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 .
Имена | |
---|---|
Предпочтительное название IUPAC Карбонитрид бромид [3] | |
Другие названия | |
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 | |
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. [4] По этой причине экспериментаторы избегают коричневатых образцов. [5]
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 . [6] Из-за своей простоты и мягких условий pH активация цианогенбромидом 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. [7]
К недостаткам такого подхода можно отнести токсичность цианогенбромида и его чувствительность к окислению. Кроме того, активация цианогенбромида включает присоединение лиганда к агарозе посредством связи изомочевины, которая заряжена положительно при нейтральном pH и, следовательно, нестабильна. Следовательно, производные изомочевины могут действовать как слабые анионообменники . [7] [ неработающая ссылка ]
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 ). [8] 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. [9]
Обратите внимание, что вода требуется 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. [9]
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, расщепляя 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. [9] Эти два случая показаны на рисунке.
Органический синтез
Цианобромид - обычный реагент в органическом синтезе . [5] 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. [10] 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. [7]
Бромистый циан летучий и легко всасывается через кожу или желудочно-кишечный тракт . Следовательно, токсическое воздействие может произойти 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. [11]
Рекомендуемый метод дезактивации цианогенбромида - отбеливатель . [12] 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. [11]
Рекомендации
- ^ The Merck Index (10-е изд.). Рэуэй, Нью-Джерси: Merck & Co., 1983. стр. 385.
- ^ «Кампилит, CAS-номер: 506-68-3» .
- ^ «Бромид цианогена - Резюме соединения» . PubChem Compound . США: Национальный центр биотехнологической информации. 26 марта 2005 г. Опознание . Проверено 4 июня 2012 года .
- ^ Моррис, Джоэл; Ковач, Лайош; Охе, Коуичи (2015). «Цианоген бромид». Энциклопедия реагентов для органического синтеза . С. 1–8. DOI : 10.1002 / 047084289X.rc269.pub3 . ISBN 9780470842898.
- ^ а б Джоэл Моррис; Лайош Ковач (2008). «Цианоген бромид». Энциклопедия реагентов для органического синтеза . DOI : 10.1002 / 047084289X.rc269.pub2 . ISBN 978-0471936237.
- ^ Hermanson, GT; Маллиа, AK; Смит, ПК (1992). Методы иммобилизации аффинных лигандов . Академическая пресса. ISBN 978-0-12-342330-6.
- ^ а б в «Матрицы, активированные цианогенбромидом» (PDF) . Сигма.[ мертвая ссылка ]
- ^ Шредер, Вашингтон; Шелтон, JB; Шелтон, младший (1969). «Исследование условий расщепления полипептидных цепей цианогенбромидом». Архивы биохимии и биофизики . 130 (1): 551–556. DOI : 10.1016 / 0003-9861 (69) 90069-1 . PMID 5778667 .
- ^ а б в Kaiser, R .; Мецка, Л. (1999). «Повышение выходов расщепления цианогенбромида для метионил-сериновых и метионил-треониновых пептидных связей». Аналитическая биохимия . 266 (1): 1–8. DOI : 10.1006 / abio.1998.2945 . PMID 9887207 .
- ^ Кумар, В. (2005). «Цианоген бромид (CNBr)» (PDF) . Synlett . 2005 (10): 1638–1639. DOI : 10,1055 / с-2005-869872 . Артикул: V12705ST.
- ^ а б «Цианоген бромид HSDB 708» . HSDB . NIH / NLM. 2009-04-07.
- ^ Lunn, G .; Сансон, Е.Б. (1985). «Уничтожение цианогенбромида и неорганических цианидов» . Аналитическая биохимия . 147 (1): 245–250. DOI : 10.1016 / 0003-2697 (85) 90034-X . PMID 4025821 .
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. 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. PMID 18910706 .