Альциановая синяя морилка - Alcian blue stain
|
|
| Имена | |
|---|---|
| Другие названия
Alcian blue 8GX, Ingrain blue 1, CI 74240, «продукты реакции хлорметилированной меди фталоцианин-тиомочевина»
|
|
| Идентификаторы | |
|
3D модель ( JSmol )
|
|
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard |
100.046.990 
|
|
PubChem CID
|
|
| UNII | |
|
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Характеристики | |
| C 56 H 68 Cl 4 Cu N 16 S 4 | |
| Молярная масса | 1 298 0,86 г · моль -1 |
|
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). |
|
 проверить ( что есть ?)
  |
|
| Ссылки на инфобоксы | |
Альциановые синий ( / æ л ʃ ə п / ) является любым членом семейства поливалентных основных красителей, из которых Альцианового синего 8G (также называемый вселить голубую 1 и CI 74240 , прежнего названием Альцианового синего 8GX от имени партия продукта ICI ) исторически был самым распространенным и самым надежным участником. Он используется для окрашивания кислых полисахаридов, таких как гликозаминогликаны в хрящах и других структурах тела, некоторых типов мукополисахаридов , сиалированного гликокаликса клеток и т. Д. Для многих из этих мишеней это один из наиболее широко используемых катионных красителей как для световой, так и для электронной микроскопии . Использование альцианового синего исторически было популярным методом окрашивания в гистологии, особенно для световой микроскопии срезов, залитых парафином, и срезов из полутонкой смолы. Части ткани, которые специфически окрашиваются этим красителем, после окрашивания становятся синими или голубовато-зелеными и называются «альцианофильными» (сравнимыми с « эозинофильными » или « суданофильными »). Альциановое синее окрашивание можно комбинировать с Н & Е окрашиваниями , PAS окрашивания и ван Гизон окрашивания методов. Альциановый синий можно использовать для количественного определения кислотных гликанов как при микроспектрофотометрическом количественном определении в растворе, так и для окрашивания гликопротеинов в полиакриламидных гелях или на вестерн-блотах . Биохимики использовали его для анализа кислотных полисахаридов в моче с 1960-х годов для диагностики таких заболеваний, как мукополисахаридоз, но с 1970-х годов, частично из-за отсутствия Alcian, а частично из-за длительности и утомительности процедуры, пришлось разработать альтернативные методы, например, диметил метиленовый синий (DMB или DMMB) метод.
Профессор Дж. Э. Скотт, первый человек вне красильной промышленности, раскрывший химический секрет этого красителя, комментирует:
- «Наверное, ни один другой краситель не применялся для решения такого широкого круга задач в биологии и медицине. С другой стороны, ни у одного другого красителя не было такой неоднозначной истории, как у AB».
Помимо широкого использования в качестве красителя, альциановый синий также использовался в других разнообразных областях, например, в гелеобразующем агенте для смазочных жидкостей, модификаторах для электродов, заряженных веществах для покрытия и т. Д.
История
Monstral синего нашли , чтобы покрыть внутреннюю поверхность медных сосудов , используемых для обработки фталевой кислоты производные привели к открытию фталоцианина в 1907 году привлеченный блеском, стабильности и нерастворимости этого хромофора , были сделаны попытки обратимо модифицировать его так , чтобы это было бы быть перенесенным в ткань в растворе, а затем легко осаждаться (укореняться) в неприступный, но мелкодисперсный осадок (отсюда и название « пропитывающееся окрашивание »). В результате этой попытки Alcian blue (Ingrain blue 1) был впервые синтезирован отделом красителей ICI под руководством NH Haddock и C. Wood в начале 1940-х годов и запатентован в 1947 году, первоначально как текстильный краситель. В 1950 году он был использован Стидманом в качестве селективного красителя для муцинов. В то время как популярность альцианского синего росла в геометрической прогрессии, трудности, связанные с его производством из-за опасных для окружающей среды промежуточных стадий, сделали его доступным, и ICI прекратила его производство к 1973 году. Многие альтернативные источники продавали продукты аналогичного цвета с ненадежным окрашиванием.
Профессор Дж. Э. Скотт работал над расшифровкой химического состава альсианового синего, который был известен только промышленности, но держался в строжайшей коммерческой тайне. Потратив 3 человеко-года усилий в 1972 году, он опубликовал структуру Alcian Blue и смог убедить ICI подтвердить ее в 1973 году, кстати, в то же время, когда ICI только что прекратил ее производство.
