Кабуди метиленӣ ва лейкокабуди метиленӣ: як ҷуфти редокс, ду ранг

Донишҷӯдухтар ба колба чанд қатра рангмоддаи кабуд меандозад, онро давр мезанонад ва мебинад, ки ранг нопадид мешавад. Ӯ колбаро меҷунбонад ва ранги кабуд бармегардад. Байни ин ду ҳолат, ба ҷуз электронҳо ва тамос бо ҳаво, чизе илова ё хориҷ нашуд. Он колба тамоми мавзӯи ин мақоларо дар бар мегирад: кабуди метиленӣ ва ҳамтои барқароршудаи он, лейкокабуди метиленӣ, дар як ҷуфти баргардандаи редокс ба ҳамдигар табдил меёбанд ва ранг нишондиҳандаи ин раванд аст.

Аввал нуктаи амалӣ. Тағйири ранг дар ин ҷо таъсири канорӣ нест. Он сигнали таҳлилӣ аст. Ҳар касе, ки бо кабуди метиленӣ таркиб таҳия мекунад, бо он титр мекунад ё онро барои таълим истифода мебарад, бояд нимреаксияро аз ёд навишта тавонад, шароитеро ном барад, ки онро ба чап ё рост мебарад, ва омехтаҳоеро бишиносад, ки натиҷаро норавшан мекунанд.

Ҷуфт дар як муодила

Кабуди метилении оксидшуда катиони метилтиониний аст: системаи ҳамвори фенотиазиний бо сулфур ва нитроген дар ҳалқаи марказӣ ва як гурӯҳи диметиламино дар ҳар ду нӯг, ки ҳамчун намаки хлорид дода мешавад. PubChem онро ҳамчун хлориди метилтиониний, C.I. Basic Blue 9 сабт мекунад. Дар об мономер дар наздикии 664 nm ҷаббиш дорад; ҳамин ҷаббиш ранги кабудеро медиҳад, ки чашм мебинад.

Лейкокабуди метилении барқароршуда (LMB) ҳамон скелетро дорад, аммо нитрогени ҳалқаи марказӣ протон гирифтааст ва хромофор вайрон шудааст. Дар наздикии pH-и нейтралӣ он безаряд ва қариб беранг аст; ҷаббиши он дар минтақаи намоён ночиз буда, дар наздикии 258 nm банди қавии ултрабунафш дорад (сабти PubChem барои лейкокабуди метиленӣ, CAS 613-11-6). Шумораи протонҳо дар нимреаксия аз pH вобаста аст, зеро шакли барқароршуда дар муҳити турш протон мегирад (қиматҳои тахминии pKa наздики 4.5 ва 5.8 мебошанд). Се ҳолат доираи амалиро фаро мегиранд:

MB(+) + 2 e(-) + H(+) <=> LMB, кабуд <=> беранг (наздики pH-и нейтралӣ, 1 протон)

MB(+) + 2 e(-) + 2 H(+) <=> LMBH(+), кабуд <=> беранг (муҳити мӯътадил турш, 2 протон)

MB(+) + 2 e(-) + 3 H(+) <=> шакли лейкои ду маротиба протонгирифта (муҳити сахт турш, 3 протон)

Ҳар се навишт ҳамон ҷуфтро дар ҳолатҳои гуногуни протонгирӣ тавсиф мекунанд; адабиёти марбут ба рафтори редоксии рангмоддаҳои тиазинӣ ин нуктаро ба таври муназзам баррасӣ мекунад. Вобастагӣ аз pH аз муодилаи Нернст барои Ox + mH(+) + 2e(-) <=> Red бармеояд ва барои m = 1, 2 ё 3 нишебии тақрибан 29.6, 59.2 ё 88.7 mV ба ҳар воҳиди pH медиҳад. Нишебиҳои ченшудаи наздики 28, 58 ва 87 mV ба ҳар воҳиди pH ин мувофиқатро тасдиқ мекунанд; бинобар ин, потенсиали гузоришшуда бе pH-и он маъно надорад.

