Malachitgrün ist eine organische Verbindung , die als Farbstoff und kontroverserweise auch als antimikrobielles Mittel in der Aquakultur eingesetzt wird . Traditionell dient Malachitgrün als Farbstoff für Materialien wie Seide , Leder und Papier . Trotz seines Namens wird der Farbstoff nicht aus dem Mineral Malachit gewonnen ; die Bezeichnung leitet sich lediglich von der Farbähnlichkeit ab.

Strukturen und Eigenschaften

Malachitgrün wird in der Farbstoffindustrie als Triarylmethanfarbstoff klassifiziert und findet auch in der Pigmentindustrie Anwendung. Formal bezeichnet Malachitgrün das Chloridsalz [C₆H₅C(C₆H₄N ( CH₃ ) ₂ ) ₂ ] Cl , wobei der Begriff Malachitgrün jedoch oft ungenau verwendet wird und sich häufig nur auf das farbige Kation bezieht . Auch das Oxalatsalz ist im Handel erhältlich. Die Anionen haben keinen Einfluss auf die Farbe. Die intensive grüne Farbe des Kations resultiert aus einer starken Absorptionsbande bei 621 nm ( Extinktionskoeffizient 10⁵ M⁻¹ cm⁻¹ ) .

Malachitgrün (zweiter Übergang) ( pH-Indikator )
unter pH 11,5oberhalb pH 13,2
11,5⇌13.2
Malachitgrün (erster Übergang) ( pH-Indikator )
unter pH 0,2über pH 1,8
0,2⇌1.8

Malachitgrün wird durch Kondensation von Benzaldehyd und Dimethylanilin zu Leucomalachitgrün (LMG) hergestellt:

C 6 H 5 CHO + C 6 H 5 N(CH 3 ) 2 → (C 6 H 5 N(CH 3 ) 2 ) 2 C 6 H 5 + H 2 O

Zweitens wird diese farblose Leukoverbindung, ein Verwandter von Triphenylmethan , zum Kation MG oxidiert:

C₆H₅CH ( C₆H₄N ( CH₃ ) ₂ ) ₂ + HCl + ½ O₂ → [ C₆H₅C ( C₆H₄N ( CH₃ ) ₂ ) ₂ ] Cl + H₂O​​​​

Ein typisches Oxidationsmittel ist Mangandioxid .

Die Hydrolyse von MG ergibt einen Alkohol : [ 2 ]

[ C₆H₅C ( C₆H₄N ( CH₃ ) ₂ ) ₂ ] Cl + H₂O → C₆H₅C ( OH ) ( C₆H₄N ( CH₃ ) ₂ ) ₂ + HCl​​

Dieser Alkohol ist wichtig, da er – anders als MG – Zellmembranen durchdringen kann. Innerhalb der Zelle wird er zu LMG metabolisiert. Nur das kationische MG ist intensiv gefärbt, die Leuko- und Alkoholderivate hingegen nicht. Dieser Unterschied beruht darauf, dass nur die kationische Form eine ausgedehnte π-Delokalisierung aufweist, die es dem Molekül ermöglicht, sichtbares Licht zu absorbieren.

Links ist Leukomalachitgrün (LMG) abgebildet, rechts die beiden äquivalenten Resonanzstrukturen des MG-Kations. Das Alkoholderivat von MG entsteht aus LMG durch Austausch der einzigartigen C–H-Bindung gegen eine C–OH-Bindung.

Vorbereitung

Die Leukoform von Malachitgrün wurde erstmals 1877 von Hermann Fischer durch Kondensation von Benzaldehyd und Dimethylanilin im Molverhältnis 1:2 in Gegenwart von Schwefelsäure hergestellt . [ 3 ]

Synthese von Malachitgrün
Synthese von Malachitgrün

Verwendung

Malachitgrün wird traditionell als Farbstoff verwendet. Kilotonnen Malachitgrün und verwandte Triarylmethanfarbstoffe werden jährlich zu diesem Zweck hergestellt. [ 4 ]

Malachitgrün (MG) wirkt gegen den Eipilz Saprolegnia , der Fischeier in der kommerziellen Aquakultur befällt . MG wird zur Behandlung von Saprolegnia eingesetzt und dient als antibakterielles Mittel . [ 5 ] Es ist ein sehr beliebtes Mittel zur Bekämpfung von Ichthyophthirius multifiliis in Süßwasseraquarien . Der Hauptmetabolit Leucomalachitgrün (LMG) findet sich in mit Malachitgrün behandelten Fischen, was Anlass zu Kontroversen und staatlichen Regulierungen gibt. Siehe auch: Antimikrobielle Mittel in der Aquakultur .