После временного кризиса 1970-х годов, когда ICI пришлось прекратить свою деятельность, теперь существует экологически безопасное альтернативное промышленное производство этого красителя, которое должно работать так же, как 8GX, но называется 8G, поскольку оно производится по-другому. Пытаясь ответить на вопрос, насколько важно было найти альтернативный метод производства этого соединения, компания (Anatech Ltd, США), восстановившая Alcian Blue, говорит:
- «Альциановый синий обладает высокой селективностью по отношению к тканевым веществам (при правильном pH раствора) и образует нерастворимые комплексы, которые выдерживают жесткую последующую обработку (например, PAS), не обесцвечивая. Это то, что делает этот краситель таким важным. Есть ли у других красителей этот атрибут «Да, еще два, если быть точным, из тысяч, перечисленных в Color Index и Conn's Biological Stains». Эти два цвета - « альцианский желтый » и основной красный 18 , которые, опять же, одинаково недоступны и им не хватает яркого контраста с синим.
Этимология и использование заглавных букв "Alcian"
Этимология имени не определена, и следует ли использовать его с большой буквы - это выбор редакционного стиля. В двух основных научных и медицинских словарях используется стиль строчных букв, но есть также достойная поддержка стиля с заглавной буквы (обсуждается ниже). Согласно хемоэтимологическому словарю Эльзевьера, Alcian в Alcian blue, возможно, был образован путем сокращения (и небольшого изменения) фталоцианина ". Оксфордский онлайн-словарь упоминает, что это был товарный знак, а также указывает
- «1940-е годы: возможно, Alcian от (phth) al (o) cyan (ine) с фонетическим изменением правописания».
Эта гипотеза согласуется с названием альцианового зеленого , который представляет собой тетрафенилфталоцианин с медью.
Однако профессор Дж. Э. Скотт, который сам разгадал химию Alcian blue и позже получил подтверждение от производителя (ICI), написал, что Alcian - это торговая марка, которую ICI предпочитает писать с заглавной буквы, и он предполагает, что это произошло от старое английское слово « зимородок », который имеет «романтические и поэтические ассоциации с зимородок птицей и спокойное море ». Профессор Скотт также заявляет, что альциановый зеленый был просто смесью альцианового синего и альцианового желтого, а не одного соединения, что также подтверждается данными тонкослойной хроматографии из различных источников, например, работ другого эксперта по красителям, профессора Р.В. Хоробина - одного из два главных редактора 10-го издания руководства Конна по биологическим пятнам 75-летней давности , опубликованного от имени Комиссии по биологическим пятнам .
Альциановый желтый представляет собой азокраситель , не имеющий ни фталоцианинового кольца, ни какого-либо из цветов Kingfisher, но является общим с альциановым синим, имеет гидролизуемые заряженные боковые цепи тиурония и аналогичную стабильность конечного окрашенного продукта. С другой стороны, есть и другие фталоцианиновые красители, такие как Luxol fast blue и Durazol blue , которые не имеют в своем названии "Alcian".
Физические свойства
Цвет
Твердый альциановый синий получается в виде зеленовато-черных (или иногда темно-синевато-фиолетовых) кристаллов с металлическим блеском. Водный раствор ярко-зеленовато-синего цвета. Хотя соединение альцианового синего само по себе нестабильно (см. Стабильность ниже), окрашивание, которое оно производит, стабильно и быстро светится.
Парадоксическое отсутствие метахромазии
В отличие от трициклических тиазинов (например, толуидинового синего , метиленового синего и лазурного А и т. Д.) , Которые являются метахроматическими из-за перехода от мономерных агрегатов к сложным , альциановый синий, по-видимому, ортохроматичен . Как и в случае с Astra blue и другими подобными красителями, это свойство, заключающееся в том, что он не меняет цвет ни при изменении концентрации, ни в сочетании с субстратами, делает его очень подходящим для микроспектрофотометрии. Очевидное отсутствие метахромазии не потому, что оно действительно ортохроматическое, а потому, что «оно уже полностью метахроматично» в водном растворе.
