Влияние изотопного состава водных растворов на кинетику окислительно-восстановительного процесса

Аннотация

Исследована реакция восстановления водного раствора метиленового синего Мс⁺ до его лейкоформы МсН⁰ при добавлении раствора аскорбиновой кислоты. Показана возможность управления скоростью окислительно-восстановительных реакций, сопровождающихся переносом протонов в водных растворах. Управление скоростью реакции осуществляется варьированием содержания дейтерия в воде в достаточно узком диапазоне значений. Скорость реакции контролировалась по изменению интенсивности спектров поглощения растворов в диапазоне значений 500...700 нм. Скорость окислительно-восстановительного процесса --- реакции с участием метиленового синего --- зависит от содержания дейтерия и имеет немонотонный характер с локальным минимумом в области 10²...10⁴ ppm. Показана возможность управления скоростью реакции восстановления метиленового синего за счет использования раствора аскорбиновой кислоты, приготовленного на водной основе со смежным изотопным составом. Если раствор метиленового синего приготовлен на DDW, а раствор аскорбиновой кислоты --- на D_²O, то скорость реакции уменьшается примерно в 1,65 раза по сравнению с аналогичным параметром для растворов метиленового синего и аскорбиновой кислоты, приготовленных на DDW. Для раствора метиленового синего, приготовленного на MQ, а раствора аскорбиновой кислоты --- на D₂O, скорость реакции уменьшается примерно в 2 раза. Для раствора метиленового синего, приготовленного на D₂O, а раствора аскорбиновой кислоты --- на DDW, скорость реакции увеличивается в 2,4 раза. Установлена зависимость полноты реакции от изотопного состава водной основы

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Бункин Н.Ф., Тимченко С.Л., Болоцкова П.Н. и др. Влияние изотопного состава водных растворов на кинетику окислительно-восстановительного процесса. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2025, № 4 (121), с. 78--95. EDN: QYDUNY

Литература

[1] Buchachenko A.L., Pliss E.M. Hydrogen isotope effects and atom tunnelling. Russ. Chem. Rev., 2016, vol. 85, no. 6, pp. 557--564. DOI: https://doi.org/10.1070/RCR4625

[2] Tokunou Y., Hashimoto K., Okamoto A. Electrochemical detection of deuterium kinetic isotope effect on extracellular electron transport in Shewanella oneidensis MR-1. J. Vis. Exp., 2018, vol. 134, art. e57584. DOI: https://doi.org/10.3791/57584

[3] Basov A.A., Elkina А.A., Samkov A.A., et al. Influence of deuterium-depleted water on the isotope D/H composition of liver tissue and morphological development of rats at different periods of ontogenesis. Iran Biomed. J., 2019, vol. 23, no. 2, pp. 129--141.

[4] Basov A., Drobotenko M., Svidlov A., et al. Inequality in the frequency of the open states occurrence depends on single ²H/¹H replacement in DNA. Molecules, 2020, vol. 25, iss. 16, art. 3753. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules25163753

[5] Elkina A.A., Tumaev E.N., Basov A.A., et al. The mechanisms of the interaction of stable isotopes with biological objects in the presence of an uncompensated neutron in chemical bonds. Biophysics, 2020, vol. 65, no. 5, pp. 883--888. DOI: https://doi.org/10.1134/S0006350920050048

[6] Damir B., Alcazar O., Buchwald P. Methylene blue inhibits in vitro the SARS-CoV-2 spike--ACE2 protein-protein interaction --- a mechanism that can contribute to its antiviral activity against COVID-19. Front. Pharmacol., 2020, vol. 11.DOI: https://doi.org/10.3389/fphar.2020.600372

[7] Marc H., Mireille S., Louis P., et al. A cohort of cancer patients with no reported cases of SARS-CoV-2 infection: the possible preventive role of methylene blue. URL: https://fondsguerirducancer.fr/a-cohort-of-cancer-patients-with-no-reported-cases-of-sars-cov-2-infection-the-possible-preventive-role-of-methylene-blue (дата обращения: 09.01.2025).

[8] Lee S.-K., Mills A. Novel photochemistry of leuco-methylene blue. Chem. Commun., 2003, iss. 18, pp. 2366--2367. DOI: https://doi.org/10.1039/B307228B

[9] Lee S.-K., Mills A. Luminescence of leuco-thiazine dyes. J. Fluoresc., 2003, vol. 13, no. 5, pp. 375--377. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1026341420942

[10] Li Z., Wang C.J., Jiang W.T. Intercalation of methylene blue in a high-charge calcium montmorillonite --- an indication of surface charge determination. Adsorp. Sci. Technol., 2010, vol. 28, no. 4, pp. 297--312. DOI: https://doi.org/10.1260/0263-6174.28.4.297

[11] Wen Y., Li W., Poteet E.C., et al. Alternative mitochondrial electron transfer as a novel strategy for neuroprotection. J. Biol. Chem., 2011, vol. 286, iss. 18, pp. 16504--16515. DOI: https://doi.org/10.1074/jbc.M110.208447

[12] Syroeshkin A., Pleteneva T., Uspenskaya E., et al. D/H control of chemical kinetics in water solutions under low deuterium concentrations. Chem. Eng. J., 2019, vol. 377, art. 119827. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2018.08.213

[13] Сыроешкин А.В., Елизарова Т.Е., Плетенева Т.В. и др. Влияние дейтерия на свойства фармацевтических субстанций (обзор). Разработка и регистрация лекарственных средств, 2020, т. 9, № 2, с. 24--32. DOI: https://doi.org/10.33380/2305-2066-2020-9-2-24-32

[14] Ninham B.W., Battye M.J., Bolotskova P.N., et al. Nafion: new and old insights into structure and function. Polymers, 2023, vol. 15, no. 9, art. 2214. DOI: https://doi.org/10.3390/polym15092214

[15] Bunkin N.F., Bolotskova P.N., Gladysheva Y.V., et al. Adsorption of methylene blue on the surface of polymer membrane; dependence on the isotopic composition of liquid matrix. Polymers, 2022, vol. 14, iss. 19, art. 4007. DOI: https://doi.org/10.3390/polym14194007

[16] Eisenberg D., Kauzmann W. The structure and properties of water. Oxford Univ. Press, 1969.

[17] Audi G., Bersillon O., Blachot J., et al. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties. Nucl. Phys., 2003, vol. 729, iss. 1, pp. 3--128. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001

[18] Nollet L.M.L., De Gelder L.S.P., eds. Handbook of water analysis. CRC Press, 2014.

[19] Морозов А.Н., Фадеев Г.Н., Богатов Н.А. и др. Влияние низкочастотных колебаний на процесс восстановления метиленового синего. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2022, № 1 (100), c. 141--156. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2022-1-141-156

[20] Holz M., Heil S.R., Sacco A. Temperature-dependent self-diffusion coefficients of water and six selected molecular liquids for calibration in accurate ¹H NMRPFG measurements. Phys. Chem. Chem. Phys., 2000, iss. 20, pp. 4740--4742. DOI: https://doi.org/10.1039/b005319h