Трехцветные системы помогут обнаруживать опасные летучие соединения

Ученые создали систему для обнаружения аминов — летучих органических соединений, наличие которых в окружающей среде требует мониторинга из-за возможного негативного влияния на здоровье человека. Для этого авторы сконструировали химический индикатор, который способен при контакте с аминами обратимо изменять цвет с фиолетового на зеленый, а далее по мере накопления аминов обесцвечиваться. Предложенное соединение перспективно для обнаружения аминов, которые выделяются при разложении продуктов питания и при утечках на производствах, без специального оборудования. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Organic & Biomolecular Chemistry.

Амины широко используются в качестве сырья или на промежуточных стадиях производства пестицидов, лекарств, красителей, полимеров и поверхностно-активных веществ. Эти летучие соединения могут быть опасны для здоровья людей, потому что некоторые из них способны превращаться в канцерогены и тем самым повышать риск развития рака.

Обнаружение паров аминов — важная задача на производствах и в повседневной жизни. Они могут выделяться в разных условиях, в том числе при различной температуре окружающей среды. Так, например, белковые продукты питания при неправильном хранении в результате порчи выделяют вредные летучие амины. Обычно химики выявляют амины с использованием тест-систем, способных изменять цвет под действием аминов. Чаще всего это двухцветные системы, необратимо изменяющие окраску, например, от белой до красной. При этом вопросы температурной чувствительности и возможности повторного использования таких систем остаются малоизученными.

Исследователи из Чувашского государственного университета имени И.Н. Ульянова (Чебоксары) разработали новый тип многоцветных веществ, перспективных для обнаружения паров аминов. Для этого авторы получили химическое соединение из группы цианзамещенных пирролов, имеющее в структуре при ароматическом кольце гидроксильную группу. Химики обработали полученным веществом фильтровальную бумагу и наблюдали, как менялся ее цвет в зависимости от наличия паров аминов и температуры окружающей среды. Сам по себе пиррол и, соответственно, обработанная им бумага, были фиолетовыми. При наличии амина это соединение реагировало с гидроксильной группой и цвет менялся на зеленый. Далее, при увеличении количества амина, происходило его присоединение к пирролу, из-за чего фильтровальная бумага обесцвечивалась.

Также ученым удалось описать цветовые переходы на фильтровальной бумаге, возникшие из-за изменения температуры. Так, после удаления паров амина белые образцы становились зелеными уже при комнатной температуре. При последующем нагревании цвет переходил в исходный фиолетовый. Это говорит о том, что связывание аминов обратимо, так как изменение цвета на исходный свидетельствует об их улетучивании. Следовательно, после нагревания предложенная система может использоваться повторно. Дополнительные исследования показали, что при охлаждении обработанных амином образцов зеленого цвета также происходит обесцвечивание — это значит, что при понижении температуры более охотно происходит присоединение амина к пирролу. Цветовые переходы легко фиксируются невооруженным глазом, в связи с чем предложенный прототип тест-системы удобен для экспресс-контроля содержания аминов без использования какого-либо оборудования.

«Подобного типа химические структуры в системах для обнаружения аминов еще не встречались, поэтому наше открытие имеет серьезное значение прежде всего для фундаментальной науки. При этом реализация многоцветных переходов и температурная чувствительность системы значительно расширяют возможности по выявлению аминов. Для перехода в прикладную плоскость, чтобы создать готовую к использованию тест-систему, наряду с описанным красителем мы исследуем ряд родственных структур — это поможет выявить оптимальное соединение для использования на практике», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Михаил Беликов, кандидат химических наук, доцент кафедры органической и фармацевтической химии ЧГУ имени И.Н. Ульянова.