Муодила ба таҳиягари таркиб чӣ мегӯяд

Аз стехиометрия се далел бармеояд. Аввал, ду электрон ба ҳар молекула маънои онро дорад, ки кабуди метиленӣ дар реаксияи ҷамъбастии худ индикатор ва миёнарави дуэлектронӣ аст, на интиқолдиҳандаи якэлектронӣ. Дуюм, протонҳо иштирок мекунанд, аз ин рӯ потенсиали формалӣ бо pH, тавре ки дар боло шарҳ дода шуд, тағйир меёбад. Сеюм, потенсиали формалӣ дар pH 7 нисбат ба электроди стандартии гидроген наздики +0.011 V аст (дар pH 0 тақрибан +0.53 V), ки ин ҷуфтро ба қатори оксидкунандаҳои мулоим мегузорад: он барои гирифтани электронҳо аз донорҳои хуб, ба монанди NAD(P)H ё аскорбат, ба қадри кофӣ қавӣ ва барои додани онҳо ба оксигени ҳалшуда ё марказҳои оҳани севалента ба қадри кофӣ заиф аст. Маҳз ҳамин мавқеи миёна сабаб мешавад, ки рангмодда давр мезанад, на ин ки дар яке аз ду ҳолат дармонад.

Консентратсия як ҷузъиёти дигарро илова мекунад. Дар об, болотар аз тақрибан сад микромоляр, ки бо собитаи гузоришшудаи диссотсиатсияи мономер–димер дар ҳудуди 170 то 250 uM дар pH 7 мувофиқ аст, катионҳои оксидшуда рӯйи ҳам ҷой гирифта, димерҳо ва агрегатҳои калонтар ҳосил мекунанд; банди ҷаббиши онҳо ба наздикии 610 то 615 nm мекӯчад. Аз ин рӯ, спектре, ки қуллааш аз ҷои интизорӣ дур аст, метавонад нишонаи агрегатсия бошад, на омехта. Аввал маҳлулро тунук кунед, баъд хулоса бароред.

Шароитҳое, ки ҳар як самтро пеш мебаранд

Ҷадвали зер дастури корӣ барои озмоишгоҳ аст. Барқароршавӣ ба донори электрон ниёз дорад; оксидшавии дубора ба қабулкунандаи электрон ниёз дорад ва одатан ҳаво кофист.

Ҳар як сатри ҷадвал ба ҳамон муодила итоат мекунад. Танҳо қувваи пешбаранда тағйир меёбад. Баргардандагии ҷуфт ҳамин маъноро дорад: роҳ як аст, аммо дар шароитҳои муқобил ба самтҳои муқобил тай мешавад.

Шарҳи шишаи кабуд

Механизми ин намоишро бояд равшан баён кард, зеро он ҳамин ҷуфтро дар шакли хурд нишон медиҳад. Дар маҳлули ишқории глюкоза ишқор енолшавии глюкозаро мусоидат мекунад ва енедиолати ҳосилшуда кабуди метилениро ба лейкокабуди метиленӣ барқарор мекунад, аз ин рӯ колба беранг мешавад. Ҷунбондан оксигени фазои болои маҳлулро ҳал мекунад, оксиген шакли лейкоро дубора оксид мекунад ва ранги кабуд бармегардад. Ҳангоми ором мондан оксигени ҳалшуда дар наздикии минтақаи реаксия дар сатҳ кам мешавад ва глюкоза боз ғолиб меояд. Давра то сарф шудани глюкоза такрор мешавад ва ҳар ҷунбондан таҷассуми намоёни муодилаи Нернст аст: фаъолияти оксидкунандаро зиёд кунед ва мувозинат ба сӯи ранги кабуд мекӯчад.

Радикал дар миёна

Реаксияи ҷамъбастӣ ду электронро интиқол медиҳад, аммо қадамҳои элементарӣ онҳоро якто-якто мегузаронанд. Байни катиони кабуд ва шакли лейкои беранг радикали фосилавии семихинонӣ ҷой дорад, ки асосан ба ҷои ҷамъ шудан бо диспропорсионатсия боз ба ду узви ҷуфт табдил меёбад. Потенсиали якэлектронии он дар pH 7 наздики минус 0.23 V буда, аз потенсиали миёнаи ҷамъбастии дуэлектронӣ хеле пасттар аст; бинобар ин, радикал дар ҳолати устувор ҷузъи каммиқдор мемонад. Он аз ду ҷиҳат муҳим аст. Дар зери рӯшноӣ рангмодда ба ҳолатҳои барангехта мегузарад, ки роҳҳои радикалиро мекушоянд; маҳз барои ҳамин маҳлулҳои кабуди метиленӣ ба рӯшноӣ ҳассосанд ва фотохимия бояд ба ҳар протоколи устуворӣ дохил шавад. Ҳамчунин, дар консентратсияи баланд шакли оксидшуда димер ҳосил мекунад, ки спектр ва кинетикаи зоҳириро тағйир медиҳад, вале худи ҷуфти асосиро дигар намекунад. Ҳеҷ яке аз ин ду далел баргардандагиро аз байн намебарад. Ҳар ду мушоҳидаҳоеро шарҳ медиҳанд, ки дар акси ҳол ба бебозгаштӣ монанд менамоянд.

