Flavonol reakciója dioxigénnel [Cu II (fla)(idpa)]ClO 4 komplex

A 2,3QD enzLP P N|GpVH VRUiQ D V]XEV]WUiWXPEyO NHOHWNH] GHSV]LG V]HUYHV

karbonsavészter) elvileg két módon hagyhatja el a metalloenzim fémionjának koordinációs szféráját.

$]HJ\LNHVHWKRJ\PpJDV]XEV]WUiWXPEHOpSpVpWPHJHO ] HQWiYR]LNRQQDQD

másik, hogy a kö]HOHG V]XEV]WUiWXPJ\RUVOLJDQGXPFVHUHUHDNFLyEDQNLV]RUtWMD8WyEEL

esetben a szubsztrátum koncentrációja nem befolyásolja a reakció sebességét. A kérdés tisztázása érdekében flavonolt reagáltattunk dioxigénnel [Cu^II(fla)(idpa)]ClO4

jelenlétében és elvégeztük a katalitikus reakció részletes kinetikai vizsgálatát is.

A flavonol [Cu^II(fla)(idpa)]ClO4 jelenlétében 1:1 sztöchiometria szerint reagál dioxigénnel, a dioxigén molekula mindkét atomjának beépülésével és egy szén-monoxid molekula kihasadásával O-benzoil-szalicilsavat szolgáltatva termékként (32). Szekunder termékként az észter hidrolízisével szalicilsav és benzoesav, DMF oldószerben N,N-dimetil-benzamid keletkezhet.

O

O OH

O₂

DMF

O O CO₂H

CO + [Cu^II(fla)(idpa)]ClO₄

+ (32)

A flavonol aktuális kRQFHQWUiFLyMiQDNLG EHOLYiOWR]iViW89-vis spektroszkópiai módszerrel követtük nyomon 342,5 nm-en mérve az abszorbanciát. A katalizátor

NRQFHQWUiFLyMiQDN PHJKDWiUR]iViW D QP KXOOiPKRVV]QiO MHOHQWNH] DEV]RUSFLyV ViYWHWWHOHKHW Yp

A 49. ábrán egy tipikus oxigénezési görbe látható, melyen mind a [Cu^II(fla)(idpa)]ClO4 PLQG D IODYRQRO DNWXiOLV NRQFHQWUiFLyLW IHOWQWHWWN D] LG IJJYpQ\pEHQ/iWKDWyKRJ\DNDWDOL]iWRUNRQFHQWUiFLyMDDYL]VJiOWLG WDUWDPDODWWQHP

változik, tehát autoxidációja elhanyDJROKDWy PpUWpN $ WHUPpNHNHW GLD]R-metánnal metileztük, majd GC-vel azonosítottuk.

t / perc

0 50 100 150 200

0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

49. ábra. A flaH katalitikus oxidációja DMF-ban (25. táblázat, 1. mérés) (•: [flaH]; ο: [Cu^II(fla)(idpa)]ClO4)

A reakciókinetikai mérések során a flavonol koncentrációjának változását követtük nyomon UV-vis spektroszkópiai módszerrel, 342,5 nm-en mérve az abszorbanciát. A flavonol dioxigénnel lejátszódó reakciójára, [Cu^II(fla)(idpa)]ClO4

NDWDOLWLNXVPHQQ\LVpJpQHNMHOHQOpWpEHQDN|YHWNH] sebességi egyenlet írható fel (33):

d[flaH]

- dt = d[O-bsH]

dt = kidpa[flaH]^m[{Cu^II(fla)(idpa)}]ⁿ[O₂]^q (33)

Az egyes reaktánsok részrendjének meghatározásakor pszeudo-HOV UHQG N|UOPpQ\HNHW DONDOPD]WXQN $ GLR[LJpQ iOODQGy Q\RPiViW PDQRPpWHUUHO HOOHQ UL]WN

a katalizátor koncentrációját UV-vis elnyelése (λmax = 432,5 nm) alapján határoztuk

PHJ ,O\HQ N|UOPpQ\HN N|]|WW D VHEHVVpJL HJ\HQOHW D N|YHWNH] NpSSHQ HJ\V]HU V|GLN

(34):

d[flaH]

- dt = d[O-bsH] k’_idpa[flaH]^m

dt = (34)

ahol,

k’_idpa= [{Cu^II(fla)(idpa)}]ⁿ[O₂]^q (35)

Az 50. ábrán egy tipikus oxigénezési görbét tüntettünk föl. Látható, hogy a

V]XEV]WUiWXP NRQFHQWUiFLyMD LG EHQ OLQHiULVDQ YiOWR]LN D SRQWRNUD LOOHV]NHG HJ\HQHV

meredeksége 2,16×10^-8 M s^-1, R = 99,47 %), ami azt mutatja, hogy a szubsztrátumra nézve a részrend nulla.

t / perc

0 50 100 150 200 250

3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5

50. ábra.$IOD+NRQFHQWUiFLyMiQDNYiOWR]iVDD]LG IJJYpQ\pEHQWiEOi]DW

A kiindulási flavonol koncentrációt változtatva azt tapasztaltuk, hogy a reakciósebesség nem változik (25. táblázat, 6-10. mérés). Ez szintén a nulla részrendet bizonyítja.

