Метилен көгү жана лейкометилен көгү: бир редокс-жуп, эки түс

Студент кыз колбага көк боёктун бир нече тамчысын кошуп, айланта чайкайт да, түстүн жоголушун байкайт. Ал колбаны силккенде көк түс кайра пайда болот. Бул эки абалдын ортосунда электрондордон жана аба менен тийишүүдөн башка эч нерсе кошулган да, алынган да жок. Ошол колбада бул макаланын бүт темасы камтылган: метилен көгү жана анын калыбына келген түгөйү — лейкометилен көгү — түсү көрсөткүч болгон кайтымдуу редокс-жупта бири-бирине айланат.

Адегенде практикалык маанисине токтололу. Бул жерде түстүн өзгөрүшү кошумча таасир эмес. Ал — аналитикалык сигнал. Метилен көгү менен курам түзгөн, аны титрлөөдө колдонгон же аны менен сабак берген ар бир адам жарым реакцияны жатка жаза алышы, аны солго же оңго жылдырган шарттарды айтышы жана натыйжаны бүдөмүктөткөн кошулмаларды атай алышы керек.

Жупту бир теңдеме менен көрсөтүү

Кычкылданган метилен көгү — метилтиониний катиону: борбордук шакегинде күкүрт менен азот жана эки учунда диметиламино тобу бар жалпак фенотиазиний түзүлүшү; ал хлорид тузу түрүндө берилет. PubChem аны метилтиониний хлориди, C.I. Basic Blue 9 катары каттайт. Сууда мономер 664 nm чамасында жарыкты сиңирет; көзгө көрүнгөн көк түс ушундан келип чыгат.

Калыбына келген лейкометилен көгү (LMB) ошол эле негизги түзүлүшкө ээ, бирок борбордук шакектеги азот протондолуп, хромофор бузулган. Нейтралдуу pH чамасында ал зарядсыз жана дээрлик түссүз болот: көрүнүүчү жарыкты сиңирүүсү өтө аз, ал эми 258 nm чамасында күчтүү ультракызгылт көк сиңирүү тилкеси бар (PubChem базасындагы лейкометилен көгү жөнүндө жазуу, CAS 613-11-6). Жарым реакциядагы протондордун саны pH көрсөткүчүнө көз каранды, анткени калыбына келген форма кычкыл чөйрөдө протондолот (болжолдуу pKa маанилери 4.5 жана 5.8 чамасында). Практикалык диапазонду үч режим камтыйт:

MB(+) + 2 e(-) + H(+) <=> LMB, көк <=> түссүз (нейтралдуу pH чамасында, 1 протон)

MB(+) + 2 e(-) + 2 H(+) <=> LMBH(+), көк <=> түссүз (орточо кычкыл чөйрөдө, 2 протон)

MB(+) + 2 e(-) + 3 H(+) <=> эки жолу протондолгон лейко-форма (күчтүү кычкыл чөйрөдө, 3 протон)

Үч жазылыш тең ар башка протондолуу абалдарындагы бир эле жупту сүрөттөйт; тиазин боёкторунун редокс-касиеттери боюнча адабияттарда бул маселе системалуу каралат. pH көз карандылыгы Ox + mH(+) + 2e(-) <=> Red үчүн Нернст теңдемесинен келип чыгат: m = 1, 2 же 3 болгондо, pH бирдигине болжол менен 29.6, 59.2 же 88.7 mV эңкейиш туура келет. Өлчөнгөн эңкейиштердин pH бирдигине 28, 58 жана 87 mV чамасында болушу бул шайкештикти ырастайт, ошондуктан pH көрсөтүлбөгөн потенциал маанисинин мааниси жок.

