Voorbereiding van DMMTAV DMDTAV met DMAV voor milieutoepassingen: synthese, zuivering en bevestiging

Samenvatting

Dit artikel presenteert een gewijzigde experimentele protocollen voor dimethylmonothioarsinic zuur (DMMTA^V) en dimethyldithioarsinic zuur (DMDTA^V) synthese, dimethylarsinic zuur (DMA^V) thiolation door het mengen van DMA^{V inducerende} , Na₂S en H₂zo₄. Het gewijzigde protocol biedt een experimentele richtsnoer, waardoor het overwinnen van beperkingen van de synthese stappen die hebben geleid experimentele mislukkingen in kwantitatieve analyse tot kunnen.

Samenvatting

Dimethylated thioarsenicals zoals dimethylmonothioarsinic zuur (DMMTA^V) en dimethyldithioarsinic zuur (DMDTA^V), die worden geproduceerd door de metabolische weg van dimethylarsinic zuur (DMA^V) thiolation, onlangs geweest gevonden in zowel het milieu als de menselijke organen. DMMTA^V en DMDTA^V kan worden gekwantificeerd om te bepalen van de ecologische effecten van dimethylated thioarsenicals en hun stabiliteit in milieucompartimenten. De methode van de synthese van deze verbindingen is unstandardized, waardoor eerdere studies uitdagende repliceren. Bovendien is er een gebrek aan informatie over opslagtechnieken, met inbegrip van de opslag van stoffen zonder soorten transformatie. Bovendien, omdat alleen beperkte informatie over synthesemethoden beschikbaar is, kunnen er experimentele problemen in de synthese van standaard chemicaliën en het uitvoeren van kwantitatieve analyse. De hier vermelde protocol biedt een praktisch gemodificeerde synthese-methode voor de dimethylated thioarsenicals, DMMTA^V en DMDTA^V, en zal helpen bij de kwantificering van soorten scheiding analyse met behulp van krachtige vloeistof chromatografie in combinatie met inductief gekoppeld plasma massaspectrometrie (HPLC-ICP-MS). De experimentele stappen van deze procedure werden gewijzigd door zich te concentreren op de voorbereiding van chemische reagentia, methoden van de filtratie en opslag.

Inleiding

Aangezien dimethylarsinic zuur (DMA^V) heeft aangetoond dat vertonen zowel acute toxiciteit en genotoxiciteit te wijten aan het ondergaan van methylation en thiolation bij inslikken^1,2, heeft de metabolische weg van arseen thiolation is intensief studeerde zowel in vitro als in vivo^3,4 zo goed als in de milieucompartimenten (bijv stortplaats percolaat)^5,6. Eerdere studies hebben beide verminderd en thiolated-analogen van DMA^V in levende cellen, voor voorbeeld, dimethylarsinous zuur (DMA^III), dimethylmonothioarsinic zuur (DMMTA^V) en dimethyldithioarsinic zuur (gevonden DMDTA^V)^7,8,9, met dimethylated thioarsenicals zoals DMMTA^V grotere toxiciteit dan andere anorganische of organische arsenicals¹⁰bekende exposeren. De overvloed aan giftige thioarsenicals heeft ernstige gevolgen voor milieu, aangezien zij een risico voor de mens en het milieu onder zeer sulfidic voorwaarden^{11 inhouden kunnen}. Nochtans, de mechanismen van DMMTA^V DMDTA^V (trans) vorming en hun lot in milieucompartimenten nog nader moeten worden onderzocht. De kwantitatieve analyse van de thioarsenicals moet dus, verbetering van het inzicht van de milieu-effecten van DMMTA^V DMDTA^V.