MG wurde häufig zur Überführung von Dieben und Plünderern eingesetzt. Der Köder, meist Geld, wird mit dem wasserfreien Pulver bestreut. Wer das kontaminierte Geld berührt, stellt nach dem Händewaschen einen grünen Fleck auf der Haut fest, der mehrere Tage anhält.

Nischennutzung

Ein Präparat von Bacillus subtilis, das mit Malachitgrün gefärbte Endosporen zeigt (vegetative Zellen sind mit Safranin-Gegenfärbung rosa gefärbt).

Zahlreiche Nischenanwendungen nutzen die intensive Farbe von Malachitgrün (MG). Es dient als biologischer Farbstoff für die mikroskopische Analyse von Zellbiologie und Gewebeproben . Bei der Gimenez-Färbung färbt basisches Fuchsin Bakterien rot oder magenta, und Malachitgrün wird als blaugrüner Gegenfarbstoff verwendet . Malachitgrün wird auch zur Endosporenfärbung eingesetzt , da es Endosporen in Bakterienzellen direkt anfärben kann; hier wird häufig Safranin als Gegenfarbstoff verwendet. Malachitgrün ist Bestandteil der Alexander- Pollenfärbung . Es kann auch als sättigbarer Absorber in Farbstofflasern oder als pH-Indikator im Bereich von pH 0,2–1,8 verwendet werden. Diese Anwendung ist jedoch relativ selten. Leukomalachitgrün (LMG) wird in der Forensik zum Nachweis von latentem Blut eingesetzt . Hämoglobin katalysiert die Reaktion zwischen LMG und Wasserstoffperoxid , wodurch das farblose LMG in Malachitgrün umgewandelt wird. Daher deutet das Auftreten einer grünen Farbe auf das Vorhandensein von Blut hin . [ 6 ]

Eine Reihe von Malachitgrün-Derivaten ist ein wichtiger Bestandteil des Fluoreszenzmikroskopie-Systems, dem sogenannten Fluorogen-aktivierenden Protein/Fluorogen-System. Malachitgrün gehört zur Klasse der Fluorophore. Wird seine Rotationsfreiheit eingeschränkt, wandelt es sich von einem nicht-fluoreszierenden zu einem stark fluoreszierenden Molekül um. [ 7 ] In diesem von einer Gruppe der Carnegie Mellon University entwickelten System bindet Malachitgrün an ein spezifisches Fluorogen-aktivierendes Protein und wird dadurch stark fluoreszierend. Die Expression des Fluorogen-aktivierenden Proteins als Fusion von Zieldomänen ermöglicht die subzelluläre Lokalisierung. Die Anwendung ähnelt der von GFP , bietet aber den zusätzlichen Vorteil eines „Dunkelzustands“ vor der Zugabe des Malachitgrün-Fluorophors. Dies ist besonders nützlich für FRET- Studien.

Verordnung

1992 stellten die kanadischen Behörden fest, dass der Verzehr von mit Malachitgrün kontaminierten Fischen ein erhebliches Gesundheitsrisiko darstellt. [ 8 ] Malachitgrün wurde als gesundheitsgefährdender Stoff der Klasse II eingestuft. Aufgrund seiner geringen Herstellungskosten wird Malachitgrün in einigen Ländern mit weniger strengen Gesetzen weiterhin für Zwecke außerhalb der Aquakultur verwendet . 2005 wiesen Analysten in Hongkong Spuren von Malachitgrün in aus China importierten Aalen und Fischen nach . 2006 entdeckte die US-amerikanische Lebensmittel- und Arzneimittelbehörde (FDA) Malachitgrün unter anderem in Meeresfrüchten aus China, wo die Substanz ebenfalls für die Aquakultur verboten ist. [ 9 ] Im Juni 2007 stoppte die FDA die Einfuhr mehrerer Meeresfrüchtearten aufgrund anhaltender Malachitgrün-Kontamination. [ 10 ]

