Hispanopedia WikiEl bromuro de cianógeno es un compuesto inorgánico con la fórmula BrCN. Es un sólido incoloro ampliamente utilizado para modificar biopolímeros , fragmentar proteínas y péptidos (corta el extremo C-terminal de la metionina) y sintetizar otros compuestos. Este compuesto se clasifica como un pseudohalógeno .
Síntesis, propiedades básicas y estructura
El átomo de carbono en el bromuro de cianógeno está unido al bromo mediante un enlace simple y al nitrógeno mediante un enlace triple (es decir, Br−C≡N ). El compuesto es lineal y polar, pero no se ioniza espontáneamente en agua. Se disuelve tanto en agua como en disolventes orgánicos polares .
El bromuro de cianógeno se puede preparar mediante la oxidación del cianuro de sodio con bromo , que procede en dos pasos a través del cianógeno intermedio ( (CN) 2 ):
- 2 NaCN + Br 2 → (CN) 2 + 2 NaBr
- (CN) 2 + Br 2 → 2 BrCN
Cuando se refrigera, el material tiene una vida útil prolongada. Al igual que otros compuestos de cianógeno, el bromuro de cianógeno experimenta una trimerización exotérmica a bromuro de cianuro ( (BrCN) 3 ). Esta reacción es catalizada por trazas de bromo, sales metálicas, ácidos y bases. Por esta razón, los experimentadores evitan las muestras de color marrón. [ 4 ]
El bromuro de cianógeno se hidroliza para formar ácido isociánico y ácido bromhídrico :
- BrCN + H₂O → HNCO + HBr
Aplicaciones bioquímicas
Los principales usos del bromuro de cianógeno son inmovilizar proteínas, fragmentar proteínas mediante la ruptura de enlaces peptídicos y sintetizar cianamidas y otras moléculas.
inmovilización de proteínas
El bromuro de cianógeno se usa frecuentemente para inmovilizar proteínas acoplándolas a reactivos como la agarosa para cromatografía de afinidad . [ 5 ] Debido a su simplicidad y a las condiciones de pH suaves , la activación con bromuro de cianógeno es el método más común para preparar geles de afinidad. El bromuro de cianógeno también se usa frecuentemente porque reacciona con los grupos hidroxilo de la agarosa para formar ésteres de cianato e imidocarbonatos . Estos grupos reaccionan con aminas primarias para acoplar la proteína a la matriz de agarosa, como se muestra en la figura. Dado que los ésteres de cianato son más reactivos que los imidocarbonatos cíclicos, la amina reaccionará principalmente con el éster, produciendo derivados de isourea , y parcialmente con el imidocarbonato menos reactivo, produciendo imidocarbonatos sustituidos. [ 6 ]
Las desventajas de este método incluyen la toxicidad del bromuro de cianógeno y su sensibilidad a la oxidación. Además, la activación del bromuro de cianógeno implica la unión de un ligando a la agarosa mediante un enlace isourea, que tiene carga positiva a pH neutro y, por lo tanto, es inestable. En consecuencia, los derivados de isourea pueden actuar como intercambiadores aniónicos débiles . [ 6 ]
Escisión de proteínas
El bromuro de cianógeno hidroliza los enlaces peptídicos en el extremo C-terminal de los residuos de metionina . Esta reacción se utiliza para reducir el tamaño de los segmentos polipeptídicos para su identificación y secuenciación .
Mecanismo
La densidad electrónica en el bromuro de cianógeno se desplaza alejándose del átomo de carbono, lo que lo hace inusualmente electrófilo , y acercándose al bromo y al nitrógeno, que son más electronegativos . Esto deja al carbono particularmente vulnerable al ataque de un nucleófilo , y la reacción de ruptura comienza con una reacción de sustitución en la que el bromo es finalmente reemplazado por el azufre de la metionina. Este ataque da lugar a la formación de un anillo de cinco miembros en lugar de uno de seis, que implicaría la formación de un doble enlace en el anillo entre el nitrógeno y el carbono. Este doble enlace daría como resultado una conformación de anillo rígida, desestabilizando así la molécula. Por lo tanto, el anillo de cinco miembros se forma de manera que el doble enlace se encuentre fuera del anillo, como se muestra en la figura.
