Pētot vielas organiskajā ķīmijā, tiek izmantotas vairāk nekā desmit dažādas kvalitatīvas reakcijas, lai noteiktu noteiktu savienojumu saturu. Šāda vizuāla analīze ļauj uzreiz saprast, vai vajadzīgās vielas ir klāt, un, ja tās nav, var ievērojami samazināt turpmākos eksperimentus, lai tās identificētu. Šīs reakcijas ietver ninhidrīnu, kas ir galvenais aminosavienojumu vizuālajā noteikšanā.
Kas tas ir?
Ninhidrīns ir dikarbonila savienojums, kas satur vienu aromātisku gredzenu ar tam pievienotu heterociklu, kura otrajā atomā ir 2 hidroksilgrupas (OH-). Šo vielu iegūst, tieši oksidējot inandionu - 1, 3, un tāpēc saskaņā ar starptautisko nomenklatūru tai ir šāds nosaukums: 2, 2 - dihidroksiindions -1, 3 (1. att.).
Tīrs ninhidrīns ir dzeltens vai b alts kristālskrāsas, kuras karsējot labi šķīst ūdenī un citos polāros organiskos šķīdinātājos, piemēram, acetonā. Šī ir diezgan kaitīga viela, ja tā nonāk saskarē ar ādu lielos daudzumos vai uz gļotādām, tā izraisa kairinājumu, arī ieelpojot. Strādājot ar šo savienojumu, jābūt uzmanīgiem un tikai ar cimdiem, jo, nonākot saskarē ar ādu, tas reaģē ar ādas šūnu proteīniem un nokrāso to purpursarkanā krāsā.
Reaktīvās vielas
Kā minēts iepriekš, ninhidrīna reakciju galvenokārt izmanto aminosavienojumu satura vizuālai noteikšanai:
- α-aminoskābes (tostarp olb altumvielās);
- aminocukuri;
- alkaloīdi, kas satur –NH2 un -NH grupas;
- dažādi amīni.
Jāatzīmē, ka sekundārie un terciārie amīni dažkārt reaģē ļoti vāji, tāpēc ir jāveic vairāk pētījumu, lai apstiprinātu to klātbūtni.
Kvantitatīvai noteikšanai izmanto dažādas hromatogrāfijas metodes, piemēram, papīra hromatogrāfiju (BC), plānslāņa hromatogrāfiju (TLC) vai cieto nesēju mazgāšanu ar ninhidrīna šķīdumu dažādās vidēs.
Šī reakcija nav specifiska aminosavienojumiem, jo reaģents tajā var iekļūt ar visiem vienlaicīgi. Tomēr no reakcijas produktiem tam ir īpatnība oglekļa dioksīda burbuļu izdalīšanās veidā (CO2), un tas ir raksturīgi tikai mijiedarbībā ar α-amino. skābes.
Mehānisma funkcijas
BLiteratūrā ir dažādas ninhidrīna reakcijas vienādojuma interpretācijas. Daži pētnieki izlaiž hidrindantīna veidošanos no 2-aminoinndiona, kas ar amonjaka un ninhidrīna piedalīšanos arī veido krāsvielu, ko sauc par "Rūmana purpuru" (vai "Rūmana zilo"), savukārt citi, gluži pretēji, pieņem tikai tā. dalība bez starpproduktu aminoproduktu klātbūtnes. Pašas reakcijas ierakstā ir arī daži interesanti punkti, jo īpaši tas attiecas uz metodēm, kā ninhidrīna aminoatvasinājumu pievienot tā galvenajai molekulai, veidojot krāsvielu. Apšaubāma paliek arī norāde uz “staigājošā ūdeņraža” vietu, ko starpprodukts amīns iegūst no ūdens vides: tas var būt vai nu ketonu grupā, vai blakus –NH2.
Reāli nianse ar H atomu ir niecīga, jo tā pozīcija savienojumā nespēlē īpašu lomu reakcijas gaitā, tāpēc tam nevajadzētu pievērst uzmanību. Kas attiecas uz vienas iespējamās stadijas izlaišanu, iemesls šeit slēpjas teorētiskajā aspektā: līdz šim precīzs Rūmena purpura veidošanās mehānisms nav precīzi noteikts, tāpēc var atrast diezgan atšķirīgas ninhidrīna reakcijas shēmas.
