Beredning av DMMTAV och DMDTAV med DMAV för miljötillämpningar: syntes, rening och bekräftelse
Summary
Denna artikel presenterar ändrade experimentella protokoll för dimethylmonothioarsinic syra (DMMTAV) och dimethyldithioarsinic syra (DMDTAV) syntes, förmå dimethylarsinic syra (DMAV) thiolation genom blandning av DMAV , Na2S och H2så4. Det ändrade protokollet ger en experimentell riktlinje, därigenom övervinna begränsningar av syntesen steg som kunde ha orsakat experimentella misslyckanden i kvantitativ analys.
Abstract
Dimetylerad thioarsenicals såsom dimethylmonothioarsinic syra (DMMTAV) och dimethyldithioarsinic syra (DMDTAV), som produceras av den metabola vägen av dimethylarsinic syra (DMAV) thiolation, har nyligen hittade i såväl miljön som mänskliga organ. DMMTAV och DMDTAV kan kvantifieras för att avgöra de ekologiska effekterna av dimetylerad thioarsenicals och deras stabilitet i miljömedier. Syntes metoden för dessa föreningar är unstandardized, att göra replikera tidigare studier utmanande. Dessutom finns det en brist på information om lagringstekniker, inklusive lagring av föreningar utan arter omvandling. Dessutom eftersom det finns endast begränsad information om syntesmetoder, kan det finnas experimentella svårigheter i syntetisera standard kemikalier och utföra kvantitativ analys. Det protokoll som presenteras häri ger en praktiskt taget modifierade syntesmetod för den dimetylerad thioarsenicals, DMMTAV och DMDTAV, och hjälper i kvantifiering av arter separation analys med högpresterande vätska kromatografi i samband med induktivt kopplad plasma-masspektrometri (HPLC-ICP-MS). De experimentella stegen i proceduren ändrades genom att fokusera på utarbetandet av kemiska reagenser, filtrering metoder och lagring.
Introduction
Eftersom dimethylarsinic syra (DMAV) har visat för att uppvisa både akut toxicitet och genotoxicitet på grund av genomgår metylering och thiolation vid intag1,2, har den metabola vägen av arsenik thiolation varit intensivt studerade både in vitro- och in-vivo3,4 såväl som i miljömedier (t.ex. deponi lakvatten)5,6. Tidigare studier har hittat både minskat och thiolated analoger av DMAV i levande celler, till exempel, dimethylarsinous syra (DMAIII), dimethylmonothioarsinic syra (DMMTAV) och dimethyldithioarsinic syra ( DMDTAV)7,8,9, med dimetylerad thioarsenicals såsom DMMTAV uppvisar större toxicitet än andra kända oorganiska eller organiska arsenicals10. Överflödet av mycket giftiga thioarsenicals har allvarliga miljömässiga konsekvenser, eftersom de kan utgöra en risk för människor och miljön under mycket sulfidiskt villkor11. Mekanismer för DMMTAV och DMDTAV (trans) bildandet och deras öden i miljömedier kräver dock fortfarande ytterligare en studie. Kvantitativ analys av thioarsenicals krävs således att förbättra förståelsen av de miljömässiga effekterna av DMMTAV och DMDTAV.
Även om standard kemikalier är det centrala kravet för kvantitativ analys, normerna för DMMTAV och DMDTAV är svårt att erhålla genom att replikera tidigare studier, på grund av den stora risken för arter omvandling till andra arter och unstandardized syntes förfaranden12. Dessutom har de metoder som refereras begränsningar som kan leda till praktiska svårigheter i syntetisera de vanliga kemikalierna och utföra kvantitativ analys. DMMTAV och DMDTAV förbereds vanligen genom att blanda DMAV, Na2S och H2så4 i en vissa molar förhållandet1 eller bubblande H2S gas genom en lösning av DMAV 13,14. Bubblande metod funktioner substitution av syre av svavel med en direktleverans av H2S gas, som är mycket giftiga och svårt att kontrollera för en oerfaren användare. Omvänt, ovanstående blandning metod1, ofta används för kvalitativ analys av DMMTAV och DMDTAV i miljömässiga sudies5,6,12, har thiolation av DMAV med H2S genereras genom att blanda Na2S och H2så4 och producerar DMMTAV och DMDTAV, vilket ger enklare stökiometriska kontroll att producera mål kemikalier, som jämfört med direkt användning av H2S gas.
Hänvisningen blandning metod förfaranden1,3,4,8,15 nämns i denna studie uppvisar begränsningar i några av deras kritiska experimentella åtgärder, vilket kan leda till experimentella fel. Exempelvis är information om specifika lösningsmedel (dvs avjoniserat vatten) förberedelse och utvinning och kristallisation av de syntetiserade arsenicals alltför förkortas eller inte beskrivs tillräckligt utförligt. Så spridda och begränsad information om förfarandeåtgärder kan leda till inkonsekvent bildandet av thioarsenicals och opålitliga kvantifiering analys. Därför beskrivs ändrade protokollet framkallade häri syntesen av DMMTAV och DMDTAV stamlösningar med kvantitativa arter separation analys.
Protocol
Representative Results
Discussion
Utvecklade protokollet har klargjort kritiska steg att tidigare studier1,3,4,8,15 utelämnas eller förkortad, vilket kan ha lett till svårigheter med eller fel under DMMTAV och DMDTAV syntes. DMMTAV är oxidation-känsliga1,5, kemiska reagenser för dess syntes var f?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna forskning stöddes av grundläggande vetenskap forskningsprogram (projektnummer: 2016R1A2B4013467) genom den nationella forskning stiftelsen av Korea (NRF) finansieras av ministeriet för vetenskap, IKT & framtida planering 2016 och också stöds av Korea grundläggande vetenskap Institutet Research Program (projektnummer: C36707).
