Metilen ko‘ki va leykometilen ko‘ki: bitta redoks juftligi, ikki rang

Talaba kolbaga ko‘k bo‘yoqdan bir necha tomchi qo‘shib, uni aylantirib aralashtiradi va rang yo‘qolishini kuzatadi. Kolbani chayqatganda ko‘k rang qaytadi. Ikki holat orasida elektronlar va havo bilan aloqadan boshqa hech narsa qo‘shilmadi ham, olib tashlanmadi ham. Shu kolbada ushbu maqolaning butun mavzusi mujassam: metilen ko‘ki va uning qaytarilgan sherigi — leykometilen ko‘ki — rang holatni ko‘rsatuvchi belgi bo‘lgan qaytar redoks juftligida bir-biriga aylanadi.

Avvalo, amaliy jihat. Bu yerda rang o‘zgarishi ikkilamchi ta’sir emas. U analitik signaldir. Metilen ko‘ki bilan formulatsiya tayyorlaydigan, titrlaydigan yoki dars o‘tadigan har bir kishi yarim reaksiyani yoddan yozishi, uni chapga yoki o‘ngga siljitadigan sharoitlarni aytishi va natijani noaniqlashtiradigan aralashmalarni nomlashi kerak.

Juftlik bitta tenglamada

Oksidlangan metilen ko‘ki — metiltioniniy kationi: markaziy halqasida oltingugurt va azot, har ikki uchida esa dimetilamino guruhi bo‘lgan yassi fenotiazin iy tizimi bo‘lib, xlorid tuzi shaklida yetkazib beriladi. PubChem uni metiltioniniy xlorid, C.I. Basic Blue 9 sifatida qayd etadi. Suvda monomer taxminan 664 nm da yorug‘likni yutadi; ko‘z ko‘radigan ko‘k rang shunga mos keladi.

Qaytarilgan leykometilen ko‘ki (LMB) xuddi shu skeletga ega, ammo markaziy halqadagi azot protonlangan va xromofor uzilgan. Neytralga yaqin pH da u zaryadsiz va deyarli rangsiz bo‘ladi; ko‘rinadigan sohadagi yutilishi juda kichik, ultrabinafsha sohada esa taxminan 258 nm da kuchli yutilish tasmasiga ega (PubChem dagi leykometilen ko‘ki yozuvi, CAS 613-11-6). Yarim reaksiyadagi protonlar soni pH ga bog‘liq, chunki qaytarilgan shakl kislotali muhitda protonlanadi (taxminiy pKa qiymatlari 4.5 va 5.8 ga yaqin). Amaliy diapazonni uchta holat qamrab oladi:

MB(+) + 2 e(-) + H(+) <=> LMB, ko‘k <=> rangsiz (neytralga yaqin pH, 1 proton)

MB(+) + 2 e(-) + 2 H(+) <=> LMBH(+), ko‘k <=> rangsiz (o‘rtacha kislotali muhit, 2 proton)

MB(+) + 2 e(-) + 3 H(+) <=> ikki marta protonlangan leyko shakl (kuchli kislotali muhit, 3 proton)

Uchala yozuv ham turli protonlanish holatlaridagi bir xil juftlikni ifodalaydi; bu masala tiazin bo‘yoqlarining redoks xususiyatlari haqidagi adabiyotlarda tizimli ko‘rib chiqiladi. pH ga bog‘liqlik Ox + mH(+) + 2e(-) <=> Red uchun Nernst tenglamasiga bo‘ysunadi va m = 1, 2 yoki 3 bo‘lganda pH birligiga taxminan 29.6, 59.2 yoki 88.7 mV qiyalik beradi. O‘lchangan, pH birligiga taxminan 28, 58 va 87 mV bo‘lgan qiyaliklar bu talqinni tasdiqlaydi. Demak, pH ko‘rsatilmagan potensial qiymati ma’nosizdir.

