Forberedelse af DMMTAV og DMDTAV bruger DMAV for miljømæssige programmer: syntese, rensning og bekræftelse
Summary
Denne artikel præsenterer modificerede eksperimentelle protokoller til dimethylmonothioarsinic syre (DMMTAV) og dimethyldithioarsinic syre (DMDTAV) syntese, inducerende dimethylarsinic syre (DMAV) thiolation gennem blanding af DMAV , Na2S og H2så4. Den ændrede protokol giver en eksperimentel retningslinje, derved at overvinde begrænsninger af trinene syntese, der kunne have forårsaget eksperimentelle fejl i kvantitativ analyse.
Abstract
Dimethylated thioarsenicals som dimethylmonothioarsinic syre (DMMTAV) og dimethyldithioarsinic syre (DMDTAV), som er produceret af stofskiftevej af dimethylarsinic syre (DMAV) thiolation, har været for nylig fundet i miljøet samt menneskelige organer. DMMTAV og DMDTAV kan kvantificeres for at bestemme de økologiske virkninger af dimethylated thioarsenicals og deres stabilitet i miljømedierne. Metoden syntese for disse forbindelser er unstandardized, at gentage tidligere undersøgelser udfordrende. Derudover mangler information om opbevaring teknikker, herunder opbevaring af forbindelser uden arter transformation. Desuden, fordi kun begrænsede oplysninger om syntese metoder er tilgængelige, kan der være eksperimenterende vanskeligheder i syntese standard kemikalier og udfører kvantitativ analyse. Protokollen præsenteres heri giver en praktisk modificerede syntese metode for dimethylated thioarsenicals, DMMTAV og DMDTAV, og vil hjælpe med kvantificeringen af arter adskillelse analyse ved hjælp af højtydende væske kromatografi sammenholdt med Induktivt koblet plasma massespektrometri (HPLC-ICP-MS). De eksperimenterende trin i denne procedure blev ændret ved at fokusere på udarbejdelsen af kemiske reagenser, filtrering metoder og opbevaring.
Introduction
Da dimethylarsinic syre (DMAV) er blevet påvist for at udstille både akutte toksicitet og genotoksicitet på grund af gennemgår methylering og thiolation ved indtagelse1,2, har stofskiftevej af arsen thiolation været intensivt undersøgt både in vitro- og i vivo3,4 såvel som i miljømedier (f.eks. lossepladser perkolat)5,6. Tidligere undersøgelser har fundet både reduceret og thiolated analoger af DMAV i levende celler, for eksempel, dimethylarsinous syre (DMAIII), dimethylmonothioarsinic syre (DMMTAV) og dimethyldithioarsinic syre ( DMDTAV)7,8,9, med dimethylated thioarsenicals som DMMTAV udviser større toksicitet end andre kendte uorganiske eller organiske arsenicals10. Overfloden af meget giftige thioarsenicals har alvorlige miljømæssige konsekvenser, da de kan udgøre en risiko for mennesker og miljø under meget kun sker betingelser11. Mekanismerne i DMMTAV og DMDTAV (trans) dannelse og deres skæbner i miljømedierne kræver dog stadig yderligere undersøgelse. Således, kvantitativ analyse af thioarsenicals er forpligtet til at forbedre forståelsen af de miljømæssige virkninger af DMMTAV og DMDTAV.
Selv om standard kemikalier er det centrale krav til kvantitativ analyse, standarder for DMMTAV og DMDTAV er vanskelig at opnå ved at gentage tidligere undersøgelser, på grund af den høje risiko for arter omdannelse til andre arter og unstandardized syntese procedurer12. Derudover har metoderne refereres til begrænsninger, der kan føre til praktiske vanskeligheder i syntese af standard kemikalier og udfører kvantitativ analyse. DMMTAV og DMDTAV er almindeligvis fremstilles ved at blande DMAV, Na2S og H2så4 i en visse molære forhold1 eller boblende H2S gas gennem en løsning af DMAV 13,14. Den boblende metode funktioner substitution af ilt af svovl ved hjælp af en direkte levering af H2S gas, som er yderst giftigt og svært at kontrollere for en uerfaren bruger. Omvendt er har den ovennævnte blanding metode1, udbredte til kvalitativ analyse af DMMTAV og DMDTAV i miljømæssige sudies5,6,12, thiolation af DMAV med H2S genereret ved at blande Na2S og H2så4 og producerer DMMTAV og DMDTAV, så lettere støkiometriske kontrol til at producere mål kemikalier, som i forhold til direkte Brug af H-gas og2S.
Referencen blanding metode procedurer1,3,4,8,15 nævnt i denne undersøgelse udstille begrænsninger i nogle af deres kritiske eksperimenterende trin, som kan føre til Eksperimentel fejl. For eksempel er oplysninger om specifikke opløsningsmiddel (dvs., deioniseret vand) forberedelse og ekstraktion og krystallisering af de syntetiserede arsenicals over forkortet eller ikke beskrevet tilstrækkelig detaljeret. Sådan spredt og begrænsede oplysninger om proceduremæssige skridt kan føre til usammenhængende dannelsen af thioarsenicals og upålidelige kvantificering analyse. Den ændrede protokol udviklet Heri beskrives derfor, syntesen af DMMTAV og DMDTAV stamopløsninger med kvantitative arter adskillelse analyse.
Protocol
Representative Results
Discussion
Udviklede protokollen har afklaret kritiske trin at tidligere undersøgelser1,3,4,8,15 udeladt eller forkortet, kan som har ført til vanskeligheder med eller svigt under DMMTAV og DMDTAV syntese. Da DMMTAV oxidation-følsomme1,5, kemiske reagenser til sin syntese blev …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne forskning blev støttet af grundlæggende videnskabsforskning program (projekt nummer: 2016R1A2B4013467) gennem National Research Foundation af Korea (NRF) finansieret af Ministeriet for videnskab, IKT & fremtid planlægning 2016 og også støttet af Korea grundlæggende videnskab Institut Research Program (projekt nummer: 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).
