Kristallviolett

Kristallviolett oder Gentianaviolett , auch bekannt als Methylviolett 10B oder Hexamethylpararosanilinchlorid , ist ein Triarylmethanfarbstoff , der als histologischer Farbstoff und in der Gram-Färbung zur Klassifizierung von Bakterien verwendet wird. Kristallviolett besitzt antibakterielle , antimykotische und anthelmintische ( wurmtötende ) Eigenschaften und war früher ein wichtiges topisches Antiseptikum . Die medizinische Verwendung des Farbstoffs wurde weitgehend durch modernere Medikamente ersetzt, obwohl er weiterhin von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) gelistet wird .

Der Name Gentianaviolett wurde einst für eine Mischung aus Methylpararosanilin- Farbstoffen ( Methylviolett ) verwendet, gilt heute aber als Synonym für Kristallviolett . Der Name bezieht sich auf die Farbe, die der der Blütenblätter bestimmter Enzianarten ähnelt ; es wird nicht aus Enzian oder Veilchen hergestellt .

Es gibt mehrere mögliche Synthesewege für Kristallviolett. ^{[ 3 ] [ 4 ]} Das ursprüngliche Verfahren der deutschen Chemiker Kern und Caro beinhaltete die Reaktion von Dimethylanilin mit Phosgen , wobei 4,4′-Bis(dimethylamino) benzophenon ( Michlersches Keton ) als Zwischenprodukt entstand. ^{[ 5 ]} Dieses wurde anschließend in Gegenwart von Phosphoroxychlorid und Salzsäure mit weiterem Dimethylanilin umgesetzt . ^{[ 6 ]}

Der Farbstoff kann auch durch Kondensation von Formaldehyd und Dimethylanilin zu einem Leukofarbstoff hergestellt werden : ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 7 ]}

CH₂O + 3 _C₆H₅N ( _CH₃ ) _{₂ →} CH ( _C₆H₄N ( _CH₃ ) _₂ ) _₃ + _H₂O​​_​

Zweitens wird diese farblose Verbindung zur farbigen kationischen Form oxidiert (im Folgenden mit Sauerstoff , ein typisches Oxidationsmittel ist jedoch Mangandioxid , MnO ₂ ):

CH ( _C₆H₄N ( _CH₃ ) _₂ ) _{₃ +} HCl ₊ ½ O₂ _{→ [} C ( C₆H₄N  ( _CH₃ ) _₂ ) _₃ ] Cl + _H₂O

Reines Kristallviolett

Kristallviolett in wässriger Lösung

In Wasser gelöst, weist der Farbstoff eine blauviolette Farbe mit einem Absorptionsmaximum bei 590 nm und einem Extinktionskoeffizienten von 87.000 M⁻¹ ^cm⁻¹  auf . ^{[ 8 ]} Die Farbe des Farbstoffs hängt vom pH-Wert der Lösung ab. Bei einem pH-Wert von ^+1,0 ist der Farbstoff grün mit Absorptionsmaxima bei 420 nm und 620 nm, während er in stark saurer Lösung (pH −1,0) gelb ist und ein Absorptionsmaximum bei 420 nm aufweist.

Die unterschiedlichen Farben resultieren aus den verschiedenen Ladungszuständen des Farbstoffmoleküls. In der gelben Form tragen alle drei Stickstoffatome eine positive Ladung, zwei davon sind protoniert . Die grüne Farbe entspricht einer Farbstoffform, bei der zwei Stickstoffatome positiv geladen sind. Bei neutralem pH-Wert werden beide zusätzlichen Protonen in die Lösung abgegeben, sodass nur noch ein Stickstoffatom positiv geladen ist. Die pK _{_a-Werte} für die Abgabe der beiden Protonen betragen etwa 1,15 und 1,8. ^{[ 8 ]}

In alkalischen Lösungen greifen nukleophile Hydroxidionen das elektrophile zentrale Kohlenstoffatom an und bilden so das farblose Triphenylmethanol oder Carbinol des Farbstoffs. Auch unter stark sauren Bedingungen entsteht Triphenylmethanol, da die positiven Ladungen der Stickstoffatome den elektrophilen Charakter des zentralen Kohlenstoffatoms verstärken und so einen nukleophilen Angriff durch Wassermoleküle ermöglichen. Dieser Effekt führt zu einer leichten Aufhellung der gelben Farbe.