Tenglama formulatsiya tayyorlovchiga nimani bildiradi

Stexiometriyadan uchta fakt kelib chiqadi. Birinchidan, har bir molekulaga ikki elektron to‘g‘ri kelishi metilen ko‘ki umumiy reaksiyada bir elektronli tashuvchi emas, balki ikki elektronli indikator va vositachi ekanini anglatadi. Ikkinchidan, protonlar ishtirok etadi, shuning uchun formal potensial yuqorida ta’riflanganidek pH bilan o‘zgaradi. Uchinchidan, pH 7 da formal potensial standart vodorod elektrodiga nisbatan taxminan +0.011 V ni tashkil etadi (pH 0 da taxminan +0.53 V). Bu juftlikni yumshoq oksidlovchilar qatoriga joylashtiradi: NAD(P)H yoki askorbat kabi yaxshi donorlardan elektron olish uchun yetarlicha kuchli, ularni erigan kislorod yoki temir(III) markazlariga berish uchun esa yetarlicha kuchsiz. Aynan shu oraliq mavqe bo‘yoqning bir holatda qolib ketmasdan, sikl bo‘ylab aylanishini ta’minlaydi.

Konsentratsiya yana bir murakkablik qo‘shadi. Suvda taxminan yuz mikromolyardan yuqori konsentratsiyada oksidlangan kationlar ustma-ust joylashib, dimerlar va kattaroq agregatlar hosil qiladi; ularning yutilish tasmasi taxminan 610 dan 615 nm gacha siljiydi. Bu pH 7 da qayd etilgan, taxminan 170 dan 250 uM gacha bo‘lgan monomer–dimer dissotsiatsiya konstantasiga mos keladi. Shuning uchun cho‘qqisi kutilgan joydan siljigan spektr begona aralashmani emas, agregatsiyani anglatishi mumkin. Avval suyultiring, keyin baholang.

Har bir yo‘nalishni belgilovchi sharoitlar

Quyidagi jadval laboratoriyada foydalanish uchun ma’lumotnomadir. Qaytarilish uchun elektron donori, qayta oksidlanish uchun esa elektron akseptori kerak; odatda havo yetarli bo‘ladi.

Har bir qator ayni tenglamaga bo‘ysunadi. Faqat harakatlantiruvchi kuch o‘zgaradi. Juftlikning qaytarligi shuni anglatadi: yo‘l bir xil, ammo qarama-qarshi sharoitlarda undan qarama-qarshi yo‘nalishlarda o‘tiladi.

Ko‘k shisha tajribasining izohi

Bu namoyish juftlikning kichik miqyosdagi ko‘rinishi bo‘lgani uchun uning mexanizmini aniq bayon qilish kerak. Glyukozaning ishqoriy eritmasida ishqor glyukozaning enollanishini rag‘batlantiradi va hosil bo‘lgan enediolat metilen ko‘kini leykometilen ko‘kigacha qaytaradi, natijada kolbadagi eritma rangsizlanadi. Chayqatish suyuqlik ustidagi gaz bo‘shlig‘idan kislorodni eritmaga o‘tkazadi, kislorod leyko shaklni qayta oksidlaydi va ko‘k rang qaytadi. Tinch turganda sirt yaqinidagi reaksiya zonasida erigan kislorod kamayadi va glyukoza yana ustun keladi. Glyukoza tugaguncha sikl takrorlanadi. Har bir chayqatish Nernst tenglamasining ko‘rinadigan ifodasidir: oksidlovchi faolligi oshirilsa, muvozanat ko‘k shakl tomon siljiydi.

Oradagi radikal

Umumiy reaksiyada ikki elektron ko‘chadi, ammo elementar bosqichlarda ular bittadan ko‘chadi. Ko‘k kation bilan rangsiz leyko shakl orasida semixinon radikal oraliq mahsulot mavjud bo‘lib, u to‘planishdan ko‘ra asosan disproportsiyalanib, yana shu juftlikni hosil qiladi. Uning pH 7 da taxminan minus 0.23 V bo‘lgan bir elektronli potensiali umumiy ikki elektronli reaksiyaning o‘rta nuqta potensialidan ancha past; shu sababli radikal statsionar holatda kichik ulushli zarracha bo‘lib qoladi. Bu ikki sababga ko‘ra muhim. Yorug‘lik ta’sirida bo‘yoq radikal yo‘llarni ochadigan qo‘zg‘algan holatlarga o‘tadi. Shuning uchun metilen ko‘ki eritmalari yorug‘likka sezgir va fotokimyo har qanday barqarorlikni tekshirish protokoliga kiritilishi kerak. Bundan tashqari, yuqori konsentratsiyada oksidlangan shakl dimerlanadi; bu asosiy juftlikni o‘zgartirmasdan spektr va kuzatiladigan kinetikani o‘zgartiradi. Bu ikki holatning hech biri qaytarlikni buzmaydi. Ikkalasi ham aks holda qaytmaslikdek ko‘rinadigan kuzatuvlarni tushuntiradi.

