Метилен көгі мен лейкометилен көгі: бір тотығу-тотықсыздану жұбы, екі түс

Студент қыз колбаға көк бояғыштың бірнеше тамшысын қосып, айналдыра шайқайды да, түстің жоғалғанын бақылайды. Колбаны сілкігенде көк түс қайта пайда болады. Осы екі күйдің арасында электрондар мен ауамен жанасудан басқа ештеңе қосылған да, алынған да жоқ. Бұл колбада мақаланың бүкіл тақырыбы қамтылған: метилен көгі мен оның тотықсызданған серігі — лейкометилен көгі — түсі күйін көрсететін қайтымды тотығу-тотықсыздану жұбында бір-біріне айналады.

Алдымен практикалық мәнін айтайық. Мұнда түстің өзгеруі жанама әсер емес. Ол — аналитикалық сигнал. Метилен көгімен құрам әзірлейтін, титрлеу жүргізетін немесе сабақ беретін кез келген адам жартылай реакцияны жатқа жаза алуы, оны солға не оңға ығыстыратын жағдайларды айта алуы және нәтижені бұрмалайтын қоспаларды атай алуы керек.

Жұпты сипаттайтын бір теңдеу

Тотыққан метилен көгі — метилтиониний катионы: орталық сақинасында күкірт пен азот, ал екі шетінде диметиламин тобы бар жазық фенотиазиний жүйесі; ол хлорид тұзы түрінде жеткізіледі. PubChem оны метилтиониний хлориді, C.I. Basic Blue 9 ретінде тіркеген. Суда мономер шамамен 664 nm маңында жарықты жұтады, көзге көрінетін көк түс осыған байланысты.

Тотықсызданған лейкометилен көгі (LMB) сол қаңқаны сақтайды, бірақ орталық сақинадағы азот протонданған және хромофордың тұтастығы бұзылған. Бейтарапқа жақын pH кезінде оның заряды жоқ және ол дерлік түссіз: көрінетін аймақтағы жұтылуы елеусіз, ал шамамен 258 nm маңында күшті ультракүлгін жұтылу жолағы бар (лейкометилен көгі туралы PubChem жазбасы, CAS 613-11-6). Жартылай реакциядағы протон саны pH-қа тәуелді, өйткені тотықсызданған түрі қышқыл ортада протонданады (жуық pKa мәндері 4.5 және 5.8 маңында). Практикалық ауқымды үш режим қамтиды:

MB(+) + 2 e(-) + H(+) <=> LMB, көк <=> түссіз (бейтарапқа жақын pH, 1 протон)

MB(+) + 2 e(-) + 2 H(+) <=> LMBH(+), көк <=> түссіз (орташа қышқыл орта, 2 протон)

MB(+) + 2 e(-) + 3 H(+) <=> екі рет протонданған лейко түрі (күшті қышқыл орта, 3 протон)

Үш жазылым да протондану күйі әртүрлі бір жұпты сипаттайды; тиазин бояғыштарының тотығу-тотықсыздану қасиеттері туралы әдебиетте бұл мәселе жүйелі қарастырылады. pH-қа тәуелділік Ox + mH(+) + 2e(-) <=> Red үшін Нернст теңдеуінен шығады: m = 1, 2 немесе 3 болғанда көлбеулік әр pH бірлігіне шамамен 29.6, 59.2 немесе 88.7 mV болады. Өлшенген көлбеуліктердің әр pH бірлігіне 28, 58 және 87 mV шамасында болуы осы сәйкестікті растайды, сондықтан pH көрсетілмеген потенциал мәнінің мағынасы жоқ.

