Шифф реакциясы: Альдегидтерді анықтау және биологиялық бояу қолданысы

Кіріспе

Шифф тесті – Уго Шифф әзірлеген органикалық химияның атаулы реакциясы. Бұл көптеген органикалық альдегидтерді анықтауға арналған салыстырмалы түрде жалпы химиялық тест, сонымен қатар биологиялық тіндерді бояу үшін де қолданылады. Шифф реагенті – фуксин және натрий бисульфит сияқты бояғыш құрамының реакция нәтижесі; параросанилин (ароматты метил тобы жоқ) және жаңа фуксин (бояғыштың амин тобына қатысты біркелкі монометилденген) – салыстырмалы анықтау химиясы бар бояулардың баламасы емес. Альдегидтерді сапалық түрде анықтау үшін белгісіз үлгі түссіз Шифф реагентіне қосылады; альдегид болған жағдайда ерекше қызғылт түс пайда болады. Шифф типті реагенттер әртүрлі биологиялық тіндерді бояу әдістерінде қолданылады, мысалы, Феулген бояуы және периодты қышқыл Шифф бояуы. Адам терісінде де сахаридтердің соңғы бөліктерінде альдегид функционалдық топтары бар, сондықтан ол да боялады.

Механизм

Фуксин ерітінділері оның орталық киноидтық құрылымының көрінетін толқын ұзындығын сіңіруіне байланысты боялған болып көрінеді, бірақ күкірт қышқылымен немесе оның конугат базасы – бисульфитпен бояудың орталық көміртек атомын сульфондау кезінде "түссіздендіріледі". Бұл реакция бастапқы молекуладағы басымдыққа ие, кеңейтілген, делокалданған пи электрондық жүйе мен резонансты бұзады. Шиф реактивінің альдегидтермен болатын одан әрі реакциясы күрделі, бірнеше зерттеу тобы модельдік қосылыстарда бірнеше реакция өнімдерін анықтады. Қазіргі таңда қабылданған механизм бойынша, парарозанилин мен бисульфит бірігіп, орталық көміртекте сульфондау арқылы "түссіздендірілген" аддуктты құрайды. Бос, зарядталмаған ароматты амин топтары сыналып жатқан альдегидпен әрекеттесіп, екі альдимин тобын жасайды; бұл топтар оларды ашқан ғалымдарының құрметіне Шиф негіздері (азометиндер) деп аталды, әдеттегі карбиноламин (гемиаминаль) аралық түзіліп, Шиф негізін құру үшін сусызданады. Бұл электрофильді альдимин топтары одан әрі бисульфитпен әрекеттеседі, ал Ar NH CH(R) SO3− өнімі (және өніммен тепе-теңдікте болатын басқа да резонанстық тұрақтандырылған түрлер) оң нәтиженің күлгін түс беруіне себеп болады. Егер аддукттар тұрақты болса, сыналып жатқан альдегидтің классикалық бисульфит аддукттарының алдын ала түзілуі, мысалы, глюкозаның альдегидтік тобын анықтауда жалған теріс нәтижелерге әкелуі мүмкін. 1964 жылы Хардонк пен ван Дюйен осыған қатысты эксперименталдық дәлелдер келтірді. 1980 жылы Робинс, Абрамс және Пинкок бұл механизмді қолдайтын маңызды ЯМР (NMR) деректерін ұсынды, бұл оның кеңінен қабылдануына әкелді. Стюард 1966 жылы бұл механизмді қарастырды және оны дұрыс деп санады. Әдебиетте бұрынғы, екінші механизм де кездеседі. Бұл механизмді 1921 жылы көрнекті неміс органикалық химигі Генрих Виланд және оның шәкірті Георг Шёуинг (1895–1949) ұсынды. Бисульфит қол жетімді ароматты амин функционалдық топтарымен N сульфин қышқылы топтарын, Ar NH SO2H, содан кейін альдегидпен сульфонамидтер, Ar NH SO2CH(OH) R құру үшін реакцияға түседі деп есептелді. 1980 жылғы ЯМР деректері аралық заттарды көруге мүмкіндік берді, бірақ бұл механизмді немесе сульфонамидтерді хромогенді өнім ретінде қолдамайды.

Fuchsin solutions appear colored due to the visible wavelength absorbance of its central quinoid structure—see also for example viologen —but are "decolorized" upon sulfonation of the dye at its central carbon atom by sulfurous acid or its conjugate base, bisulfite. This reaction disrupts the otherwise favored delocalized extended pi electron system and resonance in the parent molecule. The further reaction of the Schiff reagent with aldehydes is complex with several research groups reporting multiple reaction products with model compounds. In the currently accepted mechanism, the pararosaniline and bisulfite combine to yield the "decolorized" adduct with sulfonation at the central carbon as described and shown. The free, uncharged aromatic amine groups then react with the aldehyde being tested to form two aldimine groups; these groups have also been named for their discoverer as Schiff bases (azomethines), with the usual carbinolamine (hemiaminal) intermediate being formed and dehydrated en route to the Schiff base. These electrophilic aldimine groups then react with further bisulfite, and the Ar NH CH(R) SO3− product (and other resonance stabilized species in equilibrium with the product) give rise to the magenta color of a positive test. Prior formation of classical bisulfite adducts of the tested aldehyde may, when the adducts are stable, give rise to false negative tests such as in the case of testing for the aldehydic terminus of glucose. and experimental evidence was provided by Hardonk and van Duijn in 1964. In 1980, Robins, Abrams and Pincock provided substantial NMR evidence for the mechanism, leading to its general acceptance. Stoward had examined the mechanism in 1966 and, on the whole, considered this mechanism to be correct. A second, earlier mechanism continues to appear in the literature. The mechanism was proposed in 1921 by the eminent German organic chemist Heinrich Wieland and his student Georg Scheuing (1895–1949). Bisulphite was believed to react with the available aromatic amine functional groups to form N sulfinic acid groups, Ar NH SO2H, followed by reaction with aldehyde to form sulfonamides, Ar NH SO2CH(OH) R. The 1980 NMR data that allowed visualization of intermediates does not support this mechanism or the sulfonamides as the chromogenic product.