Vispilnīgākais iespējamais reaģenta mijiedarbības kurss ar aminosavienojumiem tiks piedāvāts tālāk.
Reakcijas mehānisms
Pirmkārt, ninhidrīns mijiedarbojas ar α-aminoskābi, piesaistot to hidroksigrupu šķelšanās vietā un veidojot kondensācijas produktu (2.a att.). Pēc tam pēdējais tiek iznīcināts, izdalot starpproduktu amīnu, aldehīdu un oglekļa dioksīdu (2.b attēls). No gala produkta pievienojotiesninhidrīns, tiek sintezēta Rūmena purpursarkanā struktūra (diketonhidrindenketohidrinamīns, 2.c att.). Norādīta arī iespējamā hidrindantīna (reducētā ninhidrīna) veidošanās no starpprodukta amīna, kas arī amonjaka (precīzāk, amonija hidroksīda) klātbūtnē ar paša reaģenta pārpalikumu pārvēršas par krāsvielu (2.d att.).
Hidrindantīna veidošanos pierādīja pats Rūmens, kad sērūdeņradis iedarbojas uz ninhidrīna molekulu. Šis savienojums spēj izšķīdināt nātrija karbonātā Na2CO3, iekrāsojot šķīdumu tumši sarkanā krāsā. Un, pievienojot atšķaidītu sālsskābi, izgulsnējas hidrindantīns.
Visticamāk, starpprodukts amīns, hidridantīns, ninhidrīns un krāsvielas struktūra to nestabilitātes dēļ karsēšanas laikā atrodas zināmā līdzsvarā, kas pieļauj vairāku papildu posmu klātbūtni.
Šis mehānisms ir piemērots, lai izskaidrotu ninhidrīna reakciju ar citiem aminosavienojumiem, izņemot blakusproduktus, kas rodas, likvidējot pārējās struktūras daļu no –NH2, -NH vai -N.
Biureta tests un citas reakcijas uz olb altumvielām
Peptīdu saišu kvalitatīva analīze pat neolb altumvielu struktūrām var notikt ne tikai ar iepriekšminētā reaģenta piedalīšanos. Taču ninhidrīna reakcijas gadījumā pret olb altumvielām mijiedarbība nenotiek pa –CO-NH‒ grupām, bet gan pa amīnu grupām. Ir tā sauktā "biureta reakcija", ko raksturo jonu pievienošana šķīdumam ar aminosavienojumiemdivvērtīgais varš no CuSO4 vai Cu(OH)2 sārmainā vidē (3. att.).
Analīzes laikā nepieciešamo struktūru klātbūtnē šķīdums kļūst tumši zils, jo peptīdu saites saistās krāsu kompleksā, kas atšķir vienu reaģentu no cita. Tāpēc biureta un ninhidrīna reakcijas ir universālas attiecībā uz proteīnu un neolb altumvielu struktūrām ar –CO-NH‒ grupu.
Nosakot cikliskās aminoskābes, tiek izmantota ksantoproteīna reakcija ar koncentrētu slāpekļskābes šķīdumu HNO3 , kas nitrējot dod dzeltenu krāsu. Reaģenta piliens uz ādas arī iegūst dzeltenu krāsu, reaģējot ar aminoskābēm ādas šūnās. Slāpekļskābe var izraisīt apdegumus, un ar to arī jārīkojas cimdos.
Mijiedarbības piemēri ar aminosavienojumiem
Ninhidrīna reakcija uz α-aminoskābēm dod labu vizuālo rezultātu, izņemot krāsas prolīna un hidroksiprolīna struktūras, kas reaģē ar dzeltenas krāsas veidošanos. Iespējamais šīs ietekmes skaidrojums tika atrasts citos vides apstākļos, kas saistīti ar ninhidrīna mijiedarbību ar šīm struktūrām.
