Файл: Ошкая В.П. Нингидриновые реакции.pdf

А К А Д Е М И Я НАУК Л А Т В И Й С К О Й ССР И Н С Т И Т У Т М И К Р О Б И О Л О Г И И им. А В Г У С Т А К И Р Х Е Н Ш Т Е И Н А

А К А Д Е М И Я НАУК Л А Т В И Й С К О Й С С Р И Н С Т И Т У Т М И К Р О Б И О Л О Г И И им. А В Г У С Т А К И Р Х Е Н Ш Т Е И Н А

В . П . О Ш К А Я

НИНГИДРИНОВЫЕ

РЕАКЦИИ

547

0—963

У Д К 543.8 + 547.443 + 547.446 + 547.415

44 _

В монографии рассматриваются получение, реакци­ онная способность, биологическая активность и анали­ тическое использование нингидрина и его аналогов: гид­ рата перинафтиндантриона-1,2,3, производных нингид­ рина, аллоксана, изатина, хинизатина. Особое внимание уделено обсуждению нингидриновой реакции аминов и аминокислот и сравнению ее с мурексидной реакцией аллоксана, реакциями изатина и хинизатина и их произ­ водных с аминосоединениями.

Работа может дать некоторое теоретическое пред­ ставление о реакциях циклических кетонов с аминосое­ динениями, облегчить выбор реагента и, в известной степени, методики анализа для решения конкретной ана­ литической задачи.

Книга предназначена для широкого круга химиковоргаников, биохимиков и физиологов, занимающихся изучением аминов, аминокислот и других органических соединений.

Табл. 7, библ. 684 назв.

© Издательство «Зинатне», 1974

11-2-5-3-019 29-74 М811(11)-74

П Р Е Д И С Л О В И Е

Нингидрин является одним из наиболее извест­ ных и часто применяемых реагентов органического анализа. Высокая реакционная способность нингидрина позволяет использовать его для синтеза раз­ личных производных индандиона-1,3 и гетероцикли­ ческих систем.

Нингидриновая реакция аминокислот и аминов широко используется в биохимическом анализе. Для решения конкретной аналитической задачи иногда применяют родственные нингидрину соеди­ нения: гидрат перинафтиндантриона-1,2,3, аллоксан, изатин, хинизатин. В книге сделана попытка рассмотреть совместно названные реагенты как со­ единения, которые по принципиально одинаковой схеме — схеме собственно нингидриновой реак­ ции — реагируют с аминосоединениями. В то же время каждый из этих аналогов нингидрина в реак­ циях с аминами и аминокислотами проявляет свои

Для более глубокого понимания реакционной способности нингидрина в нингидриновой реакции и родственных ему соединений в аналогичных реак­ циях перед рассмотрением механизмов нингидриновых реакций в работе пришлось коротко остано­ виться на реакциях этих циклических поликарбо­ нильных соединений, в которых участвуют соедине­ ния, не содержащие аминогруппы. Это тем более важно, что отдельные стадии последних реакций,

тельно протекающих реакций. На ход ее отдельных стадий и на реакцию в целом большое влияние ока­ зывают условия проведения реакции: среда, рН, температура, присутствие посторонних компонен­ тов и т. п. Думается, что рассмотрение именно ме­ ханизма нингидриновой реакции и связанных с ним вопросов позволит более правильно подойти к ре­ шению практических вопросов анализа аминосоединений с использованием нингидрина и его аналогов.

будет выбран наиболее подходящий нингидриновый реактив.

Объем работы не позволил использовать весь литературный материал и более детально разрабо­ тать затронутые вопросы.

Выражаю глубокую признательность Дз . Муцениеце за помощь в подготовке этой книги.

Автор

Г л а в а I

ХИМИЯ НИНГИДРИНА

ИНИНГИДРИНОВАЯ РЕАКЦИЯ

ОБ Щ И Е С В Е Д Е Н И Я

Органическая химия поражает красотой реакций, многообра­ зием свойств соединений. Ее разделы развиваются неравномерно. Существуют органические соединения, о которых со временем накапливается столько фактического и теоретического матери­ ала, что вырастают крупные разделы химии этих соединений. Так, о циклическом трикетоне — нингидрине в течение 60 лет, прошедших со времени его синтеза, проведено такое количество исследований, что в настоящее время можно говорить о химии нингидрина.

Синтез нингидрина, а также открытие и первое изучение нингидриновой реакции связаны с именем Зигфрида Руэмана (1859—1943), изучавшего азотсодержащие гетероциклы, (3-кето- кислоты и циклические дикарбонильные соединения [1, 2].

При изучении вопросов енолизации дикарбонильных соедине­ ний Руэман завершил синтез гидрата дикетогидриндена, или нингидрина, (1), установил его структуру, открыл цветную реак­ цию нингидрина с аминокислотами и создал первую теорию нингидриновой реакции.

