книги из ГПНТБ / Ошкая В.П. Нингидриновые реакции

Выше при рассмотрении многих реакций упоминались такие продукты конденсации нингидрина, как бшг-индандион-1,3 и гидриндантин. В начале этой работы было отмечено, что гидриндантин является очень важным промежуточным продуктом нингид­ риновой реакции. Поэтому гидриндантину, реакциям его обра­ зования и распада посвящен следующий раздел.

Г И Д Р И Н Д А Н Т И Н И Р О Д С Т В Е Н Н Ы Е ЕМУ СТРУКТУРЫ

При действии сероводородом на нингидрин Руэман полу­ чил бесцветный высокоплавкий продукт, кристаллизовавшийся с двумя молекулами кристаллизационной воды [8]. Полученное вещество обладало весьма интересными свойствами: растворя­ лось в растворах карбонатов, окрашивая их в красный цвет, но при подкислении разбавленной кислотой выпадало в осадок без каких-либо изменений. Под действием растворов щелочей про­ дукт реакции окрашивался в темно-синий цвет. Такая же окра­ ска появлялась и при взаимодействии его с а-аминокислотами. Все эти свойства полученного при восстановлении нингидрина вещества напоминали свойства аллоксантина. Основываясь на этом, Руэман назвал синтезированное соединение гидриндантином и приписал ему, аналогично аллоксантину, структуру полукеталя (67) [8].

Несмотря на то что Ретингер [93] и Гантч [94] высказались в пользу пинаколиновой формы (19), после появления их работ большинство авторов все же продолжали считать гидриндантин полукеталем [16, 20, 95, 96]. Последняя структура приводится в фундаментальных руководствах по органической химии [97, 98].

синтезе которого были опубликованы ранее [99, 100]. Соединение 69 синтезировалось из 2,2-дихлориндандиона-1,3 (68).

6« 69

69

Исходя из экспериментальных данных и теоретических сообра­ жений об образовании пинаколинов, Шенберг и Маубашер приписали гидриндантину структурную формулу двутретичного гликоля (19) [96]. Окончательно структуру гидриндантина дока­ зали Регитц с соавторами только в 1965 г. [32]. Для этого из 2-диазоиндандиона-1,3 (24) были приготовлены 2-ацилоксиин- дандионы-1,3 (70), которые при небольшом нагревании реагиро­

38

2-Оксииндандион-1,3 — неустойчивое соединение [62], он очень легко окисляется в нингидрин. С соблюдением осторожности, кроме упомянутых производных 2-оксииндандиона-1,3, были приготовлены также его простые эфиры (73, 74) и другие родст­ венные структуры [54, 104].

73

В поисках более стабильных и растворимых восстанавливаю­ щих агентов выяснилось, что цианистый калий способствует более полному развитию окраски в реакции нингидрина с ами­ нокислотами [102]. Небольшие количества цианида калия спе­ цифически катализуют образование гидриндантина. Как видно будет из дальнейшего изложения, гидриндантин является важ­ нейшим промежуточным продуктом в реакции взаимодействия нингидрина с аминокислотами. Подробное изучение каталити­ ческого действия цианида калия выявило сложный механизм, лежащий в основе влияния цианида на цветную реакцию нингид­ рина [103]. Небольшие количества цианида, прибавленные к рас­ твору нингидрина, вызывают образование гораздо больших количеств гидриндантина, чем следовало бы ожидать исходя из стехиометрических расчетов реакции простого восстановления нингидрина цианистым калием. При изучении кинетики реакций, протекающих в разных условиях, выяснилось, что очень неболь­ шие количества цианида катализуют расщепление пятичленного кольца нингидрина [103].

Во второй стадии о-карбоксифенилглиоксаль восстанавливает нингидрин в 2-оксииндандион-1,3 (38), который участвует в об­ разовании гидриндантина.

о

При высоких концентрациях цианида образующийся о-карбок­ сифенилглиоксаль не успевает израсходоваться на взаимодейст­ вие с нингидрином и так же, как при высоких концентрациях гидроксильных ионов, превращается в о-карбоксиминдальную кислоту (34), вследствие чего образование гидриндантина пре­ кращается.