Теңдеме курам түзүүчүгө эмнени айтып берет

Стехиометриядан үч факт келип чыгат. Биринчиден, ар бир молекулага эки электрон туура келиши метилен көгү жалпы реакциясында бир электрон ташуучу эмес, эки электрондук индикатор жана ортомчу экенин билдирет. Экинчиден, протондор катышат, ошондуктан формалдык потенциал жогоруда сүрөттөлгөндөй pH менен өзгөрөт. Үчүнчүдөн, pH 7 болгондо формалдык потенциал стандарттык суутек электродуна салыштырмалуу +0.011 V чамасында болот (pH 0 болгондо болжол менен +0.53 V). Бул жупту жумшак кычкылдандыргычтардын катарына киргизет: ал NAD(P)H же аскорбат сыяктуу жакшы донорлордон электрон алууга жетиштүү күчтүү, бирок аларды эриген кычкылтекке же үч валенттүү темир борборлоруна берүүгө жетиштүү алсыз. Дал ушул ортодогу абал боёктун бир четки абалда калып калбай, цикл менен айланышын шарттайт.

Концентрация дагы бир өзгөчөлүк кошот. Сууда болжол менен жүз микромолярдан жогору болгондо кычкылданган катиондор бири-биринин үстүнө тизилип, димерлерди жана андан чоң агрегаттарды түзөт; бул pH 7 шартында билдирилген 170–250 uM чамасындагы мономер–димер диссоциация константасына шайкеш келет. Алардын сиңирүү тилкеси 610–615 nm чамасына жылат. Демек, чокусу күтүлгөн жерден жылган спектр кошулманы эмес, агрегацияны билдириши мүмкүн. Адегенде суюлтуңуз, анан баалаңыз.

Ар бир багытты шарттаган жагдайлар

Төмөнкү таблица — лабораториялык иш үчүн маалымдама. Калыбына келүү үчүн электрон донору, кайра кычкылдануу үчүн электрон акцептору керек; адатта аба жетиштүү болот.

Ар бир сап ошол эле теңдемеге баш иет. Кыймылдаткыч күч гана өзгөрөт. Жуптун кайтымдуулугу ушуну билдирет: жол бир эле, бирок карама-каршы шарттарда карама-каршы багытта өтүлөт.

Көк бөтөлкөнүн түшүндүрмөсү

Бул көрсөтмөнүн механизмин так түшүндүрүү зарыл, анткени ал жуптун кичи модели. Щелочтуу глюкоза эритмесинде негиз глюкозанын енолдошуусуна көмөктөшөт, ал эми пайда болгон ендиолат метилен көгүн лейкометилен көгүнө чейин калыбына келтирет; ошентип колбадагы эритме түссүз болот. Силкүү суюктуктун үстүндөгү газ мейкиндигинен кычкылтекти эритет, кычкылтек лейко-форманы кайра кычкылдандырат жана көк түс кайтып келет. Тынч турганда бетке жакын реакция аймагындагы эриген кычкылтек түгөнүп, глюкозанын таасири кайра үстөм болот. Цикл глюкоза сарпталып бүткөнгө чейин кайталанат; ар бир силкүү — Нернст теңдемесинин көзгө көрүнгөн көрүнүшү: кычкылдандыргычтын активдүүлүгүн жогорулатсаңыз, тең салмак көк формага карай жылат.

Ортодогу радикал

Жалпы реакцияда эки электрон өтөт, бирок элементардык кадамдарда алар бирден өтөт. Көк катион менен түссүз лейко-форманын ортосунда семихинондук радикалдык аралык зат бар; ал негизинен топтолбой, диспропорцияланып кайра ошол жуптун эки формасына айланат. Анын pH 7 шартындагы бир электрондук потенциалы минус 0.23 V чамасында болуп, жалпы эки электрондук реакциянын орто чекит потенциалынан кыйла төмөн жатат. Ошондуктан стационардык абалда радикалдын үлүшү аз бойдон калат. Бул эки себептен маанилүү. Жарык тийгенде боёк козголгон абалдарга өтүп, радикалдык реакция жолдорун ачат; ошондуктан метилен көгүнүн эритмелери жарыкка сезгич жана фотохимия ар бир туруктуулук протоколуна кириши керек. Ал эми жогорку концентрацияда кычкылданган форма димерлешет: бул негизги жупту өзгөртпөстөн, спектрди жана байкалуучу кинетиканы өзгөртөт. Бул эки факттын бири да кайтымдуулукту бузбайт. Экөө тең башкача учурда кайтымсыздык сыяктуу көрүнгөн байкоолорду түшүндүрөт.