Бұл теңдеу құрам әзірлеушіге не көрсетеді

Стехиометриядан үш факт шығады. Біріншіден, әр молекулаға екі электрон сәйкес келуі метилен көгінің жиынтық реакцияда бір электронды тасымалдаушы емес, екі электрондық индикатор және медиатор екенін білдіреді. Екіншіден, протондар қатысады, сондықтан формальды потенциал жоғарыда сипатталғандай pH-пен бірге өзгереді. Үшіншіден, pH 7 кезінде формальды потенциал стандартты сутек электродына қатысты шамамен +0.011 V болады (pH 0 кезінде шамамен +0.53 V), бұл жұпты жұмсақ тотықтырғыштар қатарына жатқызады: NAD(P)H немесе аскорбат сияқты тиімді донорлардан электрон алуға жеткілікті күшті, бірақ оларды еріген оттекке немесе үш валентті темір орталықтарына беруге жеткілікті әлсіз. Бояғыштың бір күйде тұрып қалмай, айналымға түсуінің себебі дәл осы аралық орналасуында.

Концентрация тағы бір ерекшелік қосады. Суда шамамен жүз микромолярдан жоғары концентрацияда тотыққан катиондар бірінің үстіне бірі орналасып, димерлер мен одан ірі агрегаттар түзеді; олардың жұтылу жолағы шамамен 610–615 nm маңына ығысады. Бұл pH 7 кезінде мономер–димер жүйесі үшін жарияланған, шамамен 170–250 uM болатын диссоциация константасына сәйкес келеді. Сондықтан шыңы күтілген орыннан ығысқан спектр қоспаны емес, агрегацияны көрсетуі мүмкін. Алдымен сұйылтыңыз, содан кейін бағалаңыз.

Әр бағытты қолдайтын жағдайлар

Төмендегі кесте — зертханалық жұмысқа арналған анықтама. Тотықсыздануға электрон доноры, ал қайта тотығуға электрон акцепторы қажет; әдетте ауа жеткілікті.

Әр жол сол бір теңдеуге бағынады. Тек қозғаушы күш өзгереді. Жұптың қайтымдылығы осыны білдіреді: жол бірдей, бірақ қарама-қарсы жағдайларда қарама-қарсы бағыттарда өтеді.

Көк бөтелкенің түсіндірмесі

Бұл көрсетілімнің механизмін анық түсіндіру қажет, өйткені ол жұптың шағын үлгісі. Глюкозаның сілтілі ерітіндісінде негіз глюкозаның енолдануын қолдайды, ал түзілген ендиолат метилен көгін лейкометилен көгіне дейін тотықсыздандырады; нәтижесінде колбадағы ерітінді түссізденеді. Шайқағанда сұйықтық үстіндегі кеңістіктен оттек ериді, оттек лейко түрін қайта тотықтырады да, көк түс қайтады. Тыныш тұрған кезде беттік реакция аймағына жақын еріген оттек таусылып, глюкоза қайта басым түседі. Глюкоза жұмсалып біткенше цикл қайталанады, ал әр шайқау Нернст теңдеуін көрнекі көрсетеді: тотықтырғыштың белсенділігін арттырсаңыз, тепе-теңдік көк түрге қарай ығысады.

Аралық радикал

Жиынтық реакцияда екі электрон ауысады, бірақ элементар сатыларда олар бір-бірден беріледі. Көк катион мен түссіз лейко түрінің арасында семихинондық радикалды аралық бөлшек бар; ол жиналғаннан гөрі көбіне диспропорцияланып, қайтадан бастапқы жұпқа айналады. Оның pH 7 кезіндегі бір электрондық потенциалы шамамен минус 0.23 V болады, бұл жиынтық екі электрондық орта потенциалдан әлдеқайда төмен; сондықтан радикал стационарлық күйде аз мөлшерде ғана болады. Оның маңызы екі себепке байланысты. Жарық әсерінде бояғыш радикалды жолдарды ашатын қозған күйлерге өтеді; сондықтан метилен көгінің ерітінділері жарыққа сезімтал және кез келген тұрақтылық хаттамасында фотохимия ескерілуі керек. Ал жоғары концентрацияда тотыққан түр димерленеді, бұл негізгі жұпты өзгертпей, спектр мен байқалатын кинетиканы өзгертеді. Екі құбылыстың ешқайсысы қайтымдылықты бұзбайды. Екеуі де басқаша жағдайда қайтымсыздыққа ұқсап көрінетін бақылауларды түсіндіреді.

