1. BEVEZETÉS ................................................................................................................ 3 2. IRODALMI RÉSZ ........................................................................................................ 5 2.1. 2.1.1. 2.1.2. 2.1.3.
Biokémiai reakciók és az enzimek ....................................................................... 5 Pirokatechin oxidáz (CO, E.C.1.10.3.1)............................................................... 7 Kvercetin 2,3-dioxigenáz (2,3QD, E.C.1.13.11.24)............................................. 9 Az 1H-3-hidroxi-4-oxokinolin 2,4-dioxigenáz (Qdo) és 1H-3-hidroxi-4oxokinaldin 2,4-dioxigenáz (Hod) (E.C.1.13.11.47 és E.C.1.13.11.48) ............ 12 2.1.4. Mangán-tartalmú szuperoxid dizmutáz enzim (MnSOD, E.C.1.15.1.1)............ 14 2.2. Enzimatikus reakciók modellezése .................................................................... 16 2.2.1. Pirokatechin oxidáz modellek ............................................................................ 17 2.2.1.1. Pirokatechinek autoxidációs reakciói................................................................. 17 2.2.1.2. Pirokatechináto-komplexek................................................................................ 19 2.2.1.3. Szerves ligandumokkal képzett komplexek ....................................................... 20 2.2.2. Kvercetin 2,3-dioxigenáz modellek ................................................................... 20 2.2.2.1. Fotooxigénezési reakciók ................................................................................... 20 2.2.2.2. Báziskatalizált autooxidáció............................................................................... 22 2.2.2.3. Fémtartalmú enzimmodellek.............................................................................. 23 2.2.3. Dioxigén-komplexek.......................................................................................... 25 2.2.4. 1H-3-Hidroxi-4-oxokinolin 2,4-dioxigenáz modellek ....................................... 28 2.2.5. MnSOD utánzó vegyületek ................................................................................ 29 &e/.,7
3.1. 3.2. 3.3. 3.4.
=e6(.
....................................................................................................... 32
Pirokatechin oxidáz modellek ............................................................................. 32 Kvercetin 2,3-dioxigenáz modellek .................................................................... 33 1H-3-Hidroxi-4-oxokinolin 2,4-dioxigenáz (Qdo) és 1H-3-hidroxi-4oxokinaldin 2,4-dioxigenáz (Hod) modellek ...................................................... 34 MnSOD utánzó vegyületek ................................................................................. 34
4. EREDMÉNYEK ÉS ÉRTÉKELÉSÜK ...................................................................... 35 4.1. Pirokatechin oxidáz modellek ............................................................................ 35 4.1.1. Pirokatechináto-réz(II) és cink(II)-NRPSOH[HNHO iOOtWiVD ................................. 35 4.1.1.1. A [CuII(dbcat)(idpa)]2NRPSOH[HO iOOtWiVDpVV]HUNH]HWpQHND]RQRVtWiVD ......... 35 4.1.1.2. A [Zn(dbcat)(idpa)]2NRPSOH[HO iOOtWiVDpVV]HUNH]HWH .................................... 39 4.1.1.2. A [Zn(dbsq)(idpa)]ClO4NRPSOH[HO iOOtWiVDpVV]HUNH]HWpQHND]RQRVtWiVD...... 41 4.1.2. DbcatH2 reakciója dioxigénnel [CuII(dbcat)(idpa)]2 jelenlétében ...................... 43 4.1.3. DbcatH2 reakciója dioxigénnel [Zn(dbcat)(idpa)]2 jelenlétében........................ 50 4.1.4. Pirokatechin reakciója dioxigénnel TEMPO szabad gyök jelenlétében ............ 58 4.2. Dioxigenáz modellreakciók................................................................................ 64 4.2.1. Réz(II)- és réz(III)-dioxigén adduktXPRNHO iOOtWiVD......................................... 65 4.2.2. (Flavonoláto)- és (O-benzoil-szaliciláto)réz(II)-NRPSOH[HNHO iOOtWiVD ............. 65 4.2.2.1. [CuII(fla)(Bz-TAC)]ClO4NRPSOH[HO iOOtWiVDpVV]HUNH]HWpQHND]RQRVtWiVD .... 65 4.2.2.2. [CuII(fla)(iPr-TAC)]ClO4NRPSOH[HO iOOtWiVDpVV]HUNH]HWpQHND]RQRVtWiVD .... 68 4.2.2.3. [CuII(O-bs)(Bz-TAC)]ClO4NRPSOH[HO iOOtWiVDpVV]HUNH]HWH .......................... 69 4.2.2.4. [CuII(O-bs)(iPr-TAC)]ClO4NRPSOH[HO iOOtWiVDpVV]HUNH]HWH ......................... 72 1