Standaard chemicaliën weliswaar de basisvereiste voor kwantitatieve analyse, de normen van DMMTA^V DMDTA^V zijn moeilijk te verkrijgen door te repliceren van eerdere studies, vanwege het hoge risico van soorten omvorming tot andere soorten en unstandardized synthese procedures¹². Bovendien, de methoden verwezen hebben beperkingen die tot praktische problemen leiden kunnen in de synthese van de standaard chemische en kwantitatieve analyse uit te voeren. DMMTA^V en DMDTA^V zijn meestal bereid door het mengen van DMA^V, Na₂S en H₂, dus₄ in een bepaalde molaire verhouding¹ of doorborrelen H₂S gas door middel van een oplossing van DMA^{V 13,14}. De borrelende methode functies vervanging van zuurstof door zwavel met behulp van een directe levering van H₂S gas, dat is zeer giftig en moeilijk te controleren voor een onervaren gebruiker. Omgekeerd, de bovenstaande mengen methode¹, op grote schaal gebruikt voor de kwalitatieve analyse van DMMTA^V en^V DMDTA in milieu sudies^5,6,12, beschikt over de thiolation van DMA^V met H₂S gegenereerd door het mengen van nb₂S en H₂dus₄ en produceert DMMTA^V en DMDTA^V, waardoor gemakkelijker stoichiometrische controle tot doel chemicaliën, als ten opzichte van de directe gebruik van H₂S gas.

Het mengen van de methode procedures^1,3,4,8,15 referentie vermeld in deze studie tentoonstelling beperkingen in sommige van hun kritische experimentele stappen, die tot leiden kunnen experimentele mislukking. Bijvoorbeeld, zijn de details van specifieke oplosmiddel (dat wil zeggen, gedeïoniseerd water) voorbereiding en de extractie en kristallisatie van de gesynthetiseerde arsenicals overdreven afgekort of niet voldoende gedetailleerd beschreven. Dergelijke verspreide en beperkte informatie over procedurele stappen zou kunnen leiden tot de inconsistente vorming van thioarsenicals en onbetrouwbare kwantificering analyse. Daarom wordt het gewijzigde protocol ontwikkeld hierin beschreven de synthese van DMMTA^V en DMDTA^V voorraadoplossingen met kwantitatieve soorten scheiding analyse.