Malachitgrün ist in den Vereinigten Staaten seit 1983 für Lebensmittelanwendungen verboten. Auch im Vereinigten Königreich ist der Stoff verboten. [ 11 ] In Macau ist seine Verwendung in Lebensmitteln untersagt. [ 12 ]

Tiere metabolisieren Malachitgrün zu seiner Leukoform . Da der Metabolit lipophil ist (die Leukoform hat einen log  P-Wert von 5,70), verbleibt er länger im Muskelgewebe des Welses ( HL = 10 Tage) als die Ausgangssubstanz (HL = 2,8 Tage).

Toxizität

Die LD50 (oral, Maus) beträgt 80 mg/kg. Ratten , denen Malachitgrün verabreicht wurde, zeigten eine dosisabhängige Zunahme von DNA-Addukten in der Leber sowie Lungenadenome . Leukomalachitgrün führte zu einer Zunahme der Anzahl und des Schweregrades dieser Veränderungen. Da Leukomalachitgrün der Hauptmetabolit von Malachitgrün ist und deutlich länger im Fischmuskel verbleibt, erfolgt die menschliche Aufnahme von Malachitgrün über die Nahrung, beispielsweise durch Fisch, hauptsächlich in der Leukoform. Im Rahmen des Experiments erhielten Ratten bis zu 543 ppm Leukomalachitgrün – eine extrem hohe Konzentration im Vergleich zu den durchschnittlich 5 ppb, die in Fisch gefunden wurden. Nach zwei Jahren wurde bei männlichen Ratten ein Anstieg von Lungenadenomen festgestellt, jedoch keine Lebertumore. Daraus lässt sich schließen, dass Malachitgrün karzinogene Symptome hervorrief, ein direkter Zusammenhang zwischen Malachitgrün und Lebertumoren konnte jedoch nicht nachgewiesen werden. [ 13 ]

Detektion

Obwohl Malachitgrün in wässriger Lösung nahezu keine Fluoreszenz aufweist ( Quantenausbeute 7,9 × 10⁻⁵ ) [ 14 ], haben mehrere Forschungsgruppen Technologien zur Detektion von Malachitgrün entwickelt. So demonstrierten Zhao et al. beispielsweise die Verwendung eines Malachitgrün-Aptamers in mikrostrukturierten Sensoren zur Detektion niedriger Malachitgrün-Konzentrationen [ 15 ] .

