Vorbereitung des DMMTAV und DMDTAV mit DMAV für Umweltanwendungen: Synthese, Reinigung und Bestätigung

Zusammenfassung

Dieser Artikel stellt veränderte experimentelle Protokolle für Dimethylmonothioarsinic Säure (DMMTA^V) und Dimethyldithioarsinic Säure (DMDTA^V) Synthese, induzieren Dimethylarsinic Säure (DMA^V) Thiolation durch Mischen von DMA^V , Na₂S und H₂SO₄. Das geänderte Protokoll sieht eine experimentelle Richtlinie, damit Überwindung der Einschränkungen der Synthese-Schritte, die in der quantitativen Analyse experimenteller Fehler verursacht haben könnte.

Zusammenfassung

Dimethylated Thioarsenicals wie Dimethylmonothioarsinic Säure (DMMTA^V) und Dimethyldithioarsinic Säure (DMDTA^V), die von den Stoffwechselweg der Dimethylarsinic Säure (DMA^V) Thiolation produziert werden, haben in letzter Zeit in der Umwelt sowie die menschliche Organe gefunden. DMMTA^V und DMDTA^V kann quantifiziert werden, um die ökologischen Auswirkungen von Dimethylated Thioarsenicals und ihre Stabilität in Umweltmedien zu bestimmen. Die Synthese-Methode für diese Verbindungen ist Sessionfenster, replizieren von früheren Studien schwierig machen. Darüber hinaus gibt es ein Mangel an Informationen über Lagerungstechniken, einschließlich Lagerung von Verbindungen ohne Arten Transformation. Außerdem, da nur begrenzte Informationen über Synthesemethoden verfügbar ist, möglicherweise gibt es experimentelle Schwierigkeiten bei der Synthese von Standardchemikalien und Quantitative Analyse. Das Protokoll enthaltenen bietet eine praktisch veränderter Synthese-Methode für die Dimethylated Thioarsenicals, DMMTA^V und DMDTA^V, und hilft bei der Quantifizierung der Spezies Trennung Analyse mit Hochleistungs-Flüssigkeit Chromatographie in Verbindung mit induktiv gekoppelten Plasma-Massenspektrometrie (HPLC-ICP-MS). Die experimentellen Schritte dieses Verfahrens wurden geändert, durch die Konzentration auf die Vorbereitung der chemischen Reagenzien, Filtrationsverfahren und Lagerung.

Einleitung

Da Dimethylarsinic Säure (DMA^V) nachgewiesen wurde, um akute Toxizität und Genotoxizität aufgrund einer Methylierung und Thiolation nach Einnahme^1,2zu zeigen, hat der Stoffwechselweg von Arsen thiolation wurde intensiv studierte in Vitro und in Vivo^3,4 so gut wie in Umweltmedien (z. B. Deponiesickerwasser)^5,6. Frühere Studien haben gefunden, beide reduziert und Thiolated Analoga von DMA^V in lebenden Zellen, zum Beispiel, Dimethylarsinous Säure (DMA^III), Dimethylmonothioarsinic Säure (DMMTA^V) und Säure (Dimethyldithioarsinic) DMDTA^V)^7,8,9, mit Dimethylated Thioarsenicals wie DMMTA^V höhere Toxizität als andere bekannte anorganische oder organische Arsenicals¹⁰ausstellen. Die Fülle der hochgiftigen Thioarsenicals hat schwerwiegende Auswirkungen auf die Umwelt, da sie ein Risiko für Mensch und Umwelt unter höchst Metall-Bedingungen¹¹darstellen können. Die Mechanismen der DMMTA^V und DMDTA^V (Trans) Bildung und ihre Schicksale in Umweltmedien bedürfen jedoch noch weiterer Untersuchungen. Daher ist die Quantitative Analyse der Thioarsenicals notwendig, um Verständnis für die ökologischen Auswirkungen der DMMTA^V und DMDTA^Vzu verbessern.