Деметилденген тектеш заттар шкаланы жылдырат

Эки диметиламино тобунан метил топторун алып салганда, жуп сакталып калат, бирок касиеттери өзгөрөт. Ар бир деметилденүүдө сиңирүү максимумы көк тарапка ырааттуу жылат: метилен көгү 664 nm чамасында, Azure B 654 чамасында, Azure A 630 чамасында, Azure C 615 чамасында, ал эми тионин 600 nm чамасында. Бир метил тобу жок Azure B — эң жакын тектеш зат: метилен көгүнүн негизги метаболиттеринин бири жана метилен көгү материалында документтештирилген кошулма. Azure A жана Azure C ошол эле редокс-активдүү негизги түзүлүш менен катарды улантат. Эки амино тобу тең толук деметилденген тионин катардын аягында турат; pH 7 шартында анын формалдык потенциалы +0.06 V чамасында, ал эми метилен көгүнүкү +0.011 V, демек тионин кыйла оңой калыбына келет. Катардагы редокс-потенциалдар чөйрөгө жана электродго көз каранды, ошондуктан маанилерди бирдей шарттардын алкагында гана салыштырыңыз. Ушундан улам кошулмалардын курамын аныктоо жөн гана тазалыкты текшерүү эмес, редокс маселеси болуп саналат. Azure B бир нече пайыз болсо, бөтөлкөдө башка редокс-жуп да бир нече пайыз бар дегенди билдирет; кошулма жана метаболит катары Azure B макаласында бул үлүш кантип көзөмөлдөнөрү документтештирилген.

Биология кайсы жерде кошулат

Эритроциттин ичинде NADPH метилен көгүн лейкометилен көгүнө чейин калыбына келтирет, ал эми лейко-форма электрондорду гемдеги үч валенттүү темирге өткөрүп, гемоглобиндин темирин эки валенттүү абалга кайтарат. Электрондорду өткөрүүнүн ушул жалгыз чынжыры — метилен көгүн жүрө пайда болгон метгемоглобинемияда колдонуунун химиялык негизи. Бул өткөрүүдөн кийинкинин баары — энергия алмашуу, митохондриядагы электрон агымы жана бардык биологиялык натыйжалар — митохондриядагы электрон ташуу темасына кирет жана атайылап ошол жерде калтырылган.

Түстү гана эмес, жупту сатып алыңыз

Редокс-боёктун сапаты анын спецификациясына жараша болот. Жогорку тазалык маанилүү, анткени USP талаптарына жооп бербеген метилен көгү адатта текстиль үчүн чыгарылат жана анын курамында Azure B, оор металлдар же калдык эриткичтер болот. Алар редокс көрсөткүчтөрүн жылдырып, акыркы чекиттерди бүдөмүктөтөт; боёо протоколдорунун эч бири буларды текшербейт. USP талаптарына ылайык келерин билдирген сатуучулардын көбү оор металлдарды гана текшерип, ошону жетиштүү деп эсептешет. Толук шайкештик аныктыгын, сандык курамын, органикалык кошулмаларды, калдык эриткичтерди, элементтик кошулмаларды, күйгүзгөндөн кийинки калдыгын, микробдук чектерди жана бактериялык эндотоксиндерди камтыйт; фармацевтикалык сапаттагы метилен көгүн кантип тандоо керек макаласы бул документтерди кантип окууну түшүндүрөт. Blupreme метилен көгүн чыгарган фармацевтикалык өндүрүүчү менен иштейт, толук USP спецификациясы боюнча текшерет жана толук COA жарыялайт. Түс өлчөө көрсөткүчү болгондо, ал документтер өлчөө аспабынын бир бөлүгү болуп саналат.