A katalizátor koncentrációjának függvényében ábrázolva a reakciósebességeket

iEUDDSRQWRNUDHJ\HQHVLOOHV]WKHW PHUHGHNVpJH×10^-4 s^-1, R = 99,51 %). A katalizátorra nézve a részrend ezek alapján egy.

A dioxigén koncentrációjának növelésekor a reakciósebesség lineárisan növekedett (52. ábra). A mérési pontokra illesztett egyenes meredeksége 4,17×10^-6 s^-1, R

= 99,13%. A dioxigénre talált részrend egy.

[{Cu^II(fla)(idpa)}ClO₄] / 10^-4 M 0

1 2 3 4

0 0,4 0,8 1,2 1,6

51. ábra. Az oxigénezési reakció sebessége a [Cu^II(fla)(idpa)]ClO4 koncentrációjának függvényében (25. táblázat, 1-5. mérés)

3 6 9 12

0

[O₂] / 10^-3 M 0

1 2 3 4 5

52. ábra. Az oxigénezési reakció sebessége a [O2] koncentrációjának függvényében (25.

táblázat, 2, 11-14. mérés)

Az aktiválási SDUDPpWHUHN PHJKDWiUR]iViKR] V]NVpJHV YROW NO|QE|]

K PpUVpNOHWHQ HOYpJH]QL D UHDNFLyW $] $UUKHQLXV iEUD pV (\ULQJ |VV]HIJJpV

OLQHiULVQDN DGyGRWW D YL]VJiOW K PpUVpNOHWWDUWRPiQ\EDQ $] DNWLYiOiVL SDUDPpWHUHN

130°C-UDDN|YHWNH] N

∆S = -97 + 15 J mol^-1 K^-1

∆H = 71 + 6 kJ mol^-1 E_A = 75 + 6 kJ mol^-1

∆G = 32 + 3 kJ mol^-1

2,43 2,46 2,49 2,52

-1,1

-1,2

-1,3

-1,4

-1,5

T^-1 / 10^-3 K^-1

53. ábra. A flavonol oxigénezési reakciójának Arrhenius diagramja (25. táblázat, 2, 15-17. mérés)

$ NLQHWLNDL YL]VJiODWRN DODSMiQ D HJ\HQOHW NLWHY L D N|YHWNH] NpSSHQ

módosulnak (36):

d[flaH]

- dt = k_idpa[{Cu^II(fla)(idpa)}ClO₄][O₂] (36)

Mindezek figyelembevételével javaslatot tettünk a katalitikus reakció mechanizmusára, amely az 54. ábrán látható.

$IODYRQROVWDELOLVNHOiWJ\ U WDODNtWNLUp],,-ionnal. Ezek a vegyületek szilárd formában - pV NLV K PpUVpkleten oldatban - nem reaktívak dioxigénnel szemben. A [Cu^II(fla)(idpa)]ClO4 ^NRPSOH[ R[LJpQH]pVH OHMiWV]yGLN KD D K PpUVpNOHWHW

megnöveljük, s a reakcióban (O-benzoil-szaliciláto)réz(II) komplex keletkezik.

Amennyiben a szubsztrátumot reagáltatjuk dioxigénnel [Cu^II(fla)(idpa)]ClO4

jelenlétében, a katalitikus reakcióban kemoszelektíven O-benzoil-szalicilsav keletkezik.

25. táblázat. A flaH [Cu^II(fla)(idpa)]ClO4 komplex által katalizált oxigénezési sebességmeghatározó lépése bimolekulás, és a reakciósebesség független a szubsztrátum kiindulási koncentrációjától. A korábban vizsgált autoxidációs reakció sebességi egyenlete a (36) egyenletnek felel meg, azzal a különbséggel, hogy a bal oldalon a komplexkoncentráció szerepel.

