Preparação de DMMTAV DMDTAV usando DMAV para aplicações ambientais: síntese, purificação e confirmação

Resumo

Este artigo apresenta protocolos experimentais modificados por ácido dimethylmonothioarsinic (DMMTA^V) e a síntese de ácido (DMDTA^V) dimethyldithioarsinic, induzindo dimethylarsinic ácido (DMA^V) thiolation através da mistura de DMA^V , At₂S e H₂então₄. O protocolo modificado fornece uma orientação experimental, desse modo, superando limitações as etapas de síntese que poderia ter causado falhas experimentais em análise quantitativa.

Resumo

Dimethylated thioarsenicals, tais como o ácido dimethylmonothioarsinic (DMMTA^V) e ácido dimethyldithioarsinic (DMDTA^V), que são produzidas pela via metabólica de dimethylarsinic ácido (DMA^V) thiolation, tem sido recentemente encontrado o ambiente, bem como os órgãos humanos. DMMTA^V e DMDTA^V podem ser quantificado para determinar os efeitos ecológicos de dimethylated thioarsenicals e sua estabilidade em meios ambientais. O método de síntese para esses compostos é unstandardized, fazendo replicando desafiador de estudos anteriores. Além disso, há uma falta de informação sobre técnicas de armazenamento, incluindo armazenamento de compostos sem transformação de espécies. Além disso, porque apenas informações limitadas sobre métodos de síntese estão disponíveis, pode haver dificuldades experimentais em sintetizar produtos químicos padrão e realizar a análise quantitativa. O protocolo apresentado neste documento fornece um método de síntese praticamente modificado para o thioarsenicals dimethylated, DMMTA^V e DMDTA^Ve ajudará na quantificação da análise de separação de espécies usando líquido de alto desempenho cromatografia em conjunto com a espectrometria de massa de plasma indutivo (HPLC-ICP-MS). Os passos deste procedimento experimentais foram modificados, centrando-se na preparação de reagentes químicos, métodos de filtração e armazenamento.

Introdução

Desde que o ácido dimethylarsinic (DMA^V) demonstrou-se a expor tanto a toxicidade aguda e a genotoxicidade devido a sofrer metilação e thiolation após a ingestão de^1,2, a via metabólica de arsênico thiolation tem foi intensamente estudado tanto in vitro e in vivo^3,4 , bem como em meios ambientais (por exemplo, percolado de aterro)^5,6. Estudos anteriores descobriram ambos reduziram e células thiolated análogos de DMA^V na vida, por exemplo, dimethylarsinous ácido (DMA^III), ácido dimethylmonothioarsinic (DMMTA^V) e dimethyldithioarsinic (ácido DMDTA^V)^7,8,9, com dimethylated thioarsenicals como DMMTA^V apresentando toxicidade maior do que outro conhecido inorgânicos ou orgânicos arsenicals¹⁰. A abundância de thioarsenicals altamente tóxicos tem sérias implicações ambientais, uma vez que eles podem representar um risco para os seres humanos e o ambiente sob condições altamente sulfidic¹¹. No entanto, os mecanismos de DMMTA^V e DMDTA^V (trans) formação e seus destinos em meios ambientais ainda exigem um estudo mais aprofundado. Assim, a análise quantitativa de thioarsenicals é necessário para melhorar a compreensão dos efeitos ambientais de DMMTA^V e DMDTA^V.

Embora produtos químicos padrão são o requisito-chave para análise quantitativa, os padrões de DMMTA^V e DMDTA^V são difíceis de obter, replicando a estudos anteriores, devido ao alto risco de transformação de espécies em outras espécies e procedimentos de síntese unstandardized¹². Além disso, os métodos referenciados têm limitações que podem levar a dificuldades de ordem práticas em sintetizar os químicos padrão e realizar a análise quantitativa. DMMTA^V DMDTA^V comumente preparam e misturando DMA^V, Na₂S e H₂para₄ , em uma certa relação molar¹ ou borbulhamento H₂S de gás através de uma solução de DMA^{V 13,14}. A substituição de recursos de método subida de oxigênio por enxofre usando um fornecimento directo de gás H₂S, que é altamente tóxico e difícil de controlar para um usuário inexperiente. Por outro lado, o acima mistura método¹, amplamente utilizado para a análise qualitativa de DMMTA^V e DMDTA^V em sudies ambiental^5,6,12, apresenta o thiolation de DMA^V com H₂S gerados pela mistura Na₂S e H₂para que₄ e produz DMMTA^V e DMDTA^V, permitindo mais fácil estequiométrico controle para produzir produtos químicos de alvo, como em comparação com o direto uso do gás de H₂S.