Aunque el azufre nucleofílico de la metionina es responsable del ataque al BrCN, el azufre de la cisteína no se comporta de forma similar. Si el azufre de la cisteína atacara al bromuro de cianógeno, el ion bromuro desprotonaría el aducto de cianuro , dejando el azufre sin carga y el carbono beta de la cisteína sin electrófilo. El electrófilo más fuerte sería entonces el carbono del cianuro, que, al ser atacado por el agua, produciría ácido ciánico y la cisteína original.
Condiciones de reacción
La escisión de proteínas con BrCN requiere el uso de un tampón como HCl 0,1 M ( ácido clorhídrico ) o ácido fórmico al 70 % . [ 7 ] Estos son los tampones más comunes para la escisión. Una ventaja del HCl es que el ácido fórmico provoca la formación de ésteres de formilo, lo que complica la caracterización de proteínas. Sin embargo, el ácido fórmico todavía se usa con frecuencia porque disuelve la mayoría de las proteínas. Además, la oxidación de la metionina a sulfóxido de metionina , que es inerte al ataque del BrCN, ocurre más fácilmente en HCl que en ácido fórmico, posiblemente porque el ácido fórmico es un ácido reductor. Los tampones alternativos para la escisión incluyen guanidina o urea en HCl debido a su capacidad para desplegar proteínas , haciendo así que la metionina sea más accesible al BrCN. [ 8 ]
Se requiere agua para la escisión normal del enlace peptídico del intermedio iminolactona . En ácido fórmico, la escisión de los enlaces Met- Ser y Met- Thr se ve favorecida por el aumento de la concentración de agua, ya que estas condiciones favorecen la adición de agua a través de la imina en lugar de la reacción del hidroxilo de la cadena lateral con la imina. Un pH más bajo tiende a aumentar las tasas de escisión al inhibir la oxidación de la cadena lateral de metionina. [ 8 ]
Reacciones secundarias
Cuando la metionina va seguida de serina o treonina , pueden ocurrir reacciones secundarias que destruyen la metionina sin la ruptura del enlace peptídico . Normalmente, una vez formada la iminolactona (véase la figura), el agua y el ácido pueden reaccionar con la imina para romper el enlace peptídico, formando una homoserina lactona y un nuevo péptido C-terminal. Sin embargo, si el aminoácido adyacente a la metionina tiene un grupo hidroxilo o sulfhidrilo , este grupo puede reaccionar con la imina para formar una homoserina sin la ruptura del enlace peptídico. [ 8 ] Estos dos casos se muestran en la figura.
Síntesis orgánica
El bromuro de cianógeno es un reactivo común en la síntesis orgánica . En la mayoría de las reacciones, actúa como fuente de cianógeno electrófilo y bromuro nucleófilo ; los carbocationes atacan preferentemente el átomo de nitrógeno. [ 4 ] En presencia de un ácido de Lewis, cianura los arenos . [ 9 ]
El BrCN convierte los alcoholes en cianatos ; las aminas en cianamidas o dicianamidas . [ 4 ] El exceso de BrCN continúa la reacción a guanidinas ; las hidroxilaminas producen hidroxiguanidinas de manera similar. [ 9 ]
Las cianamidas así formadas hacen girar la amina original y tienden a eliminar los sustituyentes alquilo. En la reacción de von Braun , las aminas terciarias reaccionan con bromuro de cianógeno para producir cianamidas disustituidas y un bromuro de alquilo. [ 9 ] Esa reacción neta es similar a la eliminación de Polonovski , pero no requiere N-oxidación. [ 4 ]
En la bromocianación, el BrCN se adiciona a través de múltiples enlaces para dar un cianobromuro vecinal. Los enoles bromocianados experimentan espontáneamente una eliminación tipo Darzens para formar un epoxinitrilo. [ 4 ]
El bromuro de cianógeno también es un agente deshidratante, que se hidroliza en bromuro de hidrógeno y ácido ciánico . [ 9 ]
Este compuesto se utiliza en la síntesis de los fármacos 4-metilaminorex y viroxima .
