ორგანულ ქიმიაში ნივთიერებების შესწავლისას გამოიყენება ათზე მეტი განსხვავებული თვისებრივი რეაქცია გარკვეული ნაერთების შემცველობის დასადგენად. ასეთი ვიზუალური ანალიზი საშუალებას გაძლევთ დაუყოვნებლივ გაიგოთ, არის თუ არა აუცილებელი ნივთიერებები, და თუ ისინი არ არის, შეგიძლიათ მნიშვნელოვნად შეამციროთ შემდგომი ექსპერიმენტები მათ იდენტიფიცირებისთვის. ეს რეაქციები მოიცავს ნინჰიდრინს, რომელიც მთავარია ამინო ნაერთების ვიზუალურ განსაზღვრაში.
რა არის ეს?
ნინჰიდრინი არის დიკარბონილის ნაერთი, რომელიც შეიცავს ერთ არომატულ რგოლს მასზე მიმაგრებული ჰეტეროციკლით, რომლის მეორე ატომს აქვს 2 ჰიდროქსილის ჯგუფი (OH-). ეს ნივთიერება მიიღება ინანდიონის პირდაპირი დაჟანგვით - 1, 3 და, შესაბამისად, საერთაშორისო ნომენკლატურის მიხედვით, მას აქვს შემდეგი სახელწოდება: 2, 2 - დიჰიდროქსინანდონი -1, 3 (სურ. 1).
სუფთა ნინჰიდრინი არის ყვითელი ან თეთრი კრისტალიფერები, რომლებიც გაცხელებისას კარგად იხსნება წყალში და სხვა პოლარულ ორგანულ გამხსნელებში, როგორიცაა აცეტონი. ეს საკმაოდ მავნე ნივთიერებაა, კანთან დიდი რაოდენობით ან ლორწოვან გარსებთან შეხების შემთხვევაში იწვევს გაღიზიანებას, მათ შორის ჩასუნთქვისას. ამ ნაერთთან მუშაობა უნდა იყოს ფრთხილად და მხოლოდ ხელთათმანებით, რადგან კანთან შეხებისას ის რეაგირებს კანის უჯრედების ცილებთან და იასამნისფრად ღებავს მას.
რეაქტიული ნივთიერებები
როგორც ზემოთ აღინიშნა, ნინჰიდრინის რეაქცია ძირითადად გამოიყენება ამინო ნაერთების შემცველობის ვიზუალური განსაზღვრისთვის:
- α-ამინომჟავები (მათ შორის ცილებში);
- ამინო შაქარი;
- ალკალოიდები, რომლებიც შეიცავს –NH2 და -NH ჯგუფებს;
- სხვადასხვა ამინები.
უნდა აღინიშნოს, რომ მეორადი და მესამეული ამინები ზოგჯერ ძალიან სუსტად რეაგირებენ, ამიტომ საჭიროა მეტი გამოკვლევა მათი არსებობის დასადასტურებლად.
რაოდენობრივი განსაზღვრისთვის გამოიყენება ქრომატოგრაფიის სხვადასხვა მეთოდი, მაგალითად, ქაღალდის ქრომატოგრაფია (BC), თხელი ფენის ქრომატოგრაფია (TLC) ან მყარი მატარებლების რეცხვა ნინჰიდრინის ხსნარით სხვადასხვა გარემოში.
ეს რეაქცია არ არის სპეციფიკური ამინო ნაერთებისთვის, ვინაიდან რეაგენტი მასში ერთდროულად შეიძლება შევიდეს. თუმცა, რეაქციის პროდუქტების მხრივ, მას აქვს თავისებურება ნახშირორჟანგის ბუშტების გამოყოფის სახით (CO2) და ეს დამახასიათებელია მხოლოდ α-ამინოსთან ურთიერთობისას. მჟავები.
