бромистый циан
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Предпочтительное название ИЮПАК Карбононитрид бромид [3] | |
| Другие имена | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| 1697296 | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.007.320 |
| Номер ЕС |
|
| МеШ | Циан+Бромид |
ПабХим CID | |
| номер РТЭКС |
|
| НЕКОТОРЫЙ | |
| Число | 1889 |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| БрСН | |
| Молярная масса | 105.921 g mol −1 |
| Появление | Бесцветное твердое вещество |
| Плотность | 2,015 г мл −1 |
| Температура плавления | От 50 до 53 ° C (от 122 до 127 ° F; от 323 до 326 К) |
| Точка кипения | От 61 до 62 ° C (от 142 до 144 ° F; от 334 до 335 К) |
| Реагирует | |
| Давление пара | 16,2 кПа |
| Термохимия | |
Стандартная энтальпия образование (Δ f H ⦵ 298 ) | 136,1–144,7 кДж моль −1 |
| Опасности | |
| СГС Маркировка : | |
   | |
| Опасность | |
| Х300 , Х310 , Х314 , Х330 , Х410 | |
| П260 , П273 , П280 , П284 , П302+П350 | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США): | |
ПЭЛ (допустимо) | 5 мг м −3 |
| Родственные соединения | |
Родственные алканитрилы | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Бромистый циан — это неорганическое соединение формулы ( CN)Br или BrCN. Это бесцветное твердое вещество, которое широко используется для модификации биополимеров , фрагментации белков и пептидов (разрезает С-конец метионина) и синтеза других соединений. Соединение классифицируется как псевдогалоген .
Синтез, основные свойства и структура.
[ редактировать ]Атом углерода в бромциане связан с бромом одинарной связью, а с азотом - тройной связью (т.е. Br−C≡N ). Соединение линейно и полярно, но не самопроизвольно ионизируется в воде. Растворяется как в воде, так и в полярных органических растворителях .
Бромистый циан можно получить окислением цианида натрия бромом ( промежуточный цианоген , которое протекает в две стадии через (CN) 2 ):
В охлажденном виде материал имеет увеличенный срок хранения. Как и некоторые другие соединения циана, бромциан подвергается экзотермической тримеризации с образованием бромида цианура ( (BrCN) 3 ). Эта реакция катализируется следами брома, солей металлов, кислот и оснований. По этой причине экспериментаторы избегают коричневатых образцов. [4]
Бромистый циан гидролизуется с образованием цианата водорода и бромистоводородной кислоты :
Биохимические применения
[ редактировать ]Основными применениями бромистого циана являются иммобилизация белков, фрагментация белков путем расщепления пептидных связей и синтез цианамидов и других молекул.
Иммобилизация белка
[ редактировать ]Бромистый циан часто используется для иммобилизации белков путем связывания их с такими реагентами , как агароза, для аффинной хроматографии . [5] Благодаря своей простоте и мягким условиям pH активация бромцианом является наиболее распространенным методом приготовления аффинных гелей. Бромид циана также часто используется, поскольку он реагирует с гидроксильными группами агарозы с образованием цианатных эфиров и имидокарбонатов . Эти группы вступают в реакцию с первичными аминами , чтобы прикрепить белок к агарозной матрице, как показано на рисунке. Поскольку сложные цианатные эфиры более реакционноспособны, чем циклические имидокарбонаты, амин будет реагировать в основном со сложным эфиром, давая производные изомочевины , и частично с менее реакционноспособным имидокарбонатом, давая замещенные имидокарбонаты. [6]
К недостаткам данного подхода относятся токсичность бромциана и его чувствительность к окислению. Кроме того, активация бромциана включает присоединение лиганда к агарозе с помощью изомочевинной связи, которая положительно заряжена при нейтральном pH и, следовательно, нестабильна. Следовательно, производные изомочевины могут действовать как слабые анионообменники . [6] [ мертвая ссылка ]
Расщепление белка
[ редактировать ]Бромистый циан гидролизует пептидные связи на С-конце остатков метионина . Эта реакция используется для уменьшения размера полипептидных сегментов для идентификации и секвенирования .