Деметилденген туыстас қосылыстар шкаланы өзгертеді

Екі диметиламин тобынан метил топтарын алып тастаса, жұп сақталады, бірақ қасиеттері өзгереді. Әр деметилдену сайын жұтылу максимумы біртіндеп көк жаққа ығысады: метилен көгі шамамен 664 nm, Azure B шамамен 654, Azure A шамамен 630, Azure C шамамен 615, ал тионин шамамен 600 nm маңында. Бір метил тобы жетіспейтін Azure B — ең жақын туыстас қосылыс: ол метилен көгінің негізгі метаболиттерінің бірі әрі метилен көгі материалында құжатталған қоспа. Azure A мен Azure C сол тотығу-тотықсыздануға белсенді қаңқамен қатарды жалғастырады. Екі амин тобы да толық деметилденген тионин қатардың соңында орналасады: pH 7 кезінде оның формальды потенциалы шамамен +0.06 V, ал метилен көгіндегі мән +0.011 V; сондықтан тионин едәуір оңай тотықсызданады. Қатардағы тотығу-тотықсыздану потенциалдары орта мен электродқа тәуелді, сондықтан мәндерді тек бірдей жағдайлар шегінде салыстырыңыз. Қоспалар профилін анықтау жай ғана тазалықты тексеру тармағы емес, тотығу-тотықсыздану мәселесі болуының себебі осы. Azure B-нің бірнеше пайызы бөтелкеде басқа тотығу-тотықсыздану жұбының бірнеше пайызы бар екенін білдіреді; Azure B қоспа және метаболит ретінде мақаласында осы үлестің қалай бақыланатыны сипатталған.

Биологиямен байланысы

Эритроцит ішінде NADPH метилен көгін лейкометилен көгіне дейін тотықсыздандырады, ал лейко түрі электрондарды гемдегі үш валентті темірге беріп, гемоглобиннің екі валентті темір күйін қалпына келтіреді. Осы электрон беру тізбегі метилен көгін жүре пайда болған метгемоглобинемияда қолданудың химиялық негізі болып табылады. Осы тізбектен кейінгі барлық мәселелер — энергия алмасуы, митохондриядағы электрон ағыны және кез келген биологиялық нәтиже — митохондриялық электрон тасымалы тақырыбына жатады және әдейі сол жерде қарастырылады.

Түсті ғана емес, жұпты сатып алыңыз

Тотығу-тотықсыздану бояғышының сапасы оның спецификациясымен анықталады. Жоғары тазалық маңызды, өйткені USP талаптарына сай емес метилен көгі әдетте тоқымаға арналған сұрып болады; құрамындағы Azure B, ауыр металдар немесе қалдық еріткіштер тотығу-тотықсыздану өлшемдерін ығыстырып, соңғы нүктелерді көмескі етеді, ал бояу хаттамаларының ешқайсысы бұларды тексермейді. USP талаптарына сәйкестігін мәлімдейтін сатушылардың көбі тек ауыр металдарды тексеріп, соны жеткілікті деп санайды. Толық сәйкестік сәйкестендіруді, сандық анықтауды, органикалық қоспаларды, қалдық еріткіштерді, элементтік қоспаларды, күйдіруден кейінгі қалдықты, микробиологиялық шектерді және бактериялық эндотоксиндерді қамтиды; фармацевтикалық сападағы метилен көгін қалай таңдау керек мақаласы осы құжаттарды оқуды кезең-кезеңімен түсіндіреді. Blupreme метилен көгінің фармацевтикалық өндірушісімен жұмыс істейді, толық USP спецификациясы бойынша сынақ жүргізеді және толық COA жариялайды. Түс өлшем болғанда, бұл құжаттар да өлшеу құралының бір бөлігі.