მექანიკის მახასიათებლები
Bლიტერატურაში არსებობს ნინჰიდრინის რეაქციის განტოლების სხვადასხვა ინტერპრეტაცია. ზოგიერთი მკვლევარი გამოტოვებს ჰიდრინდანტინის ფორმირებას 2-ამინოინინდიონისგან, რომელიც ამიაკის და ნინჰიდრინის მონაწილეობით ასევე ქმნის შეღებვის ნივთიერებას სახელწოდებით "რუმანის მეწამული" (ან "რუმანის ლურჯი"), ხოლო სხვები, პირიქით, ვარაუდობენ მხოლოდ მის. მონაწილეობა შუალედური ამინო პროდუქტების არსებობის გარეშე. ასევე არის რამდენიმე საინტერესო პუნქტი თავად რეაქციის ჩანაწერში, კერძოდ, ეს ეხება ნიჰიდრინის ამინო წარმოებულების მიმაგრების მეთოდებს მის ძირითად მოლეკულაზე საღებავის შესაქმნელად. ასევე კითხვის ნიშნის ქვეშ რჩება წყლის გარემოდან შუალედური ამინის მიერ მიღებული „მოსიარულე წყალბადის“ადგილის მითითება: ის შეიძლება იყოს კეტონურ ჯგუფში ან –NH2. გვერდით.
სინამდვილეში, ნიუანსი H ატომთან უმნიშვნელოა, ვინაიდან ნაერთში მისი პოზიცია არ თამაშობს განსაკუთრებულ როლს რეაქციის მსვლელობაში, ამიტომ მას ყურადღება არ უნდა მიექცეს. რაც შეეხება ერთ-ერთი შესაძლო ეტაპის გამოტოვებას, მიზეზი აქ თეორიულ ასპექტში მდგომარეობს: ამ დრომდე, რუმანის მეწამულის წარმოქმნის ზუსტი მექანიზმი ზუსტად დადგენილი არ არის, ამიტომ ნინჰიდრინის რეაქციის საკმაოდ განსხვავებული სქემები შეიძლება მოიძებნოს.
რეაგენტის ამინო ნაერთებთან ურთიერთქმედების ყველაზე სრული შესაძლო კურსი იქნება შემოთავაზებული ქვემოთ.
რეაქციის მექანიზმი
პირველ რიგში, ნინჰიდრინი ურთიერთქმედებს α-ამინომჟავასთან, ამაგრებს მას ჰიდროქსი ჯგუფების გაყოფის ადგილზე და ქმნის კონდენსაციის პროდუქტს (ნახ. 2a). შემდეგ ეს უკანასკნელი ნადგურდება, ათავისუფლებს შუალედურ ამინს, ალდეჰიდს და ნახშირორჟანგს (ნახ. 2ბ). საბოლოო პროდუქტიდან შეერთებისასნინჰიდრინი, სინთეზირებულია რუმანის მეწამული სტრუქტურა (დიკეტონჰიდრინდენკეტოჰიდრინამინი, სურ. 2c). ასევე მითითებულია შუალედური ამინიდან ჰიდრინდანტინის (შემცირებული ნინჰიდრინი) შესაძლო წარმოქმნა, რომელიც ასევე გადაიქცევა შეღებვის ნაერთად ამიაკის (უფრო ზუსტად, ამონიუმის ჰიდროქსიდის) თანდასწრებით თვით რეაგენტის ჭარბი რაოდენობით (ნახ. 2d)..
ჰიდრინდანტინის წარმოქმნა დაადასტურა თავად რუმანმა, როდესაც წყალბადის სულფიდი მოქმედებს ნინჰიდრინის მოლეკულაზე. ამ ნაერთს შეუძლია დაითხოვოს ნატრიუმის კარბონატში Na2CO3, ხსნარის შეღებვა მუქ წითლად. და როდესაც გაზავებულ მარილმჟავას ემატება, ჰიდრინდანტინი აგროვებს.
სავარაუდოდ, შუალედური ამინი, ჰიდრიდანტინი, ნინჰიდრინი და საღებავის სტრუქტურა, მათი არასტაბილურობის გამო გაცხელებისას, გარკვეულ წონასწორობაშია, რაც იძლევა რამდენიმე დამატებითი ეტაპის არსებობის საშუალებას.
ეს მექანიზმი შესაფერისია ნინჰიდრინის რეაქციის ასახსნელად სხვა ამინო ნაერთებთან, გარდა იმ სუბპროდუქტებისა, რომლებიც წარმოიქმნება დანარჩენი სტრუქტურის -NH2-დან., -NH ან -N.
