ВЛИЯНИЕ РАСТВОРЕННОГО КИСЛОРОДА НА ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНУЮ РЕАКЦИЮ МЕТИЛЕНОВОГО СИНЕГО С АСКОРБИНОВОЙ КИСЛОТОЙ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 544.4

Щербакова Е.А., Богатов Н.А., Савина А.С., Абдрахманов А.Р.

ВЛИЯНИЕ РАСТВОРЕННОГО КИСЛОРОДА НА ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНУЮ РЕАКЦИЮ МЕТИЛЕНОВОГО СИНЕГО С АСКОРБИНОВОЙ КИСЛОТОЙ

Щербакова Елена Алексеевна, студентка 4 курса факультета Естественных наук; Богатов Никита Алексеевич, м.н.с. факультета Фундаментальных наук*; e-mail: [email protected]

Савина Анастасия Сергеевна, старший преподаватель кафедры физики; Абдрахманов Амир Рустемович, студент 4 курса факультета Естественных наук *Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия. Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия.

В данной статье приведены результаты исследования влияния кислорода на скорость деколоризации модельной системы метиленовый синий - аскорбиновая кислота. Экспериментально определено, что при насыщении модельной системы кислородом, наблюдается эффект ингибирования реакции деколоризации.

Ключевые слова: окислительно-восстановительные реакции, низкочастотные воздействия, кислород, метиленовый синий, аскорбиновая кислота.

THE INFLUENCE OF DISSOLVED OXYGEN ON THE REDUCING-REDUCTION REACTION OF METHYLENE BLUE WITH ASCORBIC ACID.

Sherbakova Elena Alekseevna, Bogatov Nikita Alekseevich*, Savina Anastasiya Sergeevna, Abdrahmanov Amir Rustemovich

*Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia. D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia,

This article presents the results of a study of the effect of oxygen on the rate of decolorization of the model system methylene blue - ascorbic acid. It was experimentally determined that when the model system is saturated with oxygen, the effect of inhibition of the decolorization reaction is observed.

Keywords: redox reactions, low frequency exposure, oxygen, methylene blue, ascorbic acid.

Ряд работ в области исследования сонохимических процессов инфразвукового и начала звукового диапазонов доказали, что в поле низкочастотных аксиальных воздействий возможно протекание диссоциации супрамолекулярных соединений, а также ускорение технологических процессов [1-5]. При этом наблюдается эффект оптимальной частоты, при котором скорость течения сонохимической реакции более высокая, чем на других частотах. Отметим, что этот эффект наблюдается исключительно в инфразвуковом (5-16 Гц) и, куда реже, в начале звукового диапазона (до 50 Гц). Однако последние результаты исследований звукохимических реакций на примере модельной окислительно-восстановительной реакции

тиазинового красителя метиленового синего с аскорбиновой кислотой показали, что низкочастотные аксиальные воздействия могут приводить к уменьшению скорости течения химических реакций [6]. В результате низкочастотного воздействия методом

абсорбционной спектроскопии было зафиксировано уменьшение в 1,7-2,5 раза скорости реакции деколоризации метиленового синего аскорбиновой кислотой. Полученный результат несколько не

укладывается в понимание звукохимических процессов низкочастотного диапазона. Поскольку ранее наблюдался только каталитический эффект или диссоциация. А в рассматриваемой нами литературе такое поведение модельной системы не обнаружено [7]. Это позволяет предположить о существовании более сложного механизма реакций, поскольку реакционная среда неизолирована от внешней среды, и можно предположить значительную роль растворенных газов и, в частности, кислорода.

Отметим, что на поверхности исследуемого раствора в верхней области образуется значительные колебания поверхностного слоя, в результате, это приводит к увеличению площади контакта с атмосферными газами. А также наблюдается захват газового пузырька жидкостью и под действием турбулентных течений его перемещение в нижнюю часть реакционной среды. Все это поднимает вопрос о роли растворенного кислорода на кинетику течения реакции деколоризации модельной реакции.

Выбор метиленового синего и аскорбиновой кислоты обусловлен их широким применением в медицине, в частности, при лечении последствий

поражений человеческого организма о коронавирусной инфекции СОУШ-19 [8].

Все полученные результаты подвергались статистической обработке методом точечной оценки среднего, который применяют в вариационной статистике. Оценку достоверности различий между выборками экспериментальных данных

осуществляли при помощи ^критерия Стьюдента. Доверительная вероятность а была принята за 0,95 в соответствие с ГОСТ Р 50779.22-2005 для подобных исследований. Нами применялся метод прямых многократных измерений, поэтому при расчетах искомой величины в соответствии с национальным стандартом, применялся ГОСТ Р 8.736-2011 - расчет среднего квадратичного отклонения от искомой величины.

Изменение в кинетических параметрах модельной реакции определялось методом абсорбционной спектроскопии. Спектр оптической плотности водного раствора метиленового синего обладает тремя экстремумами, которые соответствуют его димерной (Хд = 615 нм) и мономерной (Хм = 665 нм) формам. Для удобства работы нами была выбрана Хм = 665 нм, поскольку мономерная форма тиазинового красителя обладает максимальным значением оптической плотности в видимом оптическом диапазоне. Нами применялся однолучевой спектрофотометр ЮНИКО - 1201 со спектральным диапазоном от 315 до 1000 нм.