1 2 3

Для выяснения механизма нингидриновой реакции Руэман син­ тезировал гидриндантин и ряд других промежуточных продуктов нингидриновой реакции.

Первые образцы гидрата трикетогидриндена, или индантри- она-1,2,3, Руэман прислал знаменитому биохимику того времени Абдергальдену, который и назвал гидрат индантриона-1,2,3 нингидрином [3]. С тех пор названия «нингидрин» и «нингидриновая

реакция» прочно вошли в химическую литературу. Следует отме­ тить, что Руэман в своих работах этими названиями не пользо­ вался.

С 1910 г., когда был синтезирован нингидрин [4] и открыта цветная реакция нингидрина с а-аминокислотами [5], о цветных реакциях нингидрина с различными соединениями опубликовано большое число работ прикладного и теоретического характера. Нингидриновая реакция стала одной из наиболее часто применя­ емых биохимических реакций. Она используется для колоримет­ рического и хроматографического определения аминокислот, аминов, витаминов и ряда других соединений. Нингидриновая реакция положена в основу принципа работы автоматических анализаторов аминокислот.

Несмотря на столь широкое практическое применение нингидриновой реакции, ее механизм до сих пор нельзя .считать полно­ стью установленным [6, 7]. Это объясняется, очевидно, исключи­ тельной сложностью нингидриновой реакции. В зависимости от условий выполнения реакции, как сообщается в работах послед­ них лет, может образоваться несколько окрашенных продуктов реакции. Протеиновые аминокислоты объединяют соединения, принадлежащие по структуре к различным химическим группам и требующие различных условий проведения реакции для дости­ жения оптимального выхода однородного красящего вещества.

Нингидрин обладает высокой реакционной способностью. Он активно реагирует с аминосоединениями, которым уделялось главное внимание в большинстве работ о нингидриновой реак­ ции. Однако, как свидетельствуют работы последних лет, нин­ гидрин легко взаимодействует с реактивом Гриньяра, диазосоединениями, серо- и фосфорсодержащими соединениями, дие­ нами, соединениями ароматического характера и содержащими активную метиленовую группу и др.

Химия нингидрина в настоящее время выросла в самостоя­ тельный и весьма своеобразный раздел циклических карбониль­ ных соединений. Уже в первых работах о нингидрине и нингид­ риновой реакции проводилось их сравнение соответственно с аллоксаном (3) и мурексидной реакцией. Действительно, в хи­ мическом поведении нингидрина и аллоксана много общего, что особенно заметно при совместном рассмотрении аналитических и синтетических реакций этих двух циклических трикарбонильных соединений.

О нингидрине [6] и нингидриновой реакции [6, 7] имеются не­ большие обобщающие работы, но в них не рассматриваются реакции, не имеющие аналитического значения. Однако чем пол­ нее будут изучены химический характер и реакционная способ­ ность нингидрина, тем успешнее можно будет использовать его и в аналитических целях.

Исходя из этих соображений была предпринята попытка рас­ смотреть совместно основные реакции нингидрина. Для более полного раскрытия химического характера нингидрина в этой работе рассматриваются также реакции аллоксана и его струк­ турных аналогов — изатина (4) и хинизатина (5).

Цветную нингидриновую реакцию с аминокислотами дают также аналоги и производные нингидрина: перинафтиндантрион- 1,2,3 (6), 5,6-бензиндантрион-1,2,3 (7) и замещенные во фталоильном кольце нингидрины (8).

Понятие «нингидриновая реакция» в настоящее время охва­ тывает, по сути дела, целую группу органических реакций. Нингидриновыми именуют несколько различающихся между собой реакций нингидрина с аминокислотами, а также цветные реак­ ции аналогов и производных нингидрина.

В настоящей работе выражение «нингидриновая реакция» предлагается дифференцировать, т. е. употреблять его как в бо­ лее узком, так и в более широком смысле. Название «нингид­ риновая реакция» в узком смысле следует употреблять для обоз­ начения исторической реакции нингидрина с аминокислотами и другими соединениями, в результате которых образуется пурпур Руэмана, подобно мурексиду в мурексидной реакции аллоксана. Тогда более общим понятием «нингидриновые реакции» можно будет обозначать остальные цветные реакции нингидрина, кото­ рые часто сопутствуют собственно нингидриновой реакции. Та­ кой подход к цветным реакциям аминокислот, аминов и других соединений с нингидрином и его аналогами применен в данной книге и при выборе ее названия.

Кроме упомянутых циклических кетонов: аллоксана (3), иза­ тина (4), хинизатина (5), перинафтиндантриона-1,2,3 (6), бенз- индантриона-1,2,3 (7) и производных нингидрина (8) — в дан­ ном обзоре некоторое место уделено рассмотрению цветных