Κατά τη μελέτη ουσιών στην οργανική χημεία, χρησιμοποιούνται περισσότερες από δώδεκα διαφορετικές ποιοτικές αντιδράσεις για τον προσδιορισμό της περιεκτικότητας ορισμένων ενώσεων. Μια τέτοια οπτική ανάλυση σάς επιτρέπει να κατανοήσετε αμέσως εάν υπάρχουν οι απαραίτητες ουσίες και εάν δεν υπάρχουν, μπορείτε να μειώσετε σημαντικά τα περαιτέρω πειράματα για την αναγνώρισή τους. Αυτές οι αντιδράσεις περιλαμβάνουν τη νινυδρίνη, η οποία είναι η κύρια στον οπτικό προσδιορισμό των αμινο ενώσεων.
Τι είναι αυτό;
Η
Νινυδρίνη είναι μια δικαρβονυλική ένωση που περιέχει έναν αρωματικό δακτύλιο με έναν ετερόκυκλο συνδεδεμένο σε αυτόν, το δεύτερο άτομο του οποίου έχει 2 ομάδες υδροξυλίου (OH-). Αυτή η ουσία λαμβάνεται με άμεση οξείδωση της ινανδιόνης - 1, 3, και, επομένως, σύμφωνα με τη διεθνή ονοματολογία, έχει την ακόλουθη ονομασία: 2, 2 - διυδροξυϊνδιόνη -1, 3 (Εικ. 1).
Η καθαρή νινυδρίνη είναι ένας κίτρινος ή λευκός κρύσταλλοςχρώματα που όταν θερμαίνονται διαλύονται καλά σε νερό και άλλους πολικούς οργανικούς διαλύτες, όπως η ακετόνη. Αυτή είναι μια μάλλον επιβλαβής ουσία, εάν έρθει σε επαφή με το δέρμα σε μεγάλες ποσότητες ή με τους βλεννογόνους, προκαλεί ερεθισμό, ακόμη και όταν εισπνέεται. Η εργασία με αυτή την ένωση πρέπει να είναι προσεκτική και μόνο με γάντια, καθώς όταν έρχεται σε επαφή με το δέρμα, αντιδρά με τις πρωτεΐνες των κυττάρων του δέρματος και το βάφει μωβ.
Δραστικές ουσίες
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η αντίδραση νινυδρίνης χρησιμοποιείται κυρίως για τον οπτικό προσδιορισμό της περιεκτικότητας σε αμινοενώσεις:
- α-αμινοξέα (συμπεριλαμβανομένων των πρωτεϊνών);
- αμινοζάχαρα;
- αλκαλοειδή που περιέχουν ομάδες –NH2 και -NH;
- διάφορες αμίνες.
Πρέπει να σημειωθεί ότι οι δευτεροταγείς και τριτοταγείς αμίνες αντιδρούν μερικές φορές πολύ ασθενώς, επομένως απαιτείται περισσότερη έρευνα για να επιβεβαιωθεί η παρουσία τους.
Χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι χρωματογραφίας για ποσοτικό προσδιορισμό, για παράδειγμα, χρωματογραφία χαρτιού (BC), χρωματογραφία λεπτής στοιβάδας (TLC) ή με πλύση στερεών φορέων με διάλυμα νινυδρίνης σε διάφορα μέσα.
Αυτή η αντίδραση δεν είναι ειδική για αμινοενώσεις, καθώς το αντιδραστήριο μπορεί να εισέλθει σε αυτήν με όλες ταυτόχρονα. Ωστόσο, από την πλευρά των προϊόντων της αντίδρασης, έχει μια ιδιαιτερότητα με τη μορφή της απελευθέρωσης φυσαλίδων διοξειδίου του άνθρακα (CO2), και αυτό είναι τυπικό μόνο όταν αλληλεπιδρά με α-αμινο οξέα.
