ПРОИЗВОДНОЕ МЕТИЛ-АКВОКОБИРИНОВОЙ КИСЛОТЫ, КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ АЛКИЛИРОВАНИЯ И СПОСОБ ДЕТОКСИФИКАЦИИ ВРЕДНОГО СОЕДИНЕНИЯ ПУТЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПОЗИЦИИ
METHYL-AQUACOBYRINIC ACID, ALKYLATION COMPOSITION AND METHOD FOR DETOXIFICATION OF HARMFUL COMPOUND USING SAID COMPOSITION

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к производному метил-аквокобириновой кислоты, композиции алкилирования и способу детоксификации вредного соединения путем утилизации соединения.
Предшествующий уровень техники
Материалы из тяжелых металлов, таких как мышьяк, сурьма и селен, широко применяются в качестве промышленных материалов, например полупроводников, но при проникновении в окружающую среду они влияют на организм, являясь вредным материалом для организма.
Ранее в качестве способа удаления этих тяжелых металлов применяли общеизвестный способ, в котором флоккулирующий агент, такой как полихлорированный алюминий (ПХА), добавляли в сточные воды, содержащие неорганический мышьяк, такой как вредная мышьяковистая кислота, а затем после агрегации неорганического мышьяка, абсорбированного на флоккулирующем агенте и железе, содержавшемся в сырой воде и впоследствии осевшем, неорганический мышьяк удаляли путем фильтрации, или способ, в котором мышьяковистые соединения и т.д. абсорбировали с применением флоккулирующего агента на основе активированной окиси алюминия, церия.
С другой стороны, известно, что в природе неорганический мышьяк находится в морских продуктах, таких как морские водоросли, и что часть неорганического мышьяка превращается в органическое соединение мышьяка, такое как диметил-мышьяк, в физиологических процессах (Kaise et al. 1998, Organomet. Chem., 12 137-143). Общеизвестно, что это органическое соединение мышьяка обладает меньшей токсичностью для млекопитающих, чем неорганический мышьяк. В частности, большая часть мышьяка, содержащегося в продуктах моря, существует в виде арсенобетаина. Общепризнано, что арсенобетаин является безвредным веществом.
Сущность изобретения
В вышеуказанном способе удаления тяжелого металла, характеризующемся применением фильтрации и абсорбции, необходимо хранить или перерабатывать загрязненный осадок, содержащий вредное соединение, такое как неорганический мышьяк, и абсорбент, на котором абсорбировано вредное соединение, например, путем изоляции вредного соединения бетоном или др. для предотвращения утечки во внешнюю среду. Таким образом, существует проблема трудности массового захоронения, поскольку требуется место захоронения или большое пространство для переработки площадей захоронения.
Задачей данного изобретения является решение вышеуказанных проблем путем композиции и способа детоксификации вредного соединения, содержащего мышьяк и т.д., эффективно и методично путем применения указанной композиции.
Способы решения проблем
Для решения указанных задач авторы данного изобретения провели интенсивные исследования реакции метилирования вредного соединения, в частности метилирования, в особенности диметилирования и более предпочтительно триметилирования вредного соединения, содержащего мышьяк и т.д., посредством химических реакций с применением органического комплекса металла, имеющего связь кобальт-углерод. В результате было сделано данное изобретение.
Таким комплексом является производное метил-аквокобириновой кислоты, которое в соответствии с данным изобретением характеризуется тем, что имеет следующую общую формулу (1):
Кроме того, предложена композиция для алкилирования в соответствии с данным изобретением, в которой композиция содержит органический комплекс металла, имеющий связь кобальт-углерод, причем органический комплекс металла является производным метил-аквокобириновой кислоты, имеющий общую формулу (2):
3
2
1
4
Далее, в предпочтительном воплощении композиции для алкилирования в соответствии с данным изобретением, органическим комплексом металла является метил-аквокобириновой кислоты гептаметил-эфир перхлорат [(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO:
3
где Х является СН, Н или Na.
Далее, в предпочтительном воплощении композиции для алкилирования в соответствии с данным изобретением вредное соединение, содержащее по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, включающей мышьяк, сурьму и селен, алкилируют с применением органического комплекса металла.
Далее, в предпочтительном воплощении композиции для алкилирования в соответствии с данным изобретением композиция дополнительно содержит восстанавливающий агент для восстановления по меньшей мере одного металла, выбранного из группы, включающей мышьяк, сурьму и селен.
Далее, в предпочтительном воплощении композиции для алкилирования в соответствии с данным изобретением восстанавливающий агент является материалом, содержащим SH-группу.
Далее, в предпочтительном воплощении композиции для алкилирования в соответствии с данным изобретением материал имеет SH-группу, являющуюся по меньшей мере одной, выбранной из групп, включающих глутатион, восстановленный глутатион (GSH), цистеин, S-аденозил-цистеин, сульфорафан, дитиотреитол и тиогликоль.
Далее, в предпочтительном воплощении композиции для алкилирования в соответствии с данным изобретением композиция включает добавочный метилирующий агент, имеющий S-Me-группу.
Далее, в предпочтительном воплощении композиции для алкилирования в соответствии с данным изобретением добавочный метилирующий агент представляет собой по меньшей мере один, выбранный из группы, включающей метионин и S-аденозил-метионин.
Далее, в предпочтительном воплощении композиции для алкилирования в соответствии с данным изобретением композиция содержит буферный раствор.
Далее, в предпочтительном воплощении композиции для алкилирования в соответствии с данным изобретением рН буферного раствора находится в диапазоне 5-10.
Далее, в предпочтительном воплощении композиции для алкилирования в соответствии с данным изобретением композиция содержит органическое галогенидное соединение.
Далее, в предпочтительном воплощении композиции для алкилирования в соответствии с данным изобретением органическое галогенидное соединение является метил-галогенидом.
Далее, в предпочтительном воплощении композиции для алкилирования в соответствии с данным изобретением метил-галогенид является по меньшей мере одним, выбранным из группы, включающей метилиодид, метилбромид и метилхлорид.
Далее, в предпочтительном воплощении композиции для алкилирования в соответствии с данным изобретением органическое галогенидное соединение является галогенированной уксусной кислотой.
Далее, в предпочтительном воплощении композиции для алкилирования в соответствии с данным изобретением галогенированная уксусная кислота является по меньшей мере одной, выбранной из группы, включающей хлоруксусную кислоту, бромуксусную кислоту и иодуксусную кислоту.
Далее, в предпочтительном воплощении композиции для алкилирования в соответствии с данным изобретением органическое галогенидное соединение является по меньшей мере одним, выбранным из группы, включающей метил-хлорид, метил-бромид, метил-иодид, хлоруксусную кислоту, бромуксусную кислоту, иодуксусную кислоту, хлороэтанол, бромоэтанол, иодоэтанол, хлоропропионовую кислоту, бромопропионовую кислоту, иодопропионовую кислоту, этиловый эфир хлоруксусной кислоты, этиловый эфир бромуксусной кислоты, этиловый эфир иодуксусной кислоты.
Далее, способ детоксификации вредного соединения в соответствии с данным изобретением, в котором вредное соединение, содержащее, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, включающей мышьяк, сурьму и селен, детоксифицируют путем алкилирования вредного соединения в присутствии композиции в соответствии с любым из пунктов 2-17.
Далее, в предпочтительном воплощении способа детоксификации вредного соединения в соответствии с данным изобретением детоксификация достигается путем повышения степени окисления элемента.
Далее, в предпочтительном воплощении способа детоксификации вредного соединения в соответствии с данным изобретением, по меньшей мере, одну связь одного элемента алкилируют.
Далее, в предпочтительном воплощении способа детоксификации вредного соединения в соответствии с данным изобретением элемент является мышьяком.
50
Далее, в предпочтительном воплощении способа детоксификации вредного соединения в соответствии с данным изобретением доза, приводящая к 50% летальному исходу (LD) соединения, детоксифицированного посредством алкилирования, больше или равна 1000 мг/кг.
50
Далее, в предпочтительном воплощении способа детоксификации вредного соединения в соответствии с данным изобретением концентрация, приводящая к 50%, ингибированию клеточного роста (IC) соединения, детоксифицированного посредством алкилирования, больше или равна 1000 мкМ.
Далее, в предпочтительном воплощении способа детоксификации вредного соединения в соответствии с данным изобретением вредное соединение выбрано из группы, включающей триоксид мышьяка, пентоксид мышьяка, трихлорид мышьяка, пентахлорид мышьяка, мышьяково-сульфидное соединение, цианисто-мышьяковое соединение, хлоро-мышьяковое соединение и другие неорганические соли мышьяка.
Далее, в предпочтительном воплощении способа детоксификации вредного соединения в соответствии с данным изобретением алкилирование представляет собой метилирование.
Далее, в предпочтительном воплощении способа детоксификации вредного соединения в соответствии с данным изобретением вредное соединение превращают в диметильное соединение или триметильное соединение посредством метилирования.
Далее, в предпочтительном воплощении способа детоксификации вредного соединения в соответствии с данным изобретением диметильное соединение представляет собой диметиларсонилэтанолом (ДМАЭ), диметиларсонилацетатом (ДМАА), диметиларсоновую кислоту или арсеносахар.
Далее, в предпочтительном воплощении способа детоксификации вредного соединения в соответствии с данным изобретением триметильное соединение представляет собой арсенохолин, арсенобетаин, триметиларсеносахар или триметиларсиноксид.
Композиция для алкилирования в соответствии с данным изобретением позволяет достичь эффект, состоящий в возможности алкилирования вредного соединения, в частности вредного соединения, содержащего мышьяк, сурьму и селен и т.д., легко и просто. Кроме того, эффект, достигаемый способом данного изобретения, заключается в том, что не требуется большого пространства, такого как место хранения, и можно детоксифицировать вредное соединение без ограничения. Далее достигаемый эффект заключается в том, что не образуется нежелательный побочный продукт, поскольку в способе не применяется биологический материал в жизнеспособном состоянии. Далее эффект, достигаемый в соответствии с данным изобретением, заключается в том, что можно уменьшить содержание вредного неорганического мышьяка более простым способом.
Краткое описание чертежей
12
2
1
2
1
4
На фиг.1 приведен электронный спектр Со(III) комплекса витамина B. (Растворитель: метиленхлорид). А показывает (СN)Сob(III)7Сэфир, а В показывает случай [(СN)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO соответственно.
12
1
4
1
4
На фиг.2 приведен электронный спектр Со(II) комплекса витамина B. (Растворитель: метиленхлорид). А показывает [Соb(II)7Сэфир]СlO (безосновный тип), а В показывает [Cob(II)7Cэфир]СlO + пиридин (основный тип).
12
3
2
1
4
На фиг.3 приведен электронный спектр Со комплекса витамина B. (Растворитель: метиленхлорид). На фиг.3А показывает [(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO (Растворитель: метиленхлорид, перед воздействием света), а В показывает спектр А после воздействия света.
3
2
1
4
На фиг.4 приведена ВЭЖХ-ИСП-МС (высокоэффективная жидкостная хроматография с масс-спектрометрией с индукционно-связанной плазмой) хроматограмма продукта реакции метилирования неорганического мышьяка с помощью [(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO. (А) показывает результат через 30 минут после реакции, (В) показан через 4 часа после реакции.
На фиг.5 приведена ВЭЖХ-ИСП-МС хроматограмма. (№ на графике соответствует № в таблице 3).
На фиг.6 приведена ВЭЖХ-ИСП-МС хроматограмма. (№ на графике соответствует № в таблице 3).
На фиг.7 показано изменение концентрации мышьякового соединения в реакционном растворе. (Это соответствует №1-8 из таблицы 3).
На фиг.8 показано изменение количества мышьякового соединения (в %) в реакционном растворе. (Это является графической формой №1-7 из таблицы 3).
На фиг.9 показано изменение количества мышьякового соединения (в %) в реакционном растворе. (Это является графической формой №6-11 из таблицы 3).
На фиг.10 приведена ВЭЖХ-ИСП-МС хроматограмма. (№ на графике соответствует № в таблице 4).
На фиг.11 приведена ВЭЖХ-ИСП-МС хроматограмма. (№ на графике соответствует № в таблице 4).
На фиг.12 приведена ВЭЖХ-ИСП-МС хроматограмма (в случае обработки перекисью водорода). (№ на графике соответствует № в таблице 4).
На фиг.13 приведена ВЭЖХ-ИСП-МС хроматограмма (№ на графике соответствует №12-14 в таблице 4).
На фиг.14 показано изменение концентрации мышьякового соединения в реакционном растворе (в случае без обработки перекисью водорода).
На фиг.15 показано изменение концентрации мышьякового соединения в реакционном растворе (после обработки перекисью водорода).
На фиг.16 показано изменение количества мышьякового соединения (в %) в реакционном растворе (в случае без обработки перекисью водорода).
На фиг.17 показано изменение количества мышьякового соединения (в %) в реакционном растворе (после обработки перекисью водорода).
На фиг.18 показано изменение количества мышьякового соединения (в %) в реакционном растворе.
На фиг.19 приведена ВЭЖХ-ИСП-МС хроматограмма.
На фиг.20 приведена ВЭЖХ-ИСП-МС хроматограмма (соответствует №10 в таблице 6, №10 в таблице 7 и №10 в таблице 8).
3
2
1
4
На фиг.21 приведен электронный спектр метил-аквокобириновой кислоты гептаметил-эфир перхлората [(СН)(НO)Cob(III)7Cэфир]СlO. А: перед воздействием света, В: после воздействия света.
3
2
4
На фиг.22 приведен электронный спектр метил-аквокобириновой кислоты натрия перхлората [(СН)(НO)Cob(III)СООNа]ClO. А: перед воздействием света, В: после воздействия света.
На фиг.23 приведена ВЭЖХ-ИСП-МС хроматограмма.
1
3
2
1
4
На фиг.24 приведен H-ЯМР метил-аквокобириновой кислоты гептаметил-эфир перхлората [(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO.
1
3
2
1
4
На фиг.25 приведен Н-ЯМР сигнал в случае гидролиза метил-аквокобириновой кислоты гептаметил-эфир перхлората [(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]ClO.
Осуществление изобретения
Производное метил-аквокобириновой кислоты в соответствии с данным изобретением имеет следующую общую формулу (4):
Далее, в композиции для алкилирования в соответствии с данным изобретением, где композиция содержит органический комплекс металла, имеющий связь кобальт-углерод, органический комплекс металла является производным метил-аквокобириновой кислоты, имеющим общую формулу (5):
В предпочтительном воплощении Х является Н или Na. Причина, по которой Х предпочтительно является Н или Na, была установлена изобретателями и заключается в том, что можно превратить триоксид мышьяка и пр. в триметил-мышьяк и пр., почти со 100% выходом в результате метилирования мышьяка и пр., поскольку применение таких производных метил-аквокобириновой кислоты увеличивает растворимость раствора и увеличивает концентрацию.
3
Изобретатели обнаружили, что если в формуле (5) Х=Н или Na, то карбоксильная группа более растворима по сравнению с Х=СН (гидрофобный витамин В 12 (кобириновой кислоты гептаметиловый эфир), что улучшает растворимость и обеспечивает высокую концентрацию для улучшения эффективности реакции метилирования.
3
С другой стороны, в случае гидрофобного витамина В 12 Х=СН в формуле (5), соединение может также быть утилизировано, так как что соединение имеет следующие преимущества (1), его легко экстрагировать из смеси реакционного раствора с помощью органического растворителя и повторно переработать его, (2) реактивность в водорастворимой системе сосуществующего органического растворителя является большей или равной реактивности водорастворимого витамина 12 (метилкобаламина).
3
2
7
1
4
Далее, в предпочтительном воплощении композиции для алкилирования соответственно данному изобретению композиция содержит метил-аквокобириновой кислоты гептаметил-эфир перхлорат [(СН)(НO)Cob(III)Сэфир]СlO формула 6], который является органическим комплексом металла, содержащим кобальт-углеродную связь:
3
3
3
3
Вышеуказанное соединение можно применять как композицию, хотя соединение, где Х=Н, СН или Na может применяться как таковое. Оно может применяться в комбинации с таким же соединением, например, в комбинации соединений, где Х=Н и где Х=СН, соединений, где Х=Н и где X=Na, или соединений, где X=Na и где Х=СН, или даже соединений, содержащих все возможные соединения, то есть соединений, где Х=Н, где Х=СН и где X=Na.
То есть в композиции для алкилирования в соответствии с данным изобретением возможно алкилировать вредное соединение, содержащее, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, включающей мышьяк, сурьму и селен, с применением органического комплекса металла. Термин «вредное соединение», используемый здесь, означает соединение, оказывающее любое побочное влияние на организм при проникновении в окружающую среду и воздействии на организм.
50
В качестве вредного соединения, содержащего мышьяк, среди вышеуказанных вредных соединений могут упоминаться мышьяковистая кислота, пентоксид мышьяка, трихлорид мышьяка, пентахлорид мышьяка, сульфидное соединение мышьяка, цианисто-мышьяковое соединение, хлоромышьяковое соединение и другие неорганические соли мышьяка и/или тому подобное. В этих соединениях мышьяка, например, LD (50% летальная доза для мышей) меньше или равна 20, что является отравляющим значением для организма.
Далее, в качестве вредного соединения, содержащего сурьму, могут упоминаться триоксид сурьмы, пентоксид сурьмы, трихлорид сурьмы и пентахлорид сурьмы и/или тому подобное.
Далее, в качестве вредного соединения, содержащего селен, могут упоминаться диоксид селена, триоксид селена.
В предпочтительном воплощении композиция данного изобретения может дополнительно содержать восстанавливающий агент для восстановления, по меньшей мере, одного металла, выбранного из группы, включающей мышьяк, сурьму и селен. Присутствие востанавливающего агента дополнительно ускоряет алкилирование. Хотя полагают, что восстанавливающая способность для мышьяка или реакции трансметилирования вероятно регулируется скоростью превращения в арсенобетаин, превращение в арсенобетаин и т.д. может быть ускорено путем добавления таких веществ. В качестве восстанавливающего агента может быть упомянут, например, материал, имеющий SH-группу, например, по меньшей мере, один материал, выбранный из группы, включающей глутатион, восстановленный глутатион (GSH), цистеин, S-аденозил-цистеин, сульфорафан, дитиотреитол и тиогликоль.
Далее, в предпочтительном воплощении композиции для алкилирования в соответствии с данным изобретением композиция содержит добавочный метилирующий агент, имеющий S-Me группу. Присутствие добавочного фактора метилирующего агента, имеющего S-Me группу, делает возможным получение большего числа алкильных групп, и таким образом, достижение большего алкилирования и соответственно большей детоксификации. В качестве добавочного метилирующего агента может быть упомянут, по меньшей мере, один, выбранный из группы, включающей метионин и S-аденозил-метионин.
Далее, композиция для алкилирования в соответствии с данным изобретением может содержать буферный раствор. В качестве буферного раствора могут применяться растворы, которые обычно используют для выделения, очистки или консервации биомедицинских материалов. Без конкретных ограничений могут быть упомянуты буферные растворы, такие как трис-буфер, фосфатный буфер, карбонатный буфер и боратный буфер. С точки зрения достижения более безопасной детоксификации рН буферного раствора предпочтительно находится в диапазоне 5-10.
Композиция для алкилирования в соответствии с данным изобретением может содержать органическое галогенидное соединение. С точки зрения возможности легкого превращения диметильного соединения и/или триметильного соединения в арсенобетаин, в качестве органического галогенидного соединения может быть упомянут метил-галогенид. С точки зрения высокой реактивности метилирования, в качестве метил-галогенида может быть упомянут, по меньшей мере, один, выбранный из группы, включающей метилиодид, метилбромид и метилхлорид.
В дополнение, с точки зрения высокой реактивности алкилирования, в качестве органического галогенидного соединения может быть упомянуто, по меньшей мере, одно соединение, выбранное из группы, включающей йодоуксусную кислоту, иодоэтанол, бромуксусную кислоту, бромоэтанол, иодопропионовую кислоту.
В предпочтительном воплощении органическое галогенидное соединение может быть галогенированной уксусной кислотой. В качестве примера галогенированной уксусной кислоты может быть упомянута, по меньшей мере, одна кислота, выбранная из группы, включающей хлоруксусную кислоту, бромуксусную кислоту и йодоуксусную кислоту.
Далее, в предпочтительном воплощении в качестве органического галоидного соединения может быть упомянуто, по меньшей мере, одно, выбранное из группы, включающей метилхлорид, метилбромид, метилиодид, хлоруксусную кислоту, бромуксусную кислоту, йодоуксусную кислоту, хлороэтанол, бромоэтанол, иодоэтанол, хлоропропионовую кислоту, бромопропионовую кислоту, иодопропионовую кислоту, хлоруксусной кислоты этиловый эфир, бромуксусной кислоты этиловый эфир и иодуксусной кислоты этиловый эфир.
Далее раскрывается способ детоксификации соединения в соответствии с данным изобретением. Способ детоксификации вредного соединения в соответствии с данным изобретением характеризуется тем, что вредное соединение, содержащее, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, включающей мышьяк, сурьму и селен, детоксифицируют путем алкилирования вредного соединения в присутствии описанной выше композиции для алкилирования в соответствии с данным изобретением. Композиция для алкилирования в соответствии с данным изобретением и вредное соединение, применяемые здесь, означают те, что раскрыты выше, и те, раскрытие которых может быть использовано для способа детоксификации вредного соединения в соответствии с данным изобретением.
50
50
В предпочтительном воплощении способа детоксификации вредного соединения в соответствии с данным изобретением детоксицированное соединение имеет концентрацию, приводящую к 50% ингибированию клеточного роста (IC), или дозу, приводящую к 50% летальному исходу (LD), больше, т.е. возможно достичь большей детоксификации, которую предпочтительно осуществляют путем повышения степени окисления элемента, содержащегося в вышеуказанном вредном соединении. Конкретно, возможно увеличить степень окисления одного элемента путем алкилирования с применением композиции данного изобретения, как описано выше, в качестве катализатора реакции. Предпочтительно превратить степень окисления три в степень окисления пять в случае, когда элемент является мышьяком или сурьмой, и предпочтительно превратить степень окисления четыре в степень окисления шесть в случае селена.
В данном изобретении детоксификацию вредного соединения проводят путем его алкилирования. Детоксификацию по настоящему изобретению можно осуществлять путем алкилирования, по меньшей мере, одной связи одного элемента, содержащегося в вышеуказанном вредном соединении.
Конкретно, возможно алкилировать, по меньшей мере, одну связь одного элемента путем проведения реакции с применением композиции для алкилирования данного изобретения, как описано выше. В качестве алкильной группы, добавляемой к одному элементу, может быть упомянута метильная группа, этильная группа и пропильная группа и т.д. С точки зрения возможности достижения более эффективной детоксификации, метильная группа является предпочтительной алкильной группой.
50
В способе детоксификации вредного соединения в соответствии с данным изобретением с точки зрения безопасности для живых организмов доза, приводящая к 50% летальному исходу (LD) (пероральная токсичность, соответствующая смертельной дозе для 50% мышей), соединения, детоксифицируемого при вышеуказанном алкилировании, предпочтительно больше или равна 1000 мг/кг, более предпочтительно больше или равна 5000 мг/кг.
50
50
50
50
50
Далее, в способе детоксификации вредного соединения в соответствии с данным изобретением с точки зрения безопасности для живых организмов концентрация, приводящая к 50% ингибированию клеточного роста (IC), соединения, детоксифицируемого при вышеуказанном алкилировании или арилировании, предпочтительно больше или равна 1000 мкМ. Термин «концентрация, приводящая к 50% ингибированию клеточного роста (IС)», применяемый здесь, означает численное значение, при котором достигается необходимая концентрация определенного вещества для блокирования или ингибирования 50% пролиферации 100 клеток. Чем меньше численное значение IС, тем выше цитотоксичность. Далее, IC подсчитывали по результатам оценки цитотоксичности, вызывающей повреждение плазмидной ДНК при условиях 37°С, в течение 24 часов. На данный момент IC каждого соединения мышьяка показана в таблице 1.
Таблица 1
Соединение мышьяка
IC<sub>50</sub> (мг/см<sup>3</sup>)
1 As (III)
0.0007
1 As (V)
0.006
MMA
1.2
DMA
0.32
TMAO
>10
AB
>10
AC
>10
ТeMA
8
AS
2
Из таблицы 1 видно, что мышьяковый сахар (III), содержащий трехвалентный мышьяк (III), обладает более высокой цитотоксичностью, чем монометилированный мышьяк (MMA) и диметилированный мышьяк (DMA), содержащие пятивалентный мышьяк, но обладает меньшей цитотоксичностью, чем монометилированный мышьяк (MMA), диметилированный мышьяк (DMA), содержащие трехвалентный мышьяк, и мышьяковистая кислота. С другой стороны, известно, что монометилированный мышьяк (MMA), диметилированный мышьяк (DMA), содержащие трехвалентный мышьяк, обладают более высокой цитотоксичностью, чем мышьяковистая кислота (содержащая трехвалентный и пятивалентный мышьяк), но в целом соединения мышьяка (V) обладают большей безопасностью для живых организмов с точки зрения цитотоксичности, чем соединение мышьяка (III).
50
LD каждого соединения мышьяка показана в таблице 2.
Таблица 2
Соединение мышьяка
LD<sub>50</sub> (г/кг)
I As(III)
0.0345
I As (V)
0.014~0.018
ММА
1.8
DMA
1.2
ТМАО
10.6
АВ
>10
АС
6.5
ТеМА
0.9
В способе детоксификации вредного соединения в соответствии с данным изобретением время биологической полужизни соединения, детоксифицируемого вышеуказанным алкилированием, предпочтительно меньше или равно 8 часов. В способе детоксификации соединения в соответствии с данным изобретением предпочтительно превращать вредное соединение в диметильное соединение или триметильное соединение посредством метилирования, т.к. полученные соединения являются безопасными и имеют меньшую токсичность. В качестве диметильного соединения может быть упомянут диметиларсонилэтанол (ДМАЭ), диметиларсонилацетат (ДМАА), диметиларсиновая кислота или арсеносахар. В качестве триметильного соединения может быть упомянут арсенохолин, арсенобетаин, триметиларсеносахар или триметиларсиноксид.
Осуществление изобретения
Данное изобретение раскрыто в подробностях со ссылкой на примеры, но изобретение не ограничивается нижеприведенными примерами. Далее приведены сокращения, использованные в примерах:
3
2
1
4
[(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO: метил-аквокобириновой кислоты гептаметил-эфир перхлорат
iAs (III): трехвалентный неорганический мышьяк
ММА: монометилированая мышьяковая кислота
DMA: диметилированная мышьяковистая кислота
ТМАО: триметиларсиноксид
АВ: арсенобетаин (триметиларсоний-уксусная кислота)
DMAA: диметиларсоний-уксусная кислота
AS: арсоносахар
МеСо: метилкобаламин
GSH: глутатион (восстановленная форма)
iSe (IV): неорганический селен (четырехвалентный)
MIAA: монойодуксусная кислота
Синтез комплекса кобальта
3
2
1
4
Синтез [(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO: метил-аквокобириновой кислоты гептаметил-эфир перхлората
2
1
(1) Синтез (СN)Соb(III)]7Сэфира
Схема реакции
2
1
Исходным веществом является цианкобаламин, который превращается в (СN)Cob(III)7Сэфира.
Осуществление эксперимента
-4
-2
-4
1,0 г цианкобаламина (7,5×10 моль) растворяли в 300 мл метанола и в полученную смесь, содержащую 150 мл метанола, добавляли 50 мл холодной концентрированной серной кислоты с последующим нагреванием полученной смеси с обратным холодильником в течение 120 часов в защищенных от света условиях в атмосфере азота. После этого реакционную смесь конденсировали под сниженным давлением, а затем добавляли 100 мл холодной воды и нейтрализовали твердым карбонатом натрия. К смеси добавляли 4,0 г цианида калия (6.1×10 моль) и экстрагировали тетрахлоридом углерода (150 мл×3). Далее проводили экстракцию метиленхлоридом (150 мл×3). Вышеуказанную операцию проводили вновь, поскольку экстракт метиленхлорида содержал неполные эфирные соединения. Экстракт тетрахлорида углерода высушивали сульфатом натрия, а затем высушивали при сниженном давлении. Повторное осаждение проводили с бензол/н-гексаном (1:1 об/об) до получения фиолетового порошка. (Получено: 777 мг (7.1×10 моль). Выход: 95%).
Результат анализа
-1
Точка плавления: 138-140°С, Точка разложения: 193-196°С. Электронный спектр показан на фиг.1, А. ИК-спектр (анализ с KBr): ν(C≡N)2130; ν(эфир С=O)1725 см
Элементный анализ:
Действительное измеренное значение: С, 58.46; Н, 6.74; N, 7.58 %
54
73
6
14
2
CHCoN O•HO
Расчетное значение: С, 58.58; Н, 6.83; N, 7.59 %
12
2
1
2
1
4
На фиг.1 показан электронный спектр Со(III) комплекса витамина B. (Растворитель: метиленхлорид). А относится к (CN)Cob(III)7Cэфира, а В к [(CN)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO.
2
1
4
(2) Синтез [(СN)(НO)Cob(III)7Сэфир]ClO
Схема реакции
2
1
2
1
4
Исходным веществом является (СN)Сob(III)7Сэфир, который превращается в [(СN)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO.
Осуществление эксперимента
2
1
4
-5
-5
50 мг (CN)Cob(III)7Cэфир (4.6×10 моль) растворяли в 100 мл метиленхлорида и перемешивали с 30% водным раствором НСlO в делительной воронке. Смесь промывали водой и высушивали безводным сульфатом натрия, а затем высушивали при пониженном давлении. Проводили повторное осаждение с бензол/н-гексаном до получения порошка красного цвета. (Получено: 50 мг (3,9×10 моль). Выход: 92%.
Результаты анализа
-1
Точка плавления: 96-98°С, Точка разложения: 216-220°С. Электронный спектр показан на фиг.1, В. ИК-спектр (анализ с KBr): ν(C≡N)2150; ν(эфир С≡O)1730 см
Элементный анализ:
Действительное измеренное значение: С, 53.75; Н, 6.40; N, 6.03 %
54
75
6
19
СНСоNO
Расчетное значение: С, 53.92; Н, 6.40; N, 5.93 %
1
4
(3) Синтез [Cob(II)7Сэфир]СlO
Схема реакции
2
1
4
Исходное вещество (CN)(HO)Cob(III)7Сэфир превращается в [Cob(II)7C1эфир]ClO.
Осуществление эксперимента
2
1
4
4
-5
-5
50 мг (CN)(HO)Cob(III)7Cэфира (4,2×10 моль) растворяли в 100 мл метанола и деаэрировали продуванием азотом. К этой смеси добавляли 400 мг NaBH (1,05 моль) до получения зеленого цвета, придаваемого Со(I). К этой смеси добавляли 3 мл 60% водного раствора HClO. Далее добавляли 50 мл воды и проводили экстракцию метиленхлоридом. Смесь промывали водой и высушивали безводным сульфатом натрия, а затем высушивали при пониженном давлении. Затее проводили повторное осаждение с бензол/н-гексаном до получения порошка оранжевого цвета. (Получено: 50 мг (3,7×10 моль). Выход: 87%.
Результаты анализа
-1
-1
4-
Точка плавления: 96-100°С, Точка разложения: 190°С. Электронный спектр показан на фиг.2, А. ИК-спектр (анализ с KBr): ν(C≡N)2150; ν(эфир С=O)1725 см; ν(ClO)1100, 620 см
Элементный анализ:
Действительное измеренное значение: С, 54.68, Н, 6.41; N, 5.00 %
52
73
4
18
CHCoNO
Расчетное значение: С, 54.95, Н, 6.47; N, 4.93 %
3
2
1
4
(4-1) Синтез [(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO
Схема реакции
1
4
3
2
1
4
Исходное вещество Cob(II)7Сэфир]СlO превращается в [(CH)(HO)Cob(III)7Cэфир]ClO.
Осуществление эксперимента
1
4
4
3
4
3
2
1
4
-5
-4
30 мг [Соb(II)7Сэфир]СlO (2,6×10 моль) растворяли в 100 мл метанола и деаэрировали продуванием азотом. К этой смеси добавляли 300 мг NaBH (0,788 моль) до получения зеленого цвета, придаваемого Со(I). К смеси добавляли 37 мг СНI (2,6×10моль) и перемешивали в течение 5 минут. Затем добавляли 2 мл 60% водного раствора 60% НСlO. Затем добавляли 50 мл воды и экстрагировали метиленхлоридом. Затем смесь промывали водой и высушивали безводным сульфатом натрия, а затем высушивали при пониженном давлении. Проводили повторное осаждение бензол/н-гексаном до получения порошка оранжевого цвета [(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO. Электронный спектр показан на фиг.3 (А: перед воздействием света. В: после воздействия света). Синтез метильного комплекса подтверждается расщеплением метильной группы Со-Ме при воздействии светом.
3
2
1
4
(4-2) Синтез [(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO
Осуществление эксперимента
1
4
3
4
3
2
1
4
-5
-3
50 мг [Cob(II)7Сэфир]СlO (4,4×10 моль) растворяли в 30 мл уксусной кислоты, удаляли кислород продуванием азотом. После этого к смеси добавляли 600 мг порошка цинка и перемешивали в потоке азота в течение 10 минут. После того как цвет полученного таким образом раствора менялся на темно-зеленый в темном месте, к нему добавляли 1,0 г СНI (7,0×10 моль) и перемешивали в течение 5 минут. После окончания реакции порошок цинка удаляли фильтрацией и добавляли к фильтрату 50 мл 15% водного раствора НСlO. Проводили экстракцию метиленхлоридом (50 мл × три раза). После экстракции промывали 5% (масс) раствором гидрокарбоната натрия и дистиллированной водой и высушивали безводным сульфатом натрия, а затем высушивали при пониженном давлении. Проводили повторное осаждение бензол/н-гексаном до получения порошка оранжевого цвета, 43 мг (84%) [(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO.
Результаты анализа
-1
-1
4-
ИК-спектр (анализ с КВr):ν(эфир С=О)1730 см; ν(ClO)1100, 620 см
3
3
1Н-ЯМР(СDOD, TMS): δ-0.18 (3Н, s, СН-Со)
Элементный анализ:
Действительное измеренное значение: С, 54.49; Н, 6.61; N, 4.96 %
53
78
4
19
CHClCoNO
Расчетное значение: С, 54.43; Н, 6.72; N, 4.80 %
12
1
4
1
4
12
3
2
1
4
На фиг.2 показан электронный спектр Со(II) комплекса витамина В (Растворитель: метиленхлорид). А показывает случай [Cob(II)7Сэфир]СlO (безосновный тип), а В [Соb(II)7Сэфир]СlO + пиридин (основный тип). На фиг.3 показан электронный спектр Со комплекса витамина B (Растворитель: метиленхлорид). На фиг.3А показывает [(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO (Растворитель: метиленхлорид, перед воздействием света), а В показывает спектр А после воздействия света.
Пример 1
Схема реакции
Осуществление реакции
3
2
1
4
В 1,5 мл пробирку типа Эппендорф добавляли 740 мкл реакционного буферного раствора (100 мМ Трис-НСl (рН 7,8). К нему добавляли 220 мкл 100 мМ водного раствора GSH и перемешивали на аппарате Voltex в течение 30 секунд. Далее добавляли 20 мкл стандартного раствора неорганического селена (Se) (IV) 1000 ч./млн. (для атомной абсорбции). Этот раствор оставляли на 60 минут при 37°С. К нему добавляли 20 мкл стандартного раствора неорганического мышьяка (III) 100 ч./млн. (для атомной абсорбции) и перемешивали в течение 30 секунд. К нему добавляли 20 мкл 7,4 мМ метанольного раствора [(СН)(НO)Соb(III)7Сэфир]СlO (метил-аквокобириновой кислоты гептаметил-эфир перхлората) (Композиция А). Реакцию проводили на бане при поддержании постоянной температуры 37°С, оценивая увеличение количества полученного продукта путем отбора пробы с регулярными интервалами.
Анализ продукта
Качественный и количественный анализ проводили путем применения ионного масс-спектроскопа с индукционно-связанной плазмой (Agilent 7500ce), напрямую связанного с высокоэффективным жидкостным хроматографом (Agilent 1100) в оперативном режиме с временем удержания стандартного образца при сравнении с продуктом реакции. На фиг.4 показана ВЭЖХ-ИСП-МС хроматограмм.
(4) Условия анализа
В качестве стандартного образца органического мышьяка применяли ММА, DMA, ТМАО, ТеМА, АВ и АС, являющиеся коммерчески доступными реагентами от Optronics Co., Ltd. (Trichemical Research Institute), а в качестве стандартного образца неорганического мышьяка применяли натриевую соль As(III), As(V), являющуюся коммерчески доступным реагентом высокого качества от Wako Pure Chemical Industries, Ltd. Стандартный раствор 100 мг/100 мл каждого из соединений мышьяка готовили путем разведения в ультрачистой воде (Millipore).
Условия работы ИСП-МС прибора были следующими:
Мощность в прямом направлении: 1,6 кВ
Отраженная мощность: <1В
Поток газа-носителя: Аr 0,75 л/мин
Отбор пробы 8,5 мм
Мониторинг массы m/z=75 и 35, внутренний стандарт m/Z=71
Продолжительность выдержки 0.5 сек 0.01 сек
Время сканирования 1 время
Условия ВЭЖХ являются следующими:
Элюент: 5 мМ азотная кислота/ 6 мМ нитрат аммония/ 1,5 мМ пиридин-дикарбоновая кислота
Скорость потока элюента: 0,4 мл/мин.
Вводимый объем: 20 мкл L
Колонка: катионообменная колонка Shodex RSpak NN-414 (150 мм×4.6 мм внутренний диаметр)
Температура колонки: 40°С
3
2
1
4
3
2
1
4
На фиг.4 приведена ВЭЖХ-ИСП-МС хроматограмма метилированного продукта реакции неорганического мышьяка, соответствующего формуле [(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO. Кривая (А) показывает результат через 30 минут после реакции, а (В) через 4 часа после реакции. Как следует из фиг.4, ясно, что вредный неорганический трехвалентный мышьяк [iAs (III)] превращается в ММА и DMA, имеющие низкую токсичность, соответствующую токсичности [(СН)(НO)Соb(III)7Сэфир]СlO.
Сравнительный пример 1.
3
2
1
4
Эксперимент проводили таким же образом, как в примере 1, за исключением добавления [(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO (Композиция В). В результате анализа оказалось, что метилирования не произошло.
3
2
1
4
Как показано в примере 1, метилированный мышьяк (ММА) и диметилированный мышьяк (DMA) вырабатывались быстрее, чем в сравнительном примере 1. При наличии [(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO наблюдали заметный эффект, заключающийся в том, что вредное неорганическое соединение детоксифицировалось и превращалось в метилированный мышьяк и диметилированный мышьяк, обладающие низкой токсичностью.
Пример 2
3
2
1
4
3
2
1
4
В 1,5 мл пробирку типа Эппендорф помещали 8,6 мг метил-аквокобириновой кислоты гептаметил-эфир перхлората [(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO (соединение формулы (1). К нему добавляли 1 мл ультрачистой воды (18МОм/см) для растворения метил-аквокобириновой кислоты гептаметил-эфир перхлората [(СН)(НO)Сob(III)7Сэфир]СlO (7,4 ммоль/л) (Раствор А). В 1,5 мл пробирку типа Эппендорф добавляли 30,7 мг глутатиона (в восстановленной форме) и растворяли в 1 мл ультрачистой воды (100 ммоль/л) (Раствор В). Готовили водный раствор триоксида мышьяка (для атомной абсорбции: 100 ч./млн.: в качестве металла мышьяк) (Раствор С). Готовили водный раствор селенистой кислоты (для атомной абсорбции: 1000 ч./млн.: в качестве металла селен) (Раствор D). Готовили буферный раствор 100 ммоль/л Трис-НСl (рН 7,8, 0.01 моль/л, рН устанавливали раствором соляной кислоты) (Раствор Е). В 1,5 мл пробирку типа Эппендорф добавляли 720 мкл раствора Е, 20 мкл раствора С и 220 мкл раствора D и оставляли на 1 час при 37°С. К смеси добавляли 20 мкл раствора А и 20 мкл раствора В и проводили реакцию на бане при постоянной температуре 37°С. В таблице 3 показана концентрация соединения мышьяка в реакционном растворе.