ОТ К Р Ы Т И Е Н И Н Г И Д Р И Н О В О Й Р Е А К Ц И И

ИП Е Р В Ы Й ЭТАП В Ы Я С Н Е Н И Я Е Е М Е Х А Н И З М А

После опубликования статьи о синтезе нингидрина [5] уже в 1910 г. Руэман описывал цветные реакции гидрата трикетогидриндена с аминокислотами [4]. В первой работе о нинтидриновой реакции [4] сообщалось, что даже весьма разбавленные вод­ ные растворы нингидрина при небольшом нагревании дают интенсивное синее окрашивание с аланином, валином, лейцином, тирозином, триптофаном, цистеином, а также с а-амино-р-фенил- пропионовой, аспарагиновой и глютаминовой кислотами [4]. Из-за труднодоступности аминокислотных препаратов в то время Руэман мог проводить нингидриновую реакцию только с двумя р-аминокислотами — {3-аминопропионовой и |3-амино-|3-фенил- пропионовой, которые после продолжительного нагревания да­ вали лишь слабое окрашивание. В этой работе вопрос о цветной реакции нингидрина с ^-аминокислотами Руэман оставляет от­ крытым.

з*

36ГЛ. I . ХИМИЯ НИНГИДРИНА И НИНГИДРИНОВАЯ РЕАКЦИЯ

Вследующей работе [8] Руэман сообщает, что водные рас­ творы гидрата трикетогидриндена дают синее окрашивание с кис­

лотами, содержащими аминогруппы не только в а-, но и в у-, б-, е-положениях [8]. Нингидриновая реакция с большинством аминокислот протекала уже при небольшом нагревании, но растворы р-аминочр-фенилпропионовой, а-аминоизомасляной и а-амино-а-этилмасляной кислот окрашивались только при кипя­ чении. Положительную нингидриновую реакцию давали поли­ пептиды, протеины и продукты их гидролиза.

Руэман установил, что для положительной нингидриновой ре­ акции как амино-, так и карбоксильная группы должны быть свободными; N-фенилглицин, гиппуровая кислота [5] и этиловый эфир глицина [8] не давали окрашивания с нингидрином.

Вскоре цветной реакцией гидрата индантриона-1,2,3 заинтере­ совался Абдергальден. Он широко использовал нингидрин при анализе не только аминокислот и пептидов, но и молока, мочи и других биологических жидкостей [3, 63, 104—109]. Кроме Абдергальдена в то время изучением нингидриновой реакции за­ нимались и другие химики [110—112].

Исключительный интерес проявлял Руэман к выяснению хи­ мизма нингидриновой реакции, но изолирование окрашенных веществ, образовавшихся при взаимодействии нингидрина с ами­ нокислотами, представляло значительные трудности [8].

В 1862 г. Штреккер установил, что при взаимодействии аллоксана (3) с адалином и лейцином выделяются аммиак и углекис­ лота и образуется соответствующий альдегид, содержащий на один углеродный атом меньше, чем исходная аминокислота [113]. Аллоксан в этой реакции восстанавливается до аллоксантина (75), который с аммиаком образует темно-красный краситель мурексид (76). Структура мурексида в то время уже была уста­

По наблюдениям Руэмана, синее окрашивание при взаимодей­ ствии нингидрина с аминокислотами, так же как при деградации аминокислот по Штреккеру, сопровождается образованием соот­ ветствующего альдегида из аминокислоты [8]. Исходя из близкой структурной аналогии трикетогидриндена и аллоксана и цвет­

ОТКРЫТИЕ НИНГИДРИНОВОЙ РЕАКЦИИ

новой реакции аналогичен механизму реакции аллоксана с ами­ нокислотами [8]. Он полагал, что нингидрин, окисляя аминокис­ лоту, восстанавливается до гидриндантина, который, по его наблюдению, давал окрашивание с аминокислотами. Гидриндантин действительно как по химическим, так и по физическим свойствам очень похож на аллоксантин [8]. Таким образом, пер­ вые предположения о механизме нингидриновой реакции, выска­ занные Руэманом в 1911 г., можно проиллюстрировать следую­ щей схемой [8, 62, 114]:

Для экспериментального подтверждения вышеприведенной схемы нингидриновой реакции Руэман подробно изучил свой­ ства гидриндантина (19) и 2-оксииндандиона-1,3 (38) [62] и син­ тезировал аналог мурексида — аммониевую соль дикетогидриндилидендикетогидриндамина (77) [114], которая имела синий цвет и впоследствии получила название «пурпур Руэмана».