ბიურეტის ტესტი და სხვა რეაქციები ცილებზე
თვისობრივი ანალიზი პეპტიდური ბმებისთვის, თუნდაც არაცილოვანი სტრუქტურებისთვის, შეიძლება ჩატარდეს არა მხოლოდ ზემოაღნიშნული რეაგენტის მონაწილეობით. თუმცა, ცილებზე ნინჰიდრინის რეაქციის შემთხვევაში, ურთიერთქმედება ხდება არა –CO-NH‒ ჯგუფების გასწვრივ, არამედ ამინ ჯგუფების გასწვრივ. არსებობს ეგრეთ წოდებული „ბიურეტის რეაქცია“, რომელიც ხასიათდება ხსნარში იონების დამატებით ამინო ნაერთებთან.ბივალენტური სპილენძი CuSO4 ან Cu(OH)2 ტუტე გარემოში (ნახ. 3).
ანალიზის დროს, საჭირო სტრუქტურების არსებობისას, პეპტიდური ბმების შებოჭვის გამო ხსნარი ფერად კომპლექსად გამოარჩევს მუქ ლურჯ ფერს, რომელიც განასხვავებს ერთ რეაგენტს მეორისგან. სწორედ ამიტომ ბიურეტისა და ნინჰიდრინის რეაქციები უნივერსალურია ცილოვან და არაცილოვან სტრუქტურებთან მიმართებაში –CO-NH‒ ჯგუფთან.
ციკლური ამინომჟავების განსაზღვრისას გამოიყენება ქსანტოპროტეინის რეაქცია აზოტის მჟავას კონცენტრირებული ხსნარით HNO3 , რომელიც ნიტრატირებისას ყვითელ ფერს აძლევს. კანზე რეაგენტის წვეთი ასევე ავლენს ყვითელ ფერს კანის უჯრედების ამინომჟავებთან რეაქციით. აზოტის მჟავას შეუძლია დამწვრობა გამოიწვიოს და მისი დამუშავება ასევე ხელთათმანებით უნდა მოხდეს.
ამინო ნაერთებთან ურთიერთქმედების მაგალითები
ნინჰიდრინის რეაქცია α-ამინომჟავებზე იძლევა კარგ ვიზუალურ შედეგს, გარდა ფერის პროლინისა და ჰიდროქსიპროლინის სტრუქტურებისა, რომლებიც რეაგირებენ ყვითელი ფერის წარმოქმნით. ამ ეფექტის შესაძლო ახსნა იქნა ნაპოვნი ნინჰიდრინის ამ სტრუქტურებთან ურთიერთქმედების სხვა გარემო პირობებში.
რეაქცია ამინოჯგუფთან
რადგან ტესტი არ არის სპეციფიკური, ალანინის ვიზუალური გამოვლენა ნინჰიდრინის რეაქციის გამოყენებით ნარევში შეუძლებელია. თუმცა, ქაღალდის ქრომატოგრაფიით, სხვადასხვა α-ამინომჟავების ნიმუშების გამოყენებისას, ნინჰიდრინის წყალხსნარით შესხურებისას და სპეციალურ გარემოში განვითარებისას, შეიძლებაგამოთვალეთ არა მხოლოდ მოთხოვნილი ნაერთის რაოდენობრივი შემადგენლობა, არამედ მრავალი სხვა.
სქემურად, ალანინის ურთიერთქმედება ნინჰიდრინთან იგივე პრინციპით მიჰყვება. ის მიმაგრებულია რეაგენტზე ამინის ჯგუფში და აქტიური ჰიდრონიუმის იონების მოქმედებით (H3O+) იშლება ნახშირბადთან. -აზოტის ბმა, იშლება აცეტალდეჰიდში (CH3COH) და ნახშირორჟანგად (CO2). ნინჰიდრინის კიდევ ერთი მოლეკულა მიმაგრებულია აზოტთან, ანაცვლებს წყლის მოლეკულებს და იქმნება შეღებვის სტრუქტურა (ნახ. 4).
