เคมี. ปฏิกิริยานินไฮดริน

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 05:43

เมื่อศึกษาสารในเคมีอินทรีย์ ปฏิกิริยาเชิงคุณภาพที่แตกต่างกันมากกว่าหนึ่งโหลถูกใช้เพื่อกำหนดเนื้อหาของสารประกอบบางชนิด การวิเคราะห์ด้วยภาพช่วยให้คุณเข้าใจได้ทันทีว่ามีสารที่จำเป็นหรือไม่ และหากไม่มีอยู่ คุณสามารถลดการทดลองเพิ่มเติมเพื่อระบุสารเหล่านั้นได้อย่างมาก ปฏิกิริยาเหล่านี้ได้แก่ นินไฮดริน ซึ่งเป็นปฏิกิริยาหลักในการกำหนดด้วยสายตาของสารประกอบอะมิโน

นี่คืออะไร

นินไฮดรินเป็นสารประกอบไดคาร์บอนิลที่มีวงแหวนอะโรมาติกหนึ่งวงที่มีเฮเทอโรไซเคิลติดอยู่ อะตอมที่สองซึ่งมีไฮดรอกซิล 2 หมู่ (OH^-) สารนี้ได้มาจากการออกซิเดชันโดยตรงของ inandione - 1, 3 และดังนั้นตามศัพท์สากลจึงมีชื่อดังต่อไปนี้: 2, 2 - dihydroxyinandione -1, 3 (รูปที่ 1)

นินไฮดรินบริสุทธิ์เป็นผลึกสีเหลืองหรือสีขาวสีที่เมื่อถูกความร้อนจะละลายได้ดีในน้ำและตัวทำละลายอินทรีย์ชนิดมีขั้วอื่นๆ เช่น อะซิโตน นี่เป็นสารที่ค่อนข้างอันตราย หากสัมผัสกับผิวหนังในปริมาณมากหรือเยื่อเมือก จะทำให้เกิดการระคายเคือง รวมทั้งเมื่อสูดดม การทำงานกับสารประกอบนี้ควรระมัดระวังและใช้เฉพาะกับถุงมือเท่านั้น เนื่องจากเมื่อสัมผัสกับผิวหนัง มันจะทำปฏิกิริยากับโปรตีนในเซลล์ผิวหนังและทำให้เกิดคราบเป็นสีม่วง

สารทำปฏิกิริยา

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ปฏิกิริยานินไฮดรินถูกใช้เป็นหลักในการกำหนดปริมาณสารประกอบอะมิโนด้วยสายตา:

• กรดอะมิโน (รวมถึงโปรตีน);
• น้ำตาลอะมิโน;
• อัลคาลอยด์ที่มี –NH₂ และกลุ่ม -NH
• เอมีนต่างๆ

ควรสังเกตว่าเอมีนทุติยภูมิและตติยภูมิบางครั้งตอบสนองได้น้อยมาก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อยืนยันการมีอยู่ของเอมีน

วิธีการต่างๆ ของโครมาโตกราฟีใช้สำหรับการกำหนดเชิงปริมาณ เช่น โครมาโตกราฟีแบบกระดาษ (BC), โครมาโตกราฟีแบบชั้นบาง (TLC) หรือการล้างตัวพาที่เป็นของแข็งด้วยสารละลายนินไฮดรินในตัวกลางต่างๆ

ปฏิกิริยานี้ไม่ได้จำเพาะสำหรับสารประกอบอะมิโน เนื่องจากตัวทำปฏิกิริยาสามารถเข้าไปได้พร้อมกันหมด อย่างไรก็ตาม ในส่วนของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา จะมีลักษณะเฉพาะในรูปแบบของการปล่อยฟองคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) และนี่เป็นเรื่องปกติเมื่อมีปฏิสัมพันธ์กับ α-amino กรด