Obwohl Standardchemikalien die Grundvoraussetzung für die Quantitative Analyse sind, die Standards der DMMTA^V und DMDTA^V sind schwer zu bekommen durch die Replikation von früheren Studies, wegen der hohen Gefahr von Arten Umwandlung in andere Arten und Sessionfenster Synthese Verfahren¹². Darüber hinaus haben die Methoden verwiesen Einschränkungen, die zu praktischen Schwierigkeiten bei der Synthese der Standardchemikalien und Quantitative Analyse führen können. DMMTA^V und DMDTA^V werden häufig durch Mischen von DMA^V, Na₂S und H₂SO₄ in einem bestimmten Molverhältnis¹ oder sprudeln H₂S gas durch eine Lösung von DMA^{V 13,14}vorbereitet. Die sprudelnden Methode Funktionen Substitution von Sauerstoff durch eine direkte Versorgung von H₂S Gas, das ist hochgiftig und schwer zu kontrollierenden für einen unerfahrenen Benutzer mit Schwefel. Umgekehrt verfügt über die oben genannten mischen Methode¹, am meisten benutzt für die Qualitative Analyse der DMMTA^V und DMDTA^V in ökologischen Sudies^5,6,12, die Thiolation der DMA^V mit H₂S erzeugt durch Mischen von Na₂S und H₂SO₄ und produziert DMMTA^V und DMDTA^V, leichter stöchiometrischen Kontrolle Ziel Chemikalien produzieren im Vergleich zu den direkten H₂S Gas nutzen.

Die Referenz mischen Methode Verfahren^1,3,4,8,15 erwähnt in dieser Studie Ausstellung Einschränkungen in einigen ihrer kritischen experimentelle Schritte, die zu führen könnte experimentelle scheitern. Beispielsweise werden die Details der spezifischen Lösungsmittel (z.B. deionisiertes Wasser) Vorbereitung und die Extraktion und Kristallisation des synthetisierten Arsenicals stark abgekürzt oder nicht ausreichend detailliert beschrieben. So verstreut und nur begrenzte Informationen über Verfahrensschritte zu inkonsistenten Bildung von Thioarsenicals und unzuverlässig Quantifizierung Analyse führen könnte. Deshalb beschreibt das geänderte Protokoll entwickelt hierin die Synthese von DMMTA^V und DMDTA^V Stammlösungen mit quantitativer Art Trennung Analyse.

