A szerves kémiában az anyagok tanulmányozásakor több mint egy tucat különböző kvalitatív reakciót alkalmaznak bizonyos vegyületek tartalmának meghatározására. Egy ilyen vizuális elemzés lehetővé teszi, hogy azonnal megértse, hogy a szükséges anyagok jelen vannak-e, és ha nincsenek jelen, jelentősen csökkentheti a további kísérleteket az azonosításukra. Ezek a reakciók magukban foglalják a ninhidrint, amely az aminovegyületek vizuális meghatározásában a legfontosabb.
Mi ez?
A ninhidrin egy dikarbonilvegyület, amely egy aromás gyűrűt tartalmaz egy heterociklussal, amelynek második atomja 2 hidroxilcsoportot tartalmaz (OH-). Ezt az anyagot az inandion - 1, 3 közvetlen oxidációjával állítják elő, ezért a nemzetközi nómenklatúra szerint a következő neve: 2, 2 - dihidroxi-indion -1, 3 (1. ábra).
A tiszta ninhidrin sárga vagy fehér kristályszínezékek, amelyek melegítés hatására jól oldódnak vízben és más poláris szerves oldószerekben, például acetonban. Ez egy meglehetősen ártalmas anyag, ha nagy mennyiségben érintkezik a bőrrel vagy a nyálkahártyákkal, irritációt okoz, beleértve a belélegzést is. Ezzel a vegyülettel óvatosan és csak kesztyűben dolgozzon, mivel a bőrrel érintkezve reakcióba lép a bőrsejtek fehérjéivel, és lilára festi azt.
Reaktív anyagok
Amint fentebb említettük, a ninhidrin reakciót elsősorban az aminovegyület-tartalom vizuális meghatározására használják:
- α-aminosavak (beleértve a fehérjéket is);
- aminocukrok;
- –NH2 és -NH csoportot tartalmazó alkaloidok;
- különféle aminok.
Meg kell jegyezni, hogy a szekunder és tercier aminok néha nagyon gyengén reagálnak, ezért további kutatásra van szükség a jelenlétük megerősítéséhez.
Kvantitatív meghatározásra különféle kromatográfiás módszereket alkalmaznak, például papírkromatográfiát (BC), vékonyréteg-kromatográfiát (TLC) vagy a szilárd hordozók mosását ninhidrin-oldattal különböző közegekben.
Ez a reakció nem specifikus az aminovegyületekre, mivel a reagens egyszerre tud belemenni. A reakciótermékek részéről azonban sajátossága a szén-dioxid-buborékok (CO2) felszabadulása, és ez csak α-amino-val való kölcsönhatás esetén jellemző. savak.
A mechanizmus jellemzői
BA ninhidrin reakcióegyenletnek különböző értelmezései vannak a szakirodalomban. Egyes kutatók figyelmen kívül hagyják a hidridantin képződését a 2-amino-indionból, amely ammónia és ninhidrin részvételével szintén "Rueman lilának" (vagy "Rueman kékjének" nevezett színezőanyagot képez), míg mások ezzel szemben csak a színezőanyagot feltételezik. részvétel közbenső aminotermékek jelenléte nélkül. Magának a reakciónak is van néhány érdekes pontja, különösen a ninhidrin amino-származékának a fő molekulájához való kötésére, hogy festéket képezzenek. A vizes közegből származó intermedier amin által nyert „járó hidrogén” helyének megjelölése is kérdéses marad: lehet akár a ketoncsoportban, akár az –NH2. mellett.
A valóságban a H atommal való árnyalat jelentéktelen, mivel a vegyületben elfogl alt helyzete nem játszik különösebb szerepet a reakció lefolyásában, ezért nem kell rá figyelni. Ami az egyik lehetséges szakasz elhagyását illeti, itt az elméleti vonatkozásban rejlik az ok: mindmáig nem volt pontosan meghatározva a Rueman-bíbor képződésének pontos mechanizmusa, így a ninhidrin reakciójának egészen eltérő sémái találhatók.
A reagens aminovegyületekkel való kölcsönhatásának lehető legteljesebb menetét az alábbiakban javasoljuk.
Reakció mechanizmus
Először is, a ninhidrin kölcsönhatásba lép az α-aminosavval, megköti azt a hidroxilcsoportok hasadási helyén, és kondenzációs terméket képez (2a. ábra). Ezután az utóbbi megsemmisül, és felszabadul az intermedier amin, aldehid és szén-dioxid (2b. ábra). Csatlakozáskor a végterméktőlninhidrin, a Rueman lila szerkezet (diketonhidrindenketohidrin-amin, 2c. ábra) szintetizálódik. Szintén jelezhető, hogy az intermedier aminból hidrindantin (redukált ninhidrin) keletkezik, amely ammónia (pontosabban ammónium-hidroxid) jelenlétében a reagens feleslegével szintén színező vegyületté alakul (2d. ábra).
A hidrindatin keletkezését maga Rueman bizonyította, amikor a hidrogén-szulfid hat a ninhidrin molekulára. Ez a vegyület képes feloldódni nátrium-karbonátban Na2CO3, így az oldat sötétvörösre színeződik. És ha híg sósavat adunk hozzá, hidrindantin kicsapódik.
Valószínűleg a köztes amin, a hidridantin, a ninhidrin és a festék szerkezete, a melegítés közbeni instabilitásuk miatt, valamilyen egyensúlyban van, ami lehetővé teszi több további szakasz jelenlétét.
Ez a mechanizmus alkalmas a ninhidrin reakciójának magyarázatára más aminovegyületekkel, kivéve azokat a melléktermékeket, amelyek az –NH2 szerkezet többi részének eltávolításából származnak., -NH vagy -N.