Χαρακτηριστικά μηχανισμού
ΒΥπάρχουν διαφορετικές ερμηνείες της εξίσωσης αντίδρασης νινυδρίνης στη βιβλιογραφία. Μερικοί ερευνητές παραλείπουν τον σχηματισμό υδρινδανθίνης από 2-αμινοϊνδιόνη, η οποία, με τη συμμετοχή αμμωνίας και νινυδρίνης, σχηματίζει επίσης μια χρωστική ουσία που ονομάζεται "μωβ του Rueman" (ή "μπλε του Rueman"), ενώ άλλοι, αντίθετα, υποθέτουν μόνο συμμετοχή χωρίς την παρουσία ενδιάμεσων αμινοπροϊόντων. Υπάρχουν επίσης μερικά ενδιαφέροντα σημεία στην καταγραφή της ίδιας της αντίδρασης, συγκεκριμένα, αυτό αφορά τις μεθόδους σύνδεσης του αμινοπαραγώγου της νινυδρίνης στο κύριο μόριο της για να σχηματιστεί μια βαφή. Η ένδειξη της θέσης του «περιπατητικού υδρογόνου» που λαμβάνεται από την ενδιάμεση αμίνη από το υδατικό μέσο παραμένει επίσης αμφισβητήσιμη: μπορεί να είναι είτε στην ομάδα κετόνης είτε δίπλα στο –NH2.
Στην πραγματικότητα, η απόχρωση με το άτομο Η είναι ασήμαντη, αφού η θέση του στην ένωση δεν παίζει ιδιαίτερο ρόλο στην πορεία της αντίδρασης, επομένως δεν πρέπει να δοθεί προσοχή. Όσον αφορά την παράλειψη ενός από τα πιθανά στάδια, ο λόγος εδώ έγκειται στη θεωρητική πτυχή: μέχρι τώρα, ο ακριβής μηχανισμός για το σχηματισμό του πορφυρού Rueman δεν έχει προσδιοριστεί επακριβώς, επομένως μπορούν να βρεθούν αρκετά διαφορετικά σχήματα αντίδρασης νινυδρίνης.
Η πληρέστερη δυνατή πορεία αλληλεπίδρασης του αντιδραστηρίου με αμινοενώσεις θα προταθεί παρακάτω.
Μηχανισμός αντίδρασης
Πρώτον, η νινυδρίνη αλληλεπιδρά με το α-αμινοξύ, προσκολλώντας το στη θέση διάσπασης των υδροξυ ομάδων και σχηματίζοντας ένα προϊόν συμπύκνωσης (Εικ. 2α). Στη συνέχεια το τελευταίο καταστρέφεται, απελευθερώνοντας την ενδιάμεση αμίνη, αλδεΰδη και διοξείδιο του άνθρακα (Εικ. 2β). Από το τελικό προϊόν κατά την ένταξηνινυδρίνη, συντίθεται η πορφυρή δομή Rueman (δικετονυδρινδενκετοϋδριναμίνη, Εικ. 2γ). Ενδείκνυται επίσης ο πιθανός σχηματισμός υδρινδανθίνης (ανηγμένη νινυδρίνη) από την ενδιάμεση αμίνη, η οποία επίσης μετατρέπεται σε χρωστική ένωση παρουσία αμμωνίας (ακριβέστερα, υδροξειδίου του αμμωνίου) με περίσσεια του ίδιου του αντιδραστηρίου (Εικ. 2δ).
Ο σχηματισμός της υδρινδαντίνης αποδείχθηκε από τον ίδιο τον Rueman όταν το υδρόθειο δρα στο μόριο της νινυδρίνης. Αυτή η ένωση μπορεί να διαλύεται σε ανθρακικό νάτριο Na2CO3, χρωματίζοντας το διάλυμα σκούρο κόκκινο. Και όταν προστίθεται αραιό υδροχλωρικό οξύ, η υδρινδανθίνη κατακρημνίζεται.
Πιθανότατα, η ενδιάμεση αμίνη, η υδριδανθίνη, η νινυδρίνη και η δομή της βαφής, λόγω της αστάθειάς τους όταν θερμαίνονται, βρίσκονται σε κάποια ισορροπία, γεγονός που επιτρέπει την παρουσία πολλών επιπλέον σταδίων.
Αυτός ο μηχανισμός είναι κατάλληλος για την εξήγηση της αντίδρασης νινυδρίνης με άλλες αμινο ενώσεις, με εξαίρεση τα παραπροϊόντα που προκύπτουν από την εξάλειψη της υπόλοιπης δομής από –NH2, -NH ή -N.
