The colour of synthetic analogues of eu- and pheomelanin

Celem pracy było wyznaczenie zależności pomiędzy barwą, a melanizacją. Melaniny należą do barwników naturalnie występujących w przyrodzie. Ubarwienie struktur biologicznych zależy od stosunku jakościowego i ilościowego melanin. Tym niemniej, zależność ta nie jest wcale prosta, jak wykazały badania przeprowadzone na materiale biologicznym – piórach. By zweryfikować tę tezę w lepiej zdefiniowanym, układzie modelowym zsyntetyzowano analogi naturalnych eu- i feomelanin naśladujące barwą upigmentowane materiały biologiczne.W przyrodzie występuje wiele związków nadających barwę, do których należą m.in. pochodne porfirynowe, karotenoidy oraz melaniny, które są tematem badań w tej pracy. Melaniny są amorficznymi kopolimerami o wysokiej masie cząsteczkowej merów, będące skutkiem enzymatycznych reakcji utleniania L-tyrozyny. W układach biologicznych synteza melaniny biegnie w wyspecjalizowanych komórkach – melanocytach. W melanocytach występują obłonione organella w których ma miejsce synteza – melanosomy, które następnie przekazywane są do innych komórek, m.in. do keratynocytów. W pracy skupiono się na dwóch typach melanin, decydujących m.in. o barwie skóry – czarno-brązowej eumelaninie oraz żółto-czerwonej feomelaninie. O typie syntezowanej melaniny decyduje obecność cysteiny, bądź zawierającego cysteinę glutationu – molekularnych przełączników zawierających siarkę. W toku pracy dokonano syntezy analogów naturalnych melanin oraz zbadania zależności pomiędzy barwą, a stosunkiem ilościowym i jakościowym mieszanin zsyntezowanych melanin. Dopa melanina jest analogiem odpowiedzialnej za kolor brązowy i czarny eumelaniny, cysteinyldopa melanina jest analogiem odpowiedzialnej za kolor żółty i czerwony feomelaniny. Dopa melanina została zsyntezowana z użyciem dwóch metod – autooksydacyjnej (DMa) oraz enzymatycznej przy udziale tyrozynazy (DMt). Cysteinyldopa melanina (cDMt) została zsyntezowana metodą enzymatyczną. Zmieszano ze sobą w różnych proporcjach dopa melaninę i cysteinyldopa melaninę. Dokonano serii rozcieńczeń dla każdej badanej proporcji, dla imitacji różnych stosunków jakościowych i ilościowych w materiałach biologicznych. Przeprowadzono nakropienia serii rozcieńczeń na bibułę filtracyjną. Po wyschnięciu zeskanowano bibułę z użyciem skanera oraz przeprowadzono analizę RGB z użyciem oprogramowania ImageJ. Porównano wartości parametru RGB oraz parametrów dla każdego kanału (R, G i B) dla rozcieńczeń roztworów o różnych proporcjach dopa/cysteinyldopa melaniny.Roztwory zawierające znaczną domieszkę cysteinyldopa melaniny (oraz roztwór cDMt) odznaczały się bardziej złożonymi zmianami barwy wraz z rozcieńczeniem. W roztworach o przewadze ilościowej dopa melaniny wraz ze stężeniem zwiększał się udział barwy zielonej, podczas gdy w roztworach zawierających znaczny nadmiar cysteindopa melaniny procentowy udział kanału zielonego był na stosunkowo stałym poziomie. Zależności dla roztworów z podobnym i przeważającym udziałem dopa melaniny są mniej skomplikowane niż te dla roztworów o znacznym udziale cysteinyldopa melaniny. Wartości regresji dla roztworów opisujących zależność pomiędzy RGB, a stężeniem są podobne wartościom regresji dla roztworów opisujących zależność pomiędzy konkretnymi kanałami, a stężeniem. Bardziej skomplikowane zależności mają miejsce, gdy udział komponenty feomelaninowej jest wysoki. Godne uwagi wyniki przyniosło również porównanie wyników analizy RGB dla dopa melanin otrzymanych różnymi metodami. Zróżnicowanie świadczy o prawdopodobnym zróżnicowaniu w udziale merów budujących ten kopolimer. Praca ta jest wstępnym etapem badań nad wyczerpującym opisem zależności melanizacja – barwa.The main goal of the following Master Thesis was to determine the relationship between the pigment-related colour and the quantity and quality of melanins. The relation is not straightforward but this has been so far concluded using melanin-containing biological materials – feathers. To support this thesis in a controlled model system synthetic analogues of melanins were used to prepare a simplified model of a melanized tissue. There are many natural pigments found in organisms, such as porphyrin derivatives, carotenoids, xantophylls and melanins, the latter being the subject of this Master Thesis. Melanins are described as high-molecular weight amorphic polymers, which are produced in enzymatic conversion of tyrosine, which takes place in specialized cells called melanocytes. These pigments are packed inside small vesicles, called melanosomes which are then distributed to the cells of neighbouring tissues. We distinguish two types of melanins; dark black and brown eumelanins and sulfur-containing pheomelanins, which produce tawny or reddish hues. The type of melanin synthesized by melanocytes depends on the presence of cysteine or glutathione, with cysteine regarded as the main “molecular switch”, which turns on pheomelanogenesis. In this Thesis synthetic analogues of natural melanins were obtained and studied in terms of their concentration and observed coloration. Dopa melanin is regarded as an analogue of dark eumelanin. Its synthesis was carried out using two different methods. First involved autooxidation of 3,4-dihydroxy-L-phenylalanine (L-DOPA) whereas second, enzymatic method, required the presence of tyrosinase, the key enzyme of melanogenesis. Cysteinyldopa melanin, an analogue of pheomelanin, was synthesized using only the enzymatic method. It was followed by a serial dilution of each melanin analogue in order to prepare a wide range of their concentrations, which was intended to resemble melanin content in pigmented cells. These water suspensions of dopa melanin and cysteinyldopa melanin were subsequently transferred in the same volume to a bright sheet of filter paper, thus visualizing the differences in their brightness and hues. Their color was expressed in the trichromatic components of a popular color space model – RGB. This stage was done with ImageJ (R) freeware program. Finally, the mean RGB values of each dopa melanin and cysteinyldopa melanin solution was compared with their concentration and proportion. High cysteinyldopa melanin to dopa melanin ratio result with more noticeable colour changes. In dopa melanin solution and solutions with high dopa melanin to cysteinyldopa melanin ratio percentage of green colour is higher in more concentrated solutions, whereas it is rather constant in the case of high cysteinyldopa melanin to dopa melanin ratio and also in pure cysteinyldopa melanin. It is worth of marking it out, that models for dopa melanin and huge dopa melanin to cysteinyldopa melanin ratio are simpler. Values of regression analysis for dependence between RGB and concentration and for dependence between each colour component and concentration was close for huge dopa melanin to cysteinyldopa melanin ratio and for dopa melanin. The same relationships for solutions of cysteinyldopa melanin and solutions with high cysteinyldopa melanin to dopa melanin ratio were more complicated. Dopa melanin synthesized by autooxidation show simillar, but not the same colour properties as the one obtained by enzymatic way. The work done during Master Thesis is only a one step to show the real dependences between colour and concentration and qualitative composition of melanins