Materials
| 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 |
References
- Suzuki, K. T., et al. Dimethylthioarsenicals as arsenic metabolites and their chemical preparation. Chem. Res. Toxicol. 17, 914-921 (2004).
- Kuroda, K., et al. Microbial metabolite of dimethylarsinic acid is highly toxic and genotoxic. Toxicol. Appl. Pharmacol. 198, 345-353 (2004).
- Naranmandura, H., Iwata, K., Suzuki, K. T., Ogra, Y. Distribution and metabolism of four different dimethylated arsenicals in hamsters. Toxicol. Appl. Pharmacol. 245, 67-75 (2010).
- Naranmandura, H., et al. Comparative toxicity of arsenic metabolites in human bladder cancer EJ-1 cells. Chem. Res. Toxicol. 24, 1586-1596 (2011).
- Wallschlager, D., London, J. Determination of methylated arsenic-sulfur compounds in groundwater. Environ. Sci. Technol. 42, 228-234 (2008).
- Zhang, J., Kim, H., Townsend, T. Methodology for assessing thioarsenic formation potential in sulfidic landfill environments. Chemosphere. 107, 311-318 (2014).
- Shimoda, Y., et al. Proposal for novel metabolic pathway of highly toxic dimethylated arsenics accompanied by enzymatic sulfuration, desulfuration and oxidation. Trace Elem. Med. Biol. 30, 129-136 (2015).
- Naranmandura, H., Suzuki, T. K. Formation of dimethylthioarsenicals in red blood cells. Toxicol. Appl. Pharmacol. 227, 390-399 (2008).
- Leffers, L., Ebert, F., Taleshi, S. M., Francesconi, A. K., Schwerdtle, T. In vitro toxicological characterization of two arsenosugars and their metabolites. Mol. Nutr. Food Res. 57, 1270-1282 (2013).
- Wang, Q. Q., Thomas, J. D., Naranmandura, H. Important of being thiomethylated: Formation, Fate and Effects of methylated thioarsenicals. Chem. Res. Toxicol. 25, 281-289 (2015).
- Kim, Y. T., Lee, H., Yoon, H. O., Woo, N. C. Kinetics of dimethylated thioarsenicals and the formation of highly toxic dimethylmonothioarsinic acid in environment. Environ. Sci. Technol. 50, 11637-11645 (2016).
- Cullen, W. R., et al. Methylated and thiolated arsenic species for environmental and health research – A review on synthesis and characterization. J. Environ. Sci. 49, 7-27 (2016).
- Fricke, M., et al. Chromatographic separation and identification of products form the reaction of dimethylarsinic acid with hydrogen sulfide. Chem. Res. Toxicol. 18, 1821-1829 (2005).
- Fricke, M., Zeller, M., Cullen, W., Witkowski, M., Creed, J. Dimethylthioarsinic anhydride: a standard for arsenic speciation. Anal. Chim. Acta. 583, 78-83 (2007).
- Suzuki, K. T., Iwata, K., Naranmandura, H., Suzuki, N. Metabolic differences between twon dimethylthioarsenicals in rats. Toxicol. Appl. Pharmacol. 218, 166-173 (2007).
- Jeong, S., et al. Development of a simultaneous analytical method to determine arsenic speciation using HPLC-ICP-MS: Arsenate, arsenite, monomethylarsonic acid, dimethylarsinic acid, dimethyldithioarsinic acid, and dimethylmonothioarsinic acid. Microchem. J. 134, 295-300 (2017).
- Li, Y., Low, C. -. K., Scott, A. J., Amal, R. Arsenic speciation in municipal landfill leachate. Chemosphere. 79, 794-801 (2010).
- Conklin, D. S., Fricke, W. M., Creed, A. P., Creed, J. T. Investigation of the pH effects on the formation of methylated thio-arsenicals, and the effects of pH and temperature on their stability. J. Anal. At. Spectrom. 23, 711-716 (2008).
- Hansen, H. R., Raab, A., Jaspara, M., Milne, F. B., Feldmann, J. Sulfur-containing arsenical mistaken for dimethylarsinous acid [DMA(III)] and identified as a natural metabolite in urine: major implications for studies on arsenic metabolism and toxicity. Chem. Res. Toxicol. 17, 1086-1091 (2004).
- Mandal, B. K., Suzuki, K. T., Anzai, K., Yamaguchi, K., Sei, Y. A SEC-HPLC-ICP-MS hyphenated technique for identification of sulfur-containing arsenic metabolites in biological samples. J. Chromatogr. B. 874, 64-76 (2008).
- Bartel, M., Ebert, F., Leffers, L., Karst, U., Schwerdtle, T. Toxicological characterization of the inorganic and organic arsenic metabolite thio-DMAV in cultured human lung cells. J. Toxicol. 2011, (2011).
- An, J., et al. Formation of dimethyldithioarsinic acid in a simulated landfill leachate in relation to hydrosulfide concentration. Environ. Geochem. Health. 38, 255-263 (2016).
- Chen, B., et al. Arsenic speciation in the blood of arsenite-treated F344 rats. Chem. Res. Toxicol. 26, 952-962 (2013).
- Alava, P., et al. HPLC-ICP-MS method development to monitor arsenic speciation changes by human gut microbiota. Biomed. Chromatogr. 26, 524-533 (2012).
- Kurosawa, H., et al. A novel metabolic activation associated with glutathione in dimethylmonoarsinic acid (DMMTAV)-induced toxicity obtained from in vitro reaction of DMMTAV with glutathione. J. trace Elem. Med. Biol. 33, 87-94 (2016).