რეაქცია ჰეტეროციკლურ ამინონაერთთან
ნინჰიდრინის რეაქცია პროლინთან სპეციფიკურია, განსაკუთრებით ქრომატოგრაფიულ ანალიზში, ვინაიდან ასეთი სტრუქტურები მჟავე გარემოში ჯერ ყვითლდება, შემდეგ კი იასამნისფერი ხდება ნეიტრალურში. მკვლევარები ამას ხსნიან შუალედურ ნაერთში ციკლის გადაწყობის თავისებურებით, რომელზეც გავლენას ახდენს წყალბადის პროტონების დიდი რაოდენობა, რომლებიც ავსებენ აზოტის გარე ენერგეტიკულ დონეს.
ჰეტეროციკლის განადგურება არ ხდება და ნინჰიდრინის კიდევ ერთი მოლეკულა მიმაგრებულია ნახშირბადის მე-4 ატომზე. შემდგომი გაცხელებისას მიღებული სტრუქტურა ნეიტრალურ გარემოში გადაიქცევა რუმანის მეწამულში (ნახ. 5).
მთავარი რეაგენტის მომზადება
ნინჰიდრინის ტესტი ტარდება სხვადასხვა ხსნარებით, დამოკიდებულია ამინოსტრუქტურების დაშლაზე გარკვეულ ორგანულ დაარაორგანული ნაერთები.
ძირითადი რეაგენტი არის წყალში 0,2%-იანი ხსნარის მომზადება. ეს არის მრავალმხრივი ნარევი, რადგან ნაერთების უმეტესობა კარგად იხსნება H2O. ახლად მომზადებული რეაგენტის მისაღებად 0,2 გ ქიმიურად სუფთა ნინჰიდრინის ნიმუში განზავებულია 100 მლ წყალში.
აღსანიშნავია, რომ ზოგიერთი გაანალიზებული ხსნარისთვის ეს კონცენტრაცია არასაკმარისია, ამიტომ შეიძლება მომზადდეს 1% ან 2% ხსნარი. ეს დამახასიათებელია სამკურნალო ნედლეულის ექსტრაქტებისთვის, რადგან ისინი შეიცავს სხვადასხვა კლასის ამინო ნაერთებს.
ქრომატოგრაფიული კვლევების ჩატარებისას ხსნარები, მაგალითად, ნარევის სვეტის მეშვეობით მყარ გადამზიდავზე გარეცხვისას, შეიძლება მომზადდეს სპირტში, დიმეთილ სულფოქსიდში, აცეტონში და სხვა პოლარულ გამხსნელებში - ყველაფერი დამოკიდებული იქნება გარკვეული გამხსნელებზე. ამინო სტრუქტურები.
აპლიკაცია
ნინჰიდრინის რეაქცია შესაძლებელს ხდის ხსნარში მრავალი ამინო ნაერთის აღმოჩენას, რამაც იგი ერთ-ერთი პირველი გახადა, რომელიც გამოიყენებოდა ორგანული ნივთიერებების ხარისხობრივ ანალიზში. ვიზუალური განსაზღვრა მნიშვნელოვნად ამცირებს ექსპერიმენტების რაოდენობას, განსაკუთრებით ცუდად შესწავლილი მცენარეების, წამლებისა და დოზირების ფორმების, აგრეთვე უცნობი ხსნარებისა და ნარევების ანალიზისას.
კრიმინალისტიკაში ეს მეთოდი ფართოდ გამოიყენება ნებისმიერ ზედაპირზე ოფლის ნიშნების არსებობის დასადგენად.
რეაქციის არასპეციფიკურობის მიუხედავად, ნინჰიდრინის რეაქციის ამოღება ქიმიური პრაქტიკიდან შეუძლებელია, ვინაიდანამ ნივთიერების ჩანაცვლებამ ნაკლებად ტოქსიკური ანალოგებით (მაგალითად, ოქსოლინი) დაამტკიცა, რომ მათ აქვთ უფრო ცუდი მგრძნობელობა ამინოჯგუფების მიმართ და არ იძლევა კარგ შედეგებს ფოტომეტრულ ანალიზში.