Referenzen

  1. ^ „C&L-Inventar“ . echa.europa.eu . Abgerufen am 27. Dezember 2021 .
  2. ^ Raducan, Adina; Olteanu, Alexandra; Puiu, Mihaela; Oancea, Dumitru (01.03.2008). „Einfluss von Tensiden auf das Ausbleichen von Malachitgrün“ . Offene Chemie . 6 (1): 89–92 . doi : 10.2478/s11532-007-0066-0 . ISSN 2391-5420 . 
  3. ^ Dr. M. Vishwanathan. Grundlagen der organischen Chemie . Jai Sai Publications. S. 2/37.
  4. ^ Thomas Gessner und Udo Mayer „Triarylmethan und Diarylmethanfarbstoffe“ in Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi : 10.1002/14356007.a27_179
  5. ^ Srivastava, S.; Sinha, R.; Roy, D. (2004). „Toxikologische Wirkungen von Malachitgrün“. Aquatic Toxicology . 66 (3): 319–29 . Bibcode : 2004AqTox..66..319S . doi : 10.1016/j.aquatox.2003.09.008 . PMID 15129773 . 
  6. ^ „DNA-Analysten-Schulungslabor – Schulungshandbuch Protokoll 2.18 Leukomalachitgrün-Voruntersuchung auf Blut“ (PDF) . Nationales Zentrum für forensische Wissenschaftstechnologie . Abgerufen am 8. Januar 2018 .
  7. ^ Szent-Györgyi, Christopher (2007). „Fluorogen-aktivierende Einzelketten-Antikörper zur Bildgebung von Zelloberflächenproteinen“ . Nature Biotechnology . 26 (2): 235–240 . doi : 10.1038/nbt1368 . PMID 18157118. S2CID 21815631 .  
  8. ^ Wendy C. Andersen, Sherri B. Turnipseed und José E. Roybal: „Quantitative and Confirmatory Analyses of Malachite Green and Leucomalachite Green Residues in Fish and Shrimp“, J. Agric. Food Chem. 2006, Band 54, S. 4517–4523. doi : 10.1021/jf0532258 und die dort angegebenen Referenzen.
  9. ^ Poopal, Rama-Krishnan; Ashwini, Rajan; Ramesh, Mathan; Li, Bin; Ren, Zongming (01.03.2023). „Triphenylmethanfarbstoff (C52H54N4O12) ist in Spurenkonzentrationen potenziell eine Gefahr für Speisefische aus Süßwasser: Toxizitäts-, hämatologische, biochemische, antioxidative und molekulare Docking-Studie“ . Environmental Science and Pollution Research . 30 (11): 28759–28779 . doi : 10.1007/s11356-022-24206-y . ISSN 1614-7499 . PMID 36401692. S2CID 253671609 .   
  10. ^ Die chinesische Fischkrise verdeutlicht die Herausforderungen bei der Lebensmittelsicherheit , USA Today , 1.7.2007
  11. ^ Ausschuss für Tierarzneimittelrückstände. Jahresbericht zur Überwachung von Tierarzneimittelrückständen in Lebensmitteln im Vereinigten Königreich für die Jahre 2001, 2002 und 2003. Archiviert am 11.02.2012 in der Wayback Machine .
  12. ^ „Informationen zur Lebensmittelsicherheit – Verbotene Substanzen in Lebensmitteln“ .
  13. ^ Culp, SJ; Beland, FA; Heflich, RH; et al. (2002). „Mutagenität und Karzinogenität in Bezug auf die DNA-Adduktbildung bei mit Leucomalachitgrün gefütterten Ratten“ . Mutation Research . 506–507 : 55–63 . doi : 10.1016/S0027-5107(02)00152-5 . PMID 12351145 . 
  14. ^ Babendure, Jeremy R.; Adams, Stephen R.; Tsien, Roger Y. (2003). „Aptamere schalten die Fluoreszenz von Triphenylmethanfarbstoffen ein“. Journal of the American Chemical Society . 125 (48). American Chemical Society (ACS): 14716–14717 . doi : 10.1021/ja037994o . ISSN 0002-7863 . PMID 14640641 .  
  15. ^ Einfluss der Rezeptorbindung auf die Empfindlichkeit eines markierungsfreien, auf einem Mikrokantilever basierenden Biosensors unter Verwendung eines Malachitgrün-Aptamers https://doi.org/10.1016/j.snb.2019.126963

Weiterführende Literatur

  • Cho, Bongsup P.; Yang, Tianle; Blankenship, Lonnie R.; et al. (2003). „Synthese und Charakterisierung von N-demethylierten Metaboliten von Malachitgrün und Leucomalachitgrün“. Chem. Res. Toxicol . 16 (3): 285–294 . doi : 10.1021/tx0256679 . PMID  12641428 .
  • Plakas, SM; El Said, KR; Stehly, GR; et al. (1996). „Aufnahme, Gewebeverteilung und Metabolismus von Malachitgrün beim Kanalwels ( Ictalurus punctatus )“. Can. J. Fish. Aquat. Sci . 53 (6): 1427–1433 . doi : 10.1139/cjfas-53-6-1427 .
  • Schoettger, 1970; Smith und Heath, 1979; Gluth und Hanke, 1983. Bills et al. (1977)
  • DeFina, Steven C.; Dieckmann, Thorsten (2002). „Synthese von selektiv 15N- oder 13C -markiertem Malachitgrün“. Journal of Labelled Compounds and Radiopharmaceuticals . 45 (3): 241–248 . doi : 10.1002/jlcr.554 .
  • Dhamgaye, S.; Devaux, F.; Manoharlal, R.; et al. (Jan. 2012). „In-vitro-Effekt von Malachitgrün auf Candida albicans involviert mehrere Signalwege und die Transkriptionsregulatoren UPC2 und STP2“ . Antimicrob Agents Chemother . 56 (1): 495–506 . doi : 10.1128/AAC.00574-11 . PMC  3256066. PMID  22006003 .