คุณสมบัติกลไก

Bมีการตีความสมการปฏิกิริยานินไฮดรินที่แตกต่างกันในวรรณคดี นักวิจัยบางคนละเว้นการก่อตัวของไฮดรินเดนทีนจาก 2-อะมิโนอินไดโอนซึ่งด้วยการมีส่วนร่วมของแอมโมเนียและนินไฮดรินยังก่อให้เกิดสารสีที่เรียกว่า "สีม่วงของรูมัน" (หรือ "สีน้ำเงินของรูมัน") ในขณะที่คนอื่นถือว่ามีเพียง การมีส่วนร่วมโดยไม่มีผลิตภัณฑ์อะมิโนระดับกลาง นอกจากนี้ยังมีประเด็นที่น่าสนใจในบันทึกของปฏิกิริยา โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับวิธีการยึดอนุพันธ์อะมิโนของนินไฮดรินเข้ากับโมเลกุลหลักของมันเพื่อสร้างสีย้อม การบ่งชี้ตำแหน่งของ "ไฮโดรเจนเดิน" ที่ได้รับจากเอมีนระดับกลางจากตัวกลางที่เป็นน้ำยังคงเป็นที่น่าสงสัย: สามารถอยู่ในกลุ่มคีโตนหรือถัดจาก –NH₂.

ในความเป็นจริง ความแตกต่างของอะตอม H นั้นไม่มีนัยสำคัญ เนื่องจากตำแหน่งของมันในสารประกอบไม่ได้มีบทบาทพิเศษในการเกิดปฏิกิริยา ดังนั้นจึงไม่ควรให้ความสนใจ สำหรับการละเว้นขั้นตอนใดขั้นตอนหนึ่งที่เป็นไปได้ เหตุผลที่อยู่ที่นี่ในด้านทฤษฎี: จนถึงขณะนี้ กลไกที่แน่นอนสำหรับการก่อตัวของสีม่วงของ Rueman ยังไม่ได้รับการพิจารณาอย่างแน่ชัด ดังนั้นจึงสามารถพบรูปแบบที่แตกต่างกันของปฏิกิริยานินไฮดรินได้

หลักสูตรปฏิสัมพันธ์ที่สมบูรณ์ที่สุดของตัวทำปฏิกิริยากับสารประกอบอะมิโนจะถูกนำเสนอด้านล่าง

กลไกการเกิดปฏิกิริยา

อย่างแรก นินไฮดรินทำปฏิกิริยากับกรด α-อะมิโน โดยติดที่บริเวณรอยแยกของหมู่ไฮดรอกซีและก่อตัวเป็นผลิตภัณฑ์ควบแน่น (รูปที่ 2a) จากนั้นตัวหลังจะถูกทำลายโดยปล่อยเอมีน แอลดีไฮด์ และคาร์บอนไดออกไซด์ขั้นกลางออกมา (รูปที่ 2b) จากผลิตภัณฑ์สุดท้ายเมื่อเข้าร่วมninhydrin โครงสร้างสีม่วง Rueman (diketonhydrindenketohydrinamine, รูปที่ 2c) ถูกสังเคราะห์ นอกจากนี้ยังบ่งชี้ถึงการก่อตัวของไฮดรินแดนทีน (นินไฮดรินที่ลดลง) จากเอมีนระดับกลาง ซึ่งยังเปลี่ยนเป็นสารประกอบสีเมื่อมีแอมโมเนีย (ที่แม่นยำกว่านั้นคือ แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์) ที่มีตัวทำปฏิกิริยามากเกินไป (รูปที่ 2d)

รูมันเองได้พิสูจน์การก่อตัวของไฮดรินแดนไทน์เมื่อไฮโดรเจนซัลไฟด์ทำปฏิกิริยากับโมเลกุลนินไฮดริน สารประกอบนี้สามารถละลายได้ในโซเดียมคาร์บอเนต Na₂CO₃ ให้สารละลายสีแดงเข้ม และเมื่อเติมกรดไฮโดรคลอริกเจือจางลงไป ไฮดรินแดนทีนก็จะตกตะกอน

มีแนวโน้มมากที่สุดที่เอมีนระดับกลาง ไฮโดรแดนติน นินไฮดริน และโครงสร้างของสีย้อม เนื่องจากความไม่เสถียรเมื่อถูกความร้อนจะอยู่ในสมดุล ซึ่งช่วยให้มีระยะเพิ่มเติมหลายระยะ

กลไกนี้เหมาะสำหรับการอธิบายปฏิกิริยานินไฮดรินกับสารประกอบอะมิโนอื่นๆ ยกเว้นผลพลอยได้ที่เกิดจากการกำจัดโครงสร้างที่เหลือจาก –NH₂, -NH หรือ -N.