Таблица 3
No.
Время (ч)
Концентрация (мкмоль/л)
As(III)
As(V)
ММА(III)
MMA(V)
DMA(V)
Всего
1
0
30
0
0
0
0
30
2
0.5
18.937
0.027
1.876
4.189
1.293
28.293
3
1
14.377
0.009
1.981
5.816
1.995
25.420
4
2
12.944
0.005
3.267
5.463
1668
25.657
5
4
11.584
0.024
3.819
5.948
2.999
25.645
6
21
8.539
0.205
1.969
8.945
2.995
24.796
7
48
7.509
0.397
0.029
10.899
2.971
23.333
в
72
3.451
0.077
0.000
4.947
1.437
16.856
9
21
0.000
4.311
0.000
13.960
3.185
20.748
10
48
0.000
4.352
0.000
13.147
3.077
20.299
11
72
0.000
3.269
0.000
9.029
2.181
13.752
* №1-8 без обработки перекисью водорода, а №9-11 - после обработки перекисью водорода
Качественный и количественный анализ проводили с применением ВЭЖХ-ИСП-МС метода с отбором проб 50 мкл продукта через регулярные промежутки времени и с десятикратным разбавлением образцов ультрачистой водой (№1-8 из таблицы 3). Далее, 50 мкл реакционного раствора отбирали в качестве образца и обрабатывали его 50 мкл водного раствора перекиси водорода (при 37°С в течение 1 часа), разбавляли в десять раз ультрачистой водой и анализировали продукт реакции таким же образом (№9-11 из таблицы 3). ВЭЖХ-ИСП-МС хроматограммы показаны на фиг.5 и 6. Изменение концентрации соединения мышьяка в реакционном растворе показано на фиг.7. Процентное отношение соединения мышьяка в композиции показано на фиг.8 и 9.
Далее условия реакции были следующими:
Концентрация субстрата: [As]=30 мкмоль/л
Концентрация искусственного витамина 12: [МеСо]=150 мкмоль/л
Концентрация глутатиона (восстановленная форма): [GSH]=22 ммоль/л
Концентрация селена: [Se]=760 мкмоль/л
Буферный раствор: 100 мМ Трис-НСl буферный раствор (рН 7,8),
Температура реакции: 37°С
На фиг.5 приведена ВЭЖХ-ИСП-МС хроматограмма (№ на графике соответствует № в таблице 3). На фиг.6 приведена ВЭЖХ-ИСП-МС хроматограмма (№ на графике соответствует № в таблице 3). На фиг.7 показано изменение концентрации соединения мышьяка в реакционном растворе (Графическое изображение №1-8 из таблицы 3). На фиг.8 показано изменение концентрации соединения мышьяка в реакционном растворе (графическое изображение №1-7 из таблицы 3). На фиг.9 показано изменение концентрации соединения мышьяка (%) в реакционном растворе (графическое изображение №6-11 из таблицы 3).
Пример 3
Эксперимент проводили таким же образом, как в примере 2, за исключением того, что вначале добавляли раствор В, а затем раствор А. Продукты реакции отбирали через регулярные промежутки времени и анализировали с помощью ВЭЖХ-ИСП-МС. Образцы, показанные в таблице 4, с номерами 1-7 разбавляли без изменения и анализировали. Образцы, показанные в таблице 4, с номерами 8-14 обрабатывали раствором перекиси водорода и анализировали, как показано в примере 2. Как видно из таблицы 4 и фиг.10-17,95% или больше неорганического мышьяка было метилировано.
Таблица 4
No.
Время (ч)
Концентрация (мкмоль/л)
As(V)
MMA(V)
ММА(III)
As(III)
DMA(V)
Всего
1
0.25
0
0.18
3.84
12.48
043
16.93
2
0.5
0
0.35
6.48
7.79
1.14
15.76
3
1
0
1.20
8.84
3.75
2.60
16.39
4
2
0
1.65
9.02
1.17
3.92
15.77
5
3
0
3.02
7.27
0.76
4.51
15.56
6
4
0
7.85
1.08
0.69
4.61
14.22
7
24
0
8.91
0.00
0.62
4.63
14.16
8
0.25
2.02
10.09
0
0.74
1.85
14.69
9
0.5
1.53
10.85
0
0.22
1.96
14.55
10
1
0.61
10.67
0
0.07
3-26
14.61
11
2
0.38
9.86
0
0.03
4.41
14.69
12
3
0.36
9.35
0
0.00
4.82
14.53
13
4
0.33
9.48
0
0.00
4.90
14.71
14
24
0.41
9.56
0
0.01
4.88
14.85
*№1-7 без обработки перекисью водорода, а №8-14 после обработки перекисью водорода
В таблице 4 показана концентрация соединения мышьяка в реакционном растворе. На фиг.10 приведена ВЭЖХ-ИСП-МС хроматограмма (№ на графике соответствует № в таблице 4). На фиг.11 приведена ВЭЖХ-ИСП-МС хроматограмма (№ на графике соответствует № в таблице 4). На фиг.12 приведена ВЭЖХ-ИСП-МС хроматограмма (в случае обработки перекисью водорода) (№ на графике соответствует № в таблице 4). На фиг.13 приведена ВЭЖХ-ИСП-МС хроматограмма (№ на графике соответствует № 12-14 в таблице 4). На фиг.14 показано изменение концентрации соединения мышьяка в реакционном растворе (без обработки перекисью водорода). На фиг.15 показано изменение концентрации соединения мышьяка в реакционном растворе (после обработки перекисью водорода). На фиг.16 показано изменение концентрации соединения мышьяка (%) в реакционном растворе (без обработки перекисью водорода). На фиг.17 показано изменение концентрации соединения мышьяка (%) в реакционном растворе (после обработки перекисью водорода).
Пример 4
Эксперимент проводили таким же образом, как в примере 3, за исключением того, что каждый образец инкубировали в течение 1 часа при 37°С перед добавлением раствора А и раствора В. Как показано в таблице 5 и на фиг.18, было метилировано 95% или больше от неорганического мышьяка. Эти результаты подтверждают образование триметилированного мышьяка (фиг.23). ВЭЖХ-ИСП-МС хроматограмма показана на фиг.19. В таблице 5 показана концентрация соединения мышьяка в реакционном растворе.
Таблица 5
No.
Время (ч)
Концентрация (мкмоль/л)
As(V)
ММД
ММА(III)
As(III)
DMA
TMAO
Всего
1
0.0
0.30
7.86
0.16
15.48
1.71
0.06
25.57
2
1.0
0.00
14.94
1.51
1.35
5.48
0.03
23.31
3
24.0
0.00
9.37
6.86
1.54
6.07
0.11
23.96
4
24+Н<sub>2</sub>O<sub>2</sub>
0.41
16.04
0.00
0.48
6.39
0.03
23.35
На фиг.18 показано изменение в концентрации соединения мышьяка (%) в реакционном растворе. На фиг.19 приведена ВЭЖХ-ИСП-МС хроматограмма.
Далее проводили эксперимент при добавлении различных типов восстанавливающего агента в дополнение (или взамен) к глутатиону (GSH). В дополнение к глутатиону (GSH) (или вместо GSH) осуществляли добавление цистеина (Cys), дитиотреитола (DTT) и тиогликоля (TG). Применяли диметилсульфоксид (DMSO) в качестве растворителя для растворения искусственного витамина В 12 (гидрофобный В 12) и т.д. и применяли растворитель с высокой точкой кипения (чтобы предотвратить высушивание за счет воды, испаряющейся при температуре реакции 100°С или выше).
Сначала в 0,1 мл стеклянную пробирку (с прикрепленной силиконовой пробкой) добавляли GSH (2 мг, 6,5 мкмоль), 0,5 мг метил-аквокобириновой кислоты гептаметил-эфир перхлорат (0,4 мкмоль), ультрачистую воду (1 мкл) (Пробирку с прикрепленной силиконовой пробкой применяли, чтобы избежать испарения воды).
К этой смеси добавляли 1 мкл стандартного раствора неорганического мышьяка (для атомной абсорбции, 5 ч./млн. в виде мышьяка), помещали в печь, нагретую до 130°С, и проводили реакцию в течение 2 часов. Продукт реакции разбавляли в десять-тридцать раз 10% раствором перекиси водорода и анализировали с помощью ВЭЖХ-ИСП-МС (Образец НВ56).
