El bromuro de cianógeno es un compuesto inorgánico con la fórmula (CN)Br o BrCN. Es un sólido incoloro que se utiliza ampliamente para modificar biopolímeros , fragmentar proteínas y péptidos (corta el extremo C de la metionina) y sintetizar otros compuestos. El compuesto se clasifica como un pseudohalógeno .
El átomo de carbono del bromuro de cianógeno está unido al bromo mediante un enlace sencillo 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 se realiza en dos pasos a través del intermediario cianógeno ( (CN) 2 ):
Cuando se refrigera, el material tiene una vida útil más prolongada. Al igual que otros compuestos de cianógeno, el bromuro de cianógeno sufre una trimerización exotérmica a bromuro cianúrico ( (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 cianato de hidrógeno y ácido bromhídrico :
Los principales usos del bromuro de cianógeno son inmovilizar proteínas, fragmentar proteínas rompiendo enlaces peptídicos y sintetizar cianamidas y otras moléculas.
El bromuro de cianógeno se utiliza a menudo para inmovilizar proteínas acoplándolas a reactivos como la agarosa para la cromatografía de afinidad . [5] Debido a su simplicidad y a las suaves condiciones de pH , la activación con bromuro de cianógeno es el método más común para preparar geles de afinidad. El bromuro de cianógeno también se utiliza a menudo 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. Debido a 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 enfoque incluyen la toxicidad del bromuro de cianógeno y su sensibilidad a la oxidación. Además, la activación con bromuro de cianógeno implica la unión de un ligando a la agarosa mediante un enlace de isourea, que está cargado positivamente a pH neutro y, por lo tanto, es inestable. En consecuencia, los derivados de isourea pueden actuar como intercambiadores de aniones débiles . [6] [ enlace muerto ]
El bromuro de cianógeno hidroliza los enlaces peptídicos en el extremo C de los residuos de metionina . Esta reacción se utiliza para reducir el tamaño de los segmentos polipeptídicos para su identificación y secuenciación .
La densidad electrónica del bromuro de cianógeno se desplaza desde el átomo de carbono, lo que lo hace inusualmente electrofílico , hacia el bromo y el nitrógeno, que son más electronegativos . Esto deja al carbono particularmente vulnerable al ataque de un nucleófilo , y la reacción de escisión comienza con una reacción de sustitución en la que el bromo es finalmente reemplazado por el azufre en la metionina. Este ataque es seguido por la formación de un anillo de cinco miembros en lugar de un anillo de seis miembros, lo 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 modo que el doble enlace está fuera del anillo, como se muestra en la figura.
Aunque el azufre nucleofílico de la metionina es responsable de atacar al BrCN, el azufre de la cisteína no se comporta de manera similar. Si el azufre de la cisteína atacara al bromuro de cianógeno, el ion bromuro desprotonaría el aducto de cianuro , dejando al azufre sin carga y al carbono beta de la cisteína sin electrófilo. El electrófilo más fuerte sería entonces el carbono cianuro, que, si es atacado por agua, produciría ácido ciánico y la cisteína original.
La escisión de proteínas con BrCN requiere el uso de un tampón como HCl 0,1 M ( ácido clorhídrico ) o 70% ( ácido fórmico ). [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 las proteínas. Sin embargo, el fórmico todavía se usa a menudo porque disuelve la mayoría de las proteínas. Además, la oxidación de la metionina a sulfóxido de metionina , que es inerte al ataque de 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 , lo que hace que la metionina sea más accesible al BrCN. [8]
El agua es necesaria para la escisión normal del enlace peptídico del intermediario iminolactona. En el ácido fórmico, la escisión de los enlaces Met- Ser y Met- Thr se mejora con una mayor concentración de agua porque 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 reducido tiende a aumentar las tasas de escisión al inhibir la oxidación de la cadena lateral de metionina. [8]
Cuando la metionina es seguida por serina o treonina , pueden ocurrir reacciones secundarias que destruyen la metionina sin escisión del enlace peptídico. Normalmente, una vez que se forma la iminolactona (consulte la figura), el agua y el ácido pueden reaccionar con la imina para escindir 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 escisión del enlace peptídico. [8] Estos dos casos se muestran en la figura.
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 al átomo de nitrógeno. [4] En presencia de un ácido de Lewis, cianida los arenos . [9]
El BrCN convierte los alcoholes en cianatos y 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 descomponen 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 agrega a través de múltiples enlaces para formar un cianobromuro vecinal. Los enoles bromocianados experimentan espontáneamente una eliminación similar a la de Darzens para formar un epoxinitrilo. [4]
El bromuro de cianógeno también es un agente deshidratante, que se hidroliza a bromuro de hidrógeno y ácido cianhídrico . [9]
El compuesto se utiliza en la síntesis de 4-metilaminorex ("hielo") y viroxima.
El bromuro de cianógeno se puede almacenar en condiciones secas a una temperatura entre 2 y 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 muy tóxico y causa una variedad de síntomas inespecíficos . La exposición a cantidades incluso pequeñas puede causar convulsiones o la muerte. La DL50 por vía oral en ratas se informa como 25–50 mg/kg. [10]
El método recomendado para desactivar el bromuro de cianógeno es con hidróxido de sodio y cloro . [11] El hidróxido alcalino acuoso hidroliza instantáneamente (CN)Br a cianuro alcalino y bromuro. El cianuro puede luego oxidarse con hipoclorito de sodio o calcio al ion cianato menos tóxico. La desactivación es extremadamente exotérmica y puede ser explosiva. [10]