Protocol

1. synthese van DMMTA^V

1. Chemische preparaten en molaire verhouding mengen van DMA^V, Na₂S en H₂SO₄
   Opmerking: DMA^V: Na₂S:H₂zo₄ = 1:1.6:1.6
   1. Los 5.24 g DMA^V in 40 mL gedeïoniseerd en N₂-gezuiverd (verwijderd voor minstens 30 min) water in een centrifugebuis 50 mL.
   2. NB₂S reagens te bereiden door ontbinding 14.41 g Na₂S·9H₂O in 50 mL gedeïoniseerd en N₂-gezuiverd water in een erlenmeyer van 250 mL.
   3. H₂dus₄ reagens door 3,3 mL geconcentreerd zwavelzuur (96%) toe te voegen aan 40 mL gedeïoniseerd en N₂voorbereiden-gezuiverd water in een centrifugebuis 50 mL.
      Opmerking: Definitieve molaire verhouding van DMA^V: Na₂S:H₂SO₄ = 1:1.6:1.6 ^1,3,4,8,15.
   4. Voeg de bereid 40 mL DMA^V oplossing (stap 1.1.1) aan de 50 mL nb₂S oplossing in de erlenmeyer van 250 mL (stap 1.1.2). Spoel de buis met DMA^V met 10 mL gezuiverd water en voeg dit toe aan de kolf van 250 mL zo goed.
   5. Sluit de kolf of fles met een rubberstop van drie holes voorzien van glazen buizen. Gebruik de glazen buizen voor H-₂, N₂ gas instroom en uitstroom SO inlaat voor de oplossing van de₄ , respectievelijk. Onmiddellijk na het sluiten van de kolf, toestaan N₂ gasstroming in de kolf.
      Opmerking: Gasdruk moet worden gehandhaafd te stromen over het oppervlak van de reactie-oplossing zonder spatten.
   6. Sluit zuurbestendige buizen aan de glazen buis van de H₂SO₄ oplossing inlaat met een 50 mL injectiespuit om toe te voegen de bereid 40 mL H₂dus₄ oplossing (stap 1.1.3). Voeg 40 mL H₂dus₄ oplossing, langzaam en op een stapsgewijze manier.
      Let op: Na toevoeging van zwavelzuur, worden witte dampen gegenereerd; Gebruik een goed geventileerde zuurkast.
   7. Monitor kleur te veranderen van het reactiemengsel in de kolf terwijl het toevoegen van zwavelzuur met regelmatige tussenpozen. Handhaven een interval van 4-5 mL druppels H₂dus₄; het mengsel moet een witte bewolkt oplossing.
      Opmerking: Noodstopbewaking geel neerslag mogelijk weergegeven als gevolg van snelle toevoeging van geconcentreerd zwavelzuur.
   8. Zorgen voor dat de reactie-oplossing heeft gestaan voor 1 h sinds het begin van stap 1.1.4.
2. DMMTA^V extractie met behulp van de extractiemethode van de vloeistof-vloeistof
   1. Giet de reactie-oplossing in een separatory trechter met ongeveer 200 mL diethylether na 1 uur.
   2. Schud de trechter voor 5-10 min, vrijgeven van gas meerdere malen door de afsluiter over te schakelen.
      Opmerking: Samengestelde DMMTA^V zal worden overgedragen aan de bovenste laag van diethylether (0.713 g·mL^-1).
      Let op: Diethylether gas mogelijk schadelijk; Gebruik een goed geventileerde zuurkast.
   3. Verzamelen van de reactie-oplossing in een bekerglas en afzonderlijk verzamelen de diethylether met DMMTA^V in een fles. Plaats van de reactie-oplossing terug in de dezelfde separatory trechter en voeg ongeveer 200 mL verse diethylether voor reshaking. Herhaal stap 1.2.2 - 1.2.3 driemaal.
   4. Giet de verzamelde diethylether uit stap 1.2.3 in de dezelfde separatory trechter opnieuw en voeg ongeveer 100 mL N₂-gedeïoniseerd water gezuiverd. Schud gedurende 5-10 minuten, en gooi de N₂-gezuiverd gedeïoniseerd water en een paar mL diethylether oog op zuiverheid. Het verzamelen van de resterende diethylether in een glazen petrischaaltje (minimale inwendige diameter van 160 mm) en de minimale hoogte van 50 mm.
   5. Breng de petrischaal glas in een handschoenenkastje voor N₂ sfeer om te voorkomen dat soorten transformatie.
      Let op: Zorg ervoor dat het oplosmiddel wordt niet in de vacuümpomp via het stopcontact van de pass-doos getrokken.
   6. Droge tot een witte neerslag van dimethylmonothioarsinate (crystalized DMMTA^V) wordt gevormd op de petrischaal glas.
      Opmerking: Het protocol kan hier worden gepauzeerd.
3. Verificatie van gesynthetiseerde DMMTA^V en opslag
   1. Het witte neerslag van crystalized DMMTA^V, nemen en meten en registreren van het totale gewicht.
      Let op: Met een goed geventileerde zuurkast of handschoenenkastje voorkomen dat inhalatie van waterstofsulfide gas.
   2. Los crystalized DMMTA^V in 50 mL N₂-gedeïoniseerd water gezuiverd, en filtreer de gele neerslag over een 0,2-µm spuit filter.
   3. Neem aan dat de totale vanaf gebruikte DMA^V wordt omgezet in DMMTA^V, dat wil zeggen≈9, 649 mg As· L^-1. Verdun DMMTA^V stamoplossing te ≈1 mg· L^-1 en ≈40 µg· L^-1 voor verificatie analyse met behulp van Electrospray ionisatie massa Spectromtery (ESI-MS) en HPLC-ICP-MS, respectievelijk.
   4. Analyseren m/z DMMTA^V met behulp van ESI-MS^11,16 en fragmenten op m/z 155 in de positieve-ion-modus of op m/z 153 in de negatieve-ion modus (tabel 1).
      Opmerking: Zie de referentiewaarden voor m/z (tabel 1).
   5. Analyseren van chromatogram van DMMTA^V in de stockoplossing met behulp van HPLC-ICP-MS^11,16,17 met passende eluens voorwaarden en bevestigen een grote piek is gevonden bij de retentietijd die is beschreven de literatuur.
      Opmerking: Zuiverheid van gesynthetiseerde DMMTA^V moet worden berekend met behulp van de resultaten van de analyse uit stap 1.3.5.
   6. De concentratie van de totale arseen met behulp van ICP-MS na zure vertering¹¹ analyseren en berekenen van de werkelijke concentratie van de DMMTA^V in gesynthetiseerde DMMTA^V -stockoplossing met behulp van verdunningsfactoren en zuiverheid, zoals in de volgende vergelijking:
      Geanalyseerde totaal als concentratie (µg· L^-1) · Verdunning factor · Zuiverheid (%) = True DMMTA^V concentratie in de DMMTA^V -stockoplossing (µg· L^-1)
   7. DMMTA^V stockoplossing bij 4 ° C in het donker voor verdere kwantitatieve soortvorming analyse¹⁸opslaan.

