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臭化シアンは、化学式BrCNで表される無機化合物です。無色の固体で、生体高分子の修飾、タンパク質やペプチドの断片化（メチオニンのC末端を切断）、その他の化合物の合成などに広く用いられています。この化合物は擬ハロゲンに分類されます。
臭化シアンの炭素原子は、臭素とは単結合で、窒素とは三重結合で結合している（すなわち、 Br − C≡N）。この化合物は直線状で極性を持つが、水中では自発的にイオン化しない。水と極性有機溶媒の両方に溶解する。
臭化シアンは、シアン化ナトリウムを臭素で酸化することによって調製することができ、この反応は中間体シアン（（CN）2 ）を経由して2段階で進行する。
冷蔵保存すると、この物質の保存期間が長くなります。他のいくつかのシアン化合物と同様に、臭化シアンは発熱性の三量化反応を起こして臭化シアヌル酸（(BrCN) 3）になります。この反応は、微量の臭素、金属塩、酸、塩基によって触媒されます。このため、実験者は褐色サンプルを避けます。[ 4 ]
臭化シアンは加水分解されてイソシアン酸と臭化水素酸を生成する。
臭化シアンの主な用途は、タンパク質の固定化、ペプチド結合を切断することによるタンパク質の断片化、およびシアナミドやその他の分子の合成である。
シアン化臭素は、アフィニティークロマトグラフィー用のアガロースなどの試薬にタンパク質を結合させることでタンパク質を固定化するためによく使用されます。[ 5 ]シアン化臭素活性化は、その簡便性と穏やかなpH条件のため、アフィニティーゲルを調製するための最も一般的な方法です。シアン化臭素は、アガロース上のヒドロキシル基と反応してシアネートエステルとイミドカーボネートを形成するため、よく使用されます。これらの基は、図に示すように、タンパク質をアガロースマトリックスに結合させるために、第一級アミンと反応します。シアネートエステルは環状イミドカーボネートよりも反応性が高いため、アミンは主にエステルと反応してイソ尿素誘導体を生成し、部分的に反応性の低いイミドカーボネートと反応して置換イミドカーボネートを生成します。[ 6 ]
この方法の欠点としては、臭化シアンの毒性と酸化に対する感受性が挙げられる。また、臭化シアンの活性化には、イソ尿素結合によるアガロースへのリガンドの結合が伴うが、この結合は中性pHで正に帯電しているため不安定である。したがって、イソ尿素誘導体は弱い陰イオン交換体として作用する可能性がある。[ 6 ]
臭化シアンは、メチオニン残基のC末端にあるペプチド結合を加水分解する。この反応は、ポリペプチド断片のサイズを縮小し、同定や配列決定を行うために用いられる。
臭化シアンの電子密度は炭素原子から離れて、より電気陰性度の高い臭素と窒素の方へ偏っているため、炭素原子は異常に求電子性が高くなっています。このため、炭素は求核剤による攻撃に対して特に脆弱になり、開裂反応は置換反応から始まり、最終的に臭素がメチオニン中の硫黄に置き換わります。この攻撃に続いて、窒素と炭素の間に二重結合が形成される六員環ではなく、五員環が形成されます。この二重結合は環状構造を硬直させ、分子を不安定化させます。したがって、図に示すように、二重結合が環の外側に位置するように五員環が形成されます。
メチオニン中の求核性硫黄はBrCNを攻撃する役割を担っているが、システイン中の硫黄は同様の挙動を示さない。システイン中の硫黄が臭化シアンを攻撃した場合、臭化物イオンはシアン化物付加物を脱プロトン化し、硫黄は電荷を失い、システインのβ炭素は求電子性を失ってしまう。そうなると、最も強い求電子剤はシアン化物炭素となり、これが水によって攻撃されると、シアン酸と元のシステインが生成する。