Protokoll

(1) Synthese von DMMTA^V

1. Chemische Aufbereitung und molare Verhältnis Mischen von DMA^V, Na₂S und H₂SO₄
   Hinweis: DMA^V: Na₂S:H₂SO₄ = 1:1.6:1.6
   1. Lösen Sie 5,24 g DMA^V 40 mL deionisiertes und N₂-gelöscht (mindestens 30 min lang gelöscht) Wasser in ein 50 mL Zentrifugenröhrchen.
   2. Bereiten Sie Na₂S Reagenz durch auflösen 14,41 g Na₂S·9H₂O in 50 mL deionisiertes und N₂-Wasser in einem 250 mL-Kolben gelöscht.
   3. Bereiten Sie H₂SO₄ Reagenz durch Zugabe von 3,3 mL konzentrierte Schwefelsäure (96 %), 40 mL deionisiertes und N₂-Wasser in ein 50 mL Zentrifugenröhrchen gelöscht.
      Hinweis: Letzte Molverhältnis von DMA^V: Na₂S:H₂SO₄ = 1:1.6:1.6 ^1,3,4,8,15.
   4. Die 50 mL Na₂S Lösung in der 250 mL Flasche (Schritt 1.1.2) enthaltenen fügen Sie bereite 40 mL DMA^V -Lösung (Schritt 1.1.1 hinzu). Spülen Sie die Röhrchen mit DMA^V mit 10 mL Wasser gespült und fügen Sie diese an die 250 mL Flasche sowie.
   5. Schließen Sie die Flasche mit Dreiloch-Gummistopfen mit Glasröhren ausgestattet. Benutzen Sie das Glas Rohre für N₂ Gas Zufluss und Abfluss H₂SO₄ Lösung Einlass, beziehungsweise. Sofort nach dem Schließen der Küvette, erlauben Sie N₂ Gasstrom in den Kolben.
      Hinweis: Gasdruck sollte beibehalten werden, fließen über die Oberfläche der Reaktionslösung ohne zu spritzen.
   6. Verbinden, säurebeständig Schläuche um das Glasrohr H₂SO₄ Lösung Einlass mit einer 50 mL-Spritze, SO fügen Sie die vorbereitete 40 mL H₂₄ -Lösung (Schritt 1.1.3). Fügen Sie 40 mL H₂SO₄ Lösung langsam und schrittweise.
      Vorsicht: Nach Zugabe von Schwefelsäure, entstehen weiße Dämpfe; Verwenden Sie eine gut belüfteten Dampfhaube.
   7. Farbänderung des Reaktionsgemisches in das Auffanggefäß unter Zugabe von Schwefelsäure in regelmäßigen Abständen zu überwachen. Pflegen ein Intervall von 4-5 mL Tropfen H₂SO₄; die Mischung sollte eine weiße trübe Lösung sein.
      Hinweis: Sofortige gelbe Niederschlag kann durch schnelle Zugabe von konzentrierter Schwefelsäure angezeigt.
   8. Sicherstellen Sie, dass die Reaktionslösung 1 h seit Jahresbeginn Schritt 1.1.4 gestanden hat.
2. DMMTA^V Extraktion mit flüssig-flüssig-Extraktion-Methode
   1. Gießen Sie nach 1 h die Reaktionslösung in einem separatory Trichter mit etwa 200 mL Diethylether.
   2. Schütteln Sie den Trichter für ca. 5-10 min, loslassen Gas mehrmals durch den Wechsel der Absperrhahn.
      Hinweis: Synthetisierte DMMTA^V wird auf der oberen Schicht der Diethylether (0.713 G·mL^-1) übertragen werden.
      Vorsicht: Diethylether Gas könnte schädlich sein; Verwenden Sie eine gut belüfteten Dampfhaube.
   3. Sammeln der Reaktionslösung in ein Becherglas und die DMMTA^V in einer Flasche mit Diethylether getrennt zu sammeln. Die Reaktionslösung zurück in den gleichen separatory Trichter geben Sie und ca. 200 mL frisch Diethylether für reshaking. Wiederholen Sie die Schritte 1.2.2 - 1.2.3 dreimal.
   4. Gießen Sie die gesammelten Diethylether aus Schritt 1.2.3 in den gleichen separatory Trichter wieder, und fügen Sie ca. 100 mL N₂-entionisiertem Wasser gespült. 5-10 min schütteln, und verwerfen der N₂-bereinigt, deionisiertes Wasser und ein paar mL Diethylether Reinheit Zwecken. Sammeln Sie die restlichen Diethylether in einer Petrischale Glas (minimalen inneren Durchmesser von 160 mm) und Mindesthöhe von 50 mm.
   5. Übertragen der Petrischale Glas in eine N₂ Atmosphäre Glove-Box zur Umwandlung der Arten zu verhindern.
      Vorsicht: Stellen Sie sicher, dass das Lösungsmittel nicht in die Vakuumpumpe durch den Auslass des Feldes Pass gezogen wird.
   6. Trocken bis einen weißen Niederschlag von Dimethylmonothioarsinate (kristallisierte DMMTA^V) wird auf der Petrischale Glas gebildet.
      Hinweis: Das Protokoll kann hier angehalten werden.
3. Überprüfung der synthetisierten DMMTA^V und Lagerung
   1. Nehmen Sie die weißen Niederschlag von kristallisierte DMMTA^V, Messen Sie und zeichnen Sie das Gesamtgewicht auf.
      Vorsicht: Verwenden Sie einen gut belüfteten Abzugshaube oder im Handschuhfach, um Einatmen von Schwefelwasserstoff-Gas zu verhindern.
   2. Lösen sich kristallisieren DMMTA^V in 50 mL N₂-entionisiertem Wasser gespült und den gelbe Niederschlag durch einen 0,2 µm Spritze Filter filtern.
   3. Davon ausgehen Sie, dass die Summe ab verwendeten DMA^V DMMTA^V, d. h.≈9, 649 mg As· umgewandelt wird L^-1. Verdünnen Sie DMMTA^V -Stammlösung zu ≈1 mg· L^-1 und ≈40 µg· L^-1 für Überprüfung Analyse mit Electrospray Ionisierung Masse Spectromtery (ESI-MS) und HPLC-ICP-MS, beziehungsweise.
   4. Analysieren Sie m/Z DMMTA^V mit ESI-MS^11,16 und Fragmente bei m/Z 155 in der positiv-Ionen-Modus oder bei m/Z 153 im Minus-Ionen-Modus (Tabelle 1).
      Hinweis: Siehe Referenzwerte von m/Z (Tabelle 1).
   5. Chromatogramm der DMMTA^V in der Stammlösung mit HPLC-ICP-MS^11,16,17 mit entsprechenden Laufmittel Bedingungen analysieren und bestätigen ein großen Höhepunkt findet an der Retentionszeit beschrieben der Literatur.
      Hinweis: Reinheit des synthetisierten DMMTA^V sollte mit der Analyseergebnisse aus Schritt 1.3.5 berechnet werden.
   6. Analysieren Sie die gesamte Arsenkonzentration mit ICP-MS nach Säureaufschluss¹¹ und berechnen Sie der tatsächlichen DMMTA^V -Konzentration in synthetisierte DMMTA^V -Stammlösung mit Verdünnungsfaktoren und Reinheit, wie in der folgenden Gleichung:
      Analysierten insgesamt als Konzentration (µg· L^-1) · Verdünnung Faktor · Reinheit (%) = True DMMTA^V -Konzentration im DMMTA^V -Stammlösung (µg· L^-1)
   7. DMMTA^V -Stammlösung bei 4 ° C im Dunkeln für weitere quantitative Speziation Analyse¹⁸zu speichern.