Далее эксперименты проводили таким же образом с GSH, Cys, мышьяком, концентрации которых и температуру изменяли, как показано в таблице. Результаты показаны в таблицах 6-8. В таблице 6 показаны различные типы № образцов при использовании различных восстанавливающих агентов, в таблице 7 показаны результаты анализа различных типов образцов с помощью ВЭЖХ-ИСП-МС (процент), а в таблице 8 показаны результаты анализа различных типов образцов с помощью ВЭЖХ-ИСП-МС (концентрация).
Таблица 6
No.
Образец
МеСо
GSH (мг)
Cys (мг)
DTT (мг)
ТG (мг)
DMSO (мкл)
Н2O (мкл)
Всего
1
НВ54
1
2
0.0
0.0
1.0
0.0
1.0
2.0
2
НВ55
1
2
0.0
0.0
1.0
1.0
1.0
3.0
3
НВ56
0.5
2
0.0
0.0
1.0
0.0
1.0
2.0
4
НВ57
0.5
2
0.0
0.0
0.0
1.0
1.0
2.0
S
НВ58
0.5
2
0.0
0.0
0.0
1.0
1.0
2.0
в
НВ61
0.5
2
0.0
0.0
0.0
1.0
1.0
2.0
7
НВ64
0.5
0
2.0
0.0
0.0
1.0
1.0
6.9
8
НВ67
0.5
0
2.0
0.0
0.0
1.0
1.0
4.0
9
НВ68
0.5
0
2.0
0.0
0.0
1.0
1.0
18.5
10
НВ69
1
0
2.0
0.0
0.0
1.0
1.0
61.3
11
НВ70
1.5
0
2.0
0.0
0.0
1.0
1.0
6.3
12
НВ71
0.5
0
0.0
2.0
0.0
0.0
1.0
#DIV/0
MeCo: Металкобаламин GSH:Глутатнон (восстановленный) Cys:Цистеин DTT: Дитнотрентол TG:Тиогликолевая кислота DMSO:Диметилсульфоксид
МеСо: метилкобаламин, GSH: глутатион (восстановленная форма), Cys: цистеин, DTT: дитиотреитол (восстанавливающий агент), TG: тиогликоль, DMSO: диметилсульфоксид.
Таблица 7
ч./млн.
No
Образец
Время реакции (ч)
Температура реакции (°С)
As(V)
MMA
DMA
TMAO
TeMA
Всего
1
НВ54
2
130
0.154
0.000
0.072
1.103
0.281
1.610
2
НВ55
2
130
0.225
0.086
0.121
0.543
0.785
1.761
3
НВ56
2
130
0.052
0.037
0.088
0.541
0.045
0.762
4
НВ57
2
130
0.077
0.035
0.087
0.233
0.034
0.446
5
HB58
2
130
0.080
0.046
0.064
0.425
0.038
0.654
6
НВ61
2
130
0.053
0.095
0.226
0.046
0.000
0.420
7
НВ64
2
130
0.037
0.022
0.072
0.527
0.046
0.703
8
НВ67
2
130
0.048
0.091
0.123
0.178
0.015
0.454
S
НВ68
2
130
0.013
0.012
0.013
0.088
0.003
0.133
10
НВ69
2
130
0.006
0.006
0.010
0.121
0.016
0.158
11
НВ70
2
130
0.029
0.016
0.015
0.117
0.020
0.231
12
НВ71
2
130
0.009
0.088
0.157
0.103
0.012
0.814
Таблица 8
(%)
No.
Образец
Время реакции (ч)
Температура реакции (°С)
As(V)
MMA
DMA
TMAO
ТеМА
Всего
1
НВ54
2
130
9.6
0.0
4.5
68.5
17.4
100
2
НВ55
2
130
12.8
4.9
6.9
30.9
44.6
100
3
HB56
2
130
6.8
4.9
11.5
70.9
5.9
100
4
НВ57
2
130
17.3
7.9
14.9
52.2
7.6
100
5
HB58
2
130
12.3
7.1
9.8
65.0
5.8
100
в
НВ61
2
130
12.7
22.5
53.7
11.0
0.0
100
7
НВ64
2
130
5.2
33.2
10.2
74.9
6.5
100
8
HB67
2
130
10.6
19.9
27.0
39.2
3.3
100
9
HB68
2
130
10.1
8.8
9.7
65.9
2.6
100
10
НВ69
2
130
3.6
3.6
6.1
76.8
9.9
100
11
НВ70
2
130
12.5
7.1
6.3
50.8
8.6
100
12
HB71
2
130
1.0
8.4
19.3
12.6
1.4
100
Далее, на фиг.20 приведена ВЭЖХ-ИСП-МС хроматограмма (соответствующая №10 из таблицы 6, №10 из таблицы 7 и №10 из таблицы 8). Как показано на ВЭЖХ-ИСП-МС на фиг.20, триметил-арсин-оксид, обладающий низкой токсичностью, был получен в качестве основного продукта в реакционной смеси (77%).
Примеры 5-10
Были получены различные типы производных метил-аквокобириновой кислоты и изучена их эффективность.
3
2
4
3
2
1
4
Синтез метил-аквокобириновой кислоты натрия перхлората [(СН)(НO)Cob(III)7СОONa]СlO из метил-аквокобириновой кислоты гептаметил-эфир перхлората [(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO.
Схема реакции
3
2
1
4
3
2
4
Исходным веществом является метил-аквокобириновой кислоты гептаметил-эфир перхлората [(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO, который превращается в метил-аквокобириновой кислоты натрия перхлорат [(СН)(НO)Cob(III)7СOONa]СlO.
12
12
Готовили шесть стеклянных пробирок, предварительно отмытых 5% азотной кислотой. В них помещали по 5 м (4,3 мкмоль) гидрофобного витамина B. К нему добавляли 10 мкл метанола, перемешивали, так что гидрофобный витамин B растворялся в метаноле. К раствору добавляли 20 мкл 4 моль/л водного раствора гидроксида натрия, перемешивали и проводили реакцию на бане с контролируемой температурой, поддерживаемой на уровне 30°С в течение предварительного определенного времени. Время реакции составило 1 час (раствор А-1, раствор В-1), 4 часа (раствор А-2, раствор В-2), 20 часов (раствор А-3, раствор В-3).
Для подтверждения получения производного метил-аквокобириновой кислоты проводили следующее:
3
2
1
4
3
2
4
На фиг.21 приведен электронный спектр метил-аквокобириновой кислоты гептаметил-эфир перхлората [(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO. А представляет вещество до воздействия света, а В вещество после воздействия света. На фиг.22 приведен электронный спектр метил-аквокобириновой кислоты натрия перхлората [(СН)(НO)Cob(III)СООNa]СlO. А показывает вещество перед воздействием света, а В вещество после воздействия света.
3
12
3
2
1
4
12
3
2
1
4
3
2
4
3
На фиг.21 показан спектр абсорбции метилированного кобальтового комплекса (А) до воздействия света. Спектр кобальтового комплекса (В), где метильная группа отделена после воздействия света. С другой стороны, как видно на фиг.22, перед воздействием света получен спектр абсорбции метилированного кобальтового комплекса (А), даже если это комплекс, образованный в результате реакции щелочного гидролиза. Это подтверждает, что Со-СН связь сохраняется после реакции щелочного гидролиза, поскольку после воздействия света виден спектр кобальтового комплекса, где метильная группа отделена (В). Подтверждение растворимости метил-аквокобириновой кислоты натрия перхлората в воде после реакции щелочного гидролиза проводили следующим образом. Растворитель удаляли из раствора А-3 сушкой вымораживанием, раствор высушивали. Добавляли 50 мкл ультрачистой воды и перемешивали. Осадок не образовывался. С другой стороны, хотя добавляли 5 мг гидрофобного витамина В {метил-аквокобириновой кислоты гептаметил-эфир перхлората [(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO} и 50 мкл ультрачистой воды и перемешивали, полного растворения не происходило. Вышеупомянутые результаты ясно показывают, что метиловый эфир гидрофобного витамина В {метил-аквокобириновой кислоты гептаметил-эфир перхлорат [(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO} расщеплялся в реакции щелочного гидролиза и формировался водорастворимый метил-аквокобириновой кислоты натрия перхлорат [(СН)(НO)Cob(III)COONa]СlO. Электронный спектр после воздействия света подтверждает, что сохранялась связь Со-СН, необходимая для метилирования.
