Глутаровый альдегид

• | Печать |

Рейтинг:   / 13

Подробности

Просмотров: 26959

Глутаровый альдегид

Химическая формула продукта: OHC(CH₂)₃CHO

Торговые обозначения продукта:

•         Glutaric acid dialdehyde

•         Glutardialdehyde

•         Glutaral

•         1,3-Diformylpropane

•         1,5-Pentanedial

•         1,5-Pentanedione

•         Glutaric aldehyde

•         Pentanedial

•         Sonacide

•         Aldesan

•         Ucarcide

Описание продукта:

Глутаровый альдегид представляет собой 5-углеродные алифатические диальдегидные звенья с аминогруппами коллагена и других белков с образованием внутримолекулярных и межмолекулярных сшивок. Коммерческие продукты, содержащие глутаровый альдегид, чаще всего доступны в виде 2%, 10%, 25% и 50% водных растворов, которые не являются легковоспламеняющимися и, следовательно, не имеют температуры вспышки. С одной стороны, глутаровый альдегид будет полимеризоваться в стабильные гидраты в условиях повышенной щелочности; С другой стороны, его антимикробная активность максимальна в щелочных условиях; Поэтому, чтобы сохранить свою активность во избежание полимеризации, диапазон рН его раствора должен быть буфером в слабом щелочном диапазоне (от 7,5 до 8,5). В пределах упомянутого диапазона рН глутаровый альдегид стабилен в течение по меньшей мере 14 дней. Чтобы достичь подходящего диапазона рН, большинство глутаровый альдегид, используемого в больницах для целей дезинфекции и стерилизации, представляет собой концентрацию 2,0%, которая имеет двухкомпонентную систему, которую необходимо смешать или активировать перед использованием. Эти два компонента представляют собой активированный раствор и подщелачивающие агенты, химические компоненты которых составляют 2,0% глутаровый альдегид и 0,3% бикарбоната натрия соответственно. Хотя для стерилизации оборудования и поверхностей в больницах существует много экологически предпочтительных технологий, эти технологии могут повредить некоторые медицинские инструменты, чувствительные к влаге и теплу. В таких случаях больницы обычно используют оксид этилена для стерилизации влаго- и термочувствительных инструментов и глутаровый альдегид в качестве дезинфицирующего средства высокого уровня. Сотрудники здравоохранения, которые обычно используют продукты на основе глутаровый альдегид, работают во многих отделах, от гастроэнтерологии, урологии и кардиологии до рентгеновских, лабораторных и аптечных. Среди многих доступных белковых сшивающих агентов глутаровый альдегид, несомненно, нашел самое широкое применение в различных областях, таких как гистохимия, микроскопия, цитохимия, индустрия кожевенного лечения, ферментная технология, химическая стерилизация, биомедицинская и фармацевтическая. Глутаровый альдегид, линейный 5-углеродный диальдегид, представляет собой прозрачную, бесцветную до бледно-соломенного цвета острую маслянистую жидкость, которая растворяется во всех пропорциях в воде и спирте, а также в органических растворителях. Он доступен в основном в виде кислых водных растворов (рН 3,0-4,0), имеющих концентрацию от менее чем 2% до 70% (мас. / Об.). Глутаровый альдегид имел большой успех из-за его коммерческой доступности и низкой стоимости в дополнение к его высокой реакционной способности. Он быстро реагирует с аминогруппами при нейтральном рН и более эффективен, чем другие альдегиды, в получении термически и химически стабильных сшивок. Фактически, исследования реакций сшивания коллагена с моноальдегидом (формальдегидом) и диальдегидами, имеющими длину цепи от двух до шести атомов углерода (глиоксаля, малональдегида, сукцинальдегида, глутаровый альдегид и адипальдегида), показали, что реакционная способность в этой серии максимизируется при Пять атомов углерода; Таким образом глутаровый альдегид является наиболее эффективным сшивающим агентом. Глутаровый альдегид нашел широкое применение для иммобилизации ферментов. Несмотря на успех этого реагента, его химия была довольно противоречивой. На самом деле простая структура глутаровый альдегид не свидетельствует о сложности его поведения в водном растворе и его реакционной способности. Наша цель здесь состоит в том, чтобы рассмотреть литературу по глутаровому альдегиду, сначала представив ее химическое поведение в водном растворе, а затем его реакционную способность с белками, фокусируясь на его применении для иммобилизации фермента.

