Ученые открыли новую химическую реакцию метиленового синего со щелочью
Исследователи из Института биохимической физики имени Н. М. Эмануэля РАН, Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева и МФТИ разобрались, как метиленовый синий ведет себя в сильной щелочи.
Результаты работы опубликованы в журнале Dyes and Pigments и будут полезны для развития оптических методов анализа.
В каждой аптеке можно найти эффективное и недорогое лекарственное средство — метиленовый синий. Это органическое соединение способно уничтожать болезнетворные микроорганизмы, выступать противоядием при отравлениях, регулировать активность ряда ферментов и разрушать раковые клетки. Кроме медицины метиленовый синий выступает красителем на отделочных производствах, индикатором в аналитической химии, компонентом тонирующих растворов в фотоделе.
В твердом состоянии данное вещество представляет собой темно-зеленые кристаллы, малорастворимые в этаноле и воде. Растворы, содержащие восстановленную форму метиленового синего, бесцветные, но при окислении приобретают синий цвет.
Метиленовый синий — весьма загадочное соединение. Оно было синтезировано около 150 лет назад. Тем не менее, некоторые его свойства, в частности, особенности взаимодействия со щелочами, недостаточно изучены до сих пор. Ученые из ИБХФ РАН, РХТУ и МФТИ: Юрий Цаплев, Никита Костин и Алексей Трофимов — исследовали оптические свойства и химические превращения метиленового синего в суперосновной среде.
Суперосновными называют среды, состоящие из сильного основания и растворителя либо особого реагента. Этот реагент разделяет ионную пару основания и специфически связывает положительно заряженные частицы, открывая тем самым доступ к частицам с отрицательным зарядом и повышая вероятность их вступления в реакцию.
Описанное химическое взаимодействие со щелочами характерно для диметилсульфоксида. Его молекулы полярные, то есть обладают электрическим дипольным моментом. Иными словами, атомы в молекуле имеют разноименный электрический заряд из-за сдвига электронной плотности к более электроотрицательному атому. В растворе диметилсульфоксид не образует свободный ион водорода H+, в связи с чем относится к апротонным растворителям. Растворяющая способность диметилсульфоксида уникальна: она выше, чем у многих растворителей, в том числе у воды.
Суспензия гидроксида калия и диметилсульфоксида — доступная и универсальная суперосновная среда, поэтому ученые выбрали ее для экспериментов. Оптические измерения были выполнены на спектрофотометре и спектрофлуориметре в температурном диапазоне 23–25 °C. Синхронный термический анализ проведен в атмосфере азота при нагреве от 25 до 300 °C.
Ученые установили: если концентрация гидроксида калия в изучаемой системе мала, то метиленовый синий быстро обесцвечивается (Рисунок 1). Расход щелочи в 2 раза больше, чем красителя, что говорит о двухстадийном процессе. Константа скорости реакции составляет 0,039 ± 0,004 мкМ-1 ∙ мин-1.
Регистрация спектров поглощения показала (Рисунок 2), что их изменение имеет довольно простой характер. В диапазоне длин волн 350–900 нм не выявлены новые полосы поглощения электромагнитного излучения раствором метиленового синего в суперосновной среде.
Рисунок 2. Спектр поглощения 2 мл 4,5 мкМ раствора метиленового синего (кривая 1) и его эволюция (кривые 2–10) спустя 120 мин после добавления 10 мкл 3 мМ раствора гидроксида калия. Растворитель — диметилсульфоксид / © Юрий Б. Цаплев и др., Dyes and Pigments
«Совсем иной характер химического взаимодействия наблюдается, когда концентрация щелочи на порядок больше, чем красителя, — сообщил Алексей Трофимов, заместитель директора по науке ИБХФ РАН, доцент департамента молекулярной и биологической физики МФТИ. — Мы назвали этот процесс сверхстехиометрическим».
Поглощение излучения раствором метиленового синего в красной области спектра резко падает в ходе перемешивания реагентов. Затем длительное время в видимой области спектра видны, как минимум, пять пиков (Рисунок 3А). Они расположены в окрестностях длин волн 650, 620, 530, 440 и 420 нм. Интенсивность пиков максимальна непосредственно после смешения.
«Мы пришли к выводу, что неожиданно сложный спектр обязан своим происхождением неустойчивому продукту реакции метиленового синего со щелочью в суперстехиометрических условиях, — пояснил Алексей Трофимов. — Названное соединение образовалось при участии супероксида, который является промежуточным звеном в реакционной среде».
На образование этого продукта указывают особенности флуоресценции изучаемой системы. Флуоресценция — это способность вещества поглощать свет на определенной длине волны и через некоторое время испускать его на большей длине волны. Спектры поглощения и возбуждения флуоресценции системы (Рисунки 3A и 3B) имеют сложную структуру и очень похожи. Максимум флуоресценции нового продукта реакции зафиксирован при длине волны 695 нм. Вместе с тем спектры флуоресценции обнаруженного соединения и метиленового синего существенно отличаются (Рисунок 3С).
Следует подчеркнуть, что ученые впервые определили достоверные значения коэффициентов экстинкции хлорида метиленового синего. Если растворитель — вода, то коэффициент экстинкции (л / (моль ∙ см)) раствора красителя составляет 86 000 ± 9 000 при длине волны 664 нм, если метанол, то 115 000 ± 6 000 при длине волны 653 нм, если диметилсульфоксид, то 96 000 ± 7 000 при длине волны 671 нм. Под экстинцией понимают ослабление светового пучка в ходе его распространения в среде за счет поглощения света.
Дальнейшие исследования позволят ученым прояснить механизм новой реакции, приводящей к образованию загадочного неустойчивого соединения, и расширить сферу применения метиленового синего.
Telegram 
Дзен 
VK Изучив данные о скорости изменения температур ледяных спутников пятой и шестой планеты системы, астрономы обнаружили, что она слишком высока для по-настоящему ледяной поверхности. Оказалось, что эти тела покрыты материалом, по своим свойствам резко отличающимся от земного льда.
Палеонтологи описали новый вид ископаемой птицы мелового периода, жившей на территории современного Китая 121 миллион лет назад. У маленькой птички размером с воробья были два необычайно длинных хвостовых пера, вдвое превышающих длину ее тела. Перья, по всей видимости, носили декоративный характер и двигались только вверх и вниз, что напоминает брачные игры самцов современных птиц.
Черные дыры, возможно, не такие «сломанные» объекты, как считалось полвека. Автор нового исследования показал, что даже в рамках Общей теории относительности черная дыра может избежать сингулярности — точки, где законы физики перестают работать. Если он прав, новая теория гравитации для «спасения» физики внутри космических «монстров» не понадобится.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вначале Reuters опубликовал статью о взаимоотношениях SpaceX и Пентагона, которую миллиардер --- традиционно для его отношений с этим изданием — назвал фейком. Опровергая ее тезисы, он обнародовал информацию, не представленную ранее публично.
Провинция Цзянсу была процветающим центром медицинской практики в Китае во времена династии Мин (1368-1644 годы нашей эры). Микроскопический анализ крошечных частиц на поверхности хирургических ножниц и пинцета из гробницы китайского врача помог выявить следы вещества, получаемого из ядовитого растения, которое, по мнению исследователей, применялось как местная анестезия во время операций.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно