Mode opératoire

Réaction des acides aminés avec la ninhydrine


La ninhydrine possède la particularité de former un produit coloré avec les acides aminés. Cette réaction se fait à chaud, sur plaque chauffante, et nous verrons plus loin pourquoi.

On assiste en fait à une dégradation progressive de la molécule pour arriver à une molécule colorée. La tache révélée est souvent violette, elle vire parfois au brun.

Voici maintenant le schéma réactionnel de cette révélation.

Avant de commencer : un peu de vocabulaire de chimie organique :

Sur une molécule, on distingue quelques endroits stratégiques :

  • Site électrophile : c'est un atome qui "aime les électrons". C'est donc un endroit plutôt positif, il porte une charge d - .
  • Site nucléophile : c'est un atome qui "aime les noyaux". C'est donc un endroit plutôt négatif, il porte une charge d Å .

La ninhydrine (I) possède trois fonctions carbonyles. La première étape de la réaction sera ici une réaction d'addition-élimination sur un groupe carbonyle. Parmi les trois carbonyles présents, deux possèdent des liaisons conjuguées (tableau ci-dessous) avec le site aromatique (le benzène). La conjugaison, et donc la délocalisation électronique engendre une stabilité à l'égard des réactions d'addition pour ses deux carbonyles.

Ninhydrine

Stabilité relative des
différents carbonyles
ninhyd.gif (1149 octets) ninhydst.gif (1066 octets)

C'est donc sur le troisième C=O, c'est-à-dire le carbonyle central que se fera la réaction d'addition-élimination .

* Etape 1 : Addition de l'amine d'un acide aminé (V) (doublet électronique de l'azote nucléophile) sur le carbone du carbonyle (Site le plus électrophile de la molécule car plus électropositif que l'oxygène)

* Etape 2 : Il s'établit un équilibre acidobasique tendant à neutraliser l'oxygène anionique. Cet équilibre correspond au déplacement d'un proton. On l'appelle une prototropie.

* Etape 3 : Il s'en suit une déshydratation aidée par la présence d'H+. Cette déshydratation est d'autant plus facilitée que l'on travaille à 100°C. La forme obtenue s'appelle une imine (VI) : c'est une liaison du type C=N-C

L'ensemble des trois premières étapes est qualifié de mécanisme d'addition-élimination. De l'addition de l'amine sur le carboxyle jusqu'à la déshydratation, une élimination d'eau.

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(I) Ninhydrine (V) Acide a -aminé

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ninh2.gif (2143 octets) 1

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2

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3

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(VI) Imine

* Etape 4 : L'imine a tendance à 100°C à se décarboxyler. Elle perd du dioxyde de carbone. C'est une réaction où 6 atomes sont concernés simultanément : on appelle ceci une réaction concertée à six centres.

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(VI) Imine

4

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ninh8.gif (1384 octets)+ CO2(g)

* Etape 5 : La présence d'eau, même minime à 100°C va déclencher une nouvelle réaction. En effet, le carbone de l'imine est une cible de choix pour un réactif nucléophile comme l'oxygène de l'eau.

* Etape 6 : Nouvel équilibre prototropique en faveur de l'amidure.

* Etape 7 : Le produit obtenu est un amine-ol. La force motrice de réaction est ici une tendance thermodynamique à l'obtention de produits plus stables. Cette force motrice tend à l'obtention d'une amine et d'une aldéhyde plutôt que de garder l'aminol.

* Etape 8 : l'amidure cherche ici à récupérer un proton pour forme une amine.

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5

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6

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(VIII) Aminol

7

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ninh11.gif (1901 octets) 8

H+
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* Etape 9 : Un excès de ninhydrine va revenir en interaction avec l'amine formée. On a à nouveau une étape d'addition.

* Etape 10 : Une étape d'équilibre prototropique

* Etape 11 : L'étape de déshydratation, la dernière du mécanisme dit d'addition-élimination

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¯­                 9, 10

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¯                 11

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* Etape 12 : Un nouvel équilibre entre une forme cétone (IX) et une forme énol (X) termine cette cascade de réactions. L'étape 12 s'appelle un équilibre cétoénolique ou équilibre tautomérique. L'énol, structuralement plutôt instable, se forme car la double liaison rentre en conjugaison avec les autres liaisons de la molécule. Plusieurs liaisons sont conjuguées, la molécule absorbe dans le visible et parait colorée.

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(IX) Forme cétone

12

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(X) Forme énol conjuguée


Bibliographie

  • Jouillé M/M/, Thompson T.R. et Nemeroff N.H. 1991 - Ninhydrin and Ninhydrin Analogs. Syntheses and Applications - Tetrahedron, 47, p. 8791-8830.
 

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