CC BY
11УДК 543.645.9
Д.А. Вишенкова, Е.И. Короткова, Е.В. Дорожко, О.А. Воронова
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГУАНИНА И ТИМИНА НА ПОВЕРХНОСТИ СТЕКЛОУГЛЕРОДНОГО ЭЛЕКТРОДА МЕТОДОМ
ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИИ
(Национальный исследовательский Томский политехнический университет) e-mail: [email protected]
В данной работе для исследования электрохимических свойств азотистых оснований гуанина (Г) и тимина (Т) использовался метод вольтамперометрии с постоянно-токовой разверткой потенциала с дифференцированием. Изучено электрохимическое поведение Г и Т на поверхности стеклоуглеродного электрода, подобраны условия регистрации для их совместного определения в растворе. Область прямолинейной зависимости сохраняется в диапазоне концентраций Г от 2,0-10-7 до 3,0-10Т6 моль/дм3 (R2=0.9966) и от 6,0-10Г6 до 1,110т4 моль/дм3 (R2=0,9987), для Т от 1,0-10Т5 до 1,1-10Т3 моль/дм3 (R2=0,999).
Ключевые слова: вольтамперометрия, азотистые основания, гуанин, тимин
ВВЕДЕНИЕ
Нуклеотиды относятся к числу важных в биологическом отношении веществ [1]. В составе нуклеотидов обнаружены два класса азотистых оснований, являющихся производными двух ароматических гетероциклических соединений - пиримидина и пурина (пуриновые и пиримидиновые основания) [2]. К пуриновым основаниям относятся - аденин (А) и гуанин (Г), к пиримидиновым - цитозин (Ц), урацил (У) и тимин (Т) [3].
Гетероциклические основания (пурины и пиримидины) являются исходными структурными элементами молекул нуклеотидов и нуклеозидов. Нуклеотиды присутствуют во всех без исключения живых клетках, выполняя целый ряд ключевых функций. В их числе построение нуклеиновых кислот из рибозо- и дезоксирибозонуклео-зидмонофосфатных звеньев (РНК и ДНК соответственно); перенос энергии (АТР); образование ко-ферментов (АМР); участие в роли акцепторов в окислительном фосфорилировании (АБР), а также в качестве аллостерических регуляторов активности ряда ферментов и «вторичных посредников» (сАМР и сОМР) [4].
На сегодняшний день определение пури-новых и пиримидиновых оснований выполняют с использованием различных методов анализа. МтпШ с соавторами предложили определение азотистых оснований в моче с использованием метода высокоэффективной жидкостной хроматографии [5], Ыатрй с коллегами провели определение пуринов и пиримидинов в образцах пива методом капиллярного зонного электрофореза [6], имеются сообщения об электрохимическом опре-
делении аденина, гуанина, тимина на различных модифицированных электродах [7,8]. Все пуриновые и пиримидиновые основания нуклеиновых кислот интенсивно поглощают в ультрафиолетовой области спектра при 260-280 нм. Эта особенность широко используется для обнаружения и количественного определения не только свободных оснований, но также нуклеозидов, нуклеоти-дов и нуклеиновых кислот [2].
Данная работа посвящена исследованию электрохимических свойств гуанина и тимина на поверхности стеклоуглеродного электрода методом вольтамперометрии с целью их дальнейшего определения в различных объектах.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Все электрохимические исследования проводились на вольтамперометрическом анализаторе ТА-2 (ООО «Томьаналит», Томск) с постоянно-токовой разверткой потенциала с дифференцированием. Измерения выполнялись в трехэлектрод-ной электрохимической ячейке, в которой индикаторным электродом выступал стеклоуглеродный электрод (СУЭ), в качестве электрода сравнения и вспомогательного электрода использовались хлорид-серебряные электроды. Для уменьшения ошибки эксперимента, используемый в работе индикаторный СУЭ проходил предварительную поляризацию в области потенциалов от -2 В до 2 В методом циклической вольтамперометрии со скоростью развертки 60 мВ/с в течение 10 циклов.
В работе использовались растворы, приготовленные из «х.ч.» (99%) гуанина и тимина (производство Германия, «Chemical line»). Раствор тимина готовили растворением его навески 0,0126±
±0,0002 г в 10 мл бидистиллированой воды. Исходя из того, что гуанин плохо растворим в эфире, спирте, аммиачных и нейтральных растворах, нерастворим в воде, но хорошо растворим в кислотах и щелочах [9], раствор гуанина готовили растворением его навески 0,0151±0,0002 г в 10 мл 0,1 М раствора КаОИ. Приготовленные растворы азотистых оснований хранились в холодильнике при температуре 4 °С.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Электрохимические свойства Г и Т исследовались методами циклической и анодной вольт-амперометрии с постоянно-токовой разверткой потенциала с дифференцированием, при скорости развертки 40 мВ/с, на СУЭ. На рис. 1 изображены циклические вольтамперограммы Г и Т на СУЭ.
I, мкА
химическое поведение различных соединений. Влияние рН на сигналы электроокисления Г и Т исследовалось в диапазоне рН от 1,65 до 12 (рис. 2).