Reakcija ar aminogrupu
Tā kā tests nav specifisks, alanīna vizuāla noteikšana, izmantojot ninhidrīna reakciju maisījumā, nav iespējama. Taču ar papīra hromatogrāfiju, uzklājot dažādu α-aminoskābju paraugus, apsmidzinot tos ar ninhidrīna ūdens šķīdumu un attīstot īpašā vidē, varaprēķināt kvantitatīvo sastāvu ne tikai apgalvotajam savienojumam, bet arī daudziem citiem.
Shēmiski alanīna mijiedarbība ar ninhidrīnu notiek pēc tāda paša principa. Tas pievienojas reaģentam pie amīna grupas un aktīvo hidronija jonu (H3O+) iedarbībā tiek atdalīts pie oglekļa. -slāpekļa saite, sadaloties acetaldehīdā (CH3COH) un oglekļa dioksīdā (CO2). Vēl viena ninhidrīna molekula piesaistās slāpeklim, izspiežot ūdens molekulas, un veidojas krāsojoša struktūra (4. att.).
Reakcija ar heterociklisku aminosavienojumu
Ninhidrīna reakcija ar prolīnu ir specifiska, īpaši hromatogrāfiskajās analīzēs, jo šādas struktūras skābā vidē vispirms kļūst dzeltenas, bet pēc tam kļūst purpursarkanas neitrālā vidē. Pētnieki to skaidro ar cikla pārkārtošanās iezīmi starpprodukta savienojumā, ko tieši ietekmē liela skaita ūdeņraža protonu klātbūtne, kas papildina slāpekļa ārējo enerģijas līmeni.
Heterocikla iznīcināšana nenotiek, un tam pie 4. oglekļa atoma pievienojas cita ninhidrīna molekula. Tālāk karsējot, iegūtā struktūra neitrālā vidē pārvēršas Rūmena purpursarkanā krāsā (5. att.).
Galvenā reaģenta sagatavošana
Ninhidrīna testu veic ar dažādiem šķīdumiem atkarībā no aminostruktūru izšķīdināšanas noteiktās organiskās unneorganiskie savienojumi.
Galvenais reaģents ir 0,2% šķīduma pagatavošana ūdenī. Šis ir daudzpusīgs maisījums, jo lielākā daļa savienojumu labi šķīst H2O. Lai iegūtu svaigi pagatavotu reaģentu, 0,2 g ķīmiski tīra ninhidrīna paraugu atšķaida 100 ml ūdens.
Ir vērts atzīmēt, ka dažiem analizētajiem šķīdumiem šī koncentrācija ir nepietiekama, tāpēc var pagatavot 1% vai 2% šķīdumus. Tas ir raksturīgi zāļu izejvielu ekstraktiem, jo tie satur dažādas aminosavienojumu klases.
Veicot hromatogrāfiskos pētījumus, šķīdumus, piemēram, mazgājot maisījumu uz cieta nesēja caur kolonnu, var pagatavot spirtā, dimetilsulfoksīdā, acetonā un citos polāros šķīdinātājos - viss būs atkarīgs no noteiktu šķīdinātāju aminostruktūras.
Pieteikums
Ninhidrīna reakcija ļauj noteikt daudzus aminosavienojumus šķīdumā, kas padarīja to par vienu no pirmajiem, kas tika izmantots organisko vielu kvalitatīvajā analīzē. Vizuālā noteikšana ievērojami samazina eksperimentu skaitu, it īpaši, analizējot slikti pētītus augus, zāles un zāļu formas, kā arī nezināmus šķīdumus un maisījumus.
Tiesu ekspertīzē šo metodi plaši izmanto, lai noteiktu sviedru pēdas uz jebkuras virsmas.
Pat neskatoties uz reakcijas nespecifiskumu, ninhidrīna reakcijas izņemšana no ķīmiskās prakses nav iespējama, jošīs vielas aizstāšana ar mazāk toksiskiem analogiem (piemēram, oksolīnu) pierādīja, ka tiem ir vājāka jutība pret aminogrupām un tie nedod labus rezultātus fotometriskajās analīzēs.