Synthesis and physicochemical investigation of sulphonated salen complexes as a catalyst in phenol’s environment removal

Celem pracy była synteza, charakterystyka fizykochemiczna i określenie właściwości katalitycznych rozpuszczalnych w wodzie sulfonowanych kompleksów salenowych z metalami przejściowymi, [M(Salen-(SO3Na)2)]Cl, M = Mn, Co, Fe. Synteza kompleksu sulfonowanego, obejmuje kondensację aniliny i aldehydu salicylowego, sulfonowanie produktu, następnie utworzenie soli sodowej, metalację i kondensację z etylenodiaminą. Rozpuszczalność kompleksu w wodzie uzyskuje się poprzez przyłączenie polarnej grupy sulfonowej. Charakterystyka fizykochemiczna za pomocą spektroskopii: UV-Vis, FTIR oraz cyklicznej woltamperometrii potwierdziła syntezę kompleksów metalosalenowych. Reakcja utleniania była prowadzona przy użyciu 30% H2O2 w temperaturze 80oC przez 6 godzin. Skład mieszaniny poreakcyjnej był monitorowany za pomocą chromatografii gazowej. Otrzymano następujący szereg aktywności katalitycznej: Fe>Co>MnThe main goal of our work was the synthesis of water soluble sulfonated metallosalen complexes, physicochemical investigation and measuring of catalytic activity. Synthesis of metallocomplexes involved condensation of aniline with salicyl aldehyde, sulphonation, synthesis of sodium salt of sulphonated aldehyde, metalation by metal (II) chloride and condensation with ethylenediamine. The synthesized samples were characterized by FTIR, and UV-Vis spectroscopy and cyclic voltammetry. Gas Chromatography was used to catalytic activity measuring. Catalytic measurements (6 hours, 80 oC) show that all metallocomplexes are active in phenol’s oxidation reaction with followed ordination: Fe>Co>Mn