مقدمة
مركابتوإيثانول-2 (يُعرف أيضاً بـ β-مركابتوإيثانول، BME، 2BME، 2-ME أو β-met) هو مركب كيميائي له الصيغة HOCH2CH2SH. وهو عبارة عن مركب عضوي يحتوي على مجموعتي وظيفيتين: الكحول والثيول. يستخدم BME على نطاق واسع لتقليل روابط ثاني كبريتيد ويمكن أن يعمل كمضاد للأكسدة عن طريق إزالة الجذور الهيدروكسيل.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية
مركابتوإيثانول-2 سائل لزج عديم اللون له رائحة كريهة. يمتزج بالماء والإيثانول وثنائي إيثيل الأثير. نقطة غليانه حوالي 157-158 درجة مئوية، ونقطة انصهاره حوالي -100 درجة مئوية. كثافته النسبية تبلغ 1.114 جم/مل عند 20 درجة مئوية. يتفاعل مع المؤكسدات القوية، والقواعد القوية، والمعادن القلوية، والألدهيدات، والكيتونات.
آلية العمل
تعتمد آلية عمل مركابتوإيثانول-2 بشكل أساسي على قدرته على كسر روابط ثاني كبريتيد. هذه الروابط مهمة في بنية البروتينات، وخاصة في تثبيت الطيات الثلاثية الأبعاد للبروتين. يقوم BME بتقليل هذه الروابط عن طريق التفاعل مع ذرات الكبريت، مما يؤدي إلى فصل السيستين المرتبطين وتكوين جزيئات منفصلة من السيستين الحرة. يمكن تمثيل هذه العملية بالمعادلة التالية:
R-S-S-R + 2 HOCH2CH2SH → 2 R-SH + HOCH2CH2S-S-CH2CH2OH
حيث يمثل R بقايا البروتين.
بالإضافة إلى ذلك، يعمل BME كمضاد للأكسدة عن طريق إزالة الجذور الحرة، خاصة الجذور الهيدروكسيل. هذه الجذور ضارة ويمكن أن تتسبب في تلف الخلايا والأنسجة. يتفاعل BME مع هذه الجذور لتحويلها إلى مركبات أقل ضرراً.
الاستخدامات والتطبيقات
يستخدم مركابتوإيثانول-2 في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك:
- علم الأحياء الجزيئي: يستخدم على نطاق واسع في علم الأحياء الجزيئي لكسر روابط ثاني كبريتيد في البروتينات، مما يساعد في تحليل بنية البروتين ووظيفته. يستخدم أيضاً في تحضير عينات البروتين لتطبيقات مثل تلطيخ ويسترن والرحلان الكهربائي الهلامي للبروتين.
- الكيمياء الحيوية: يستخدم في الكيمياء الحيوية لتثبيت الإنزيمات والبروتينات الأخرى عن طريق منع الأكسدة.
- الصناعة: يستخدم في إنتاج المبيدات الحشرية والمواد الكيميائية الزراعية الأخرى. كما يستخدم كمادة وسيطة في تصنيع المطاط والبلاستيك.
- مستحضرات التجميل: يستخدم في بعض مستحضرات التجميل كمادة حافظة ومضادة للأكسدة.
- الأدوية: يستخدم في إنتاج بعض الأدوية كمادة وسيطة.
- استخلاص الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA): يُضاف أحيانًا إلى وسائط استخلاص الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) لتثبيط نشاط نوكليازات الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) التي قد تطلقها الخلايا أثناء عملية الاستخلاص.
الاحتياطات والاعتبارات الأمنية
مركابتوإيثانول-2 مادة كيميائية خطرة يجب التعامل معها بحذر. تشمل المخاطر المحتملة:
- السمية: BME سام ويمكن أن يسبب تهيج الجلد والعين والجهاز التنفسي. يمكن أن يسبب أيضاً تلف الأعصاب والكبد والكلى.
- الاشتعال: BME مادة قابلة للاشتعال ويجب حفظها بعيداً عن مصادر الحرارة واللهب.
- التفاعلية: BME يتفاعل مع المؤكسدات القوية، والقواعد القوية، والمعادن القلوية، والألدهيدات، والكيتونات. يجب حفظه بعيداً عن هذه المواد.
عند التعامل مع مركابتوإيثانول-2، يجب اتخاذ الاحتياطات التالية:
- ارتداء معدات الحماية الشخصية المناسبة، بما في ذلك القفازات والنظارات الواقية والمعطف الواقي.