Знание структуры и механизма сшивания реагентов важно для их использования. Однако структура глутаровый альдегид в водном растворе была предметом более спорных вопросов, чем любые другие сшивающие реагенты. Фактически структура глутарового альдегида в водном растворе не ограничена мономерной формой.В 1962 г. Асо и Аито изучали полимеризацию глутарового альдегида с использованием катионных катализаторов, и они обнаружили, что аналогичная полимеризация происходила спонтанно в водном растворе глутаровый альдегид а: поведение в водном растворе, реакция с белками и применение к ферменту. Глутаровый альдегид обладает уникальными характеристиками, которые делают его одним из наиболее эффективных белковых сшивающих реагентов. Он может присутствовать, по меньшей мере, в 13 различных формах в зависимости от условий растворения, таких как pH, концентрация, температура и т.д. Имеется существенная литература, касающаяся использования глутаровый альдегид для иммобилизации белка, однако нет согласия в отношении основных реактивных видов, которые участвуютт в процессе сшивания, потому что мономерные и полимерные формы находятся в равновесии. Глутаровый альдегид может вступать в реакцию с белками несколькими способами, такими как конденсация альдола или добавление типа Майкла, и дающее 8 различных реакций для различных водных форм этого реагента. В результате этих расхождений и уникальных характеристик каждого фермента процедуры сшивания с использованием глутаровый альдегид в значительной степени развиваются путем эмпирического наблюдения. Выбор соотношения фермент- глутаровый альдегид, а также их конечная концентрация являются критическими, поскольку перерастворение фермента должно приводить к минимальному искажению его структуры, чтобы сохранить каталитическую активность. В 1968 году Ричардс и Ноулз исследовали растворы глутарового альдегида с помощью ядерного магнитного резонанса протон (Н) (Н-ЯМР). Данные ЯМР (т.е. Типы протонов и пиковые интеграции) не согласуются с ожидаемыми от димера, циклического димера, тримера или бициклического тримера только, а скорее согласуются со смесью полимерных форм этих олигомеров, а также с более высокими полимерными видов. Авторы пришли к выводу, что коммерческие растворы были в основном полимерными и содержали значительные количества α, β-ненасыщенных альдегидов (структура VI), которые были способны образовывать кольца (структура VII) путем потери молекул воды путем альдольной конденсации. Структура VI представляет собой среднюю структуру ненасыщенного полимеризованного глутаровый альдегид (α, β-ненасыщенное соединение), и Хупер сообщил, что боковые альдегидные группы структуры VI будут едва гидратированы, поскольку карбонильная форма стабилизируется путем конъюгации. В 1969 г. для исследования растворов глутарового альдегида использовалась ультрафиолетовая (УФ) спектрофотометрия в сочетании с Н-ЯМР. Они также обнаружили α, β-ненасыщенные альдегиды (структура VI), но только в качестве очень незначительного компонента органического содержимого из-за относительно слабой абсорбции, наблюдаемой при 235 нм. Более того, после очистки глутаровый альдегид жидкостной экстракцией этиловым эфиром эти авторы получили 50% чистый глутаровый альдегид  с ожидаемым спектром H-ЯМР. Дополнительные исследования H-ЯМР показали, что очищенный глутаровый альдегид при растворении в воде подвергается очень быстрой гидратации, что согласуется с результатами Асо и Аито. Таким образом, Харди постулировал, что мономер глутаральдегида ) существует в виде смеси гидратированных форм в водном растворе, причем все они находятся в равновесии.