Az autoxidációt tehát a katalitikus reakció egyedi lépéseként foghatjuk fel, csakhogy a ciklus abban az esetben nem záródik O-bsH – flaH ligandumcserével. Erre enged következtetni az a tény is, hogy az autoxidációs és a katalitikus sebességi állandók nag\ViJUHQGLOHJ|VV]HPpUKHW NHJ\PiVVDOWiEOi]DW

Cu^II N

54. ábra. A flaH [Cu^II(fla)(idpa)]ClO4 jelenlétében lejátszódó oxigénezési reakciójának javasolt mechanizmusa

26. táblázat. A flaH [Cu^II(fla)(idpa)]ClO4 komplex által katalizált oxigénezési reakciójának és a katalizátor autoxidációs reakciójának sebességi állandói

Reakció kidpa (10^-2 M^-1 s^-1), 130°C -on

autoxidáció 2,86

katalitikus oxidáció 4,22

$NDWDOLWLNXVUHDNFLyEDQHOV NpQWJ\RUVHO HJ\HQV~O\LOpSpVEHQD]51 keletkezik, ligandum-réz intramolekuláris elektronátmenet révén (vegyérték izomerizáció).

0HJMHJ\]HQG KRJ\HKKH]KDVRQOyJ\|N|VV]HUNH]HW LQWHUPHGLHUWHGGLJFVDNNiOLXP -flavonoláttal, aprotikus közegben végzett oxigénezési reakcióban mutattak ki, ahol O-benzoil-szalicilsav kálium-sója keletkezett [58].

A réz(I) flavonoxil-J\|N V]NVpJV]HU N|]WL WHUPpN D UHDNFLyEDQ GH FVDN iOODQGy NLV NRQFHQWUiFLyM~ MHOHQOpWH NpS]HOKHW HO (EE O N|YHWNH]LN KRJ\ D]

HO HJ\HQV~O\HU VHQD>&XII

(fla)(idpa)]⁺NpS] GpVpQek irányába tolódik el (K1 kicsi). Az 51 kialakulásának sebességi állandója így relatíve kis érték.

Az egyensúly során kialakuló 51 NRPSOH[ D N|YHWNH] OpSpVEHQ DNWLYiOMD D GLR[LJpQW )HQQiOO D] HOYL OHKHW VpJH KRJ\ H] D Up]FHQWUXPRQ PHQMHQ YpJEH

(szuperoxo)réz(II)-komplex kialakulása közben, oxidatív addiciós lépésben, amikor 52 keletkezik, vagy a flavonoxil-gyök kettes szénatomján gyök-gyök reakcióban.

(ONpS]HOpVQN V]HULQW D] HOV HVHW YDOyVXOKDW PHJ pV H] D VHEHVVpJPHJKDWiUR]y OpSpV

Ezt támasztja alá a bimolekuláris sebességi egyenlet és a nagy negatív, tehát asszociatív mechanizmusra utaló aktiválási entrópia is (-97 J mol^-1 K^-1). A szuperoxid gyök-anion kimutatása NBT-dal negatív eredményt hozott, s ez is a szuperoxo-komplex kialakulását feltételezi.

$ N|YHWNH] OpSpVEHQ WULR[D-metallociklus (53 NLDODNXOiViW N|YHW HQ D SLUDQRQJ\ U -HV KHO\]HW V]pQDWRPMiQ LQWUDPROHNXOiULV QXNOHRILO DGGtFLyV OpSpVEHQ

endoperoxid (54) keletkezik. Mivel a reakció során kemilumineszcenciát nem tapasztaltunk, így a 3-DV KHO\]HW & 2 FVRSRUW V]pQDWRPMiQ EHN|YHWNH] WiPDGiV

kizárható (a kialakuló 1,2-GLR[HWiQJ\ U ERPOiVDIpQ\NLERFViWiVVDOMiU

További magyarázat endoperoxid kialakulására, hogy az öttagú heterociklus sztérikus stabilitása nagyobb, elektronikus szempontból pedig elmondható, hogy a

QXNOHRILO WiPDGiVW HOV]HQYHG V]XEV]WUiWXP -DV & 2 FVRSRUWMiQDN HOHNWURQV U VpJH

nagyobb, mint a 4-es karbonilcsoporté. Az endoperoxid ezután CO kihasadása közben az 55 [Cu^II(O-bs)(idpa)]ClO4 NRPSOH[V]p DODNXO DPHO\E O a termék gyors ligandumcsere útján távozik és helyét flavonol foglalja el.

Eredményeink tehát azt mutatják, hogy a szubsztrátumnak nincs szerepe a katalitikus ciklusban és csupán a ciklus záródása során szorítja ki gyors cserereakcióban a terméket.

In document Néhány szabad gyök, illetve átmenetifém-komplex enzimutánzó reakciója (Pldal 78-85)