գնեք զույգը, ոչ միայն գույնը

Օքսիդավերականգնման ներկանյութի որակը որոշվում է դրա որակի բնութագրով։ Բարձր մաքրությունը կարևոր է, քանի որ USP-ին չհամապատասխանող մեթիլեն կապույտը սովորաբար տեքստիլային կարգի է և պարունակում է Azure B, ծանր մետաղներ կամ մնացորդային լուծիչներ։ Դրանք փոխում են օքսիդավերականգնման ցուցմունքները և աղավաղում վերջնակետերը, մինչդեռ ներկման ոչ մի արձանագրություն դրանց ստուգումը չի ներառում։ USP-ին համապատասխանություն հայտարարող վաճառողների մեծ մասը ստուգում է միայն ծանր մետաղները և դա բավարար է համարում։ Լիարժեք համապատասխանությունն ընդգրկում է նույնականացումը, քանակական պարունակության որոշումը, օրգանական խառնուրդները, մնացորդային լուծիչները, տարրային խառնուրդները, շիկացումից հետո մնացորդը, մանրէաբանական սահմանաչափերը և բակտերիալ էնդոտոքսինները, իսկ ինչպես ընտրել դեղագործական կարգի մեթիլեն կապույտ հոդվածը բացատրում է, թե ինչպես կարդալ այդ փաստաթղթերը։ Blupreme-ն աշխատում է մեթիլեն կապույտի դեղագործական արտադրողի հետ, ստուգում է USP-ի ամբողջական բնութագրի պահանջները և հրապարակում վերլուծության ամբողջական հավաստագիրը՝ COA-ն։ Երբ գույնը չափման արդյունքն է, այդ փաստաթղթերը գործիքի մաս են կազմում։