Глутаровый альдегид впервые был использован в начале 1960-х годов для фиксации тканей, и с этого времени было разработано много других приложений. Высокая реакционная способность глутаровый альдегид по отношению к белкам при нейтральном рН основана на наличии нескольких реакционных остатков в белках и молекулярных формах глутаровый альдегид в водном растворе, что приводит к множеству различных возможных механизмов реакции. Иммобилизация ферментов представляет собой хороший пример для иллюстрации использования глутаровый альдегид в качестве белкового сшивающего реагента. Глутаровый альдегид может взаимодействовать с несколькими функциональными группами белков, такими как амин, тиол, фенол и имидазол, поскольку наиболее реакционноспособными боковыми цепями аминокислот являются нуклеофилы. В литературе описаны различные данные по реакционной способности альдегида (при рН от 2,0 до 11,0) со следующими аминокислотами: лизин; Тирозин, трип-сироп и фенилаланин; Гистидин, цистеин, пролин, серин, глицин, глицилглицин и аргинин. Ученые исследовали способность различных альдегидов взаимодействовать с аминокислотами и оценивали реактивные количества аминокислот в порядке уменьшения реакционной способности следующим образом: ε-амино, α-амино, гуанидинил, вторичный амино и Гидроксильных групп. Исследователи пришли к выводу, что глутаровый альдегид не реагирует с аминогруппой гуанидинильной группы (аргинин) или что в белковых молекулах более реакционноспособные группы препятствуют наблюдению реактивности аргинина с глутаральдегидом. Было отмечено, что глутаровый альдегид реагирует с тиольными группами только в присутствии первичной аминогруппы. Глутаровый альдегид реагирует обратимо с аминогруппами в широком диапазоне рН (≥pH 3,0), за исключением между pH 7,0 и 9,0, где наблюдается лишь небольшая обратимость. Сшивка белков либо на носитель (твердый носитель), либо между белковыми молекулами (без носителя), как правило, подразумевает ε-аминогруппу лизиновых остатков. Непротонированные аминогруппы очень реакционноспособны в качестве нуклеофильных агентов. Следует отметить, что лизил-аминогруппы имеют pKa (константа диссоциации кислоты)> 9,5, но предполагается, что малый процент аминов, присутствующих в их непротонированной форме при более низком pH, достаточен для реакции с глутаровый альдегид, который затем приводят равновесие кислотно-основного состояния к депротонированию этих групп для дальнейшей реакции. Большинство белков содержат много лизиновых остатков, обычно расположенных на поверхности белка (то есть подверженных воздействию водной среды) из-за полярности аминогруппы. Кроме того, лизиновые остатки, как правило, не участвуют в каталитическом сайте, что обеспечивает умеренное сшивание для сохранения конформации белка и, следовательно, биологической активности. Как уже указывалось ранее, глутаровый альдегид существует в многочисленных формах в водном растворе, и все эти формы могут быть реакционноспособными по отношению к лизиновым остаткам (ε-аминогруппе) белков.

Иммобилизованные ферменты в настоящее время представляют значительный интерес из-за их преимуществ перед растворимыми ферментами или альтернативными технологиями, и их применение неуклонно растет. Иммобилизация путем ковалентного присоединения к нерастворимым в воде носителям через глутаровый альдегид является одним из самых простых и наиболее нежных методов связывания в ферментной технологии. Первое сообщение об использовании бифункционального реагента было опубликовано Заном в 1950-х годах, за которым последовали исследования по химии сшивания с глутаровый альдегид для получения стабильных белковых кристаллов для рентгеноструктурных исследований или для фиксации образцов тканей для микроскопического исследования. Позднее глутаровый альдегид широко применялся в качестве мягкого сшивающего агента для иммобилизации ферментов, поскольку реакция протекала в водном буферном растворе в условиях, близких к физиологическому рН, ионной силе и температуре. В сущности, были использованы два метода: (i) образование трехмерной сети в результате межмолекулярного сшивания и (ii) связывание с нерастворимым носителем (например, нейлоном, плавленой кварцем, контролируемым пористое стекло, сшитые белки, такие как желатин и альбумин бычьей сыворотки (BSA), и полимеры с боковыми аминогруппами). Иммобилизация может быть достигнута для многих ферментов в широком диапазоне условий, которые следует выбирать в зависимости от конкретных требуемых результатов. Эти условия часто определялись методом проб и ошибок, потому что нерастворимость критически зависит от хрупкого баланса факторов, таких как природа фермента, концентрация обоих ферментов и реагента, РН и ионной силы раствора, температуры и времени реакции.