Τεστ διουρίας και άλλες αντιδράσεις σε πρωτεΐνες
Η ποιοτική ανάλυση για πεπτιδικούς δεσμούς ακόμη και μη πρωτεϊνικών δομών μπορεί να πραγματοποιηθεί όχι μόνο με τη συμμετοχή του παραπάνω αντιδραστηρίου. Ωστόσο, στην περίπτωση μιας αντίδρασης νινυδρίνης σε πρωτεΐνες, η αλληλεπίδραση δεν λαμβάνει χώρα κατά μήκος ομάδων –CO-NH‒, αλλά κατά μήκος ομάδων αμίνης. Υπάρχει μια λεγόμενη «αντίδραση διουρίας», η οποία χαρακτηρίζεται από την προσθήκη ιόντων στο διάλυμα με αμινοενώσειςδισθενής χαλκός από CuSO4 ή Cu(OH)2 σε αλκαλικό μέσο (Εικ. 3).
Κατά την ανάλυση, παρουσία των απαραίτητων δομών, το διάλυμα γίνεται σκούρο μπλε λόγω της δέσμευσης των πεπτιδικών δεσμών σε ένα σύμπλοκο χρώματος, το οποίο διακρίνει το ένα αντιδραστήριο από το άλλο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι αντιδράσεις διουρίας και νινυδρίνης είναι καθολικές σε σχέση με πρωτεϊνικές και μη πρωτεϊνικές δομές με την ομάδα –CO-NH‒.
Κατά τον προσδιορισμό των κυκλικών αμινοξέων, χρησιμοποιείται μια αντίδραση ξαντοπρωτεΐνης με συμπυκνωμένο διάλυμα νιτρικού οξέος HNO3 , το οποίο δίνει ένα κίτρινο χρώμα όταν νιτρώνεται. Μια σταγόνα αντιδραστηρίου στο δέρμα εμφανίζει επίσης ένα κίτρινο χρώμα αντιδρώντας με τα αμινοξέα στα κύτταρα του δέρματος. Το νιτρικό οξύ μπορεί να προκαλέσει εγκαύματα και πρέπει επίσης να το χειρίζεστε με γάντια.
Παραδείγματα αλληλεπίδρασης με αμινο ενώσεις
Η αντίδραση νινυδρίνης για τα α-αμινοξέα δίνει ένα καλό οπτικό αποτέλεσμα, εκτός από τις δομές χρώματος προλίνης και υδροξυπρολίνης, οι οποίες αντιδρούν με το σχηματισμό κίτρινου χρώματος. Μια πιθανή εξήγηση για αυτό το αποτέλεσμα βρέθηκε σε άλλες περιβαλλοντικές συνθήκες της αλληλεπίδρασης της νινυδρίνης με αυτές τις δομές.
Αντίδραση με αμινομάδα
Δεδομένου ότι η δοκιμή δεν είναι ειδική, δεν είναι δυνατή η οπτική ανίχνευση της αλανίνης χρησιμοποιώντας την αντίδραση νινυδρίνης στο μείγμα. Ωστόσο, με χρωματογραφία σε χαρτί, κατά την εφαρμογή δειγμάτων διαφόρων α-αμινοξέων, τον ψεκασμό τους με υδατικό διάλυμα νινυδρίνης και την ανάπτυξη σε ειδικό μέσο, μπορεί ναυπολογίστε την ποσοτική σύνθεση όχι μόνο της ένωσης που αξιώνεται, αλλά και πολλών άλλων.
Σχηματικά, η αλληλεπίδραση της αλανίνης με τη νινυδρίνη ακολουθεί την ίδια αρχή. Προσκολλάται στο αντιδραστήριο στην ομάδα αμίνης και υπό τη δράση ενεργών ιόντων υδρονίου (H3O+) διασπάται στον άνθρακα -δεσμός αζώτου, που αποσυντίθεται σε ακεταλδεΰδη (CH3COH) και διοξείδιο του άνθρακα (CO2). Ένα άλλο μόριο νινυδρίνης προσκολλάται στο άζωτο, εκτοπίζοντας τα μόρια του νερού και σχηματίζεται μια χρωματική δομή (Εικ. 4).