2. synthese van DMDTA^V

1. Chemische preparaten en molaire verhouding mengen van DMA^V , Na₂S en H₂SO₄
   Opmerking: DMA^V: Na₂S:H₂zo₄ = 1:7.5:7.5
   1. Los 1.38 g DMA^V in 40 mL gedeïoniseerd water in een centrifugebuis 50 mL.
   2. NB₂S reagens te bereiden door ontbinding 18.01 g Na,₂S·9H,₂O in een 50 mL gedeïoniseerd water in een erlenmeyer van 250 mL.
   3. Voorbereiding H₂dus₄ reagens door 4 mL geconcentreerd zwavelzuur (96%) toe te voegen aan 40 mL gedeïoniseerd water in een centrifugebuis 50 mL opgenomen.
      Opmerking: Definitieve molaire verhouding van DMA^V: Na₂S:H₂SO₄ = 1:7.5:7.5^1,3,4,8,15.
   4. Voeg de bereid 40 mL DMA^V oplossing (stap 2.1.1) aan de 50 mL nb₂S oplossing in de erlenmeyer van 250 mL (stap 2.1.2). Spoel de buis met DMA^V met 10 mL gedeïoniseerd water en voeg dit toe aan de kolf van 250 mL zo goed.
   5. Voeg de bereid 40 mL H₂dus₄ oplossing (stap 2.1.3), langzaam en op een stapsgewijze manier, in de kolf.
   6. Monitor de kleur te veranderen van het reactiemengsel in de kolf terwijl het toevoegen van zwavelzuur met regelmatige tussenpozen. Handhaven een interval van 4-5 mL druppels H₂dus₄; het mengsel mag wit/geel bewolkt oplossing.
      Opmerking: Noodstopbewaking geel neerslag mogelijk weergegeven als gevolg van een snelle toevoeging van geconcentreerd zwavelzuur.
      Let op: Na toevoeging van zwavelzuur, worden witte dampen gegenereerd; Gebruik een goed geventileerde zuurkast.
   7. Het handhaven van de reactie-oplossing in de kolf 's nachts zonder bekleding.
      Opmerking: Het protocol kan hier worden gepauzeerd.
2. DMDTA^V extractie met behulp van de extractiemethode solid-phase (SPE)
   1. Na de overnachting staande reactie, filter de reactie-oplossing met een C18-injectiespuit Typ silica gebaseerde SPE om val gesynthetiseerd DMDTA^V op de hars.
      Let op: Gebruik een goed geventileerde zuurkast.
   2. 10 mM ammoniumacetaat (pH 6.3) voor te bereiden door ontbinding 0.77 g ammoniumacetaat op in 1 L gedeïoniseerd water. Elueer een voldoende volume van 10 mM ammoniumacetaat via de C18-spuit (stap 2.2.1) om uit te pakken van de geadsorbeerde DMDTA^V. Het verzamelen van de gefilterde ammoniumacetaat op in een glazen petrischaaltje (minimale inwendige diameter van 160 mm) en de minimale hoogte van 50 mm.
   3. Breng de petrischaal glas in een handschoenenkastje voor N₂ sfeer om te voorkomen dat soorten transformatie.
      Let op: Zorgen oplosmiddel wordt niet in de vacuümpomp via het stopcontact van de pass-doos getrokken.
   4. Droog totdat een witte neerslag van dimethyldithioarsinate wordt gevormd (crystalized DMDTA^V) op de petrischaal glas.
      Opmerking: Het protocol kan hier worden gepauzeerd.
3. Verificatie van gesynthetiseerde DMDTA^V en opslag
   1. Neem de witte neerslag van crystalized DMDTA^V, en meten van het totale gewicht, opname van de meting.
      Let op: Met een goed geventileerde zuurkast of handschoenenkastje voorkomen dat inhalatie van waterstofsulfide gas.
   2. Los crystalized DMDTA^V in 50 mL N₂-gezuiverd gedeïoniseerd water in een 50 mL Centrifugeer buis en filtreer een eventueel neerslag over een 0,2-µm spuit filter.
   3. Neem aan dat de totale vanaf gebruikte DMA^V wordt omgezet in DMDTA^V, dat wil zeggen≈2, 539 mg As· L^-1. Verdun DMDTA^V stamoplossing te ≈1 mg· L^-1 en ≈40 µg· L^-1 voor verificatie analyse met behulp van ESI-MS en de HPLC-ICP-MS, respectievelijk.
   4. Analyseren m/z DMDTA^V met behulp van ESI-MS^11,16 en fragmenten op m/z 171 in de positieve-ion-modus of op m/z 169 in de negatieve-ion modus (tabel 1).
      Opmerking: Zie de referentiewaarden voor m/z (tabel 1).
   5. Analyseren van het chromatogram van DMDTA^V in de stockoplossing met behulp van HPLC-ICP-MS^11,16,17 met passende eluens voorwaarden en bevestigen dat een piek is gevonden bij de retentietijd die is beschreven in de literatuur.
      Opmerking: Zuiverheid van gesynthetiseerde DMDTA^V moet worden berekend met behulp van de resultaten van de analyse uit stap 2.3.5.
   6. De concentratie van de totale arseen met behulp van ICP-MS na zure vertering¹¹ analyseren en berekenen van de werkelijke concentratie van de DMDTA^V in gesynthetiseerde DMDTA^V -stockoplossing verdunningsfactoren en zuiverheid als de volgende vergelijking gebruikt:
      Geanalyseerde totaal als concentratie (µg· L^-1) · Verdunning factor · Zuiverheid (%) = True DMDTA^V concentratie van de stockoplossing (µg· DMDTA^V L^-1)
   7. DMDTA^V stockoplossing bij 4 ° C in het donker voor verdere kwantitatieve soortvorming analyse¹⁸opslaan.