Химические и физические свойства глутаровый альдегид.

Транспортировка и хранение продукта.

Растворы на основе глутарового альдегида стабильны при нормальных условиях хранения. Хотя нагревание продукта приводит к образованию цвета и медленному образованию полимера, оно не представляет опасности для безопасности. Однако, если вода испаряется из водных растворов глутаровый альдегид, остаточный материал быстро полимеризуется в неопасной реакции, образуя остаток, который будет гореть. В случае пожара подходящими огнетушителями являются огнетушители, двуокись углерода, сухие химические, спиртовые или универсальные пены, применяемые в соответствии с рекомендуемой техникой производителей. Автономные дыхательные аппараты должны быть доступны для пожарных, поскольку пар глутарового альдегида вызывает раздражение при очень низких концентрациях. Загрязнение концентрированных растворов глутаральдегида с сильно кислыми или щелочными примесями может привести к экзотермической полимеризации содержащегося глутаровый альдегид через альдольные реакции конденсации. Если это происходит, рекомендуется добавление воды для разбавления раствора.

Растворы на основе глутаровый альдегид отгружаются с помощью баржи, палубного танкера, автоцистерны, контейнера для массовых грузов среднего размера (IBC), барабана и других мелких контейнеров. Для всех методов доставки следует соблюдать процедуры и меры предосторожности, отмеченные в разделе «Вопросы безопасности и охраны окружающей среды». Когда получена тележка с бочками, проветрите автомобиль перед входом, чтобы удалить любые потенциально раздражающие пары глутарового альдегида. Все обслуживающие персонал барабаны должны надевать защитные перчатки, защитные очки или защитные очки с боковыми щитками и защитную полную защиту лица и защитную одежду. Для склада рекомендуется использовать хорошо дренированную бетонную площадку. Предпочтительно область хранения должна быть в помещении или в затененной области, чтобы избежать проблем с качеством, связанных с температурой, и должна быть хорошо вентилируемой.

При работе с любыми химическими веществами, включая глутаровый альдегид, важно, чтобы персонал проходил подготовку по свойствам материала, возможным побочным эффектам, возникающим в результате пере облучения, а также использованию и процедурам, подходящим для данного химиката. Поэтому должна быть формальная программа обучения, в ходе которой новые пользователи получают надлежащие процедуры, а опытные пользователи информируются о проблемах, связанных с использованием глутарового альдегида. Благодаря надлежащей подготовке и пониманию, работники могут свести к минимуму собственное облучение, следуя основным руководящим принципам работы. Кроме того, доступ к растворам глутарового альдегида должен быть ограничен теми, кто обучен его использованию. Сотрудники должны знать правила безопасности, которые вступают в силу в случае разлива. Все сотрудники должны быть знакомы с Паспортом безопасности материалов (MSDS), который прилагается к каждому продукту. Этот лист должен быть доступен для всех пользователей. Он содержит информацию о неотложной медицинской помощи и ликвидации разливов. Доступность особенно важна для врачей, которые могут лечить острую передержку (например, брызги в глазу). Чтобы свести к минимуму контакт с растворами глутарового альдегида, на всех контейнерах-хранилищах следует использовать плотно прилегающие крышки. Эти крышки должны быть на месте в любое время. При смешивании и разливке растворов следует соблюдать осторожность, чтобы свести к минимуму брызги и уменьшить случайные разливы.

Области применения продукта:

1.      Холодное дезинфицирующее средство в отрасли здравоохранения. глутаровый альдегид используют в виде 1% или 2% водного раствора, который необходимо активировать щелочным буфером, например бикарбонатом натрия. Активированный раствор можно использовать до двух недель, и он используется для химической дезинфекции таких инструментов, как эндоскопы, бронхоскопы, стоматологическое оборудование и другие клинические инструменты. Дезинфекция включает погружение прибора в раствор глутаровый альдегид с использованием либо закрытых желобов, тележек, либо автоматических моечных устройств.