Максимальное поглощение при агрегации
В водном растворе большое количество молекул альцианового синего складывается в мицеллы очень большого размера, слишком больших, чтобы их можно было даже подвергнуть диализу. Таким образом, даже при достаточно высоком разбавлении он имеет максимум поглощения при ~ 600–615 нм, который фактически является максимумом поглощения не мономера красителя, а мультимера. Поскольку поглощенный свет имеет желто - оранжевый спектр, передаваемый / отраженный свет воспринимаются нашим глазом как комплементарный цвет слегка зеленоватых синего или голубого цвета . В водном растворе альциановый синий остается метахроматическим при молярных концентрациях, составляющих одну сотую от тех, при которых толуидиновый синий в основном ортохроматичен. Только очень маленькое плечо кривой поглощения при 670–680 нм представляет мономерный краситель, который обычно составляет меньшинство и становится еще меньшим меньшинством (<10 8 M) в присутствии солей. Однако, когда растворителем является ДМСО - непротонный растворитель с умеренно высокой диэлектрической проницаемостью, альциановый синий не агрегируется, и можно хорошо визуализировать большой пик поглощения мономера. Подобный спектральный сдвиг в сторону более длинного мономерного пика также наблюдается, когда в качестве носителя используются такие растворители, как этанол (или смесь этанола и воды), или когда используются неионные детергенты, такие как Triton X-100 , которые образуют экзогенные мицеллы.
Молярный коэффициент экстинкции
Альциановый синий несет в себе фталоцианин, один из наиболее ярко окрашенных хромофоров, известных на сегодняшний день с молярным исчезновением 120000, то есть альциановый синий обнаруживается при половине молярной концентрации популярных красителей, таких как толуидиновый синий , триарилметаны (например, парарозанилин и аналогичные основания Шиффа, используемые в окрашивании PAS , Кристаллический фиолетовый при окраске по Граму ) и др.
Растворимость
Он водорастворим. Когда каждый из пар заместителей в атомах азота боковой группы представляет собой толуил, растворимость в воде при 20 ° C составляет около 9,5% мас. / Мас .; и аналогично некоторые другие растворимости: 6,0% в абсолютном этаноле , 6,0% в целлозольве и 3,25% этиленгликоле, тогда как он практически нерастворим в ксилоле. В относительном выражении / распределении Alcian Blue 8G имеет логарифмический коэффициент распределения октанол-вода (Log P), равный -9,7, что позволяет предположить, что он довольно растворим в воде (растворим в липидах, если Log P> 0, а хорошие липидные пятна обычно имеют Log P> 7). Метанол является приемлемым заменителем этанола в качестве потенциального носителя для альцианового синего, но изопропанол - нет, потому что в течение нескольких часов весь суспендированный альциановый синий выпадает в осадок, если изопропанол используется в качестве носителя.
Температура плавления
Образец соединения с индексом Merck 218 имеет точку плавления 148 ° C.
Химия
Это четырехвалентный основной (катионный) краситель с медным (Cu 2+ , координация 4 из 6, орбитальная конфигурация d 9 с искажением Яна – Теллера ) фталоцианиновым ядром ( CuPc ) с тремя или четырьмя боковыми цепями изотиоурония, придающими его объемность и положительный обвинения. Чтобы квалифицироваться как член семейства альциановых голубых, должно быть не менее 2 боковых цепей, а смеси часто имеют в среднем 3 цепи, чтобы квалифицироваться как 8G. На рисунке показаны четыре группы тетраметилизотиоурония на молекулу. ICI утверждал, что в среднем на молекулу приходится около трех боковых цепей, но анализы, проведенные лабораторией профессора Скотта, предложили от трех до четырех. Большинство из них находятся в положениях 2 (3), как в формуле, а иногда в мультипликационном представлении используется перекрестный переход метиленового мостика через связь между этими двумя положениями, чтобы указать, что он может связывать любое из этих двух положений. Возможно большое количество изомеров, различающихся положением катионных групп. Alcian blue 7GX содержит меньше изотиоурониевых групп, чем 8GX. Точно так же 5GX и 2GX могут иметь еще меньше боковых групп, но это не было строго доказано.
Фталоцианина ароматическое ядро имеет большую сопряженную систему с CBN (конъюгированная количество связей) 48. Однако это заряды на изотиоурониевых боковых групп , которые все еще сохраняет его растворимым в воде. Эти боковые группы могут нести более объемные алкильные или арильные заместители, а не метильные группы 8x2, как на приведенном изображении. Эти группы отщепляются от макроциклического кольца во время промывки в конце окрашивания или в довольно мягких условиях (например, pH выше 5,6) или во время спонтанной деградации.
Металлы во фталоцианиновом ядре и замещенные группы, непосредственно связанные с ароматическим ядром, определяют цвет членов семейства фталоцианинов металлов, например, альциановый синий, и сам фталоцианин меди - синий, но бромированный или хлорированный фталоцианин меди и сульфированный фталоцианин меди - зеленый.