Механизм
[ редактировать ]
Электронная плотность в бромциане смещена от атома углерода, что делает его необычно электрофильным , в сторону более электроотрицательных брома и азота. Это делает углерод особенно уязвимым для атаки нуклеофила , и реакция расщепления начинается с реакции нуклеофильного ацильного замещения , в которой бром в конечном итоге заменяется серой в метионине. За этой атакой следует образование пятичленного кольца, а не шестичленного, что повлечет за собой образование двойной связи в кольце между азотом и углеродом. Эта двойная связь приведет к образованию жесткой кольцевой конформации, тем самым дестабилизируя молекулу. Таким образом, пятичленное кольцо образуется так, что двойная связь оказывается вне кольца, как показано на рисунке.
Хотя нуклеофильная сера в метионине отвечает за атаку BrCN, сера в цистеине не ведет себя аналогичным образом. Если бы сера в цистеине атаковала бромциан, ион бромида депротонировал бы цианидный аддукт , оставив серу незаряженной, а бета-углерод цистеина не был бы электрофильным. Тогда самым сильным электрофилом будет цианистый углерод, который при воздействии воды образует циановую кислоту и исходный цистеин.
Условия реакции
[ редактировать ]Расщепление белков с помощью BrCN требует использования буфера, такого как 0,1 М HCl ( соляная кислота ) или 70% ( муравьиная кислота ). [7] Это наиболее распространенные буферы для расщепления. Преимущество HCl заключается в том, что муравьиная кислота вызывает образование формиловых эфиров, что усложняет характеристику белков. Однако муравьиную кислоту по-прежнему часто используют, поскольку она растворяет большинство белков. Кроме того, окисление метионина до сульфоксида метионина , который инертен к воздействию BrCN, происходит легче в HCl, чем в муравьиной кислоте, возможно, потому, что муравьиная кислота является восстанавливающей кислотой. Альтернативные буферы для расщепления включают гуанидин или мочевину в HCl из-за их способности разворачивать белки , тем самым делая метионин более доступным для BrCN. [8]
Вода необходима для нормального расщепления пептидной связи промежуточного иминолактона . В муравьиной кислоте расщепление связей Met- Ser и Met- Thr усиливается с увеличением концентрации воды, поскольку эти условия благоприятствуют присоединению воды к имину , а не реакции гидроксила боковой цепи с имином. Пониженный pH имеет тенденцию увеличивать скорость расщепления за счет ингибирования окисления боковой цепи метионина. [8]
Побочные реакции
[ редактировать ]Когда за метионином следует серин или треонин , могут возникнуть побочные реакции, которые разрушают метионин без расщепления пептидной связи . Обычно после образования иминолактона (см. рисунок) вода и кислота могут вступать в реакцию с имином, расщепляя пептидную связь, образуя гомосеринлактон и новый С-концевой пептид. Однако если аминокислота, соседняя с метионином, имеет гидроксильную или сульфгидрильную группу, эта группа может реагировать с имином с образованием гомосерина без расщепления пептидной связи. [8] Эти два случая показаны на рисунке.
Органический синтез
[ редактировать ]Бромистый циан — распространенный реагент в органическом синтезе . В большинстве реакций он выступает источником электрофильного циана и нуклеофильного бромида ; карбокатионы преимущественно атакуют атом азота. [4] В присутствии кислоты Льюиса цианидирует арены . [9]
BrCN превращает спирты в цианаты ; амины в цианамиды или дицианамиды . [4] Избыток BrCN продолжает реакцию на гуанидины ; гидроксиламины аналогичным образом дают гидроксигуанидины . [9]
Образовавшиеся таким образом цианамиды ампполируют исходный амин и имеют тенденцию отщеплять алкильные заместители. В реакции фон Брауна третичные амины реагируют с бромидом циана с образованием дизамещенных цианамидов и алкилбромида. [9] Эта конечная реакция аналогична элиминированию Полоновского , но не требует N-окисления. [4]
При бромцианировании BrCN присоединяется по нескольким связям, образуя вицинальный цианобромид. Бромоцианированные енолы самопроизвольно подвергаются элиминированию по типу Дарценса с образованием эпоксинитрила. [4]
Бромистый циан также является дегидратирующим агентом, гидролизующимся до бромистого водорода и циановой кислоты . [9]
Соединение используется в синтезе 4-метиламинорекса («льда») и вироксима .