2.      Отвердитель в обработке рентгеновской пленки. Глутаровый альдегид входит в состав проявляющих растворов для черно-белой рентгеновской фотографии в качестве упрочняющего (или сшивающего) агента для сокращения цикла сушки при обработке пленки. Разработчики, содержащие глутаровый альдегид, как правило, используются в высокотемпературных автоматизированных процессорах пленки, главным образом в медицинской области и, в меньшей степени, в инженерных приложениях, таких как неразрушающий контроль сварных швов. Разработчики рентгеновского излучения обычно поставляются в виде концентратов, содержащих свободный глутаровый альдегид или комплекс глютаральдегид-бисульфит натрия, с концентратом, разбавленным до получения рабочего прочного раствора, содержащего менее 1% глутаровый альдегид.

3.      Очистка воды. Водные растворы глутарового альдегида при 10-50% используются для обработки воды в градирнях, воздушных шайбах и других системах рециркуляции воды для предотвращения коррозии и накопления микробиологического роста. Раствор вводят в виде пульп в виде доз, удаляющих удар, либо вручную, либо с помощью автоматического дозирующего оборудования, чтобы получить 50-100 ppm глутаровый альдегид в очищенной воде. Глутаровый альдегид купить и использовать значительно в оффшорных операциях. 15-50% -ный водный концентрат добавляется в воду для инъекции в скважину, чтобы предотвратить рост сульфатредуцирующих бактерий, которые вызывают коррозию металлов. Раствор вводят в слизнях с помощью автоматической системы откачки, чтобы получить 100-300 чнм в воде.

4.      Биоцид в целлюлозно-бумажной промышленности. Водные растворы глутарового альдегида при 10-50% используют для уменьшения или ингибирования роста микроорганизмов в суспензиях пульпы. Раствор вводят в слизняках с использованием автоматического дозирующего оборудования для получения глутаральдегида в массе пульпы в количестве 50-100 чнм.

5.      Чистящее средство. Глутаровый альдегид купить и использовать в качестве консерванта в промышленных чистящих средствах, например, в пищевой промышленности, производстве напитков и табачных изделий, а также в розничных моющих средствах.

6.      Биоцид в нефтяной промышленности. Глутаровый альдегид купить и использовать в промышленности как добавка для бурового раствора, средство для извлечения нефти и для обработки нефтяных скважин. Он также используется в качестве биоцида в нефтепродуктах, таких как смазочные масла.

7.      Индустрия здоровья животных. Глутаровый альдегид используется в индустрии здоровья животных для дезинфекции животных и птичьих домов. Разбавленные растворы, содержащие 0,1-0,3% глутаральдегида, распыляют, промывают или вспенивают на стенах, полах и других поверхностях. Запотевание животноводческих помещений может проводиться на автоматическом оборудовании с использованием раствора, содержащего приблизительно 400 промилле. Растворы, содержащие приблизительно 750 чнм, используются для дезинфекции яичной скорлупы, чтобы помочь удалить грязь и мусор.

8.      Дубление. Водные растворы глутарового альдегида используются для смягчения кожи и повышения их стойкости к воде, щелочам и плесени. Кожа пропитывается раствором, содержащим 0,5-2% глутаральдегида.

9.      Микроскопия / гистология. Глутаровый альдегид используется в качестве фиксатора ткани в гистологии, электронной и световой микроскопии, обычно в виде 1,5-6% водного раствора.

10.  Аквакультура. Глутаровый альдегид используется, как правило, в сочетании со смачивающими агентами, для борьбы с вирусами и другими микроорганизмами в рыбоводстве.

11.  Косметика. Глутаровый альдегид допускается в качестве консерванта в косметических средствах в Европе при концентрациях до 0,1%. Не допускается в аэрозолях и аэрозолях.