Kristallviolett wird beispielsweise in Kieselgel als Feuchtigkeitsindikator verwendet; es ist im trockenen Zustand orange und verfärbt sich über Grün nach Violett, wenn es zunehmender Feuchtigkeit ausgesetzt wird. ^{[ 9 ]}

Kristallviolett wird als Textil- und Papierfarbstoff verwendet und ist Bestandteil von marineblauen und schwarzen Druckfarben für Kugelschreiber und Tintenstrahldrucker. Historisch gesehen war es der gebräuchlichste Farbstoff in frühen Vervielfältigungsmaschinen wie dem Hektographen und der Dittomaschine . ^{[ 10 ]} Es wird gelegentlich zum Einfärben verschiedener Produkte wie Düngemittel , Frostschutzmittel , Waschmittel und Leder verwendet . Markierungsblau , das zum Markieren von Werkstücken in der Metallbearbeitung dient , besteht aus Brennspiritus , Schellack und Gentianaviolett. ^{[ 11 ]}

Bei der DNA- Gelelektrophorese kann Kristallviolett als ungiftiger DNA-Farbstoff anstelle von fluoreszierenden , interkalierenden Farbstoffen wie Ethidiumbromid verwendet werden . Es kann entweder in das Agarosegel eingearbeitet oder nach Abschluss der Elektrophorese aufgetragen werden. Bei einer Konzentration von 10  ppm und einer Einwirkzeit von 30 Minuten nach der Elektrophorese kann es bereits 16  ng DNA nachweisen. Durch die Verwendung einer Gegenfärbung mit Methylorange und einer komplexeren Färbemethode lässt sich die Empfindlichkeit auf 8 ng DNA steigern. ^{[ 12 ]} Da bei der Verwendung von Kristallviolett anstelle von Fluoreszenzfarbstoffen keine UV- Bestrahlung erforderlich ist, hat sich Kristallviolett als Mittel zur Vermeidung von UV-induzierter DNA-Zerstörung beim In-vitro -Klonieren von DNA etabliert .

Kristallviolett kann als Alternative zu Coomassie-Brillantblau (CBB) bei der Färbung von mittels SDS-PAGE getrennten Proteinen verwendet werden und weist Berichten zufolge eine 5-fach höhere Empfindlichkeit gegenüber CBB auf. ^{[ 13 ]}

Der Farbstoff wird als histologisches Färbemittel verwendet , insbesondere bei der Gram-Färbung zur Klassifizierung von Bakterien . ^{[ 14 ]}

In der biomedizinischen Forschung kann Kristallviolett zur Anfärbung der Zellkerne adhärenten Zellen verwendet werden. ^{[ 15 ]} Dabei dient Kristallviolett als interkalierender Farbstoff und ermöglicht die Quantifizierung der DNA, die proportional zur Zellzahl ist.

Kristallviolett wird auch als Gewebefärbemittel bei der Präparation von lichtmikroskopischen Schnitten verwendet. ^{[ 16 ]} Im Labor werden Lösungen, die Kristallviolett und Formalin enthalten , häufig eingesetzt, um in Zellkulturen gezüchtete Zellen gleichzeitig zu fixieren und zu färben . Dies dient der Konservierung und besseren Sichtbarkeit, da die meisten Zellen farblos sind.

Es wird auch gelegentlich als kostengünstige Methode zur Kennzeichnung von Labormäusen verwendet ; da viele Labormäuse Albinos sind , bleibt die violette Farbe mehrere Wochen lang auf ihrem Fell erhalten. ^{[ 17 ]}

In der Forensik wurde Kristallviolett zur Entwicklung von Fingerabdrücken verwendet . Es ist in der Lage, Fingerabdrücke von lebender menschlicher Haut sichtbar zu machen. ^{[ 18 ]}

Gentianaviolett besitzt antibakterielle , antimykotische , anthelmintische , antitrypanosomale , antiangiogene und antitumorale Eigenschaften. ^{[ 19 ] [ 20 ]} Es wird aufgrund dieser Eigenschaften medizinisch, insbesondere in der Zahnmedizin , eingesetzt und ist auch unter den Bezeichnungen „Pyoctanin“ (oder „Pyoctanin“) bekannt. ^{[ 21 ]} Es wird häufig verwendet für:

• Markierung der Haut zur Operationsvorbereitung und für Allergietests ;
• Behandlung von Candida albicans und verwandten Pilzinfektionen wie Soor , Hefepilzinfektionen, verschiedenen Arten von Tinea ( Ringelflechte , Fußpilz , Leistenpilz );
• Zur Behandlung von Impetigo ; es wurde hauptsächlich vor dem Aufkommen von Antibiotika verwendet , ist aber immer noch nützlich für Personen, die möglicherweise allergisch gegen Penicillin sind .