Resultaten

Aangezien DMMTA^V ten onrechte is opgesteld door de DMA^III synthese methode¹⁹, is verificatie van gesynthetiseerde DMMTA^V en DMDTA^V een cruciale stap voor de synthese en de winning en het bepalen van de ideale standaard chemische stoffen. Kunstmatige chemische stoffen kunnen worden geverifieerd door de piek van de DMMTA^V (MW 154 g·mol^-1) en de DMDTA^V (MW 170 g·mol^-1) massa-naar-c...

Discussie

Het ontwikkelde protocol heeft verduidelijkt kritische stappen dat eerdere studies^1,3,4,8,15 weggelaten of afgekort, die kunnen hebben geleid tot problemen met of falen tijdens DMMTA^V en DMDTA^V -synthese. Aangezien DMMTA^V oxidatie-gevoelige^1,5, chemische reagentia voor ...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Cacodylzuur	Sigma-Aldrich	20835-10G-F
Natriumsulfide nonahydraat	Sigma-Aldrich	S2006-500G
Zwavelzuur 96%	J.T.Baker	0000011478
Ammoniumacetaat	Sigma-Aldrich	A7262-500G
Mierenzuur 98%	Wako Pure Chemical Industries, Ltd.	066-00461
Di-ethylether (extra puur)	Junsei Chemical	33475-0380
Adapterdop voor 60 mL Bond Elut cartridges	Agilent Technologies	12131004	Spuit type SPE
Bond Elut C18 cartridge	Agilent Technologies	14256031	Spuit type SPE
HyPURITY C-18	Thermo Scientific	22105-254630	5 µm, 125 x 4,6 mm
Handschoenenkast	Chungae-chun, Rep. of Korea		Aangepast
Agilent 1260 Infinity Bio-inert LC	Agilent Technologies	DEAB600252, DEACH00245
Agilent Technologies 7700 Series ICP-MS	Agilent Technologies	JP12031510
Finnigan LCQ Deca XP MAX massaspectrometersysteem	Thermo Electron Corporation	LDM10627