Ҳамтоҳои деметилшуда миқёсро тағйир медиҳанд

Гурӯҳҳои метилро аз ду шохаи диметиламино ҷудо кунед ва ҷуфт бо хосиятҳои тағйирёфта боқӣ мемонад. Бо ҳар деметилшавӣ максимумҳои ҷаббиш пайдарпай ба сӯи қисми кабуди спектр мекӯчанд: кабуди метиленӣ наздики 664 nm, Azure B наздики 654, Azure A наздики 630, Azure C наздики 615 ва тионин наздики 600 nm. Azure B, ки як гурӯҳи метил надорад, наздиктарин ҳамто аст: метаболити асосии кабуди метиленӣ ва омехтаи ҳуҷҷатшуда дар маводи кабуди метиленӣ. Azure A ва Azure C ин қаторро бо ҳамон скелети фаъоли редокс идома медиҳанд. Тионин, ки ҳар ду гурӯҳи аминояш пурра деметил шудаанд, дар охири қатор ҷой дорад; потенсиали формалии он дар pH 7 наздики +0.06 V аст, дар муқоиса бо +0.011 V барои кабуди метиленӣ, бинобар ин он ба таври назаррас осонтар барқарор мешавад. Потенсиалҳои редокс дар ин қатор аз муҳит ва электрод вобастаанд, аз ин рӯ қиматҳоро танҳо дар доираи як маҷмӯи шароитҳо муқоиса кунед. Барои ҳамин, муайян кардани таркиби омехтаҳо масъалаи редокс аст, на танҳо санҷиши покӣ. Чанд фоизи Azure B маънои чанд фоизи ҷуфти дигари редоксро дар шиша дорад ва Azure B ҳамчун омехта ва метаболит шарҳ медиҳад, ки ин ҳисса чӣ гуна назорат мешавад.

Биология дар куҷо пайваст мешавад

Дар дохили ҳуҷайраи сурхи хун NADPH кабуди метилениро ба лейкокабуди метиленӣ барқарор мекунад ва шакли лейко электронҳоро ба оҳани севалентаи гем медиҳад, то ҳолати дувалентаи оҳани гемоглобинро барқарор кунад. Ҳамин занҷири ягонаи интиқоли электрон асоси кимиёвии истифодаи кабуди метиленӣ дар метгемоглобинемияи пайдошуда мебошад. Ҳама чизе, ки баъд аз ин интиқол меояд — мубодилаи энергия, ҷараёни электронҳо дар митохондрия ва ҳар гуна натиҷаи биологӣ — ба мавзӯи интиқоли электронҳо дар митохондрия тааллуқ дорад ва қасдан дар ҳамон ҷо баррасӣ мешавад.

Ҷуфтро харед, на танҳо рангро

Сифати рангмоддаи редокс ба мушаххасоти он вобаста аст. Покии баланд муҳим аст, зеро кабуди метилении ба USP номувофиқ одатан дараҷаи нассоҷӣ дорад ва метавонад Azure B, металлҳои вазнин ё ҳалкунандаҳои боқимонда дошта бошад, ки нишондиҳандаҳои редоксро тағйир дода, нуқтаҳои ниҳоиро норавшан мекунанд; ҳеҷ протоколи рангкунӣ ин таъсирҳоро намесанҷад. Аксари фурӯшандагоне, ки мувофиқат ба USP-ро иддао мекунанд, танҳо металлҳои вазнинро месанҷанд ва корро анҷомёфта мешуморанд. Мувофиқати пурра муайян кардани ҳувият, миқдори моддаи асосӣ, омехтаҳои органикӣ, ҳалкунандаҳои боқимонда, омехтаҳои элементӣ, бақияи баъди тафсонидан, ҳудудҳои микробӣ ва эндотоксинҳои бактериявиро фаро мегирад; мақолаи чӣ гуна кабуди метилении дараҷаи дорусозиро интихоб кардан лозим аст тарзи хондани ин ҳуҷҷатҳоро шарҳ медиҳад. Blupreme бо истеҳсолкунандаи дорусозии кабуди метиленӣ ҳамкорӣ мекунад, тамоми мушаххасоти USP-ро месанҷад ва COA-и пурраро нашр мекунад. Вақте ранг воситаи ченкунӣ аст, ин ҳуҷҷатҳо қисми асбобанд.