Цианоген бромид - Cyanogen bromide
Имена | |
---|---|
Предпочтительное название IUPAC
Карбонитридный бромид |
|
Другие имена | |
Идентификаторы | |
3D модель ( JSmol )
|
|
1697296 | |
ChemSpider | |
ECHA InfoCard | 100.007.320 |
Номер ЕС | |
MeSH | Цианоген + бромид |
PubChem CID
|
|
Номер RTECS | |
UNII | |
Номер ООН | 1889 г. |
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
|
|
|
|
Характеристики | |
BrCN | |
Молярная масса | 105,921 г моль -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 K) |
Точка кипения | От 61 до 62 ° C (от 142 до 144 ° F, от 334 до 335 K) |
Реагирует | |
Давление газа | 16,2 кПа |
Термохимия | |
Std энтальпия
формации (Δ F H ⦵ 298 ) |
136,1–144,7 кДж моль -1 |
Опасности | |
Пиктограммы GHS | |
Сигнальное слово GHS | Опасность |
H300 , H310 , H314 , H330 , H410 | |
Р260 , Р273 , Р280 , Р284 , Р302 + 350 | |
NFPA 704 (огненный алмаз) | |
NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США): | |
PEL (Допустимо)
|
5 мг м -3 |
Родственные соединения | |
Родственные алканнитрилы
|
|
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). |
|
проверить ( что есть ?) | |
Ссылки на инфобоксы | |
Цианогенбромид представляет собой неорганическое соединение с формулой (CN) Br или BrCN. Это бесцветное твердое вещество, которое широко используется для модификации биополимеров , фрагментов белков и пептидов (отрезает С-конец метионина) и синтеза других соединений. Соединение классифицируется как псевдогалоген .
Синтез, основные свойства и структура
Углерода атом бромистого циана связан с бромом одинарной связью и азота с помощью тройной связи (т.е. Br-C≡N). Соединение линейно и полярно, но не ионизируется в воде самопроизвольно. Растворяется как в воде, так и в полярных органических растворителях .
Бромистый циан могут быть получены путем окисления из цианида натрия с бромом , который протекает в две стадии через промежуточное циана ((CN) 2 ):
- 2 NaCN + Br 2 → (CN) 2 + 2 NaBr
- (CN) 2 + Br 2 → 2 (CN) Br
В холодильнике материал имеет увеличенный срок хранения. Как и некоторые другие цианогеновые соединения, цианогенбромид подвергается экзотермической тримеризации до цианурового бромида ((BrCN) 3 ). Эта реакция катализируется следами брома, солей металлов, кислот и оснований. По этой причине экспериментаторы избегают коричневатых образцов.
Бромистый циан гидролизуется с выделением цианистого водорода и бромистоводородной кислоты.
- (CN) Br + H 2 O → HCN + HOBr
Биохимические приложения
Основное применение цианогенбромида - иммобилизация белков, фрагментация белков путем расщепления пептидных связей и синтез цианамидов и других молекул.
Иммобилизация белков
Цианогенбромид часто используется для иммобилизации белков путем связывания их с такими реагентами , как агароза, для аффинной хроматографии . Из-за своей простоты и мягких условий pH активация цианогенбромида является наиболее распространенным методом приготовления аффинных гелей. Цианогенбромид также часто используется, поскольку он реагирует с гидроксильными группами агарозы с образованием цианатных эфиров и имидокарбонатов . Эти группы реагируют с первичными аминами , чтобы связать белок с агарозной матрицей, как показано на рисунке. Поскольку цианатные эфиры более реакционноспособны, чем циклические имидокарбонаты, амин будет реагировать в основном со сложным эфиром с образованием производных изомочевины и частично с менее реакционноспособным имидокарбонатом с образованием замещенных имидокарбонатов.
К недостаткам такого подхода можно отнести токсичность цианогенбромида и его чувствительность к окислению. Кроме того, активация цианогенбромида включает присоединение лиганда к агарозе с помощью связи изомочевины, которая заряжена положительно при нейтральном pH и, следовательно, нестабильна. Следовательно, производные изомочевины могут действовать как слабые анионообменники .
Расщепление белков
Цианогенбромид гидролизует пептидные связи на С-конце остатков метионина . Эта реакция используется для уменьшения размера полипептидных сегментов для идентификации и секвенирования .
Механизм
Плотность электронов в цианогенбромиде смещается в стороне от атома углерода, что делает его необычайно электрофильным , и к более электроотрицательному брому и азоту. 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. Эта атака сопровождается образованием пятичленного кольца в отличие от шестичленного кольца, которое повлечет за собой образование двойной связи в кольце между азотом и углеродом. Эта двойная связь привела бы к жесткой кольцевой конформации, тем самым дестабилизируя молекулу. Таким образом, пятичленное кольцо образуется так, что двойная связь находится вне кольца, как показано на рисунке.