Для исследований применяли метиленовый синий производства компании «Зоомир», концентрацию доводили до соотношения 0,6 г красителя на 100 мл дистиллированной воды. Аскорбиновую кислоту (ч.д.а.) в количестве 1 грамма растворяли в 100 мл воды. Полученные растворы в соотношении 1,5:50 аскорбиновой кислоты к метиленовому синему смешивали в мерном цилиндре объемом 100 мл. Изменение оптической плотности фиксировалось через каждые 2 минуты (рис. 1, кривая 1). Для создания реакционный среды с пониженным содержанием кислорода дистиллированную воду подвергали кипячению при температуре 98 Со в течение 20 минут, а после - охлаждали в герметичном сосуде без доступа атмосферного воздуха в течение 30 минут до комнатной температуры. После в дистиллированной воде, подвергнутой дегазации, растворяли метиленовый синий и аскорбиновую кислоту и проводили измерение оптической плотности по ранее описанной методике (рис 1, кривая 2). Для получения реакционной среды, насыщенной кислородом, предварительно через 5 литров дистиллированной воды прокачивали воздух с помощью компрессора с производительностью 100 л/ч в течение 2-х часов, после этого отбирали необходимое количество дистиллята и повторяли эксперимент по ранее описанной методике (рис. 1, кривая 3).

О 2 4 6 В Ш (дин

\ * к 'V 1 Е...............1 Е_й

1 _ щ *...............1 г

............ 1................: 2 ¡г~ [

.......$ Е

1 3

Рис. 1 Влияние кислорода на кинетику протекания реакции:

1 - система, насыщенная кислородом, 2 - стандартная система, 3 - система с пониженным содержанием кислорода.

Из приведённых результатов можно сделать вывод, что в зависимости от количества растворенного кислорода существенно меняется скорость химической реакции. Из рис. 1 следует, что в системе, насыщенной кислородом, скорость течения окислительно-восстановительной реакции уменьшается по сравнению с исходными условиями. В то время, как в системе с пониженным содержанием кислорода, скорость деколоризации красителя возрастает. Заметим, что полученные кинетические кривые для стандартной и дегазированной реакционной среды идентичны кинетическими кривым, которые были получены нами в более ранней работе, посвященной кинетике модельной реакции в поле низкочастотных акустических воздействий (рис. 2) [6].

МНЕ

О 2 4 6 8 10

Рис.2. Кинетика деколоризации метиленового синего аскорбиновой кислотой: 1 - в поле низкочастотных аксиальных воздействий (7 гц), 2 - без внешнего низкочастотного воздействия.

Учитывая, что для перехода красителя в лейкоформу ему необходимо получить 2 протонно-электронных пары. Можно предположить, что после получения одного электрона и одного протона,

механизм реакции в среде, насыщенной кислородом, протекает по такому сценарию:

Мс+ +е- ^Мс0 + МсН+ 4МсН+О2 ^ 4Мс+2Н2О

Это позволяет утверждать, что параллельно реакции восстановления тиазинового красителя аскорбиновой кислоты идет ее окисление кислородом. При этом в зависимости от концентрации растворенного кислорода, скорость течения модельной реакции может меняться в 0,8-1,5 раза, по сравнению с нормальными условиями протекания реакции за счет изменения скорости окисления метиленового синего. Отсюда следует, что под действием низкочастотных колебаний происходит насыщение жидкой среды кислородом, что ранее не было описано в литературе, посвященной сонохимическим реакциям

низкочастотного диапазона.

Главный вывод проведенного исследования можно сформулировать следующим образом: установлено наличие протекания обратной реакции окисления метиленового синего кислородом, которая идет параллельно с процессом восстановления тиазинового красителя аскорбиновой кислотой, и описан ее примерный механизм.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-33-90152 Funding: The reported study was funded by RFBR, project number 20-33-90152

Список литературы

1. Фадеев Г.Н., Болдырев В.С., Ермолаева В.И. Биологически активные клатраты амилоиодин и

амилопектоиодин в поле низкочастотных акустических воздействий // Доклады академии наук. 2012. Т. 446. № 4. С. 446-470.

2. Фадеев Г.Н., Болдырев В.С., Синкевич В.В. Звукохимические превращения хелатных и клатратных структур в поле низкочастотных акустических воздействий // Доклады академии наук. 2015. Т. 462. № 4. С. 426-430. Б01: 10.7868/80869565215160161

3. Болдырев В.С. Действие низкочастотных колебаний на биохимически активные структуры: дис. ... канд. тех. наук. М., 2013. -118 с.

4. Болдырев В.С., Ермолаева В.И., Синкевич В.В., Фадеев Г.Н. Дестабилизация соединений хелатной структуры поливинилпирролидон-иода в поле низкочастотных воздействий // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2017.№ 4.С.90-99. Б01: 10.18698/1812-3368-2017-4-90-99

5. Фадеев Г.Н., Болдырев В.С., Аверина Ю.М., Богатов Н.А. Обработка поверхности металлов в поле низкочастотных воздействий // Цветные металлы. - 2019. - № 10 - С. 73-77

6. Фадеев Г.Н., Болдырев В.С., Богатов Н.А., Николаев А.Л. Ингибирование окислительно-восстановительной реакции в поле низкочастотных воздействий // ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК. - 2019. - Т. 487. - № 3. - С. 45-48

7. Маргулис М.А. Звукохимические реакции и сонолюминесценция.М:Химия.1986.-288 с.

8. Кочкин А. А., Яворовский А. Г., Берикашвили Л. Б., Лихванцев В.В. Современная вазопрессорная терапия септического шока // Общая реаниматология. - 2020. - Т.16. - №2. -С. 77-93 БОТ: 10.15360/1813-9779-2020-2-77-93