Альцианский синий имеет относительно высокую растворимость в солевых растворах и окрашивается медленнее, чем другие красители. Изменяя pH или концентрацию соли в окружающей среде, можно получить характерные картины окрашивания.
окрашивание с контролем pH
При pH 1,0 он окрашивает только сульфатированные полисахариды, а при pH 2,5 также окрашивает сахара, содержащие карбоксильные группы, такие как сиаловые кислоты и уроновые кислоты, усиливая окрашивание гиалуроновой кислоты , которая также будет окрашивать, хотя и относительно слабо, их полусульфатные эфиры при pH 1,0.
Окрашивание, контролируемое электролитом
Метод окрашивания, при котором при фиксированном pH около 5,5 различная критическая концентрация соли (обычно MgCl 2 , но NaCl, KCl, LiBr являются потенциальными альтернативами) может использоваться, когда более мелкий (быстрее диффундирующий) солевой катион конкурирует с альциановым синим за связывание с анионные участки. Предполагается, что критическая концентрация электролита (CEC), специфичная для материала мишени, избирательно определяет сульфатированные, карбоксилированные и фосфатированные структуры, например, в качестве мишеней.
Стабильность
По словам Джона А. Кирнана - одного из редакторов 10-го издания Conn's Biological Stains, 10-е издание 2002 г., опубликованного от имени Комиссии по биологическим пятнам: Alcian blue 8G отличается от большинства других красителей тем, что он может разрушаться даже в твердом состоянии. , превращаясь в нерастворимый пигмент. Кислотные растворы альцианового синего 8G часто стабильны в течение нескольких лет. Лабораторное руководство Churukian [1] дает рекомендуемый срок хранения 6 месяцев. Раствор альцианового синего с осадком следует выбросить и заменить, а не фильтровать Некоторые красители, продаваемые как альциановый синий 8G, нестабильны в растворах при pH 5,6 и выше; они осаждаются менее чем за 24 ч. Партии альцианового синего, которые не образуют стабильных растворов, не могут использоваться в методах Скотта «критической концентрации электролита» для гистохимическая характеристика различных гликозаминогликанов, для которых требуются растворы при pH 5,7-5,8 с различными концентрациями MgCl 2 .
Пиридина вариант Альциановых синий (Альциановый Бьют-тетракис (метилпиридин) хлорид, CAS 123439-83-8, CB6503730, PubChem 24860335 ) является более стабильным , чем оригинальные Альциановыми синими красители и может быть столь же хорошо , как пятно.
Объяснение селективности окрашивания
Нуклеиновые кислоты обычно являются базофильными, потому что они имеют очень высокую плотность отрицательного заряда из-за сахарно-фосфатного остова. Однако, в отличие от других основных, т.е. катионных красителей, альциановый синий обычно (при правильном pH и концентрации солей, а также при нормальной температуре и продолжительности в минутах, а не часах) предпочтительно окрашивает кислые гликозаминогликаны, но не хроматин и субстанцию Нисселя, механизм которой долгое время оставалось загадкой, и предлагались различные теории. Хотя предполагаемой основой окрашивания является его положительный заряд, притягиваемый к отрицательным структурам (например, кислым сахарам), объемность (ширина 2,5–3 нм по сравнению с толуидиновым синим ~ 0,7 x 1,1 нм) делает его диффузию очень медленной в менее проницаемых частях ткань и, таким образом, предотвращает ее окрашивание сильно отрицательных, но компактных структур, таких как хроматин и субстанция Ниссля. Однако длительное окрашивание (несколько дней при 25 ° C) или денатурирующие условия ДНК могут позволить альциановому синему также окрашивать ядро. Изоляция положительного заряда из ароматического электронного облака промежуточными метиленовыми мостиками делает локализованные положительно заряженные области «жесткими» ионами в отличие от мягких ионов, где заряд делокализован по всему ароматическому пи-облаку. Когда эти жесткие катионы встречаются с жесткими анионами, например, в форме сульфата, они образуют соли без учета точной химической природы аниона. Полученные соли очень стабильны, но могут медленно заменяться солями высокой концентрации. Промывание водой или обработка щелочью после окрашивания вызывает катализируемый основанием гидролиз и удаление боковых положительно заряженных боковых цепей, в результате чего образуется фталоцианиновый синий , который образует синий осадок нерастворимого в воде красителя. Осадки настолько прочны, что выдерживают суровые условия, такие как PAS или другое контрастное окрашивание, а также обезвоживание и заливку (в отличие от толуидинового синего, который частично извлекается во время обезвоживания). Эта стойкость к вымыванию является химической основой внутрипроцентного окрашивания, для которого красильная промышленность первоначально разработала AB (Ingrain blue 1).