(2) Synthese von DMDTA^V

1. Chemische Aufbereitung und molare Verhältnis Mischen von DMA^V , Na₂S und H₂SO₄
   Hinweis: DMA^V: Na₂S:H₂SO₄ = 1:7.5:7.5
   1. 1,38 g DMA^V 40 mL entionisiertem Wasser in ein 50 mL Zentrifugenröhrchen auflösen.
   2. Bereiten Sie Na₂S Reagenz durch auflösen 18,01 g Na₂S·9H₂O in einem 50 mL entionisiertem Wasser in einem 250 mL-Kolben.
   3. Bereiten Sie H₂SO₄ Reagenz durch Zugabe von 4 mL konzentrierte Schwefelsäure (96 %), 40 mL entionisiertem Wasser in ein 50 mL Zentrifugenröhrchen enthaltenen vor.
      Hinweis: Letzte Molverhältnis von DMA^V: Na₂S:H₂SO₄ = 1:7.5:7.5^1,3,4,8,15.
   4. Die 50 mL Na₂S Lösung in der 250 mL Flasche (Schritt 2.1.2) enthaltenen fügen Sie bereite 40 mL DMA^V -Lösung (Schritt 2.1.1 hinzu). Spülen Sie die Röhrchen mit DMA^V mit 10 mL entionisiertem Wasser und fügen Sie diese an die 250 mL Flasche sowie.
   5. Fügen Sie die vorbereitete 40 mL H₂SO₄ -Lösung (Schritt 2.1.3), langsam und schrittweise, in den Kolben.
   6. Die farbliche Veränderung des Reaktionsgemisches in das Auffanggefäß unter Zugabe von Schwefelsäure in regelmäßigen Abständen zu überwachen. Pflegen ein Intervall von 4-5 mL Tropfen H₂SO₄; die Mischung sollte ein weiß/gelb trübe Lösung sein.
      Hinweis: Sofortige gelbe Niederschlag kann durch eine schnelle Zugabe von konzentrierter Schwefelsäure angezeigt.
      Vorsicht: Nach Zugabe von Schwefelsäure, entstehen weiße Dämpfe; Verwenden Sie eine gut belüfteten Dampfhaube.
   7. Die Reaktionslösung in die Flasche über Nacht ohne Abdeckung zu erhalten.
      Hinweis: Das Protokoll kann hier angehalten werden.
2. DMDTA^V Extraktion mittels Festphasen-(SPE) Extraktionsmethode
   1. Nach der Übernachtung stehen Reaktion synthetisiert Filter die Reaktionslösung mit einer C18-Spritze geben Silica-basierten SPE um fangen DMDTA^V auf dem Harz.
      Vorsicht: Verwenden Sie eine gut belüfteten Dampfhaube.
   2. Bereiten Sie 10 mM Ammoniumacetat (pH-Wert von 6,3 vor) durch Auflösen von 0,77 g Ammoniumacetat in 1 L entionisiertem Wasser. Eluieren Sie ein ausreichendes Volumen von 10 mM Ammoniumacetat durch die C18-Spritze (Schritt 2.2.1) zum Extrahieren der adsorbierten DMDTA^V. Sammeln Sie die gefilterten Ammoniumacetat in einem Glas Petrischale (minimalen inneren Durchmesser von 160 mm) und Mindesthöhe von 50 mm.
   3. Übertragen der Petrischale Glas in eine N₂ Atmosphäre Glove-Box zur Umwandlung der Arten zu verhindern.
      Vorsicht: Stellen Sie sicher, dass Lösungsmittel nicht gezogen wird, in die Vakuumpumpe durch den Auslass des Feldes Pass.
   4. Trocknen, bis ein weißen Niederschlag von Dimethyldithioarsinate ist (kristallisierte DMDTA^V) auf der Petrischale Glas gebildet.
      Hinweis: Das Protokoll kann hier angehalten werden.
3. Überprüfung der synthetisierten DMDTA^V und Lagerung
   1. Nehmen Sie die weißen Niederschlag von kristallisierte DMDTA^Vund Messen Sie Gesamtgewicht, Aufnahme der Mess.
      Vorsicht: Verwenden Sie einen gut belüfteten Abzugshaube oder im Handschuhfach, um Einatmen von Schwefelwasserstoff-Gas zu verhindern.
   2. Lösen sich kristallisieren DMDTA^V in 50 mL N₂-gelöschten deionisiertes Wasser in ein 50 mL Röhrchen Zentrifugieren und filtern alle Niederschlag durch einen 0,2 µm Spritze Filter.
   3. Davon ausgehen Sie, dass die Summe ab verwendeten DMA^V DMDTA^V, d. h.≈2, 539 mg As· umgewandelt wird L^-1. Verdünnen Sie DMDTA^V -Stammlösung zu ≈1 mg· L^-1 und ≈40 µg· L^-1 für Überprüfung Analyse mit ESI-MS und HPLC-ICP-MS, beziehungsweise.
   4. Analysieren Sie m/Z DMDTA^V mit ESI-MS^11,16 und Fragmente bei m/Z 171 im positiv-Ionen-Modus oder bei m/Z 169 im Minus-Ionen-Modus (Tabelle 1).
      Hinweis: Siehe Referenzwerte von m/Z (Tabelle 1).
   5. Analysieren Sie das Chromatogramm der DMDTA^V in der Stammlösung mit HPLC-ICP-MS^11,16,17 mit entsprechenden Laufmittel Bedingungen und bestätigen Sie, dass eine Spitze an die Verweilzeit im beschriebenen gefunden wird der Literatur.
      Hinweis: Reinheit des synthetisierten DMDTA^V sollte mit der Analyseergebnisse aus Schritt 2.3.5 berechnet werden.
   6. Die gesamte Arsenkonzentration mit ICP-MS nach Säureaufschluss¹¹ analysieren und berechnen der tatsächlichen DMDTA^V -Konzentration in synthetisierte DMDTA^V -Stammlösung mit Verdünnungsfaktoren und Reinheit wie die folgende Gleichung:
      Analysierten insgesamt als Konzentration (µg· L^-1) · Verdünnung Faktor · Reinheit (%) = True DMDTA^V Konzentration der DMDTA^V in Stammlösung (µg· L^-1)
   7. DMDTA^V -Stammlösung bei 4 ° C im Dunkeln für weitere quantitative Speziation Analyse¹⁸zu speichern.

