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Guanidina

La guanidina es un compuesto con la fórmula HNC(NH2 ) 2 . Es un sólido incoloro que se disuelve en disolventes polares . Es una base fuerte que se utiliza en la producción de plásticos y explosivos . Se encuentra en la orina predominantemente en pacientes con insuficiencia renal. [4] Una fracción de guanidina también aparece en moléculas orgánicas más grandes, incluida la cadena lateral de la arginina .

Estructura

La guanidina puede considerarse un análogo nitrogenado del ácido carbónico . Es decir, el grupo C=O en el ácido carbónico se reemplaza por un grupo C=NH y cada OH se reemplaza por un NH
2
[5] El isobuteno puede considerarse un análogo del carbono de la misma manera. Se dilucidó un análisis cristalográfico detallado de la guanidina 148 años después de su primera síntesis, a pesar de la simplicidad de la molécula. [ 6] En 2013, se determinaron con precisión las posiciones de los átomos de hidrógeno y sus parámetros de desplazamiento utilizando difracción de neutrones de cristal único. [7]

Producción

La guanidina se puede obtener de fuentes naturales, siendo aislada por primera vez en 1861 por Adolph Strecker a través de la degradación oxidativa de un producto natural aromático, la guanina , aislado del guano peruano . [8] [9]

Un método de laboratorio para producir guanidina es la descomposición térmica suave (180-190 °C) del tiocianato de amonio seco en condiciones anhidras:

3NH4SCN → 2CH5N3 + H2S + CS2

La ruta comercial implica un proceso de dos pasos que comienza con la reacción de diciandiamida con sales de amonio . A través de la intermediación de biguanidina , este paso de amonolisis produce sales del catión guanidinio (ver más abajo). En el segundo paso, la sal se trata con una base, como el metóxido de sodio . [8]

Las sales de isotiouronio ( tioureas S-alquiladas ) reaccionan con aminas para dar sales de guanidinio : [10]

RNH2 +[ CH3SC (NH2 ) 2 ] + X−[ RN(H ) C ( NH2 ) 2 ] + X− + CH3SH

Los iones guanidinio resultantes pueden desprotonarse para dar guanidina. Este método se denomina a veces síntesis de Rathke, en honor a su descubridor. Bernhard Rathke [11] [12]

Química

Catión guanidinio

El ácido conjugado se llama catión guanidinio , ( C(NH
2
)+
3
). Este ion plano y simétrico consta de tres grupos amino , cada uno unido al átomo de carbono central con un enlace covalente de orden 4/3. Es un catión +1 altamente estable en solución acuosa debido a la eficiente estabilización por resonancia de la carga y la eficiente solvatación por moléculas de agua. Como resultado, su p K aH es 13,6 [2] (p K b de 0,4), lo que significa que la guanidina es una base muy fuerte en agua; en agua neutra, existe casi exclusivamente como guanidinio. Debido a esto, la mayoría de los derivados de guanidina son sales que contienen el ácido conjugado.

Prueba de guanidina

La guanidina se puede detectar selectivamente utilizando ácido 1,2-naftoquinona-4-sulfónico de sodio ( reactivo de Folin ) y urea acidificada. [13]

Usos

Industria

La principal sal de interés comercial es el nitrato [C( NH
2
) 3 ] NO
3
Se utiliza como propulsor, por ejemplo en bolsas de aire .

Medicamento

Desde la Edad Media en Europa, la guanidina se ha utilizado para tratar la diabetes como ingrediente antihiperglucémico activo en la lila francesa . Debido a su hepatotoxicidad a largo plazo , la investigación adicional para el control del azúcar en sangre se suspendió al principio después del descubrimiento de la insulina. El desarrollo posterior de biguanidas no tóxicas y seguras condujo al medicamento de primera línea para el control de la diabetes de uso prolongado, la metformina , que se introdujo en Europa en la década de 1950 y en los Estados Unidos en 1995 y ahora se prescribe a más de 17 millones de pacientes por año en los EE. UU. [14] [15]

El cloruro de guanidinio [14] es un coadyuvante que actualmente genera controversia en el tratamiento del botulismo . Estudios recientes han demostrado que algunos subgrupos significativos de pacientes no experimentan ninguna mejoría después de la administración de este fármaco. [16]

Bioquímica

La guanidina existe protonada, como guanidinio, en solución a pH fisiológico.

El cloruro de guanidinio (también conocido como clorhidrato de guanidina) tiene propiedades caotrópicas y se utiliza para desnaturalizar proteínas. Se sabe que el cloruro de guanidinio desnaturaliza proteínas con una relación lineal entre la concentración y la energía libre de desdoblamiento. En soluciones acuosas que contienen 6  M de cloruro de guanidinio, casi todas las proteínas pierden toda su estructura secundaria y se convierten en cadenas peptídicas enrolladas al azar . El tiocianato de guanidinio también se utiliza por su efecto desnaturalizante en diversas muestras biológicas.

Estudios recientes sugieren que las bacterias producen guanidinio como un subproducto tóxico. Para aliviar la toxicidad del guanidinio, las bacterias han desarrollado una clase de transportadores conocidos como exportadores de guanidinio o proteínas Gdx para expulsar las cantidades adicionales de este ion al exterior de la célula. [17] Las proteínas Gdx son altamente selectivas para el guanidinio y los compuestos guanidinílicos monosustituidos y comparten un conjunto superpuesto de sustratos no canónicos con el exportador de fármacos EmrE. [18]

Otro

El hidróxido de guanidinio es el ingrediente activo de algunos relajantes capilares sin lejía .

