Orgaanilises keemias aineid uurides kasutatakse teatud ühendite sisalduse määramiseks enam kui tosinat erinevat kvalitatiivset reaktsiooni. Selline visuaalne analüüs võimaldab kohe aru saada, kas vajalikud ained on olemas ja kui neid ei ole, saab oluliselt vähendada edasisi katseid nende tuvastamiseks. Need reaktsioonid hõlmavad ninhüdriini, mis on peamine aminoühendite visuaalsel määramisel.
Mis see on?
Ninhüdriin on dikarbonüülühend, mis sisaldab ühte aromaatset tsüklit, mille külge on kinnitatud heterotsükkel, mille teises aatomis on 2 hüdroksüülrühma (OH-). See aine saadakse inandiooni - 1, 3 otsesel oksüdatsioonil ja seetõttu kannab see rahvusvahelise nomenklatuuri järgi järgmist nimetust: 2, 2 - dihüdroksüindioon -1, 3 (joonis 1).
Puhas ninhüdriin on kollane või valge kristallvärvid, mis kuumutamisel lahustuvad hästi vees ja muudes polaarsetes orgaanilistes lahustites, näiteks atsetoonis. See on üsna kahjulik aine, mis suures koguses nahale või limaskestadele sattudes põhjustab ärritust, ka sissehingamisel. Selle ühendiga töötamine peaks olema ettevaatlik ja ainult kinnastega, sest kokkupuutel nahaga reageerib see naharakkude valkudega ja värvib selle lillaks.
Reaktiivsed ained
Nagu eespool mainitud, kasutatakse ninhüdriini reaktsiooni peamiselt aminoühendite sisalduse visuaalseks määramiseks:
- α-aminohapped (sh valkudes);
- aminosuhkrud;
- alkaloidid, mis sisaldavad –NH2 ja -NH rühmi;
- erinevad amiinid.
Tuleb märkida, et sekundaarsed ja tertsiaarsed amiinid reageerivad mõnikord väga nõrg alt, seega on nende olemasolu kinnitamiseks vaja rohkem uurida.
Kvantitatiivseks määramiseks kasutatakse erinevaid kromatograafiameetodeid, näiteks paberkromatograafiat (BC), õhukese kihi kromatograafiat (TLC) või tahkete kandjate pesemist ninhüdriini lahusega erinevates keskkondades.
See reaktsioon ei ole spetsiifiline aminoühenditele, kuna reaktiiv võib sellesse siseneda korraga. Kuid reaktsioonisaaduste osas on sellel omapära süsinikdioksiidi mullide (CO2) vabanemise näol ja see on tüüpiline ainult siis, kui suhtleb α-aminorühmaga. happed.
Mehhanismi omadused
BKirjanduses on ninhüdriini reaktsioonivõrrandit erinevaid tõlgendusi. Mõned teadlased jätavad vahele hüdrindantiini moodustumise 2-aminoindioonist, mis ammoniaagi ja ninhüdriini osalusel moodustab ka värvaine, mida nimetatakse "Ruemani lillaks" (või "Ruemani siniseks"), teised aga eeldavad ainult selle ainet. osalemine ilma vahepealsete aminoproduktideta. Reaktsiooni enda registris on ka huvitavaid punkte, eelkõige puudutab see ninhüdriini aminoderivaadi kinnitamise meetodeid selle põhimolekulile, et moodustada värvaine. Küsitavaks jääb ka vesikeskkonnast amiini vaheühendi saadud “kõndiva vesiniku” koha märkimine: see võib olla kas ketoonirühmas või –NH2. kõrval.
Tegelikkuses on nüanss H-aatomiga tähtsusetu, kuna selle asend ühendis ei mängi reaktsiooni käigus erilist rolli, mistõttu ei maksa sellele tähelepanu pöörata. Mis puudutab ühe võimaliku etapi väljajätmist, siis siin peitub põhjus teoreetilises aspektis: seni ei ole Ruemani lilla moodustumise täpset mehhanismi täpselt kindlaks määratud, mistõttu võib leida üsna erinevaid ninhüdriini reaktsiooni skeeme.
Reagendi ja aminoühendite kõige täielikum võimalik koostoime on esitatud allpool.
Reaktsioonimehhanism
Esiteks interakteerub ninhüdriin α-aminohappega, kinnitades selle hüdroksürühmade lõhustumise kohas ja moodustades kondensatsiooniprodukti (joonis 2a). Seejärel viimane hävitatakse, vabastades vaheühendi amiini, aldehüüdi ja süsinikdioksiidi (joonis 2b). Lõpptootest liitumiselninhüdriin, sünteesitakse Ruemani lilla struktuur (diketonhüdrindenketohüdriinamiin, joon. 2c). Samuti on näidatud hüdrindantiini (redutseeritud ninhüdriini) võimalik moodustumine vaheühendist amiinist, mis samuti muutub ammoniaagi (täpsem alt ammooniumhüdroksiidi) juuresolekul reaktiivi enda liiaga (joonis 2d) värvaineks (joonis 2d).
Hüdrindantiini moodustumist tõestas Rueman ise, kui vesiniksulfiid mõjutab ninhüdriini molekuli. See ühend suudab lahustuda naatriumkarbonaadis Na2CO3, värvides lahuse tumepunaseks. Ja lahjendatud vesinikkloriidhappe lisamisel sadestub hüdrindantiin.
Tõenäoliselt on vahepealne amiin, hüdridantiin, ninhüdriin ja värvaine struktuur nende ebastabiilsuse tõttu kuumutamisel teatud tasakaalus, mis võimaldab mitme täiendava etapi olemasolu.