Biuret teszt és más fehérjékre adott reakciók
A peptidkötések kvalitatív analízise nem fehérjeszerkezetek esetében is nem csak a fenti reagens részvételével történhet. A fehérjékre adott ninhidrin reakció esetén azonban a kölcsönhatás nem –CO-NH‒ csoportok, hanem amincsoportok mentén megy végbe. Létezik egy úgynevezett "biuret-reakció", amelyre az jellemző, hogy ionokat adnak az oldathoz aminovegyületekkel.kétértékű réz CuSO4 vagy Cu(OH)2 lúgos közegben (3. ábra).
Az elemzés során a szükséges struktúrák jelenlétében az oldat sötétkék színűvé válik a peptidkötések színkomplexummá kötődése miatt, ami megkülönbözteti az egyik reagenst a másiktól. Ezért a biuret és ninhidrin reakciók univerzálisak a –CO-NH‒ csoporttal rendelkező fehérje és nem fehérje szerkezetek vonatkozásában.
A ciklikus aminosavak meghatározásakor xantoprotein reakciót alkalmazunk tömény salétromsav HNO3 oldattal, amely nitrálva sárga színt ad. Egy csepp reagens a bőrön szintén sárga színt mutat, mivel reagál a bőrsejtekben lévő aminosavakkal. A salétromsav égési sérüléseket okozhat, ezért kesztyűben kell kezelni.
Példák kölcsönhatásra aminovegyületekkel
Az α-aminosavak ninhidrin reakciója jó vizuális eredményt ad, kivéve a színes prolin és hidroxiprolin szerkezeteket, amelyek sárga szín képződésével reagálnak. Ennek a hatásnak a lehetséges magyarázatát a ninhidrin e szerkezetekkel való kölcsönhatásának más környezeti körülményei között találták meg.
Reakció aminocsoporttal
Mivel a teszt nem specifikus, az alanin vizuális kimutatása a keverékben lévő ninhidrin reakció segítségével nem lehetséges. Papírkromatográfiával azonban különböző α-aminosavak mintáinak felhordásakor, vizes ninhidrin oldattal történő permetezésekor és speciális közegben történő előhívásakor lehetséges.számítsa ki nemcsak az igényelt vegyület mennyiségi összetételét, hanem sok más vegyületét is.
Séma szerint az alanin és a ninhidrin kölcsönhatása ugyanazt az elvet követi. Az amincsoportnál kötődik a reagenshez, és aktív hidrogénionok (H3O+) hatására a szénnél leszakad. -nitrogénkötés, acetaldehidre (CH3COH) és szén-dioxidra (CO2) bomlik. Egy másik ninhidrin molekula kötődik a nitrogénhez, kiszorítja a vízmolekulákat, és színező szerkezet képződik (4. ábra).
Reakció heterociklusos aminovegyülettel
A ninhidrin reakciója prolinnal specifikus, különösen a kromatográfiás elemzésekben, mivel az ilyen szerkezetek savas közegben először sárgává válnak, majd semlegesen lilává válnak. A kutatók ezt a közbülső vegyületben a ciklus átrendeződésével magyarázzák, amelyet pontosan a nitrogén külső energiaszintjét kiegészítő hidrogén-protonok nagyszámú jelenléte befolyásol.
A heterociklus megsemmisülése nem következik be, és a 4. szénatomnál egy másik ninhidrin molekula kapcsolódik hozzá. További melegítés hatására a kapott szerkezet semleges közegben Rueman lilává változik (5. ábra).
A fő reagens elkészítése
A ninhidrintesztet különböző oldatokkal végezzük, attól függően, hogy az amino-szerkezetek oldódnak-e bizonyos szerves ill.szervetlen vegyületek.
A fő reagens egy 0,2%-os vizes oldat elkészítése. Ez egy sokoldalú keverék, mivel a legtöbb vegyület jól oldódik H2O-ban. Frissen elkészített reagens előállításához 0,2 g vegytiszta ninhidrin mintát 100 ml vízben hígítunk.
Érdemes megjegyezni, hogy egyes vizsgált oldatoknál ez a koncentráció nem elegendő, így 1%-os vagy 2%-os oldatok készíthetők. Ez jellemző a gyógyászati alapanyagokból származó kivonatokra, mivel ezek különböző osztályú aminovegyületeket tartalmaznak.
A kromatográfiás vizsgálatok során oldatok készíthetők, például ha szilárd hordozón egy keveréket oszlopon átmosnak, alkoholban, dimetil-szulfoxidban, acetonban és más poláris oldószerekben - minden bizonyos esetekben az oldószertől függ. aminoszerkezetek.
Alkalmazás
A ninhidrin reakció számos aminovegyület kimutatását teszi lehetővé oldatban, így az elsők között alkalmazták szerves anyagok minőségi elemzésében. A vizuális meghatározás jelentősen csökkenti a kísérletek számát, különösen rosszul tanulmányozott növények, gyógyszerek és adagolási formák, valamint ismeretlen oldatok és keverékek elemzésekor.
A kriminalisztikai tudományban ezt a módszert széles körben használják az izzadságnyomok bármely felületen való meghatározására.
Még a reakció nem specifikussága ellenére sem lehetséges a ninhidrin reakció kivonása a kémiai gyakorlatból, mivelennek az anyagnak kevésbé mérgező analógokkal (például oxolinnal) való helyettesítése bebizonyította, hogy ezek kevésbé érzékenyek az aminocsoportokra, és nem adnak jó eredményeket a fotometriai elemzésekben.
