Când studiem substanțele din chimia organică, se folosesc mai mult de o duzină de reacții calitative diferite pentru a determina conținutul anumitor compuși. O astfel de analiză vizuală vă permite să înțelegeți imediat dacă substanțele necesare sunt prezente și, dacă nu sunt prezente, puteți reduce semnificativ experimentele ulterioare pentru a le identifica. Aceste reacții includ ninhidrina, care este principala în determinarea vizuală a compușilor amino.
Ce este asta?
Ninhidrina este un compus dicarbonil care conține un inel aromatic cu un heterociclu atașat, al doilea atom al căruia are 2 grupări hidroxil (OH-). Această substanță se obține prin oxidarea directă a inandionei - 1, 3 și, prin urmare, conform nomenclaturii internaționale, are următoarea denumire: 2, 2 - dihidroxiinandione -1, 3 (Fig. 1).
Ninhidrina pură este un cristal galben sau albculori care, atunci când sunt încălzite, se dizolvă bine în apă și alți solvenți organici polari, cum ar fi acetona. Aceasta este o substanță destul de nocivă, dacă intră în contact cu pielea în cantități mari sau cu mucoasele, provoacă iritații, inclusiv prin inhalare. Lucrul cu acest compus ar trebui să fie atent și numai cu mănuși, deoarece atunci când intră în contact cu pielea, reacţionează cu proteinele celulelor pielii și o colorează violet.
substanțe reactive
Așa cum s-a menționat mai sus, reacția ninhidrinei este utilizată în primul rând pentru determinarea vizuală a conținutului de compuși amino:
- α-aminoacizi (inclusiv în proteine);
- amino zaharuri;
- alcaloizi care conțin –NH2 și grupe -NH;
- diverse amine.
Trebuie remarcat faptul că aminele secundare și terțiare reacționează uneori foarte slab, așa că sunt necesare mai multe cercetări pentru a confirma prezența lor.
Pentru determinarea cantitativă se folosesc diverse metode de cromatografie, de exemplu, cromatografia pe hârtie (BC), cromatografia în strat subțire (TLC) sau cu spălarea purtătorilor solizi cu o soluție de ninhidrin în diverse medii.
Această reacție nu este specifică compușilor amino, deoarece reactivul poate intra în ea dintr-o dată. Cu toate acestea, din partea produșilor de reacție, are o particularitate în forma eliberării de bule de dioxid de carbon (CO2), iar acest lucru este tipic numai atunci când interacționează cu α-amino. acizi.
Funcțiile mecanismului
BExistă diferite interpretări ale ecuației reacției ninhidrinei în literatură. Unii cercetători omit formarea hidrindantinei din 2-aminoinandione, care, cu participarea amoniacului și a ninhidrinei, formează și o substanță colorantă numită „violet Rueman” (sau „albastrul lui Rueman”), în timp ce alții, dimpotrivă, presupun doar participarea fără prezența produselor amino intermediare. Există, de asemenea, câteva puncte interesante în înregistrarea reacției în sine, în special, aceasta se referă la metodele de atașare a derivatului amino al ninhidrinei la molecula sa principală pentru a forma un colorant. Indicația locului „hidrogenului de mers” obținut de amina intermediară din mediul apos rămâne, de asemenea, îndoielnică: poate fi fie în grupa cetonică, fie lângă –NH2.
În realitate, nuanța cu atomul de H este nesemnificativă, deoarece poziția sa în compus nu joacă un rol deosebit în cursul reacției, așa că nu trebuie acordată atenție. În ceea ce privește omiterea uneia dintre etapele posibile, motivul constă aici în aspectul teoretic: până în prezent, mecanismul exact de formare a violetului lui Rueman nu a fost determinat cu precizie, astfel încât pot fi găsite scheme destul de diferite ale reacției ninhidrinei.
Cel mai complet curs posibil de interacțiune a reactivului cu compușii amino va fi propus mai jos.
Mecanism de reacție
În primul rând, ninhidrina interacționează cu α-aminoacid, atașându-l la locul de scindare a grupărilor hidroxi și formând un produs de condensare (Fig. 2a). Apoi, acesta din urmă este distrus, eliberând amina intermediară, aldehida și dioxidul de carbon (Fig. 2b). Din produsul final la alăturareninhidrina, structura violetă Rueman (diketonhidrindenketohidrinamină, Fig. 2c) este sintetizată. De asemenea, este indicată posibila formare a hidrrindantinei (nhidrină redusă) din amina intermediară, care se transformă și într-un compus colorant în prezența amoniacului (mai precis, hidroxid de amoniu) cu un exces de reactiv propriu-zis (Fig. 2d).
Formarea hidrindantinei a fost dovedită chiar de Rueman atunci când hidrogenul sulfurat acționează asupra moleculei de ninhidrina. Acest compus este capabil să se dizolve în carbonat de sodiu Na2CO3, colorând soluția roșu închis. Și când se adaugă acid clorhidric diluat, hidrrindantina precipită.
Cel mai probabil, amina intermediară, hidridantina, ninhidrina și structura colorantului, din cauza instabilității lor la încălzire, sunt într-un anumit echilibru, ceea ce permite prezența mai multor etape suplimentare.
Acest mecanism este potrivit pentru explicarea reacției ninhidrinei cu alți compuși amino, cu excepția produselor secundare rezultate din eliminarea restului structurii din –NH2, -NH sau -N.