การทดสอบ Biuret และปฏิกิริยาอื่นๆ ต่อโปรตีน

การวิเคราะห์เชิงคุณภาพสำหรับพันธะเปปไทด์แม้ในโครงสร้างที่ไม่ใช่โปรตีนสามารถเกิดขึ้นได้ไม่เพียงแค่การมีส่วนร่วมของรีเอเจนต์ข้างต้นเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ในกรณีของปฏิกิริยานินไฮดรินต่อโปรตีน อันตรกิริยาไม่เกิดขึ้นตามหมู่ –CO-NH‒ แต่เกิดขึ้นกับหมู่เอมีน มีสิ่งที่เรียกว่า "ปฏิกิริยาไบยูเรต" ซึ่งมีลักษณะเฉพาะโดยการเพิ่มไอออนในสารละลายด้วยสารประกอบอะมิโนทองแดงสองวาเลนต์จาก CuSO₄ หรือ Cu(OH)₂ ในตัวกลางที่เป็นด่าง (รูปที่ 3).

ในระหว่างการวิเคราะห์ เมื่อมีโครงสร้างที่จำเป็น สารละลายจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงินเข้มเนื่องจากการยึดเหนี่ยวของพันธะเปปไทด์ให้เป็นคอมเพล็กซ์สี ซึ่งทำให้รีเอเจนต์แตกต่างไปจากอีกตัวหนึ่ง นั่นคือเหตุผลที่ปฏิกิริยาไบยูเร็ตและนินไฮดรินเป็นสากลในความสัมพันธ์กับโครงสร้างโปรตีนและที่ไม่ใช่โปรตีนกับกลุ่ม –CO-NH‒

เมื่อพิจารณาถึงกรดอะมิโนแบบไซคลิก จะใช้ปฏิกิริยาแซนโทโปรตีนกับสารละลายเข้มข้นของกรดไนตริก HNO₃ ซึ่งให้สีเหลืองเมื่อไนเตรต รีเอเจนต์ที่หยดลงบนผิวหนังยังแสดงสีเหลืองโดยทำปฏิกิริยากับกรดอะมิโนในเซลล์ผิวหนัง กรดไนตริกอาจทำให้เกิดแผลไหม้ได้และควรสวมถุงมือด้วย

ตัวอย่างปฏิสัมพันธ์กับสารประกอบอะมิโน

ปฏิกิริยาของนินไฮดรินสำหรับกรด α-อะมิโนให้ผลการมองเห็นที่ดี ยกเว้นสำหรับโพรลีนสีและโครงสร้างไฮดรอกซีโพรลีนซึ่งทำปฏิกิริยากับการก่อตัวของสีเหลือง คำอธิบายที่เป็นไปได้สำหรับผลกระทบนี้พบได้ในสภาวะแวดล้อมอื่นๆ ของปฏิกิริยาของนินไฮดรินกับโครงสร้างเหล่านี้

ปฏิกิริยากับกลุ่มอะมิโน

เนื่องจากการทดสอบไม่เฉพาะเจาะจง จึงไม่สามารถตรวจจับอะลานีนด้วยตาเปล่าโดยใช้ปฏิกิริยานินไฮดรินในส่วนผสมได้ อย่างไรก็ตาม โดยโครมาโตกราฟีแบบกระดาษ เมื่อใช้ตัวอย่างกรด α-amino ต่างๆ ฉีดพ่นด้วยสารละลายนินไฮดรินที่เป็นน้ำ และพัฒนาในตัวกลางพิเศษคำนวณองค์ประกอบเชิงปริมาณไม่เพียงแต่สารประกอบที่อ้างสิทธิ์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงองค์ประกอบอื่นๆ อีกมากมาย

ตามแผนผัง ปฏิกิริยาระหว่างอะลานีนกับนินไฮดรินเป็นไปตามหลักการเดียวกัน มันยึดติดกับรีเอเจนต์ที่กลุ่มเอมีน และภายใต้การกระทำของไฮโดรเนียมไอออนที่ใช้งาน (H₃O⁺) จะถูกแยกออกที่คาร์บอน -พันธะไนโตรเจน สลายตัวเป็นอะซีตัลดีไฮด์ (CH₃COH) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) โมเลกุลนินไฮดรินอีกโมเลกุลหนึ่งจับกับไนโตรเจน แทนที่โมเลกุลของน้ำ และเกิดโครงสร้างสีขึ้น (รูปที่ 4)