A referência que mistura método procedimentos^1,3,4,8,15 mencionado em limitações de exposição deste estudo em alguns dos seus passos críticos experimentais, que podem levar a falha experimental. Por exemplo, os detalhes da preparação de solvente específico (ou seja, água deionizada, água) e a extração e cristalização dos arsenicals sintetizados são excessivamente abreviados ou não descritas em detalhes suficientes. Tais dispersaram e informações limitadas sobre actos processuais podem levar à formação inconsistente de thioarsenicals e análise de quantificação confiável. Portanto, o protocolo modificado desenvolvido neste documento descreve a síntese de DMMTA^V e DMDTA^V soluções estoque com análise de separação quantitativa de espécies.

Protocolo

1. síntese de DMMTA^V

1. Preparação química e razão molar mistura de DMA^Vat₂S e H₂SO₄
   Nota: DMA^V: at₂S:H₂então₄ = 1:1.6:1.6
   1. Dissolver 5,24 g de DMA^V em 40 mL de água deionizada e N₂-expurgados (descartados pelo menos 30 min) água num tubo de centrífuga de 50 mL.
   2. Preparar o reagente de₂S at dissolvendo 14,41 g de at₂S·9H₂O em 50 mL de água deionizada e N₂-expurgados de água em um balão de 250 mL.
   3. Preparar H₂para₄ reagente adicionando 3,3 mL de ácido sulfúrico concentrado (96%) para 40 mL de água deionizada e N₂-expurgados de água em um tubo de centrífuga de 50 mL.
      Nota: A relação molar Final de DMA^V: Na₂S:H₂SO₄ = 1:1.6:1.6 ^1,3,4,8,15.
   4. Adicione o preparado 40 mL da solução DMA^V (etapa 1.1.1) para os 50 mL de at₂S solução contida no frasco de 250 mL (passo 1.1.2). Enxaguar o tubo contendo DMA^V com 10 mL de água purgada e adicionar esta para o balão de 250 mL também.
   5. Feche o frasco com uma rolha de borracha do três-furo equipada com tubos de vidro. Use o vidro tubos de influxo de gás N₂ , vazão e H₂entrada de solução SO₄ , respectivamente. Imediatamente depois de fechar o frasco, permita o fluxo de gás de₂ N para o balão.
      Nota: A pressão do gás deve ser mantida a fluir sobre a superfície da solução de reação sem salpicos.
   6. Conectar-se resistente aos ácidos de tubos para o tubo de vidro do H₂entrada de solução₄ SO com uma seringa de 50 mL, adicionar o preparado de 40 mL de H₂então₄ solução (etapa 1.1.3). Adicionar 40 mL de H₂então₄ solução, lentamente e de forma gradual.
      Atenção: Após a adição de ácido sulfúrico, fumos brancos serão gerados; Use uma coifa bem ventilada.
   7. Monitorar a mudança de cor da mistura no recipiente de reação, enquanto a adição de ácido sulfúrico em intervalos regulares. Manter um intervalo de 4-5 mL gotas de H₂então₄; a mistura deve ser uma solução turva branca.
      Nota: Precipitação instantânea de amarela pode aparecer devido a rápida adição de ácido sulfúrico concentrado.
   8. Certifique-se de que solução a reação tem sido permanente por 1h, desde o início da etapa 1.1.4.
2. Extração de^V DMMTA usando o método de extração líquido-líquido
   1. Após 1 h, despeje a solução de reação em um funil de separação contendo cerca de 200 mL de éter dietílico.