Toxicidad, almacenamiento y desactivación
El bromuro de cianógeno se puede almacenar en condiciones secas a 2 a 8 °C durante períodos prolongados. [ 6 ]
El bromuro de cianógeno es volátil y se absorbe fácilmente a través de la piel o el tracto gastrointestinal . Por lo tanto, la exposición tóxica puede ocurrir por inhalación, contacto físico o ingestión. Es altamente tóxico y causa una variedad de síntomas inespecíficos . Incluso la exposición a pequeñas cantidades puede causar lesiones mortales. La DL50 oral en ratas se reporta entre 25 y 50 mg/kg. [ 10 ]
El bromuro de cianógeno fue utilizado como arma química en la Primera Guerra Mundial por las fuerzas austrohúngaras , ya sea como solución de benceno o como mezcla con 25 % de bromoacetona y 50 % de benceno. [ 11 ]
El método recomendado para desactivar el bromuro de cianógeno es con hidróxido de sodio y lejía . [ 12 ] El hidróxido alcalino acuoso hidroliza instantáneamente el BrCN a cianuro alcalino y bromuro. El cianuro puede oxidarse posteriormente con hipoclorito de sodio o calcio para formar el ion cianato, menos tóxico. La desactivación es extremadamente exotérmica y puede ser explosiva. [ 10 ]
Referencias
- ↑ "Bromuro de cianógeno – Resumen del compuesto" . PubChem Compound . EE. UU.: Centro Nacional de Información Biotecnológica. 26 de marzo de 2005. Identificación . Consultado el 4 de junio de 2012 .
- ↑ The Merck Index (10.ª ed.). Rahway, NJ: Merck & Co. 1983. pág. 385.
- ↑ "Campilit, número CAS: 506-68-3" . Archivado del original el 20 de marzo de 2023. Consultado el 14 de marzo de 2013 .
- 1 2 3 4 5 Joel Morris; Lajos Kovács; Kouichi Ohe (2015). "Bromuro de cianógeno". Enciclopedia de reactivos para síntesis orgánica . doi : 10.1002/047084289X.rc269.pub3 . ISBN 978-0471936237.
- ↑ Hermanson, GT; Mallia, AK; Smith, PK (1992). Técnicas de ligandos de afinidad inmovilizados . Academic Press. ISBN 978-0-12-342330-6.
- 1 2 3 "Matrices activadas con bromuro de cianógeno" (PDF) . Sigma.
- ↑ Schroeder, WA; Shelton, JB; Shelton, JR (1969). "Un examen de las condiciones para la escisión de cadenas polipeptídicas con bromuro de cianógeno". Archives of Biochemistry and Biophysics . 130 (1): 551– 556. doi : 10.1016/0003-9861(69)90069-1 . PMID 5778667 .
- 1 2 3 Kaiser, R.; Metzka, L. (1999). "Mejora de los rendimientos de escisión del bromuro de cianógeno para los enlaces peptídicos metionil-serina y metionil-treonina". Analytical Biochemistry . 266 (1): 1– 8. doi : 10.1006/abio.1998.2945 . PMID 9887207 .
- 1 2 3 4 Kumar, V. (2005). "Bromuro de cianógeno (CNBr)" (PDF) . Synlett . 2005 (10) V12705ST: 1638– 1639. doi : 10.1055/s-2005-869872 .
- 1 2 "Bromuro de cianógeno HSDB 708" . HSDB . NIH/NLM. 7 de abril de 2009.
- ↑ Sartori, Mario (1939). Los gases de guerra . D. Van Nostrand. pág. 191.
- ↑ Lunn, G.; Sansone, EB (1985). "Destrucción de bromuro de cianógeno y cianuros inorgánicos" . Analytical Biochemistry . 147 (1): 245– 250. doi : 10.1016/0003-2697(85)90034-X . PMID 4025821 .
Lecturas adicionales
- Gross, E.; Witkop, B. (1962). "Escisión no enzimática de enlaces peptídicos: los residuos de metionina en la ribonucleasa pancreática bovina" (PDF) . Journal of Biological Chemistry . 237 (6): 1856– 1860. doi : 10.1016/S0021-9258(19)73948-9 . PMID 13902203 .
- Inglis, AS; Edman, P. (1970). "Mecanismo de reacción del bromuro de cianógeno con metionina en péptidos y proteínas". Analytical Biochemistry . 37 (1): 73– 80. doi : 10.1016/0003-2697(70)90259-9 . PMID 5506566 .
Enlaces externos
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