ปฏิกิริยากับสารประกอบอะมิโนเฮเทอโรไซคลิก

ปฏิกิริยานินไฮดรินกับโพรลีนมีความเฉพาะเจาะจง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการวิเคราะห์ด้วยโครมาโตกราฟี เนื่องจากโครงสร้างดังกล่าวในตัวกลางที่เป็นกรดจะเปลี่ยนเป็นสีเหลืองก่อน จากนั้นจึงเปลี่ยนเป็นสีม่วงในสารที่เป็นกลาง นักวิจัยอธิบายสิ่งนี้โดยคุณลักษณะของการจัดเรียงวงจรใหม่ในสารประกอบขั้นกลาง ซึ่งได้รับผลกระทบอย่างแม่นยำจากการมีอยู่ของโปรตอนไฮโดรเจนจำนวนมากที่เสริมระดับพลังงานภายนอกของไนโตรเจน

การทำลายของเฮเทอโรไซเคิลไม่เกิดขึ้น และโมเลกุลนินไฮดรินอีกตัวติดอยู่ที่อะตอมของคาร์บอนลำดับที่ 4 เมื่อได้รับความร้อนเพิ่มเติม โครงสร้างที่ได้ในตัวกลางที่เป็นกลางจะเปลี่ยนเป็นสีม่วง Rueman (รูปที่ 5)

การเตรียมน้ำยาหลัก

ทดสอบนินไฮดรินด้วยสารละลายที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับการละลายของโครงสร้างอะมิโนในสารอินทรีย์บางชนิดและสารประกอบอนินทรีย์

น้ำยาหลักคือการเตรียมสารละลาย 0.2% ในน้ำ นี่เป็นส่วนผสมอเนกประสงค์ เนื่องจากสารประกอบส่วนใหญ่ละลายได้ดีใน H₂O เพื่อให้ได้รีเอเจนต์ที่เตรียมสดใหม่ ให้เจือจางตัวอย่างนินไฮดรินบริสุทธิ์ทางเคมี 0.2 กรัมในน้ำ 100 มล.

เป็นที่น่าสังเกตว่าสำหรับสารละลายที่วิเคราะห์บางตัวความเข้มข้นนี้ไม่เพียงพอ จึงสามารถเตรียมสารละลาย 1% หรือ 2% ได้ ซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับสารสกัดจากวัตถุดิบทางการแพทย์ เนื่องจากมีสารประกอบอะมิโนหลายประเภท

เมื่อทำการศึกษาโครมาโตกราฟี สารละลาย เช่น เมื่อล้างส่วนผสมบนตัวพาที่เป็นของแข็งผ่านคอลัมน์ สามารถเตรียมได้ในแอลกอฮอล์ ไดเมทิล ซัลฟอกไซด์ อะซิโตน และตัวทำละลายขั้วอื่นๆ - ทุกอย่างจะขึ้นอยู่กับตัวทำละลายของบางชนิด โครงสร้างอะมิโน

แอปพลิเคชัน

ปฏิกิริยานินไฮดรินทำให้สามารถตรวจจับสารประกอบอะมิโนจำนวนมากในสารละลาย ซึ่งทำให้เป็นหนึ่งในกลุ่มแรกๆ ที่ใช้ในการวิเคราะห์เชิงคุณภาพของสารอินทรีย์ การกำหนดด้วยสายตาช่วยลดจำนวนการทดลองได้อย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อวิเคราะห์พืช ยาและรูปแบบการให้ยาที่ศึกษาไม่ดี ตลอดจนสารละลายและสารผสมที่ไม่ทราบสาเหตุ

ในทางนิติวิทยาศาสตร์ วิธีนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อตรวจหารอยเหงื่อบนพื้นผิวใดๆ

ถึงแม้ปฏิกิริยาจะไม่จำเพาะเจาะจง การถอนปฏิกิริยานินไฮดรินจากการปฏิบัติทางเคมีก็เป็นไปไม่ได้ เนื่องจากการแทนที่สารนี้ด้วยอะนาลอกที่เป็นพิษน้อยกว่า (เช่น ออกโซลิน) พิสูจน์ให้เห็นว่าพวกมันมีความไวต่อหมู่อะมิโนต่ำกว่า และไม่ได้ให้ผลลัพธ์ที่ดีในการวิเคราะห์เชิงแสง