Хотя нуклеофильная сера в метионине отвечает за атаку BrCN, сера в цистеине ведет себя иначе. Если сера в цистеине атакует цианогенбромид, ион бромида депротонирует аддукт цианида , оставляя серу незаряженной, а бета-углерод цистеина не электрофильным. Тогда самым сильным электрофилом будет цианидный азот, который при воздействии воды приведет к образованию циановой кислоты и исходного цистеина.
Условия реакции
Расщепление белков с помощью BrCN требует использования буфера, такого как 0,1 М HCl ( соляная кислота ) или 70% ( муравьиная кислота ). Это наиболее распространенные буферы для расщепления. Преимущество HCl заключается в том, что муравьиная кислота вызывает образование формиловых эфиров, что затрудняет определение характеристик белка. Однако муравьин по-прежнему часто используется, потому что он растворяет большинство белков. Кроме того, окисление метионина до сульфоксида метионина , который инертен к атаке BrCN, легче происходит 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.
Обратите внимание, что вода необходима для нормального расщепления пептидной связи промежуточного иминолактона . В муравьиной кислоте расщепление связей Met- Ser и Met- Thr усиливается с увеличением концентрации воды, потому что эти условия благоприятствуют добавлению воды через имин, а не реакции гидроксила боковой цепи с имином. Пониженный pH имеет тенденцию к увеличению скорости расщепления за счет ингибирования окисления боковой цепи метионина.
Побочные реакции
Когда за метионином следует серин или треонин , могут возникать побочные реакции, которые разрушают метионин без разрыва пептидной связи . Обычно, как только образуется иминолактон (см. Рисунок), вода и кислота могут реагировать с имином, чтобы расщепить пептидную связь, образуя гомосериновый лактон и новый С-концевой пептид. Однако, если соседняя с метионином аминокислота имеет гидроксильную или сульфгидрильную группу, эта группа может реагировать с имином с образованием гомосерина без разрыва пептидной связи. Эти два случая показаны на рисунке.
Органический синтез
Цианобромид - обычный реагент в органическом синтезе . Как указывалось ранее, реагент склонен к атаке нуклеофилов, таких как амины и спирты, из-за электрофильного углерода. При синтезе цианамидов и дицианамидов первичные и вторичные амины реагируют с BrCN с образованием моно- и диалкилцианамидов, которые в дальнейшем могут реагировать с аминами и гидроксиламином с образованием гуанидинов и гидроксигуанидинов . В реакции фон Брауна третичные амины реагируют с BrCN с образованием дизамещенных цианамидов и алкилбромида. Бромистый циан может быть использованы для получения арильных нитрилов , нитрилов, ангидридов и цианатов . Он также может служить расщепляющим агентом. Цианогенбромид используется в синтезе 4-метиламинорекса («лед») и вироксима .
Токсичность, хранение и деактивация
Цианогенбромид можно хранить в сухих условиях при температуре от 2 до 8 ° C в течение длительного времени.
Бромистый циан летучий и легко всасывается через кожу или желудочно-кишечный тракт . Следовательно, токсическое воздействие может происходить при вдыхании, физическом контакте или проглатывании. Он очень токсичен, вызывая множество неспецифических симптомов . Воздействие даже небольших количеств может вызвать судороги или смерть. LD 50 при пероральном введении крысам составляет 25–50 мг / кг.
Рекомендуемый метод дезактивации цианогенбромида - отбеливатель . Водный гидроксид щелочного металла мгновенно гидролизует (CN) Br до цианида и бромида щелочного металла. Затем цианид может быть окислен гипохлоритом натрия или кальция до менее токсичного цианат-иона. Обратите внимание, что дезактивация является чрезвычайно экзотермической и может иметь взрывоопасный эффект.
использованная литература
дальнейшее чтение
- Gross, E .; Виткоп, Б. (1962). «Неферментативное расщепление пептидных связей: остатки метионина в рибонуклеазе поджелудочной железы крупного рогатого скота» (PDF) . Журнал биологической химии . 237 (6): 1856–1860. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (19) 73948-9 . PMID 13902203 .
- Инглис, А.С.; Эдман, П. (1970). «Механизм реакции цианогенбромида с метионином в пептидах и белках». Аналитическая биохимия . 37 (1): 73–80. DOI : 10.1016 / 0003-2697 (70) 90259-9 . PMID 5506566 .
внешние ссылки
- «Цианоген бромид номер в паспорте безопасности: C6600» . Дж. Т. Бейкер. 1996-08-12.
- Тири, А.Е. (1948). «Тиамин и реакция бромистого цианогена» (PDF) . Журнал биологической химии . 173 (2): 503–505. DOI : 10.1016 / S0021-9258 (18) 57422-6 . PMID 18910706 .