In ressourcenarmen Umgebungen wird Gentianaviolett zur Behandlung von Verbrennungswunden ^{[ 22 ]} , Entzündungen des Nabelschnurstumpfes ( Omphalitis ) in der Neugeborenenperiode ^{[ 23 ]} , oraler Candidiasis bei HIV- infizierten Patienten ^{[ 24 ]} und Mundgeschwüren bei Kindern mit Masern eingesetzt . ^{[ 25 ]}

Beim Piercing wird häufig Gentianaviolett verwendet, um die Stelle für das Stechen von Piercings, einschließlich Oberflächenpiercings , zu markieren .

Aufgrund seiner antimikrobiellen Wirkung wird es zur Behandlung der Weißpünktchenkrankheit bei Fischen eingesetzt . Die Anwendung bei Fischen, die für den menschlichen Verzehr bestimmt sind, ist jedoch in der Regel verboten. ^{[ 26 ]}

Kristallviolett ist eine der Komponenten von Methylviolett , einem Farbstoff, der 1861 erstmals von Charles Lauth synthetisiert wurde. ^{[ 27 ]} Ab 1866 wurde Methylviolett von der Firma Poirrier et Chappat mit Sitz in Saint-Denis hergestellt und unter dem Namen „Violet de Paris“ vermarktet. Es handelte sich um ein Gemisch aus tetra-, penta- und hexamethylierten Pararosanilinen . ^{[ 28 ]}

Kristallviolett wurde erstmals 1883 von Alfred Kern (1850–1893) synthetisiert, der in Basel bei der Firma Bindschedler & Busch arbeitete . ^{[ 6 ]} Um die schwierige Synthese, bei der das hochgiftige Phosgen verwendet wurde, zu optimieren, ging Kern eine Zusammenarbeit mit dem deutschen Chemiker Heinrich Caro bei BASF ein . ^{[ 5 ]} Kern entdeckte außerdem, dass er durch die Verwendung von Diethylanilin anstelle von Dimethylanilin den eng verwandten violetten Farbstoff synthetisieren konnte, der heute als CI 42600 oder CI Basic Violet 4 bekannt ist. ^{[ 29 ]}

Der Name „Gentianaviolett“ wird vermutlich dem deutschen Apotheker Georg Grübler zugeschrieben, der 1880 in Leipzig ein Unternehmen gründete , das sich auf den Vertrieb von Färbemitteln für die Histologie spezialisierte . ^{[ 30 ] [ 31 ]} Das von Grübler vertriebene Gentianaviolett enthielt wahrscheinlich eine Mischung aus methylierten Pararosanilin- Farbstoffen. ^{[ 32 ]} Die Färbung erfreute sich großer Beliebtheit und wurde 1884 von Hans Christian Gram zur Bakterienfärbung verwendet. Er schrieb die Entwicklung der Anilin-Gentianaviolett-Mischung Paul Ehrlich zu. ^{[ 33 ]} Grüblers Gentianaviolett war vermutlich sehr ähnlich, wenn nicht sogar identisch mit Lauths Methylviolett, das Victor André Cornil 1875 als Färbemittel verwendet hatte. ^{[ 34 ]}

Obwohl der Name Gentianaviolett weiterhin für die histologische Färbung verwendet wurde, fand er in der Farbstoff- und Textilindustrie keine Verwendung. ^{[ 35 ]} Die Zusammensetzung des Farbstoffs war nicht definiert, und verschiedene Lieferanten verwendeten unterschiedliche Mischungen. 1922 setzte die Kommission für biologische Färbungen ein Komitee unter dem Vorsitz von Harold Conn ein , um die Eignung der verschiedenen Handelsprodukte zu untersuchen. ^{[ 30 ]} In seinem Buch „Biological Stains“ beschreibt Conn Gentianaviolett als eine „schlecht definierte Mischung violetter Rosaniline “. ^{[ 35 ]}

Dem deutschen Augenarzt Jakob Stilling wird die Entdeckung der antiseptischen Eigenschaften von Gentianaviolett zugeschrieben. ^{[ 36 ]} Er veröffentlichte 1890 eine Monographie über die bakterizide Wirkung einer Lösung, die er „ Pyoctanin “ nannte und die wahrscheinlich ein Gemisch aus Anilinfarbstoffen ähnlich dem Gentianaviolett war. ^{[ 37 ]} Er ging eine Kooperation mit E. Merck & Co. ein , um „Pyoktanin caeruleum“ als Antiseptikum zu vermarkten. ^{[ 38 ]}