Токсичность, хранение и дезактивация
[ редактировать ]Бромистый циан можно хранить в сухих условиях при температуре от 2 до 8 °C в течение длительного времени. [6]
Бромистый циан является летучим веществом и легко всасывается через кожу или желудочно-кишечный тракт . Таким образом, токсическое воздействие может произойти при вдыхании, физическом контакте или проглатывании. Он остро токсичен, вызывая множество неспецифических симптомов . Воздействие даже небольших количеств может вызвать судороги или смерть. LD 50 при пероральном приеме у крыс составляет 25–50 мг/кг. Сообщается, что [10]
Рекомендуемый метод дезактивации бромциана – использование гидроксида натрия и отбеливателя . [11] Водный гидроксид щелочного металла мгновенно гидролизует (CN)Br до цианида и бромида щелочного металла. Затем цианид можно окислить гипохлоритом натрия или кальция до менее токсичного цианат-иона. Деактивация чрезвычайно экзотермична и может привести к взрыву. [10]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Индекс Merck (10-е изд.). Рэуэй, Нью-Джерси: Merck & Co., 1983. с. 385.
- ^ «Кампилит, номер CAS: 506-68-3» . Архивировано из оригинала 20 марта 2023 г. Проверено 14 марта 2013 г.
- ^ «Бромистый циан – Краткое описание соединений» . Пабхим соединение . США: Национальный центр биотехнологической информации. 26 марта 2005 г. Идентификация . Проверено 4 июня 2012 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и Джоэл Моррис; Лайош Ковач; Коити Охе (2015). «Бромистый циан». Энциклопедия реагентов для органического синтеза . дои : 10.1002/047084289X.rc269.pub3 . ISBN 978-0471936237 .
- ^ Хермансон, GT; Маллиа, АК; Смит, ПК (1992). Методы иммобилизованных аффинных лигандов . Академическая пресса. ISBN 978-0-12-342330-6 .
- ^ Перейти обратно: а б с «Матрицы, активированные бромцианом» (PDF) . Сигма. [ мертвая ссылка ]
- ^ Шредер, Вашингтон; Шелтон, Дж. Б.; Шелтон, младший (1969). «Исследование условий расщепления полипептидных цепей бромцианом». Архив биохимии и биофизики . 130 (1): 551–556. дои : 10.1016/0003-9861(69)90069-1 . ПМИД 5778667 .
- ^ Перейти обратно: а б с Кайзер, Р.; Мецка, Л. (1999). «Повышение выхода бромциана при расщеплении пептидных связей метионил-серин и метионил-треонин». Аналитическая биохимия . 266 (1): 1–8. дои : 10.1006/abio.1998.2945 . ПМИД 9887207 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Кумар, В. (2005). «Бромистый циан (CNBr)» (PDF) . Синлетт . 2005 (10): 1638–1639. дои : 10.1055/s-2005-869872 . Артикул: V12705ST.
- ^ Перейти обратно: а б «Бромциан HSDB 708» . ХСДБ . НИЗ/НЛМ. 07.04.2009.
- ^ Ланн, Г.; Сансоне, Э.Б. (1985). «Уничтожение бромистого циана и неорганических цианидов» . Аналитическая биохимия . 147 (1): 245–250. дои : 10.1016/0003-2697(85)90034-X . ПМИД 4025821 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Гросс, Э.; Виткоп, Б. (1962). «Неферментативное расщепление пептидных связей: остатки метионина в панкреатической рибонуклеазе крупного рогатого скота» (PDF) . Журнал биологической химии . 237 (6): 1856–1860. дои : 10.1016/S0021-9258(19)73948-9 . ПМИД 13902203 .
- Инглис, А.С.; Эдман, П. (1970). «Механизм реакции бромциана с метионином в пептидах и белках». Аналитическая биохимия . 37 (1): 73–80. дои : 10.1016/0003-2697(70)90259-9 . ПМИД 5506566 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- «Номер паспорта безопасности бромциана: C6600» . Джей Ти Бейкер. 12 августа 1996 г.
- Тери, А.Э. (1948). «Тиамин и реакция бромциана» . Журнал биологической химии . 173 (2): 503–505. дои : 10.1016/S0021-9258(18)57422-6 . ПМИД 18910706 .