Руэман, будучи наблюдательным экспериментатором, отметил, например, что в противоположность глютамиву, который с нингидрином дает такую же окраску, как и глюта'миновая -кислота, аспарагин давал красную окраску в отличие от синего окраши­ вания аспарагиновой кислоты [9]. Руэманом была описана цвет­ ная реакция аммиака с нингидрином [5], и можно предположить, что ему были известны и другие факты, противоречащие его

неустойчивым и был выделен в виде аммониевой соли [114]. Нат­ риевая соль дикетогидриндилидендикетогидриндамина, илм пур­ пура Руэмана, высокой чистоты для спектроскопического изуче­

методике натриевая и калиевая соли были получены из аланина [57]. Свободный 2-[индандион-Г,3/ -илиден-(2')]аминоиндандион- 1,3 был получен в виде неустойчивого красного вещества при экстрагировании бензолом подкисленных растворов его натрие­

ется из нингидрина и гидроксиламина [117]. Как показано авто­ рами работы [117], образование пурпура Руэмана в этой реакции протекает с возникновением 2-оксииминоиндандиона-1,3 (11) как промежуточного продукта.

с о с о о н

•соон

79

Первое спектроскопическое изучение дикетогидриндилидендикетогидриндамина и его аммониевой соли было выполнено еще в 1911 г. [55]. В последующих работах [116, 117] было пока­ зано, что аммониевая соль дикетогидриндилидендикетогидриндамина имеет такие же цвет и спектр, как и его натриевая соль.

40ГЛ. I . ХИМИЯ НИНГИДРИНА И НИНГИДРИНОВАЯ РЕАКЦИЯ

В1950 г. Мак-Фадиеном выполнена большая спектроскопи­ ческая работа о 2-[индандион-Г,3/ -илиден-(2')]ами.ноиндандиона- 1,3, его солях и ряде модельных соединений [57]. Электронные

спектры этих соединений снимались в различных растворителях и при разных значениях рН [57]. В результате еще раз подтвер­ дилось, что в реакциях нингидрина с аминокислотами, протеи­ нами и первичными аминами образуется дикетогидриндилидендикетогидриндамин, или пурпур Руэмана. В [57] было показано, что истинным сине-фиолетовым красителем нингидриновой реакции является анионная форма 2-[индандион-Г,3'-илиден- (2')]аминоиндандиона-1,3 (80а,б).

Анион пурпура Руэмана имеет максимум абсорбции при 570 нм [57, 119]. Специально изучено влияние неводных раство­ рителей и органических растворителей, прибавленных к водным растворам пурпура Руэмана, на его электронные спектры [119]. Если, например, максимум абсорбции пурпура Руэмана в диметилсульфоксиде, диметилформамиде и других неводных апротических растворителях находится около 605 и 420 нм, то в неводных апротических растворителях, способных вступать в донорно-ак- цепторные взаимоотношения с красителем, например в пири­ дине, максимумы наблюдаются соответственно около 550 и 420 нм [119]. На измерении интенсивности окраски аниона пур­ пура Руэмана основываются колориметрические аналитические методы, использующие нингидриновую реакцию.

2-[Индандион-Г,3'-илиден-(2/ )]аминоиндандион-1,3 нашел так­ же применение в неорганическом анализе. Свойство этого сое­ динения, иногда называемого азин-бцс-индандионом-1,3, из­ менять свою окраску от прибавления растворов, содержащих ионы кальция, используется в комплексометрическом титрова­ нии, где он применяется в качестве индикатора [120]. Упомяну­ тое изменение окраски раствора связано с образованием проч­ ного внутрикомплексного соединения [120].

Натриевая соль 2-[индандион-Г,3/ -илиден-(2')]аминоиндандио- на-1,3 применяется для фотометрического определения ионов свинца, ртути и висмута [121].