Derivados de guanidina

La estructura general de una guanidina

Las guanidinas son un grupo de compuestos orgánicos que comparten un grupo funcional común con la estructura general (R
1
R
2
N)(R
3
R
4
N)C=N−R
5
El enlace central dentro de este grupo es el de una imina , y el grupo está relacionado estructuralmente con las amidinas y las ureas. Ejemplos de guanidinas son la arginina , el triazabiciclodeceno , la saxitoxina y la creatina .

La galegina es una guanidina isoamileno . [19]

Véase también

Referencias

  1. ^ Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (2014). Nomenclatura de la química orgánica: recomendaciones de la IUPAC y nombres preferidos 2013. The Royal Society of Chemistry . pág. 883. doi :10.1039/9781849733069. ISBN . 978-0-85404-182-4.
  2. ^ ab Perrin DD (1972). Constantes de disociación de bases orgánicas en solución acuosa (edición suplementaria). Londres: Butterworths.
  3. ^ "Clorhidrato de guanidina". ChemIDplus . Biblioteca Nacional de Medicina . Archivado desde el original el 2014-08-12 . Consultado el 2014-08-10 .
  4. ^ Sawynok J, Dawborn JK (1975). "Concentración plasmática y excreción urinaria de derivados de guanidina en sujetos normales y pacientes con insuficiencia renal". Farmacología y fisiología clínica y experimental . 2 (1): 1–15. doi :10.1111/j.1440-1681.1975.tb02368.x. PMID  1126056. S2CID  41794868.
  5. ^ Göbel M, Klapötke TM (agosto de 2007). "Primera caracterización estructural de la guanidina, HN=C(NH(2))(2)". Chemical Communications . 43 (30): 3180–3182. doi :10.1039/B705100J. PMID  17653381.
  6. ^ Yamada T, Liu X, Englert U, Yamane H, Dronskowski R (junio de 2009). "Por fin se logró la estructura en estado sólido de la guanidina de base libre". Química: una revista europea . 15 (23): 5651–5655. doi :10.1002/chem.200900508. PMID  19388036.
  7. ^ Sawinski PK, Meven M, Englert U, Dronskowski R (2013). "Estudio de difracción de neutrones de un solo cristal sobre guanidina, CN3H5". Crecimiento y diseño de cristales . 13 (4): 1730–5. doi : 10.1021/cg400054k .
  8. ^ ab Güthner T, Mertschenk B, Schulz B. "Guanidina y derivados". Enciclopedia de química industrial de Ullmann . Weinheim: Wiley-VCH. doi :10.1002/14356007.a12_545.pub2. ISBN 978-3527306732.
  9. ^ Strecker A (1861). "Untersuchungen über die chemischen Beziehungen zwischen Guanin, Xanthin, Theobromin, Caffeïn und Kreatinin" [Estudios sobre las relaciones químicas entre guanina, xantina, teobromina, cafeína y creatinina]. Liebigs Ann. química . 118 (2): 151-177. doi :10.1002/jlac.18611180203. Archivado desde el original el 16 de julio de 2021 . Consultado el 2 de julio de 2019 .
  10. ^ Palmer, David C. (2001). " S -Metilisotiourea". Enciclopedia E-EROS de reactivos para síntesis orgánica . doi :10.1002/047084289X.rm199s. ISBN 0471936235.
  11. ^ "Heinrich Bernhard Rathke. (1840-1923)". Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft (Series A y B) . 57 (9): A83-A92. 8 de octubre de 1924. doi : 10.1002/cber.19240570929 .
  12. ^ Rathke, B. (julio de 1881). "Ueber Derivate und Constitution des Schwefelharnstoffs". Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 14 (2): 1774–1780. doi :10.1002/cber.18810140247.
  13. ^ Sullivan MX (1935-10-01). "Una prueba colorimétrica para guanidina". Actas de la Sociedad de Biología y Medicina Experimental . 33 (1): 106–108. doi :10.3181/00379727-33-8270C. ISSN  0037-9727. S2CID  88290359.
  14. ^ ab Blaslov K, Naranđa FS, Kruljac I, Renar IP (diciembre de 2018). "Enfoque de tratamiento para la diabetes tipo 2: pasado, presente y futuro". Revista Mundial de Diabetes . 9 (12): 209–219. doi : 10.4239/wjd.v9.i12.209 . PMC 6304295 . PMID  30588282. 
  15. ^ "Los 300 mejores de 2019". clincalc.com . Archivado desde el original el 2021-02-12 . Consultado el 2022-02-17 .
  16. ^ Brook I (2001). Infecciones anaeróbicas pediátricas: diagnóstico y tratamiento (3.ª ed.). Taylor & Francis. pág. 529. ISBN 0824741862.
  17. ^ Kermani AA, Macdonald CB, Gundepudi R, Stockbridge RB (marzo de 2018). "La exportación de guanidinio es la función primordial de los transportadores de la familia SMR". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 115 (12): 3060–3065. Bibcode :2018PNAS..115.3060K. doi : 10.1073/pnas.1719187115 . PMC 5866581 . PMID  29507227. 
  18. ^ Kermani AA, Macdonald CB, Burata OE, Ben Koff B, Koide A, Denbaum E, et al. (noviembre de 2020). "La base estructural de la promiscuidad en pequeños transportadores de resistencia a múltiples fármacos". Nature Communications . 11 (1): 6064. Bibcode :2020NatCo..11.6064K. doi :10.1038/s41467-020-19820-8. PMC 7695847 . PMID  33247110. 
  19. ^ Witters LA (octubre de 2001). "La floración de la lila francesa". The Journal of Clinical Investigation . 108 (8): 1105–1107. doi :10.1172/JCI14178. PMC 209536 . PMID  11602616.