Производство и чистота
Исторический Alcian Blue варьировался от партии к партии настолько, что только партия 8GX (например, даже не 8GS), произведенная ICI, позже была признана биологически полезной. Коммерчески доступные партии обычно содержат около 49% фактического красителя, а остальное используется как сульфат, борная кислота, декстрин и другие примеси, и с помощью различных методов экстракции можно получить экстракты с чистотой до 80%. На самом деле краситель не обязательно должен содержать все 4 заместителя, но может содержать 2 или 3 из них и иметь различные геометрические изомеры. Но в любом случае производство 8GX компанией ICI было остановлено к середине 1970-х годов из-за опасности для окружающей среды, и были доступны очень небольшие партии, полученные из альтернативных источников. Только недавно Alcian Blue был повторно произведен оптом с использованием более безопасных процедур, но новый продукт не имеет суффикса X (или S), поскольку процесс производства (и точный состав продукта) несколько отличается.
Безопасность материалов
Альциановый синий раздражает глаза и дыхательные пути. Solid Alcian Blue - это горючий порошок, и с ним нельзя обращаться близко к источникам тепла или открытого огня. При нагревании альцианового синего образуются токсичные пары азотных соединений. Он может бурно реагировать при смешивании с окислителями. Раствор альцианового синего является сенсибилизатором кожи и вызывает коррозию (частично из-за кислого pH, необходимого для поддержания его негидролизованности в растворе) и вреден при абсорбции через кожу. В паспортах безопасности материалов большинства поставщиков упоминается, что эффект проглатывания неизвестен или орган-мишень неизвестен. Однако некоторые упоминают, что потенциальными органами-мишенями являются зубы и почки.
Использование в красильной промышленности
Это пятно было первоначально обнаружено ICI в 1940-х годах как участник конкурентной индустрии красок с целью промышленного окрашивания. Некоторое время его использовали для окрашивания тканей, кожаных изделий и красок. ICI продала тысячи тонн альцианового синего и подала несколько патентов на производственный процесс, чтобы сохранить свой химический состав в секрете. Однако у ICI были проблемы с растворимостью красителя в условиях крашения текстиля, и в 1950-х и 1960-х годах в производственный процесс были внесены различные изменения.
Использование в биологическом окрашивании
Лекарственное вмешательство в окрашивание
Другое применение, кроме как краситель или пятно
Помимо использования в качестве красителя или морилки, альцианский синий также находит применение в других науках о материалах.
Клей
Альциановый синий использовался в качестве клея для приклеивания гликольметакрилатных секций к предметным стеклам (которые имеют отрицательно заряженные силикатные группы).
Покрывающий агент
Альциановый синий несет большую ароматическую поверхность, которая может участвовать во взаимодействии Ван-дер-Ваала, а также имеет несколько локализованных зарядов. Таким образом, его можно наносить на поверхности и значительно изменять свойства поверхности и заряд. Некоторые клетки в культуре растут лучше на поверхностях , покрытых положительным заряд , как поли-L-лизин или полиорнитин или Альциановый синий цвет. Поверхности, покрытые синим альциановым покрытием, удерживают отрицательно заряженный гликокаликс настолько плотно, что его можно даже использовать для покрытия слоя клеток, а затем всплывать, чтобы отклеить крышу («снятие кровли») для изучения цитоплазматической стороны плазматической мембраны.
Желирующий или смазывающий агент
Alcian Blue использовался в качестве гелеобразующего агента для смазочных жидкостей, вероятно, из-за свойств этого макроциклического ароматического соединения.
Электродный компонент
Другое применение - «Электрод с модифицированной углеродной пастой Alcian Blue» (ABMCPE), который действует как высокочувствительный датчик окислительно-восстановительного потенциала по сравнению с чистым углеродным пастовым электродом (BCPE) и демонстрирует сильный «стимулирующий» эффект и стабильность.
Смотрите также
- Фталоцианин
- Изотиоуроний
- Империал Кемикал Индастриз
- Гликозаминогликан
- Протеогликан
- Муцин
- Кишечная метаплазия
- Диафонизация
Рекомендации
Внешние ссылки
- Гистологические пятна
- Файл пятен
- Уайтмен П. (февраль 1973 г.). «Количественное измерение комплексов гликозаминогликанов Alcian Blue» . Biochem. Дж . 131 (2): 343–50. DOI : 10.1042 / bj1310343 . PMC 1177474 . PMID 4269149 .