Αντίδραση με μια ετεροκυκλική αμινο ένωση
Η αντίδραση νινυδρίνης με την προλίνη είναι ειδική, ειδικά σε χρωματογραφικές αναλύσεις, καθώς τέτοιες δομές σε ένα όξινο μέσο αρχικά κιτρινίζουν και μετά γίνονται μωβ σε ένα ουδέτερο. Οι ερευνητές το εξηγούν με ένα χαρακτηριστικό της αναδιάταξης του κύκλου στην ενδιάμεση ένωση, η οποία επηρεάζεται ακριβώς από την παρουσία μεγάλου αριθμού πρωτονίων υδρογόνου που συμπληρώνουν το εξωτερικό ενεργειακό επίπεδο του αζώτου.
Η καταστροφή του ετερόκυκλου δεν συμβαίνει και ένα άλλο μόριο νινυδρίνης συνδέεται με αυτό στο 4ο άτομο άνθρακα. Με περαιτέρω θέρμανση, η δομή που προκύπτει σε ένα ουδέτερο μέσο μετατρέπεται σε μοβ Rueman (Εικ. 5).
Προετοιμασία του κύριου αντιδραστηρίου
Η δοκιμή νινυδρίνης πραγματοποιείται με διαφορετικά διαλύματα, ανάλογα με τη διάλυση αμινοδομών σε ορισμένα οργανικά καιανόργανες ενώσεις.
Το κύριο αντιδραστήριο είναι η παρασκευή ενός διαλύματος 0,2% σε νερό. Αυτό είναι ένα ευέλικτο μείγμα, καθώς οι περισσότερες ενώσεις διαλύονται καλά στο H2O. Για να ληφθεί ένα πρόσφατα παρασκευασμένο αντιδραστήριο, ένα δείγμα 0,2 g χημικώς καθαρής νινυδρίνης αραιώνεται σε 100 ml νερού.
Αξίζει να σημειωθεί ότι για ορισμένα διαλύματα που αναλύθηκαν αυτή η συγκέντρωση είναι ανεπαρκής, επομένως μπορούν να παρασκευαστούν διαλύματα 1% ή 2%. Αυτό είναι χαρακτηριστικό για εκχυλίσματα από φαρμακευτικές πρώτες ύλες, καθώς περιέχουν διάφορες κατηγορίες αμινο ενώσεων.
Κατά τη διεξαγωγή χρωματογραφικών μελετών, διαλύματα, για παράδειγμα, όταν πλένετε ένα μείγμα σε στερεό φορέα μέσω στήλης, μπορούν να παρασκευαστούν σε αλκοόλη, διμεθυλοσουλφοξείδιο, ακετόνη και άλλους πολικούς διαλύτες - όλα θα εξαρτηθούν από τον διαλύτη ορισμένων αμινοδομές.
Αίτηση
Η αντίδραση νινυδρίνης καθιστά δυνατή την ανίχνευση πολλών αμινο ενώσεων σε διάλυμα, γεγονός που την έκανε μία από τις πρώτες που χρησιμοποιήθηκαν στην ποιοτική ανάλυση οργανικών ουσιών. Ο οπτικός προσδιορισμός μειώνει σημαντικά τον αριθμό των πειραμάτων, ειδικά όταν αναλύονται κακώς μελετημένα φυτά, φάρμακα και δοσολογικές μορφές, καθώς και άγνωστα διαλύματα και μείγματα.
Στην εγκληματολογική επιστήμη, αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται ευρέως για τον προσδιορισμό της παρουσίας σημαδιών ιδρώτα σε οποιαδήποτε επιφάνεια.
Ακόμη και παρά τη μη εξειδίκευση της αντίδρασης, η απόσυρση της αντίδρασης νινυδρίνης από τη χημική πρακτική είναι αδύνατη, καθώςΗ αντικατάσταση αυτής της ουσίας με λιγότερο τοξικά ανάλογα (για παράδειγμα, οξολίνη) απέδειξε ότι έχουν μικρότερη ευαισθησία στις αμινομάδες και δεν δίνουν καλά αποτελέσματα στις φωτομετρικές αναλύσεις.