5 10
С-10s, моль/дм3
а
-120
б
Рис. 1. Циклические вольтамперограммы окисления-восстановления Г (а) и Т (б) на СУЭ. 1 - фоновая кривая; 2 - Г (а)
и Т (б) с С = 2,0-10"5 моль/дм3. рН 6,86, W=40 мВ/с Fig. 1. Cyclic voltammograms of oxidation-reduction of G(a) and T(b) on GCE: 1-background curve; 2 - G(a) and T(b) with C = 2.0-10"5 mol/dm3. рН 6.86, W=40 mV/s
Из представленных на рис. 1 вольтамперо-грамм видно, что Г и Т электрохимически активны только в анодной области.
Значение рН фонового электролита является важным параметром, влияющим на электро-
5 10
СЮ5, моль/дм3 б
Рис. 2. Зависимости токов электроокисления Г (а) и Т (б) от их концентраций на СУЭ при разных значениях pH среды: а) 1 - рН 1,65; 2 - рН 4,01; 3 - рН 6,86; 4 - рН 9,18; 5 - рН 12;
б) 1 - рН 6,86; 2 - рН 12; 3 - рН 9,18 Fig. 2. Dependences of currents of electro oxidation of G (a) and T (b) on their concentrations on GCE at different values of pH. а) 1 - рН 1,65; 2 - рН 4,01; 3 - рН 6,86; 4 - рН 9,18; 5 - рН 12; б) 1 - рН 6,86; 2 - рН 12; 3 - рН 9,18
Из рис. 2 видно, что максимальное значение токов как для Г, так и для Т наблюдается при рН 6,86, тогда как в щелочных (рН 9,18; 12 ) и кислых (рН 1,65) средах ток Г имеет меньшие значения, а сигнал Т при рН 1,65 и 4,01 вовсе не был обнаружен. Кроме того, при исследовании влияния рН на пики окисления Г и Т получено, что при изменении рН фонового электролита от кислой среды к щелочной, наблюдается смещение потенциала в менее положительную область (таблица).
Таблица
Значения потенциалов электроокисления Г и Т в зависимости от рН фонового электролита Table 1. Potentials of electrooxidation of G and T
рН фонового электролита Ег, В ЕТ, В (Ет - Ег), В
1,65 1,198 -
4,01 1,072 -
6,86 0,904 1,439 0,535
9,18 0,752 1,275 0,523
12 0,504 0,99 0,486
Исходя из данных, представленных на рис. 2 и в таблице, можно предположить, что для совместного определения Г и Т на СУЭ, более подходящим значением рН фонового электролита является рН 6,86, так как именно при этом значении токи электроокисления Г и Т и интервал между их сигналами максимальны.
О 0,0005 0.001 0.0015 0.002 0.0025 0.003
С-103, маль/дм3 а
I, мкА
0 0,02 0,04 0,06 0,08 ОД С-103, моль/дмг
б
I, мкА
С-103, моль/дм' в
Рис. 3. Графики зависимости токов окисления Г (а, б) и Т (в) от их концентраций в электрохимической ячейке: а) y=5821,9x; R2=0,9966; б) y=2481,7x+18,033; R2=0,9987; в) y=398,27x; R2=0,999 Fig. 3. Graphs of dependence of oxidation currents of G (a) and T (b) on their concentrations in an electrochemical cell. а) y=5821,9x; R2=0,9966; б) y=2481,7x+18,033; R2=0,9987; в) y=398,27x; R2=0,999
Изучение влияния скорости развертки потенциала (W) на пики электроокисления Г и Т показало, что для Г при последовательном увеличении W интенсивность сигнала растет, тогда как для Т величина тока достигает своего максимума при W=40 мВ/с и при последующем увеличении W ток падает. На основании этого, дальнейшее
совместное определение Г и Т проводили при №=40 мВ/с.
На рис. 3 графически отображены данные изменения интенсивности токов окисления Г и Т в зависимости от их концентраций в электрохимической системе при индивидуальном определении методом анодной вольтамперометрии.
Из графиков, представленных на рис. 3, видно, что с увеличением концентраций Г и Т в ячейке, интенсивность токов окисления увеличивается в прямолинейной области концентраций для Г от 2,0-10"7 до 3,0-10"6 моль/дм3 (Я2=0,9966) и от 6,0-10"6 до 1,110-4 моль/дм3 (Я2=0,9987), для Т от 1,0-10"5 до 1,1-10"3 моль/дм3 (Я2=0,999).
Совместное определение Г и Т на СУЭ выполнялось при подобранных ранее условиях (рис. 4).
