เคมีของเมทิลีนบลู: โครงสร้าง สูตร สมบัติ และชื่อเรียก

เมทิลีนบลูโดยทั่วไปหมายถึง เมทิลไทโอนิเนียมคลอไรด์ ซึ่งเป็นเกลือที่ประกอบด้วยสีย้อมอินทรีย์ที่มีประจุบวกและคลอไรด์ไอออนคู่ประจุ เกลือไร้น้ำมีสูตร C₁₆H₁₈ClN₃S และมวลสูตรประมาณ 319.85 g/mol น้ำผลึกทำให้มวลของวัสดุที่ชั่งเปลี่ยนไป โดยไม่เปลี่ยนชนิดของแคตไอออนสีย้อม

การแยกแยะนี้ช่วยอธิบายข้อมูลในแค็ตตาล็อกสารเคมีที่ดูเหมือนขัดแย้งกันได้หลายกรณี ระเบียนหนึ่งอาจรายงานอย่างถูกต้องว่าเกลือมีประจุสุทธิเป็นศูนย์ ขณะเดียวกันก็ระบุว่าสีย้อมเป็นชนิดแคตไอออน อีกแค็ตตาล็อกหนึ่งอาจรายงาน 373.90 g/mol เพราะวัสดุของตนเป็นไตรไฮเดรต ก่อนใช้ค่าสมบัติใด ให้ระบุก่อนว่าตัวเลขนั้นอธิบายสิ่งใด

ชื่อเรียกระบุวัสดุในระดับที่แตกต่างกัน

ระเบียนเมทิลีนบลูของ ChEBI ระบุสารในรูปเกลือคลอไรด์ แสดง CAS 61-73-4 และมีชื่อเมทิลไทโอนิเนียมคลอไรด์ เบสิกบลู 9 และ C.I. 52015 ชื่อตามระบบคือ 3,7-บิส(ไดเมทิลอะมิโน)ฟีโนไทอะซิน-5-อิอัม คลอไรด์

ชื่อ เมทิลไทโอนิเนียม ที่ไม่มีคำว่า “คลอไรด์” หมายถึงแคตไอออนอินทรีย์ การระบุชนิดไฮเดรตช่วยแยกแยะเพิ่มเติมว่าเป็นเมทิลีนบลูคลอไรด์ที่มีน้ำอยู่ร่วมในของแข็งตามปริมาณที่ระบุ สำหรับข้อกำหนดการจัดซื้อ ให้บันทึกชื่อสารเคมีเต็ม สูตร รูปแบบไฮเดรตที่ใช้อ้างอิง และรหัสระบุของผู้จัดจำหน่ายไว้ด้วยกัน อย่าอาศัยเพียงคำบอกสีในชื่อ บทเปรียบเทียบเมทิลบลูกับสีย้อมที่มีชื่อคล้ายกัน อธิบายว่าเหตุใดชื่อที่ใกล้เคียงกันจึงอาจหมายถึงสารเคมีคนละชนิด

อ่านโครงสร้างโมเลกุล

โครงสร้าง A: แคตไอออนเมทิลไทโอนิเนียม

สัญลักษณ์กำกับ: สัญลักษณ์ N สีน้ำเงินระบุอะตอมไนโตรเจนสามอะตอม ส่วน S สีเหลืองระบุกำมะถัน อะตอมไนโตรเจนด้านนอกทั้งสองอะตอมมีหมู่เมทิลอะตอมละสองหมู่ ปลายเส้นที่ไม่มีสัญลักษณ์กำกับบนหมู่เหล่านั้นแทนอะตอมคาร์บอนพร้อมไฮโดรเจนที่ละไว้ไม่แสดง วงแหวนเชื่อมติดกันสามวงเป็นโครงร่างคอนจูเกตส่วนกลาง ภาพต้นฉบับนี้แสดงการเขียนประจุฟอร์มัลรูปแบบหนึ่ง

โครงสร้างแคตไอออนของ ChEBI มีสูตร C₁₆H₁₈N₃S⁺ ประจุสุทธิ +1 และมวลเฉลี่ย 284.408 ตำแหน่ง 3 และ 7 มีหมู่แทนที่ไดเมทิลอะมิโน เครื่องหมายบวกฟอร์มัลบนอะตอมหนึ่งในภาพเป็นการระบุประจุตามรูปแบบการเขียนนั้น ไม่ควรตีความว่าเป็นแผนที่การกระจายอิเล็กตรอนทั้งหมด