- العمل في منطقة جيدة التهوية.
- تجنب استنشاق الأبخرة.
- تجنب ملامسة الجلد والعينين.
- غسل اليدين جيداً بعد الاستخدام.
- تخزين BME في حاوية محكمة الإغلاق في مكان بارد وجاف وجيد التهوية.
التأثيرات البيئية
يعتبر مركابتوإيثانول-2 مادة ملوثة للبيئة. يمكن أن يتسبب في تلوث المياه والتربة. يجب التخلص من BME بشكل صحيح وفقاً للوائح المحلية والوطنية. يجب عدم تصريف BME في المجاري أو المسطحات المائية.
تتضمن بعض طرق التخلص المناسبة من BME ما يلي:
- الحرق في محرقة مرخصة.
- التخلص في موقع نفايات خطرة مرخص.
- المعالجة الكيميائية لتحويل BME إلى مواد أقل ضرراً.
بدائل مركابتوإيثانول-2
في بعض الحالات، يمكن استخدام بدائل لمركابتوإيثانول-2. تتضمن بعض البدائل الشائعة ما يلي:
- ثنائي ثيوتريتول (DTT): DTT هو عامل اختزال أقوى من BME ويستخدم غالباً في التطبيقات التي تتطلب اختزالاً أكثر قوة.
- تريس(2-كاربوكسي إيثيل) فوسفين (TCEP): TCEP هو عامل اختزال لا يتأثر بالأس الهيدروجيني ويستخدم غالباً في التطبيقات التي تتطلب اختزالاً في نطاق واسع من الأس الهيدروجيني.
- بيتا-ميركابتوإيثيل أمين (MEA): يستخدم MEA في بعض التطبيقات بدلاً من BME.
يعتمد اختيار البديل المناسب على التطبيق المحدد ومتطلباته.
تحضير المحاليل
عند تحضير محاليل مركابتوإيثانول-2، من المهم استخدام معدات الحماية المناسبة والعمل في منطقة جيدة التهوية. يجب إضافة BME ببطء إلى المذيب مع التحريك المستمر. يجب تخزين المحاليل المحضرة في حاويات محكمة الإغلاق في مكان بارد وجاف ومظلم.
عادةً ما يتم تحضير محاليل BME بتركيزات مختلفة حسب التطبيق. على سبيل المثال، في تلطيخ ويسترن، غالباً ما يستخدم BME بتركيز 5٪ – 10٪ في محلول التحميل للعينة.
تفاعلات كيميائية أخرى
بالإضافة إلى اختزال روابط ثاني كبريتيد وإزالة الجذور الحرة، يمكن أن يخضع مركابتوإيثانول-2 لتفاعلات كيميائية أخرى، بما في ذلك:
- الألكلة: يمكن أن يتفاعل BME مع هاليدات الألكيل لتكوين إيثرات الثيو.
- الأكسدة: يمكن أكسدة BME إلى ثنائي كبريتيد.
- التفاعل مع الفلزات: يمكن أن يتفاعل BME مع الفلزات لتكوين مركبات الفلزات العضوية.
تعتمد طبيعة التفاعل على الظروف المحددة، بما في ذلك درجة الحرارة والضغط ووجود محفزات.
ملاحظات تاريخية
تم اكتشاف مركابتوإيثانول-2 لأول مرة في أوائل القرن العشرين. تم استخدامه في الأصل كعامل اختزال في الصناعة الكيميائية. في وقت لاحق، تم اكتشاف استخدامه في علم الأحياء الجزيئي والكيمياء الحيوية. منذ ذلك الحين، أصبح BME أداة أساسية في هذه المجالات.
على مر السنين، تم تطوير العديد من الطرق لتحسين إنتاج وتنقية BME. وقد أدى ذلك إلى توفر BME عالي الجودة بأسعار معقولة.
خاتمة
مركابتوإيثانول-2 مركب كيميائي متعدد الاستخدامات يستخدم على نطاق واسع في العديد من المجالات، بما في ذلك علم الأحياء الجزيئي والكيمياء الحيوية والصناعة. ومع ذلك، من المهم التعامل معه بحذر واتخاذ الاحتياطات المناسبة لتجنب المخاطر المحتملة. يجب أيضاً النظر في التأثيرات البيئية والتخلص من BME بشكل صحيح. في بعض الحالات، يمكن استخدام بدائل لـ BME لتحقيق نفس النتائج مع تقليل المخاطر المحتملة.