Summary

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

Published: March 09, 2018
doi:

Summary

Dit artikel presenteert een gewijzigde experimentele protocollen voor dimethylmonothioarsinic zuur (DMMTAV) en dimethyldithioarsinic zuur (DMDTAV) synthese, dimethylarsinic zuur (DMAV) thiolation door het mengen van DMAV 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.

Abstract

Dimethylated thioarsenicals zoals dimethylmonothioarsinic zuur (DMMTAV) en dimethyldithioarsinic zuur (DMDTAV), die worden geproduceerd door de metabolische weg van dimethylarsinic zuur (DMAV) thiolation, onlangs geweest gevonden in zowel het milieu als de menselijke organen. DMMTAV en DMDTAV 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, DMMTAV en DMDTAV, 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.

Introduction

Aangezien dimethylarsinic zuur (DMAV) heeft aangetoond dat vertonen zowel acute toxiciteit en genotoxiciteit te wijten aan het ondergaan van methylation en thiolation bij inslikken1,2, heeft de metabolische weg van arseen thiolation is intensief studeerde zowel in vitro als in vivo3,4 zo goed als in de milieucompartimenten (bijv stortplaats percolaat)5,6. Eerdere studies hebben beide verminderd en thiolated-analogen van DMAV in levende cellen, voor voorbeeld, dimethylarsinous zuur (DMAIII), dimethylmonothioarsinic zuur (DMMTAV) en dimethyldithioarsinic zuur (gevonden DMDTAV)7,8,9, met dimethylated thioarsenicals zoals DMMTAV 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 voorwaarden11 inhouden kunnen. Nochtans, de mechanismen van DMMTAV DMDTAV (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 DMMTAV DMDTAV.

Standaard chemicaliën weliswaar de basisvereiste voor kwantitatieve analyse, de normen van DMMTAV DMDTAV 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. DMMTAV en DMDTAV zijn meestal bereid door het mengen van DMAV, Na2S en H2, dus4 in een bepaalde molaire verhouding1 of doorborrelen H2S gas door middel van een oplossing van DMAV 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 DMMTAV enV DMDTA in milieu sudies5,6,12, beschikt over de thiolation van DMAV met H2S gegenereerd door het mengen van nb2S en H2dus4 en produceert DMMTAV en DMDTAV, waardoor gemakkelijker stoichiometrische controle tot doel chemicaliën, als ten opzichte van de directe gebruik van H2S gas.

Het mengen van de methode procedures1,3,4,8,15 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 DMMTAV en DMDTAV voorraadoplossingen met kwantitatieve soorten scheiding analyse.

Protocol

1. synthese van DMMTAV Chemische preparaten en molaire verhouding mengen van DMAV, Na2S en H2SO4Opmerking: DMAV: Na2S:H2zo4 = 1:1.6:1.6 Los 5.24 g DMAV in 40 mL gedeïoniseerd en N2-gezuiverd (verwijderd voor minstens 30 min) water in een centrifugebuis 50 mL. NB2S reagens te bereiden door ontbinding 14.41 g Na2S·9H2O …

Representative Results

Aangezien DMMTAV ten onrechte is opgesteld door de DMAIII synthese methode19, is verificatie van gesynthetiseerde DMMTAV en DMDTAV 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 DMMTAV (MW 154 g·mol-1) en de DMDTAV (MW 170 g·mol-1) massa-naar…

Discussion

Het ontwikkelde protocol heeft verduidelijkt kritische stappen dat eerdere studies1,3,4,8,15 weggelaten of afgekort, die kunnen hebben geleid tot problemen met of falen tijdens DMMTAV en DMDTAV -synthese. Aangezien DMMTAV oxidatie-gevoelige1,5, chemische reagentia voor …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dit onderzoek werd gesteund door fundamentele wetenschap Research program (nummer Project: 2016R1A2B4013467) door de nationale onderzoek Stichting van Korea (NRF) gefinancierd door het ministerie van wetenschap, ICT & toekomst Planning 2016 en ook ondersteund door Korea basiswetenschap Instituut Research Program (nummer Project: 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

  1. Suzuki, K. T., et al. Dimethylthioarsenicals as arsenic metabolites and their chemical preparation. Chem. Res. Toxicol. 17, 914-921 (2004).
  2. Kuroda, K., et al. Microbial metabolite of dimethylarsinic acid is highly toxic and genotoxic. Toxicol. Appl. Pharmacol. 198, 345-353 (2004).
  3. 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).
  4. Naranmandura, H., et al. Comparative toxicity of arsenic metabolites in human bladder cancer EJ-1 cells. Chem. Res. Toxicol. 24, 1586-1596 (2011).
  5. Wallschlager, D., London, J. Determination of methylated arsenic-sulfur compounds in groundwater. Environ. Sci. Technol. 42, 228-234 (2008).
  6. Zhang, J., Kim, H., Townsend, T. Methodology for assessing thioarsenic formation potential in sulfidic landfill environments. Chemosphere. 107, 311-318 (2014).
  7. 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).
  8. Naranmandura, H., Suzuki, T. K. Formation of dimethylthioarsenicals in red blood cells. Toxicol. Appl. Pharmacol. 227, 390-399 (2008).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Fricke, M., Zeller, M., Cullen, W., Witkowski, M., Creed, J. Dimethylthioarsinic anhydride: a standard for arsenic speciation. Anal. Chim. Acta. 583, 78-83 (2007).
  15. Suzuki, K. T., Iwata, K., Naranmandura, H., Suzuki, N. Metabolic differences between twon dimethylthioarsenicals in rats. Toxicol. Appl. Pharmacol. 218, 166-173 (2007).
  16. 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).
  17. Li, Y., Low, C. -. K., Scott, A. J., Amal, R. Arsenic speciation in municipal landfill leachate. Chemosphere. 79, 794-801 (2010).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. Chen, B., et al. Arsenic speciation in the blood of arsenite-treated F344 rats. Chem. Res. Toxicol. 26, 952-962 (2013).
  24. Alava, P., et al. HPLC-ICP-MS method development to monitor arsenic speciation changes by human gut microbiota. Biomed. Chromatogr. 26, 524-533 (2012).
  25. 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).

Play Video

Cite This Article
Lee, H., Kim, Y., Jeong, S., Yoon, H. Preparation of DMMTAV and DMDTAV Using DMAV for Environmental Applications: Synthesis, Purification, and Confirmation. J. Vis. Exp. (133), e56603, doi:10.3791/56603 (2018).

View Video