โครงสร้าง B: เกลือคลอไรด์

สัญลักษณ์กำกับ: Cl⁻ สีเขียวคือคลอไรด์ไอออนคู่ประจุ โดยตั้งใจวาดแยกจากโครงสร้างอินทรีย์ แคตไอออน +1 หนึ่งไอออนกับแอนไอออน −1 หนึ่งไอออนรวมกันเป็นหน่วยสูตรที่เป็นกลาง ภาพโครงสร้างทั้งสองนำมาจาก ChEBI และแปลงเป็น WebP โดยไม่เปลี่ยนพันธะหรือสัญลักษณ์อะตอม

ระเบียน PubChem สำหรับ CID 6099 ใช้ชื่อตามระบบอีกชื่อหนึ่ง และวางพันธะคู่กับประจุฟอร์มัลในตำแหน่งที่ต่างออกไป รูปแบบการเขียนเหล่านี้ยังคงมีการเชื่อมต่อระหว่างอะตอมเหมือนกัน จึงไม่ได้ยืนยันว่ามีไฮเดรตชนิดอื่นหรือส่วนประกอบเพิ่มเติมอยู่

ตารางสมบัติพร้อมแหล่งอ้างอิง

มวลสูตรด้านล่างอ้างอิงตามตัวอย่างบทมาตรฐานเมทิลีนบลูของ USP ค่าที่วัดทางกายภาพเป็นตัวอย่างจากระเบียนผลิตภัณฑ์ไตรไฮเดรตเชิงพาณิชย์ที่ระบุไว้ โดยคงเงื่อนไขที่มีข้อมูลไว้ตามเดิม

ระเบียนผลิตภัณฑ์ของผู้ผลิต รองรับข้อมูลในแถวที่เป็นข้อมูลเฉพาะผลิตภัณฑ์ รายการเหล่านี้เป็นจุดอ้างอิงที่มีประโยชน์ ไม่ใช่ข้อกำหนดสำหรับผงหรือผลิตภัณฑ์ของเหลวสำเร็จรูปทุกชนิด ความแตกต่างเล็กน้อยของมวลสูตรระหว่างฐานข้อมูลอาจเกิดจากหลักเกณฑ์การใช้น้ำหนักอะตอมและการปัดเศษได้เช่นกัน ซึ่งเป็นคนละประเด็นกับความแตกต่างจากไฮเดรตที่มีขนาดใหญ่กว่ามาก

เหตุใดการมีน้ำผลึกจึงเปลี่ยนผลการคำนวณ

คลอไรด์ไร้น้ำตามสูตรอุดมคติหนึ่งมิลลิโมลมีมวล 319.85 mg ส่วนไตรไฮเดรตตามสูตรอุดมคติหนึ่งมิลลิโมลมีมวล 373.90 mg ทั้งสองมีแคตไอออนสีย้อมหนึ่งมิลลิโมลเท่ากัน เมื่อคำนวณจากตาราง สำหรับปริมาณสีย้อมเท่ากัน ไตรไฮเดรตมีมวล มากกว่าประมาณ 16.9%

ดังนั้น คลอไรด์ไร้น้ำบริสุทธิ์ 1.000 g/L จึงเทียบเท่าประมาณ 3.13 mmol/L ขณะที่ไตรไฮเดรตบริสุทธิ์ 1.000 g/L เทียบเท่าประมาณ 2.67 mmol/L ตัวอย่างเหล่านี้คำนวณจากสูตร ก่อนปรับแก้ตามผลวิเคราะห์ปริมาณสารจริงหรือปริมาณน้ำที่วัดได้ ใช้เครื่องคำนวณโมลาริตีของเมทิลีนบลู เพื่อระบุรูปแบบทางเคมีที่เลือกไว้อย่างชัดเจน

นิยามของ USP แสดงผลวิเคราะห์ปริมาณสารบนฐานแห้ง จึงต้องตีความเปอร์เซ็นต์บนฐานแห้งร่วมกับมวลผงในสภาพที่ได้รับมา น้ำผลึกไม่ได้เป็นหลักฐานของการปนเปื้อนโดยอัตโนมัติ บทเปรียบเทียบไตรไฮเดรตกับชนิดไร้น้ำโดยละเอียด อธิบายวิธีอ่านฉลากเหล่านั้น

ประจุไม่ได้ยืนยันว่าเป็นคอลลอยด์

“ประจุของโซลเมทิลีนบลู” รวมคำถามสองเรื่องที่ต่างกันไว้ด้วยกัน ไอออนสีย้อมมีประจุ +1 ส่วนการเตรียมนั้นเป็นโซลหรือไม่ ต้องอาศัยข้อมูลเกี่ยวกับระบบกระจายตัว