   2. Agite o funil durante 5-10 min, liberando gás várias vezes, alternando a torneira.
      Nota: Sintetizado DMMTA^V vai ser transferido para a camada superior de éter dietílico (0.713 g·mL^-1).
      Atenção: Gás de éter dietílico podem ser prejudicial; Use uma coifa bem ventilada.
   3. Recolher a solução de reação num copo e recolher separadamente o éter dietílico contendo DMMTA^V em uma garrafa. Coloque a solução de reação volta no mesmo funil de separação e adicionar cerca de 200 mL de fresco éter dietílico para reshaking. Repita os passos 1.2.2 - 1.2.3 três vezes.
   4. Despeje o éter dietílico coletado da etapa 1.2.3 no funil de separação mesmo novamente e adicionar cerca de 100 mL N₂-expurgados de água desionizada. Agitar durante 5-10 min e descartar o N₂-expurgados de água desionizada e alguns mL de éter dietílico para fins de pureza. Colete o restante éter etílico em um prato de petri de vidro (diâmetro interno mínimo de 160 mm) e altura mínima de 50 mm.
   5. Transferi o prato de petri de vidro em uma caixa de luva N₂ atmosfera para impedir a transformação de espécies.
      Atenção: Certifique-se que o solvente não é puxado para a bomba de vácuo através da saída da caixa de passagem.
   6. Seco até um precipitado branco de dimethylmonothioarsinate (^Vde DMMTA cristalizada) é formada sobre o prato de petri de vidro.
      Nota: O protocolo pode ser pausado aqui.
3. Verificação de armazenamento e sintetizado DMMTA^V
   1. Leve o precipitado branco de cristalizada DMMTA^Ve medir e registrar seu peso total.
      Atenção: Use uma coifa bem ventilada ou luvas para evitar a inalação de gás sulfeto de hidrogênio.
   2. Dissolver cristalizado DMMTA^V em 50 mL de N₂-purga de água desionizada e filtrar o precipitado amarelo através de um filtro de seringa 0,2 µm.
   3. Assumir que o total a partir DMA usados^V é convertido em DMMTA^V, ou seja,≈9, 649 mg As· L^-1. Diluir a solução-mãe DMMTA^V para ≈1 mg· L^-1 e ≈40 µg· L^-1 para análise de verificação utilizando ionização Electrospray Mass Spectromtery (ESI-MS) e HPLC-ICP-MS, respectivamente.
   4. Analise a m/z de DMMTA^V utilizando ESI-MS^11,16 e fragmentos, em m/z 155 no modo positivo-íon ou em m/z 153 no modo negativo-íon (tabela 1).
      Nota: Ver referência os valores de m/z (tabela 1).
   5. Cromatograma do DMMTA^V na solução estoque usando HPLC-ICP-MS^11,16,17 com eluente adequadas condições de analisar e confirmar um grande pico encontra-se no tempo de retenção, descrito no literatura.
      Nota: Pureza de sintetizado DMMTA^V deve ser calculada utilizando os resultados da análise da etapa 1.3.5.
   6. Analisar a concentração de arsênio total usando ICP-MS após digestão com ácido¹¹ e calcular a concentração real de DMMTA^V em solução-mãe de DMMTA^V sintetizada usando fatores de diluição e pureza, como na seguinte equação:
      Total analisado como concentração (µg· L^-1) · · Fator de diluição Pureza (%) = concentração de verdade DMMTA^V DMMTA^V solução estoque (µg· L^-1)
   7. Armazenar a solução estoque de DMMTA^V a 4 ° C no escuro por mais análise quantitativa especiação¹⁸.