See mehhanism sobib ninhüdriini reaktsiooni selgitamiseks teiste aminoühenditega, välja arvatud kõrvalsaadused, mis tekivad ülejäänud struktuuri eemaldamisel -NH2, -NH või -N.
Biureti test ja muud reaktsioonid valkudele
Isegi mittevalgustruktuuride peptiidsidemete kvalitatiivne analüüs võib toimuda mitte ainult ül altoodud reagendi osalusel. Ninhüdriini reaktsiooni korral valkudele aga ei toimu interaktsioon mööda –CO-NH‒ rühmi, vaid mööda amiinirühmi. On olemas nn "biurettreaktsioon", mida iseloomustab ioonide lisamine lahusele koos aminoühenditegakahevalentne vask CuSO4 või Cu(OH)2 aluselises keskkonnas (joonis 3).
Analüüsi käigus muutub lahus vajalike struktuuride olemasolul peptiidsidemete seondumisel värvikompleksiks tumesiniseks, mis eristab üht reaktiivi teisest. Seetõttu on biureedi ja ninhüdriini reaktsioonid –CO-NH‒ rühmaga valkude ja mittevalguliste struktuuride suhtes universaalsed.
Tsükliliste aminohapete määramisel kasutatakse ksantoproteiini reaktsiooni lämmastikhappe kontsentreeritud lahusega HNO3 , mis annab nitreerimisel kollase värvuse. Nahale sattunud tilk reaktiivi annab kollase värvuse, reageerides naharakkudes olevate aminohapetega. Lämmastikhape võib põhjustada põletusi ja seda tuleb käsitseda ka kinnastega.
Näited koostoimest aminoühenditega
Ninhüdriini reaktsioon α-aminohapetele annab hea visuaalse tulemuse, välja arvatud värvilise proliini ja hüdroksüproliini struktuurid, mis reageerivad kollase värvuse moodustumisega. Selle efekti võimalik seletus leiti muudes keskkonnatingimustes ninhüdriini ja nende struktuuride koostoime kohta.
Reaktsioon aminorühmaga
Kuna test ei ole spetsiifiline, ei ole alaniini visuaalne tuvastamine segus ninhüdriini reaktsiooni abil võimalik. Paberkromatograafiaga saab aga erinevate α-aminohapete proovide pealekandmisel, ninhüdriini vesilahusega pihustamisel ja spetsiaalses keskkonnas väljatöötamisel.arvutage mitte ainult väidetava ühendi, vaid ka paljude teiste ühendite kvantitatiivne koostis.
Skeemiliselt järgib alaniini ja ninhüdriini koostoime sama põhimõtet. See kinnitub reagendi külge amiinrühma juures ja aktiivsete hüdrooniumioonide (H3O+) toimel eraldub süsinikust. -lämmastikside, lagunedes atseetaldehüüdiks (CH3COH) ja süsinikdioksiidiks (CO2). Teine ninhüdriini molekul seondub lämmastikuga, tõrjudes välja veemolekulid ja moodustub värvusstruktuur (joonis 4).
Reaktsioon heterotsüklilise aminoühendiga
Ninhüdriini reaktsioon proliiniga on spetsiifiline, eriti kromatograafilistes analüüsides, kuna sellised struktuurid muutuvad happelises keskkonnas esm alt kollaseks ja seejärel muutuvad neutraalses lillaks. Teadlased selgitavad seda vaheühendi tsükli ümberkorraldamise tunnusega, mida mõjutab just lämmastiku välisenergia taset täiendavate vesinikuprootonite suur hulk.
Heterotsükli hävimist ei toimu ja selle külge kinnitub 4. süsinikuaatomi juures veel üks ninhüdriini molekul. Edasisel kuumutamisel muutub saadud struktuur neutraalses keskkonnas Ruemani lillaks (joonis 5).
Põhireaktiivi valmistamine
Ninhüdriini test viiakse läbi erinevate lahustega, sõltuv alt aminostruktuuride lahustumisest teatud orgaanilistes jaanorgaanilised ühendid.
Peamine reaktiiv on 0,2% veelahuse valmistamine. See on mitmekülgne segu, kuna enamik ühendeid lahustub hästi H2O-s. Värskelt valmistatud reaktiivi saamiseks lahjendatakse 0,2 g keemiliselt puhta ninhüdriini proovi 100 ml vees.
Väärib märkimist, et mõne analüüsitud lahuse puhul on see kontsentratsioon ebapiisav, mistõttu saab valmistada 1% või 2% lahuseid. See on tüüpiline ravimtooraine ekstraktide puhul, kuna need sisaldavad eri klasside aminoühendeid.
Kromatograafiliste uuringute läbiviimisel võib lahuseid, näiteks pestes segu tahkel kandjal läbi kolonni, valmistada alkoholis, dimetüülsulfoksiidis, atsetoonis ja muudes polaarsetes lahustites – kõik sõltub teatud lahustist. aminostruktuurid.
Rakendus
Ninhüdriini reaktsioon võimaldab tuvastada lahuses paljusid aminoühendeid, mistõttu on see üks esimesi, mida kasutati orgaaniliste ainete kvalitatiivses analüüsis. Visuaalne määramine vähendab oluliselt katsete arvu, eriti halvasti uuritud taimede, ravimite ja ravimvormide ning tundmatute lahuste ja segude analüüsimisel.
Kohtuekspertiisiteaduses kasutatakse seda meetodit laialdaselt higijälgede määramiseks mis tahes pinnal.
Isegi vaatamata reaktsiooni mittespetsiifilisusele on ninhüdriini reaktsiooni eemaldamine keemilisest praktikast võimatu, kunaselle aine asendamine vähemtoksiliste analoogidega (näiteks oksoliin) näitas, et need on aminorühmade suhtes halvemad ja ei anna fotomeetrilistes analüüsides häid tulemusi.