Ergebnisse

Da DMMTA^V irrtümlich von der DMA^III Synthese Methode¹⁹vorbereitet wurde, ist die Überprüfung der synthetisierten DMMTA^V und DMDTA^V ein entscheidender Schritt für die Synthese und Extraktion und Bestimmung des idealen Standards chemische Stoffe. Synthetisierte Chemikalien können überprüft werden, von der Spitze des DMMTA^V (MW-154 G·mol^-1) und DMDTA^V (170 MW G·mol^-1) Mass...

Diskussion

Das entwickelte Protokoll geklärt kritischen Schritte, dass frühere Studien^1,3,4,8,15 ausgelassen oder abgekürzt, kann die Schwierigkeiten oder Fehler beim geführt haben DMMTA^V und DMDTA^V -Synthese. DMMTA^V oxidationsempfindlichen^1,5, chemische Reagenzien für seine ...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Cacodylic acid	Sigma-Aldrich	20835-10G-F
Sodium sulfide nonahydrate	Sigma-Aldrich	S2006-500G
Sulfuric acid 96%	J.T.Baker	0000011478
Ammonium acetate	Sigma-Aldrich	A7262-500G
Formic acid 98%	Wako Pure Chemical Industries, Ltd.	066-00461
Diethyl ether (Extra Pure)	Junsei Chemical	33475-0380
Adapter cap for 60 mL Bond Elut catridges	Agilent Technologies	12131004	Syringe type of SPE
Bond Elut C18 cartridge	Agilent Technologies	14256031	Syringe type of SPE
HyPURITY C-18	Thermo Scientific	22105-254630	5 um, 125 x 4.6 mm
Glovebox	Chungae-chun, Rep. of Korea		Customized
Agilent 1260 Infinity Bio-inert LC	Agilent Technologies	DEAB600252, DEACH00245
Agilent Technologies 7700 Series ICP-MS	Agilent Technologies	JP12031510
Finnigan LCQ Deca XP MAX Mass Spectrometer System	Thermo Electron Corporation	LDM10627