Test de biuret și alte reacții la proteine
Analiza calitativă a legăturilor peptidice chiar și a structurilor non-proteice poate avea loc nu numai cu participarea reactivului de mai sus. Totuși, în cazul unei reacții cu ninhidrine la proteine, interacțiunea nu are loc de-a lungul grupărilor –CO-NH‒, ci de-a lungul grupărilor amine. Există o așa-numită „reacție biuret”, care se caracterizează prin adăugarea de ioni la soluția cu compuși amino.cupru bivalent din CuSO4 sau Cu(OH)2 într-un mediu alcalin (Fig. 3).
În timpul analizei, în prezența structurilor necesare, soluția devine albastru închis datorită legăturii legăturilor peptidice într-un complex de culoare, care distinge un reactiv de altul. De aceea, reacțiile biuretului și ninhidrinei sunt universale în raport cu structurile proteice și non-proteice cu grupa –CO-NH‒.
La determinarea aminoacizilor ciclici, se folosește o reacție xantoproteică cu o soluție concentrată de acid azotic HNO3 , care dă o culoare galbenă atunci când este nitrat. O picătură de reactiv pe piele prezintă, de asemenea, o culoare galbenă prin reacția cu aminoacizii din celulele pielii. Acidul azotic poate provoca arsuri și trebuie manipulat și cu mănuși.
Exemple de interacțiune cu compuși amino
Reacția ninhidrinei pentru α-aminoacizi dă un rezultat vizual bun, cu excepția structurilor de culoare prolină și hidroxiprolină, care reacționează cu formarea unei culori galbene. O posibilă explicație pentru acest efect a fost găsită în alte condiții de mediu ale interacțiunii ninhidrinei cu aceste structuri.
Reacție cu grupul amino
Deoarece testul nu este specific, detectarea vizuală a alaninei folosind reacția ninhidrinei din amestec nu este posibilă. Cu toate acestea, prin cromatografie pe hârtie, atunci când se aplică mostre de diferiți α-aminoacizi, se pulverizează cu o soluție apoasă de ninhidrin și se dezvoltă într-un mediu special, se poatecalculați compoziția cantitativă nu numai a compusului revendicat, ci și a multor altora.
Schematic, interacțiunea alaninei cu ninhidrina urmează același principiu. Se atașează la reactiv la gruparea amină și, sub acțiunea ionilor activi de hidroniu (H3O+) este desprins la carbon. -legatura de azot, descompunand in acetaldehida (CH3COH) si dioxid de carbon (CO2). O altă moleculă de ninhidrin se atașează de azot, înlocuind moleculele de apă și se formează o structură colorantă (Fig. 4).
Reacția cu un compus amino heterociclic
Reacția ninhidrinei cu prolina este specifică, mai ales în analizele cromatografice, deoarece astfel de structuri într-un mediu acid devin mai întâi galbene, apoi devin violete într-unul neutru. Cercetătorii explică acest lucru printr-o caracteristică a rearanjamentului ciclului în compusul intermediar, care este afectată tocmai de prezența unui număr mare de protoni de hidrogen care completează nivelul energetic extern al azotului.
Distrugerea heterociclului nu are loc și o altă moleculă de ninhidrin este atașată la al 4-lea atom de carbon. La încălzire suplimentară, structura rezultată într-un mediu neutru se transformă în violet Rueman (Fig. 5).
Pregătirea reactivului principal
Testul Ninhidrinei se efectuează cu soluții diferite, în funcție de dizolvarea structurilor amino din anumite structuri organice șicompuși anorganici.
Principalul reactiv este prepararea unei soluții de 0,2% în apă. Acesta este un amestec versatil, deoarece majoritatea compușilor se dizolvă bine în H2O. Pentru a obține un reactiv proaspăt preparat, o probă de 0,2 g de ninhidrina pură chimic este diluată în 100 ml de apă.
Este de remarcat faptul că pentru unele soluții analizate această concentrație este insuficientă, astfel încât se pot prepara soluții de 1% sau 2%. Acest lucru este tipic pentru extractele din materii prime medicinale, deoarece acestea conțin diferite clase de compuși amino.
Când se efectuează studii cromatografice, soluțiile, de exemplu, la spălarea unui amestec pe un purtător solid printr-o coloană, pot fi preparate în alcool, dimetil sulfoxid, acetonă și alți solvenți polari - totul va depinde de solventul anumitor structuri amino.
Aplicație
Reacția ninhidrinei face posibilă detectarea multor compuși amino în soluție, ceea ce a făcut-o unul dintre primii care au fost utilizați în analiza calitativă a substanțelor organice. Determinarea vizuală reduce semnificativ numărul de experimente, în special atunci când se analizează plante, medicamente și forme de dozare slab studiate, precum și soluții și amestecuri necunoscute.
În criminalistică, această metodă este utilizată pe scară largă pentru a determina prezența urmelor de transpirație pe orice suprafață.
Chiar în ciuda nespecificității reacției, retragerea reacției ninhidrinei din practica chimică este imposibilă, deoareceînlocuirea acestei substanțe cu analogi mai puțin toxici (de exemplu, oxolina) a demonstrat că au o sensibilitate mai slabă la grupările amino și nu dau rezultate bune în analizele fotometrice.