Drigalski und Conradi stellten 1902 fest, dass Kristallviolett zwar das Wachstum vieler Bakterien hemmte, jedoch kaum Wirkung auf Bacillus coli ( Escherichia coli ) und Bacillus typhi ( Salmonella typhi ) hatte, die beide gramnegative Bakterien sind . ^{[ 39 ]} Eine wesentlich detailliertere Studie über die Wirkung von Grüblers Gentianaviolett auf verschiedene Bakterienstämme wurde 1912 von John Churchman veröffentlicht. ^{[ 40 ]} Er fand heraus, dass die meisten grampositiven (kontaminierten) Bakterien empfindlich auf den Farbstoff reagierten, während die meisten gramnegativen (nicht kontaminierten) Bakterien unempfindlich waren. Zudem beobachtete er, dass der Farbstoff eher bakteriostatisch als bakterizid wirkte .

Eine Studie an Mäusen zeigte ein dosisabhängiges karzinogenes Potenzial an verschiedenen Organen. ^{[ 41 ] [ 42 ]}

Die US-amerikanische Lebensmittel- und Arzneimittelbehörde (FDA) hat festgestellt, dass Gentianaviolett nicht ausreichend wissenschaftlich als sicher für die Verwendung in Tierfutter nachgewiesen ist. Die Verwendung von Gentianaviolett in Tierfutter führt zu dessen Verfälschung und verstößt gegen das US-amerikanische Bundesgesetz über Lebensmittel, Arzneimittel und Kosmetika (Federal Food, Drug, and Cosmetic Act) . Am 28. Juni 2007 gab die FDA eine Importwarnung für aus China stammende Zuchtfische heraus, da in den Produkten wiederholt nicht zugelassene antimikrobielle Mittel, darunter Gentianaviolett, gefunden wurden. Im FDA-Bericht heißt es:

Wie Malachitgrün (MG ) wird auch Kristallviolett (CV) nach Wasserkontakt leicht vom Fischgewebe aufgenommen und im Fischstoffwechsel zu Leukokristallviolett (LCV) reduziert. Mehrere Studien des National Toxicology Program (NTP) belegen die karzinogene und mutagene Wirkung von Kristallviolett bei Nagetieren. Die Leukoform induziert Nieren-, Leber- und Lungentumore bei Mäusen. ^{[ 43 ] [ 44 ]}

Im Jahr 2019 schloss Health Canada (HC) Sicherheitsüberprüfungen zu Gentianaviolett ab und kam zu dem Schluss, dass es bei direktem Körperkontakt krebserregend ist. Infolgedessen hat HC mit Herstellern von Human- und Tierarzneimitteln zusammengearbeitet, um alle Gentianaviolett-haltigen Arzneimittel vom Markt zu nehmen und zurückzurufen. Verbrauchern wurde empfohlen, die Anwendung einzustellen und alle verbleibenden, direkt verabreichten Gentianaviolett-haltigen Arzneimittel sicher zu entsorgen.

HC entschied, dass Medizinprodukte mit Gentianaviolett weiterhin auf dem kanadischen Markt erhältlich sein dürfen, da Gentianaviolett in Polyurethanschaumverbänden wahrscheinlich nicht in direkten Hautkontakt kommt. HC empfahl jedoch, die Anwendungsdauer dieser Verbände auf maximal sechs Monate zu beschränken.

Sie rieten außerdem von der Anwendung von Gentianaviolett-Präparaten auf der Haut ab, beispielsweise auf der Brustwarze stillender Mütter zur Behandlung von Mundsoor bei Säuglingen. HC empfahl Schwangeren und Stillenden, die Anwendung gänzlich zu vermeiden, da nicht genügend Beweise für die Sicherheit der Anwendung von Gentianaviolett während der Schwangerschaft oder Stillzeit vorliegen. ^{[ 45 ]} Dies veranlasste kanadische Ingenieurhochschulen, die Verwendung dieses Farbstoffs im Rahmen der Orientierungswoche zu überdenken, bei der sich die Studierenden durch Eintauchen in eine Wanne mit einer verdünnten Gentianaviolett-Lösung „lila“ färben. ^{[ 46 ]}

• „Methylrosaniliniumchlorid (Gentianaviolett)“, WHO-Musterinformation zur Verschreibung von Arzneimitteln bei Hautkrankheiten , Genf: Weltgesundheitsorganisation, 1997, S.  70 , ISBN 92-4-140106-0Die