1
1
1
3
2
1
4
3
2
1
4
3
3
2
1
4
3
2
1
4
3
2
1
4
3
2
4
Результаты Н-ЯМР метил-аквокобириновой кислоты гептаметил-эфир перхлората [(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO показаны на фиг.24. Идентификация с помощью Н-ЯМР метильной группы [(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO показана на №1-9. СН сигнал, напрямую связанный с атомом Со, отмечается при -0,15 м.д. Протон семи метил-эфиров [(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO дает семь сигналов между 3,5 м.д. и 3,8 м.д. Н-ЯМР сигнал после гидролиза метил-аквокобириновой кислоты гептаметил-эфир перхлората [(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO показан на фиг.25. Ясно, что семь метил-эфирных групп были гидролизованы, поскольку протоновый сигнал семи метил-эфирных групп [(СН)(НO)Cob(III)7Сэфир]СlO исчезал на фиг.25, в то время как на фиг.24 было отмечено семь сигналов между 3,5 м.д. и 3,8 м.д. соответственно. Было выяснено, что связь Со-С не разрушается при щелочном гидролизе, поскольку имеется сигнал, полученный от метильной группы, напрямую связанной с атомом Со. Учитывая вышеизложенное, подтверждена конформация [(СН)(НO)Cob(III)7СООNa]СlO (метил-аквокобириновой кислоты натрия перхлората).
Приготовление раствора для реакции метилирования мышьяка
12
Растворы А-1, А-2 и А-3 нейтрализовали с помощью 6 моль/л водного раствора соляной кислоты и 0,01 моль/л - 1 моль/л раствора гидроксида натрия так, чтобы не превышать общего объема 50 мкл. К растворам В-1, В-2 и В-3 добавляли 20 мкл ультрачистой воды. В пробирки добавляли 20 мг (65 мкмоль) восстановленного глутатиона и перемешивали. Далее добавляли 2 мкл (2,7 нмоль в виде триоксида мышьяка) раствора триоксида мышьяка, являющегося трехвалентным неорганическим мышьяком (стандартный раствор для атомной абсорбции 100 ч./млн.). Концентрации в реакционном растворе были следующими: глутатион (восстановленная форма) (GSH): 1.3 ммоль/л, гидролизованная субстанция гидрофобного витамина В (WSHB): 0,086 ммоль/л, трехвалентного неорганического мышьяка: 5 нмоль/л. Условия приготовления реакционного агента показаны в таблице 9. Его помещали в нагреватель с температурой, равной температуре крови на предварительно определенное время. Условия реакции показаны в таблице 10.
Анализ
После окончания реакции реакционный раствор обрабатывали 10% раствором перекиси водорода, разбавляли в 500 раз ультрачистой водой и проводили качественный и количественный анализ с применением метода ВЭЖХ-ИСП-МС.Было приготовлено 5 типов химикатов, а именно пятивалентный мышьяк, пятивалентный монометил-мышьяк (ММА), пятивалентный диметил-мышьяк (DMA), пятивалентный триметил-мышьяк (ТМАО) и тетраметил-мышьяк (ТеМА). С помощью стандартного образца была построена аналитическая кривая и проведено количественное определение. Относительную концентрацию после реакции подсчитывали с помощью нижеприведенных формул.
Относительная концентрация iAs (V)=100%×[iAs(V)/(iAs(V)+ММА+DMA+ТМАО+ТеМА)]
Относительная концентрация ММА=100%×[ММА/(iAs(V)+ММА+DMA+ТМАО+ТеМА)]
Относительная концентрация DMA=100%×[DMA/(iAs(V)+ММА+DMA+ТМАО+ТеМА)]
Относительная концентрация ТМАО=100%×[ТМАО/(iAs(V)+ММА+DMA+ТМАО+ТеМА)]
Относительная концентрация ТеМА=100%×[ТеМА/(iAs(V)+ММА+DMA+ТМАО+ТеМА)]
Выход мышьяка (%) подсчитывали по следующей формуле.
Выход=100%×(концентрация мышьяка до реакции/концентрация мышьяка после реакции)=100%×[iAs(III)/(iAs(V)+ММА+DMA+ТМАО+ТеМА)]
12
Результаты примера 5 (А-1), примера 6 (А-2), примера 7 (А-3), примера 8 (В-1), примера 9 (В-2), примера 10 (В-3) показаны в таблице 11. В таблице 9 показаны условия гидролиза гидрофобного витамина В. В таблице 10 показаны условия реакции. В таблице 11 показан выход (относительный выход, абсолютный выход) и процент выхода.
Таблица 10
No.
Растворитель
Условия приготовления
До реакции
Условия реакции
H2O
Редуцирующий агент
Мышьяк
GSH
iАs(III)(100 <sub>ч./млн</sub>)
iAs3
Темп.
Время
(мкл)
(мг)
(мкл)
(ч./млн.)
(°С)
(ч)
A-1
-
20
2
4
100
2
A-2
-
20
2
4
100
2
A-3
-
20
2
4
100
2
B-1
20
20
2
4
100
2
B-2
20
20
2
4
100
2
В-3
20
20
2
4
100
2
Таблица 11
No.
Результат анализа
Продукт (выход)
Процент выхода
iAs5
ММА
DMA
TMA
TeMA
Всего
(ч./млн.)
(ч./млн.)
(ч.млн.)
(ч./млн.)
(ч.млн.)
(ч./млн.)
(%)
А-1
0.0
0.0
0.0
2.8
1.3
4.0
101
A-2
0.0
0.0
0.0
3.6
0.3
3.9
97
A-3
0.0
0.0
0.0
3.9
0.3
4.1
103
В-1
0.0
0.0
0.0
3.6
0.2
3.8
95
B-2
0.0
0.0
0.0
3.8
0.2
4.0
101
В-3
0.0
0.0
0.0
3.9
0.1
4.0
99
No.
Относительный выход
iAs5
MMA
DMA
TMA
TeMA
Всего
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
(%)
A-1
0
0
0
69
31
100
А-2
0
0
0
82
8
100
А-3
0
0
0
94
6
100
В-1
0
0
0
84
в
100
B-2
0
0
0
85
5
100
B-3
0
0
0
89
1
100
No.
Абсолютный выход
iAs5
ММА
DMA
TMA
TeMA
Всего
%
%
(%)
(%)
%
%
А-1
0
0
0
69
32
101
А-2
0
0
0
90
7
97
А-3
0
0
0
97
7
103
B-1
0
0
0
89
6
95
В-2
0
0
0
96
5
101
В-3
0
0
0
98
1
99
12
Как показано в примерах 1-5, триоксид мышьяка избирательно превращался в триметил-мышьяк (ТМАО), обладающий низкой токсичностью. В частности, в примерах 6-10 было получено 90% или больше относительного выхода ТМАО. Далее, было установлено, что превращение в водорастворимую кобириновую кислоту путем гидролиза метил-эфирной группы гидрофобного витамина В (кобириновой кислоты гептаметил-эфира) делает возможным улучшение эффективности детоксифицирующей обработки в соответствии с реакцией метилирования токсичного триоксида мышьяка в водном растворе.
12
3
12
С другой стороны, в случае гидрофобного витамина В, (Х=СН) в соединении формулы (1), было установлено, что соединение (1) легко экстрагировать с органическим растворителем из раствора реакционной смеси, и оно пригодно для переработки, (2) реактивность в системе водного раствора, смешанного с органическим растворителем, является равной или большей по сравнению с водорастворимым витамином В (метилкобаламином).
Композиция данного изобретения делает возможным получение более практичного и применимого в промышленности способа детоксификации вредного соединения, содержащего мышьяк и т.д. Данное изобретение вносит значительный вклад в область обработки промышленных отходов и т.д. и защиту окружающей среды, касающуюся загрязненного ила или почвы, поскольку безвредное соединение, полученное при превращении вредного соединения, содержащего мышьяк и т.д., в более безвредное соединение путем алкилирования, является исключительно стабильным и безопасным.