BrCN でタンパク質を切断するには、 0.1M HCl (塩酸) や 70% (ギ酸)などの緩衝液を使用する必要があります。 [ 7 ]これらは切断に最もよく使用される緩衝液です。HCl の利点は、ギ酸がホルミルエステルを生成し、タンパク質の特性評価を複雑にすることです。しかし、ギ酸はほとんどのタンパク質を溶解するため、依然としてよく使用されます。また、BrCN の攻撃に対して不活性なメチオニンのメチオニンスルホキシドへの酸化は、ギ酸よりも HCl でより容易に起こります。これは、ギ酸が還元性酸であるためと考えられます。切断の代替緩衝液としては、タンパク質をほどく能力があり、それによってメチオニンが BrCN にアクセスしやすくなるため、HCl 中のグアニジンまたは尿素があります。[ 8 ]
イミノラクトン中間体の正常なペプチド結合切断には水が必要です。ギ酸中では、これらの条件下では側鎖ヒドロキシル基とイミンとの反応よりもイミンへの水の付加が促進されるため、水濃度の上昇に伴ってMet- Ser結合およびMet- Thr結合の切断が促進されます。pHの低下はメチオニン側鎖の酸化を阻害することで切断速度を増加させる傾向があります。[ 8 ]
メチオニンの後にセリンまたはトレオニンが続く場合、ペプチド結合の切断なしにメチオニンを破壊する副反応が起こる可能性があります。通常、イミノラクトンが形成されると（図を参照）、水と酸がイミンと反応してペプチド結合を切断し、ホモセリンラクトンと新しいC末端ペプチドを形成します。しかし、メチオニンに隣接するアミノ酸にヒドロキシル基またはスルフィドリル基がある場合、この基がイミンと反応してペプチド結合の切断なしにホモセリンを形成する可能性があります。[ 8 ]これらの2つのケースを図に示します。
臭化シアンは有機合成でよく用いられる試薬である。ほとんどの反応において、求電子性シアンと求核性臭化物の供給源として働き、カルボカチオンは優先的に窒素原子を攻撃する。[ 4 ]ルイス酸の存在下では、アレーンをシアニド化する。[ 9 ]
BrCNはアルコールをシアネートに、アミンをシアナミドまたはジシアナミドに変換する。[ 4 ]過剰のBrCNは反応を継続してグアニジンを生成する。ヒドロキシルアミンも同様にヒドロキシグアニジンを生成する。[ 9 ]
このようにして生成されたシアナミドは元のアミンを反転させ、アルキル置換基を脱離する傾向がある。フォン・ブラウン反応では、第三級アミンが臭化シアンと反応して、二置換シアナミドと臭化アルキルを生成する。[ 9 ]この正味の反応はポロノフスキー脱離に似ているが、N酸化は必要ない。[ 4 ]
臭素化反応では、BrCNが複数の結合に付加して隣接するシアノブロミドを生成する。臭素化されたエノールは、自発的にダーゼンス様脱離を起こしてエポキシニトリルになる。[ 4 ]
臭化シアンは脱水剤でもあり、加水分解して臭化水素とシアン酸を生成する。[ 9 ]
この化合物は、医薬品である4-メチルアミノレックスおよびビロキシムの合成に用いられる。
臭化シアンは、2～8 ℃の乾燥条件下で長期間保存することができる。[ 6 ]
臭化シアンは揮発性があり、皮膚や消化管から容易に吸収されます。そのため、吸入、接触、または摂取によって中毒症状を引き起こす可能性があります。急性毒性があり、さまざまな非特異的な症状を引き起こします。少量でも曝露すると致命的な傷害を引き起こす可能性があります。ラットにおける経口LD50は25 ～50mg/kgと報告されています 。[ 10 ]
臭化シアンは、第一次世界大戦中にオーストリア＝ハンガリー軍によって化学兵器として使用され、ベンゼン溶液または25％のブロモアセトンと50％のベンゼンの混合物として使用されました。[ 11 ]
臭化シアンを不活性化する推奨方法は、水酸化ナトリウムと漂白剤を使用することです。[ 12 ]水酸化アルカリ水溶液は、BrCN を瞬時に加水分解してアルカリシアン化物と臭化物にします。シアン化物は、次亜塩素酸ナトリウムまたは次亜塩素酸カルシウムによって酸化され、毒性の低いシアン酸イオンになります。不活性化は非常に発熱性が高く、爆発する可能性があります。[ 10 ]