2. síntese de DMDTA^V

1. Preparação química e razão molar mistura de DMA^V at₂S e H₂SO₄
   Nota: DMA^V: at₂S:H₂então₄ = 1:7.5:7.5
   1. Dissolva 1,38 g de DMA^V em 40 mL de água desionizada num tubo de centrífuga de 50 mL.
   2. Prepare o reagente de₂S at dissolvendo 18,01 g de Na₂S·9H₂O em um 50 mL de água desionizada num balão de 250 mL.
   3. Prepare-se H₂para que₄ reagente adicionando 4 mL de ácido sulfúrico concentrado (96%) para 40 mL de água desionizada contido num tubo de centrífuga de 50 mL.
      Nota: A relação molar Final de DMA^V: Na₂S:H₂SO₄ = 1:7.5:7.5^1,3,4,8,15.
   4. Adicione o preparado 40 mL da solução DMA^V (etapa 2.1.1) para os 50 mL de at₂S solução contida no frasco de 250 mL (passo 2.1.2). Enxaguar o tubo contendo DMA^V com 10 mL de água desionizada e adicionar esta para o balão de 250 mL também.
   5. Adicionar o preparado 40 mL de H₂então₄ solução (etapa 2.1.3), lentamente e de forma gradual, para o balão.
   6. Monitore a mudança de cor da mistura no recipiente de reação, enquanto a adição de ácido sulfúrico em intervalos regulares. Manter um intervalo de 4-5 mL gotas de H₂então₄; a mistura deve ser uma solução turva branco/amarelo.
      Nota: Precipitação instantânea de amarela pode aparecer devido a uma rápida adição de ácido sulfúrico concentrado.
      Atenção: Após a adição de ácido sulfúrico, fumos brancos serão gerados; Use uma coifa bem ventilada.
   7. Manter a solução de reação no frasco durante a noite sem cobertura.
      Nota: O protocolo pode ser pausado aqui.
2. Extração de^V DMDTA usando o método de extração de fase sólida (SPE)
   1. Após a reação de pé durante a noite, filtro da solução de reação utilizando uma seringa de C18 digite SPE baseada em sílica para aprisionar sintetizado DMDTA^V sobre a resina.
      Atenção: Use uma coifa bem ventilada.
   2. Prepare o acetato de amônio 10 mM (pH 6.3) pela dissolução do acetato de amónio de 0,77 g em 1L de água desionizada. Eluir um volume suficiente de acetato de amónio de 10 mM através da seringa C18 (etapa 2.2.1) para extrair o adsorvida DMDTA^V. Recolha o acetato de amónio filtrada em um copo de Petri (diâmetro interno mínimo de 160 mm) e altura mínima de 50 mm.
   3. Transferi o prato de petri de vidro em uma caixa de luva N₂ atmosfera para impedir a transformação de espécies.
      Atenção: Certifique-se de solvente não é puxado para a bomba de vácuo através da saída da caixa de passagem.
   4. Secar até um precipitado branco de dimethyldithioarsinate é formado (cristalizada DMDTA^V) sobre o prato de petri de vidro.
      Nota: O protocolo pode ser pausado aqui.
3. Verificação de armazenamento e sintetizado DMDTA^V
   1. Pegue o precipitado branco de cristalizada DMDTA^Ve medir seu peso total, a medição de gravação.
      Atenção: Use uma coifa ventilada ou luvas para evitar a inalação de gás sulfeto de hidrogênio.
   2. Dissolver cristalizado DMDTA^V em 50 mL de N₂-água desionizada purgado em 50 mL de um tubo de centrifugação e filtrar qualquer precipitado através de um filtro de seringa 0,2 µm.
   3. Suponha que o total a partir DMA usados^V é convertido em DMDTA^V, ou seja,≈2, 539 mg As· L^-1. Diluir a solução-mãe DMDTA^V para ≈1 mg· L^-1 e ≈40 µg· L^-1 para análise de verificação utilizando ESI-MS e HPLC-ICP-MS, respectivamente.
   4. Analise a m/z de DMDTA^V utilizando ESI-MS^11,16 e fragmentos, em m/z 171 no modo positivo-íon ou em m/z 169 no modo negativo-íon (tabela 1).
      Nota: Ver referência os valores de m/z (tabela 1).
   5. Analisar o cromatograma da DMDTA^V na solução estoque usando HPLC-ICP-MS^11,16,17 com condições adequadas de eluente e confirmar que um pico encontra-se no tempo de retenção, descrito em a literatura.
      Nota: Pureza de sintetizado DMDTA^V deve ser calculada utilizando os resultados da análise da etapa 2.3.5.
   6. Analisar a concentração de arsênio total usando ICP-MS após digestão com ácido¹¹ e calcular a concentração real de DMDTA^V em solução-mãe de DMDTA^V sintetizada usando fatores de diluição e pureza, como a seguinte equação:
      Total analisado como concentração (µg· L^-1) · · Fator de diluição Pureza (%) = concentração de verdade DMDTA^V DMDTA^V em solução-mãe (µg· L^-1)
   7. Armazenar a solução estoque de DMDTA^V a 4 ° C no escuro por mais análise quantitativa especiação¹⁸.

Resultados

Desde que DMMTA^V foi erroneamente preparado pelo método de síntese a DMA^{III 19}, verificação de sintetizado DMMTA^V DMDTA^V é um passo fundamental para a síntese e a extração e a determinação do padrão ideal materiais químicos. Produtos químicos sintetizados podem ser verificados pelo pico de DMMTA^V (154 MW g·mol^-1) e proporção de massa-de-carga DMDTA^V (170 MW g·mol^-1

Discussão

O protocolo desenvolvido clarificou passos críticos que estudos anteriores^1,3,4,8,15 omitido ou abreviado, que pode ter levado a dificuldades com ou falha durante Síntese de^V DMMTA^V e DMDTA. Como DMMTA^V é sensível à oxidação^1,5, reagentes químicos para sua sínt...

Materiais

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