นิยามโซลของ IUPAC กล่าวถึงระบบคอลลอยด์ที่เป็นของไหล ไม่ได้หมายความว่าสารละลายของสีย้อมที่มีประจุทุกชนิดเป็นคอลลอยด์ และสูตรเกลือที่เป็นกลางก็ไม่ได้หมายความว่าไอออนแต่ละตัวที่ละลายอยู่เป็นกลางด้วย การกล่าวอ้างเกี่ยวกับประจุอนุภาคหรือศักย์ซีตาต้องอาศัยข้อมูลการเตรียมและเงื่อนไขการวัดจริง ไม่ใช่เพียงสูตรโมเลกุล

pH, pKa และสภาพขั้วตอบคำถามที่แตกต่างกัน

IUPAC นิยาม pH โดยอาศัยแอกทิวิตีของไฮโดรเจนไอออนในสารละลาย ดังนั้น ผงเมทิลีนบลูแห้งจึงไม่มีค่า pH ในน้ำที่เป็นค่าเฉพาะตัวโดยลำพัง ข้อมูล pH ที่ใช้ประโยชน์ได้ต้องระบุตัวทำละลาย ความเข้มข้น อุณหภูมิ และสูตรตำรับ การเติมบัฟเฟอร์อาจเปลี่ยน pH ของสารละลายได้โดยไม่เปลี่ยนชนิดสารที่พิมพ์อยู่บนฉลากสีย้อม

ในทางกลับกัน ค่าคงที่การแตกตัวของกรดอธิบายสมดุลเฉพาะอย่างหนึ่ง และ pKa คือค่าลบของลอการิทึมฐาน 10 ของค่าคงที่นั้น “pKa ของเมทิลีนบลู” ที่นำไปใช้ได้ต้องระบุชนิดสารในรูปที่รับโปรตอนและรูปที่สูญเสียโปรตอน รวมถึงตัวกลาง ตัวเลขเพียงตัวเดียวไม่ได้บอกว่าอ้างถึงสีย้อมในรูปออกซิไดซ์หรือรูปแบบทางเคมีอื่น การถ่ายโอนโปรตอนและการถ่ายโอนอิเล็กตรอนเป็นคนละกระบวนการ สำหรับกระบวนการหลัง ดูเคมีรีดอกซ์ของเมทิลีนบลูและลิวโคเมทิลีนบลู

คำถามว่า “มีขั้วหรือไม่มีขั้ว?” ก็ต้องกำหนดวัตถุประสงค์ให้ชัดเจนเช่นกัน เมทิลีนบลูคลอไรด์เป็นสารไอออนิก ขณะที่แคตไอออนอินทรีย์ของมันมีโครงร่างคาร์บอนที่แผ่ขยาย คำอธิบายนี้มีประโยชน์มากกว่าการกำหนดคะแนนสภาพขั้วเพียงค่าเดียวให้สารทั้งชนิด ตามที่คำอธิบายเรื่องสภาพขั้วของตัวทำละลายของ IUPAC ระบุ การเกิดโซลเวชันขึ้นอยู่กับอันตรกิริยาหลายแบบ สำหรับงานเตรียมสาร ให้ใช้ค่าการละลายที่วัดในตัวทำละลายที่ตั้งใจใช้ และเงื่อนไขในคู่มือการละลายและการเตรียมสารละลาย

ควรใช้ความหนาแน่นใดในการแปลงค่า?

แม้ 1 g/cm³ จะเท่ากับ 1 g/mL แต่การเปลี่ยนหน่วยไม่ได้เปลี่ยนสิ่งที่ถูกวัด ความหนาแน่นของของแข็งไม่สามารถใช้แปลงปริมาตรสารละลายเจือจางจากมิลลิลิตรเป็นมวลของสารละลายนั้นในหน่วยกรัมได้ ความหนาแน่นรวมของผงตอบคำถามอีกแบบหนึ่ง เพราะการเรียงตัวของผงทำให้มีอากาศอยู่ระหว่างอนุภาค

สำหรับการแปลงมวลต่อปริมาตรเป็นมวลต่อมวล ให้หาความหนาแน่นของสารละลายสำเร็จรูปที่อุณหภูมิซึ่งระบุไว้ สำหรับการชั่งและโมลาริตี ให้ยืนยันสูตรของวัสดุและฐานที่ใช้รายงานผลวิเคราะห์ปริมาณสาร การเลือกสมบัติให้ตรงกับสิ่งที่กำลังวัดช่วยป้องกันข้อผิดพลาดที่การเพิ่มตำแหน่งทศนิยมก็แก้ไขไม่ได้