Е, В
а
I, мкА
120
C-10-s моль/дм3
б
Рис. 4. Вольтамперограмма окисления Г и Т на СУЭ при их совместном присутствии в растворе. а: 1 - Фоновая кривая, 2
- Г 2,0-10"5 моль/дм3, Т 4,010-5 моль/дм3; 3- Г 4,010"5 моль/дм3,Т 6,0-10-4 моль/дм3; 4- Г 6,0-10-5 моль/дм3, Т 8,010-5 моль/дм3; W = 40мВ/с, рН = 6,86. б: 1 - Тимин (y=3,4611x+18,03; R2=0,9869), 2- гуанин (y=17,912x; R2=0,9992)
Fig. 4. Voltammogram of oxidation of G and T on GCE at their simultaneous presence in a solution. а: 1-Background curve; 2 - G -2.0-10"5 mol/dm3, T -4.0-10"5 mol/dm3; 3- G -4.0-10"5 mol/dm3, T -6.0-10"4 mol/dm3; 4- G- 6.0-10"5 mol/dm3, T -8.0-10"5 mol/dm3; W = 40mV/s, рН = 6.86. б: 1- thymine(y=3,4611x+18,03; R2=0,9869), 2- guanine (y=17,912x; R2=0,9992)
Таким образом, по данной методике возможно одновременное определение Г и Т в смеси в соотношении 1:2.
В ходе работы было исследовано влияние рН фонового электролита и скорости развертки потенциала на токи электроокисления азотистых оснований Г и Т. По результатам исследований рН фонового раствора равное 6,86 при W=40 мВ/с были выбраны как оптимальные значения для совместного определения Г и Т на СУЭ. При оптимизированных условиях получена линейная зависимость в диапазоне концентраций для Г от 2,0-10-7 до 3,0-10-6 моль/дм3 (R2=0,9966) и от 6,0-10-6 до 1,110-4 моль/дм3 (R2=0,9987), для Т от 1,0-10-5 до 1,110-3 моль/дм3 (R2=0,999).
Работа выполнена в рамках государственного задания «Наука» (1.1310.2014).
ЛИТЕРАТУРА
1. Фердман Д.Л. Биохимия М.: Высшая школа. 1962. С. 47;
Ferdman D.L. Biochemistry. M.: Vysshaya shkola. 1962.
P. 47 (In Russian).
2. Ленинджер А. Биохимия. Молекулярные основы структуры и функции клетки. М. Мир. 1974. С. 284; Lehninger A. Biochemistry. The Molecular basis of cell structure and function. M.: Mir. 1974. P. 284 (In Russian).
3. Румянцев Е.В., Антина Е.В., Чистяков Ю.В. Химические основы жизни. М.: Химия. 2007. С. 221; Rumyantsev E.V., Antina E.V. Chistyakov Yu.V. Chemical basis of life. M.: Khimiya. 2007. P. 221 (In Russian).
4. Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека. М.: Мир. 1993. Т. 2. С. 5;
Murray R., Granner D. Mayes P. Rodwell V. Harper's biochemistry. M.: Mir. 1993. V. 2. P. 5 (In Russian).
5. Minniti G., Caruso U., Cerone R., de Toni E. // Adv. Exp. Med. Biol. 1998. V. 431. P. 843-848.
6. Klampfl C.W., Himmelsbach M., Buchberger W., Klein H. // Analytica Chimica Acta. 2002. V. 454. N 2. P. 185-191.
7. Shen-Ming Chen, Ching-Hung Wang, Kuo-Chiang Lin. // Int. J. Electrochem. Sci. 2012. V. 7. P. 405-425.
8. Wie Sun, Megying Xi, Le Zhan, Hongwei Gao, Kui Jiao. // Electrochimica Acta. 2010. V. 56. P. 222-226.
9. Кнунянц И.Л. Краткая химическая энциклопедия. // М.: Советск. энциклопедия. 1967. Т. 1. С. 1012; Knunyants IL. Short Chemical Encyclopedia. // M.: Sovet-skaya entsiklopedia. 1967. V. 1. P. 1012. (In Russian).
Кафедра физической и аналитической химии
УДК546.162'14:546.161 В.И. Соболев, Р.В. Оствальд, С.И. Ивлев, В.В. Шагалов, И.И. Жерин
СИНТЕЗ БАРИЯ ФТОРОБРОМАТА (III) С ПРИМЕНЕНИЕМ ЖИДКОГО ТРИФТОРИДА БРОМА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЕГО ОСНОВНЫХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
(Национальный исследовательский Томский политехнический университет)
e-mail: [email protected]
Взаимодействием фторида бария и жидкого трифторида брома синтезировано соединение вида Ba(BrF4)2. Методами термогравиметрии изучен характер его термического разложения, химическими и инструментальными методами анализа определен его количественный состав, пикнометрическим методом найдена истинная плотность Ba(BrF4)2, методом изотермической калориметрии определен тепловой эффект реакции взаимодействия BrF3 и BaF2, определены кинетические параметры этого процесса.
Ключевые слова: бром, фтор, фториды галогенов, фторогалогенаты
В ряде случаев БгБ3 является излишне агрессивным реагентом [1,2]. С этой точки зрения определенный научный интерес представляет использование таких аналогов трифторида брома, как соединения типа Ме:ВгР4 и Меп(ВгР4)2, где Ме1 и Ме11 - щелочные и щелочноземельные ме-
таллы. Эти соединения являются более «мягкими» и селективными реагентами по сравнению с БгБ3 в аналитической химии благородных металлов [з], а также показали перспективные результаты при взаимодействии с некоторыми органическими соединениями [4].