Demetillangan qarindoshlar shkalani siljitadi

Ikki dimetilamino tarmog‘idan metil guruhlari olib tashlansa, juftlik saqlanib qoladi, ammo xususiyatlari o‘zgaradi. Har bir demetillanishda yutilish maksimumi izchil ravishda qisqa to‘lqinli tomonga siljiydi: metilen ko‘ki taxminan 664 nm, Azure B taxminan 654, Azure A taxminan 630, Azure C taxminan 615 va tionin taxminan 600 nm da. Bitta metil guruhi yetishmaydigan Azure B eng yaqin qarindoshdir: u metilen ko‘kining asosiy metaboliti va metilen ko‘ki materialida hujjatlashtirilgan aralashmadir. Azure A va Azure C shu redoks-faol skelet bilan qatorni davom ettiradi. Ikkala amino guruhi ham to‘liq demetillangan tionin qator oxirida turadi; uning pH 7 dagi formal potensiali taxminan +0.06 V, metilen ko‘kiniki esa +0.011 V bo‘lib, tioninni qaytarish sezilarli darajada osonroq. Qator bo‘ylab redoks potensiallari muhit va elektrodga bog‘liq, shuning uchun qiymatlarni faqat bir xil sharoitlar doirasida taqqoslang. Shu sababli aralashmalar profilini aniqlash shunchaki tozalikni tasdiqlash bandi emas, balki redoks masalasidir. Azure B ning bir necha foiz bo‘lishi idishda boshqa redoks juftligining bir necha foizi borligini anglatadi. Azure B aralashma va metabolit sifatida maqolasida bu ulush qanday nazorat qilinishi hujjatlashtirilgan.

Biologiya qayerda qo‘shiladi

Eritrotsit ichida NADPH metilen ko‘kini leykometilen ko‘kigacha qaytaradi, leyko shakl esa gem tarkibidagi temir(III) ga elektronlar uzatib, gemoglobindagi temir(II) holatini tiklaydi. Aynan shu elektron uzatish zanjiri metilen ko‘kidan orttirilgan metgemoglobinemiyada foydalanishning kimyoviy asosidir. Bu uzatish zanjiridan keyingi barcha jarayonlar — energiya almashinuvi, mitoxondrial elektron oqimi va har qanday biologik natija — mitoxondrial elektron tashilishi mavzusiga tegishli bo‘lib, ataylab o‘sha yerda qoldirilgan.

Faqat rangni emas, juftlikni sotib oling

Redoks bo‘yoqning sifati uning spetsifikatsiyasiga bog‘liq. Yuqori tozalik muhim, chunki USP ga mos bo‘lmagan metilen ko‘ki odatda to‘qimachilik uchun mo‘ljallangan bo‘lib, tarkibida Azure B, og‘ir metallar yoki qoldiq erituvchilar bo‘ladi. Ular redoks o‘lchovlarini siljitadi va titrlashning yakuniy nuqtalarini noaniqlashtiradi; hech bir bo‘yash protokoli bularni tekshirmaydi. USP ga muvofiqlikni da’vo qiladigan sotuvchilarning aksariyati faqat og‘ir metallarni tekshiradi va shuni yetarli deb hisoblaydi. To‘liq muvofiqlik identifikatsiya, miqdoriy aniqlash, organik aralashmalar, qoldiq erituvchilar, element aralashmalari, kuydirishdan qolgan qoldiq, mikrobiologik chegaralar va bakterial endotoksinlarni qamrab oladi. Farmatsevtik sifatdagi metilen ko‘kini qanday tanlash kerak maqolasi bu hujjatlarni o‘qish tartibini tushuntiradi. Blupreme metilen ko‘kining farmatsevtik ishlab chiqaruvchisi bilan ishlaydi, to‘liq USP spetsifikatsiyasi bo‘yicha sinov o‘tkazadi va to‘liq COA ni e’lon qiladi. Rang o‘lchov vazifasini bajarganda, bu hujjatlar o‘lchash vositasining bir qismidir.