4.2.2.5. [CuII(ind)(mco)] komple[HO iOOtWiVDpVV]HUNH]HWH ........................................... 75 4.2.3. Flavonol reakciója dioxigénnel [CuII(fla)(idpa)]ClO4 komplex jelenlétében......................................................................................................... 78 4.2.4. Réz(II)-dioxigén adduktumok reakciója flavonollal .......................................... 85 4.2.5. A [CuII(fla)(L-TAC)]ClO4 (L = iPr, Bz) komplexek reakciója dioxigénnel ...... 86 4.2.6. [CuII(ind)(mco)] komplex reakciója dioxigénnel............................................... 89 4.2.7. Oxokinolin-származékok, illetve flavonol oxigénezési reakciója DPPH szabad gyök jelenlétében.................................................................................... 93 4.3. MnSOD utánzó reakciók.................................................................................... 99 4.3.1. [MnII(L)2@NRPSOH[HNHO iOOtWiVD ....................................................................... 99 4.3.2. [Mn(L)2] komplexek SOD utánzó aktivitása ................................................... 103 4.3.2.1. Szuperoxid gyök-anion reakciója SOD utánzó vegyületekkel NBT reagens jelenlétében....................................................................................................... 103 4.3.2.2. Szuperoxid gyök-anion reakciója SOD utánzó vegyületekkel citokróm c(III) reagens jelenlétében ......................................................................................... 106 5. ÖSSZEFOGLALÁS.................................................................................................. 109 5.1. 5.2. 5.3. 5.4.
]pVHN................................................................................. 109 Alkalmazott kísérleti módszerek...................................................................... 109 Új tudományos eredmények............................................................................. 110 $WXGRPiQ\RVHUHGPpQ\HNMHOHQW VpJH ........................................................... 113
%HYH]HWpVpVFpONLW
6. KÍSÉRLETI RÉSZ.................................................................................................... 115 7. IRODALOMJEGYZÉK............................................................................................ 128
2
1. Bevezetés
$ N|]YpOHPpQ\ HOV
F|OGQN
JOREiOLV PpUHW
VRUEDQ D YHJ\LSDUW WHV]L IHOHO
VVp D N|UQ\H]HWL NiURNpUW
HOV]HQQ\H]pVppUW 7pQ\ KRJ\ D] XWyEEL NpW pYWL]HGEHQ
kénytelenek voltunk szembesülni mindazokkal a hatásokkal, melyeknek a közvetlen forrása ez az iparág - közvetetten saját életmódunk, igényeink. Ha pusztán technológiai szempontból vizsgáljuk a környezetkárosító hatásokat, akkor beláthatjuk, hogy a legnagyobb problémát azok a melléktermékek jelentik, amelyek többnyire nem kerülnek IHOKDV]QiOiVUD pV VRN HVHWEHQ N|UQ\H]HWQNHW LOOHWYH VDMiW pOHWPLQ
Épp ezért értheW
VpJQNHW URPEROMiN
KRJ\DMHOHQNXWDWyLYDOV]HPEHQWiPDV]WRWWOHJQDJ\REEHOYiUiVKRJ\
olyan eljárásokat találjanak, amelyek gyakorlatilag teljes szelektivitással és káros melléktermékek keletkezése nélkül szolgáltatják a kívánt terméket, természetesen minél kisebb energia-befektetés mellett. Nem kell messzire mennünk, hogy példát találjunk LO\HQÄLGHiOLVHOMiUiVRNUD´$PLQWDVDMiWWHUPpV]HWHVN|UQ\H]HWQND]pO
YLOiJ
Biológiai rendszerekben a kémiai átalakulások nagy kemo-, regio-, illetve sztereoszelektivitással játszódnak le. Erre szükség is van, ugyanis a molekuláris szinten WDSDV]WDOKDWy FVHNpO\ HOWpUpVHN KDWiVD MHOHQW
V OHKHW D V]HUYH]HWEHQ (OpJ FVDN D
genetikai információátadásra, illetve ennek kapcsán a mutáció jelenségére gondolnunk. A
nagyfokú
szelektivitás
I
NpQW
D]
HYRO~FLy
ÄELRNDWDOL]iWRURNQDN´D]HQ]LPHNQHNN|V]|QKHW QHP IHKpUMH MHOOHJ DGRWW UHDNFLyW OHKHW
NLDODNXOW
VSHFLiOLV
(]HND IHKpUMpNYDODPLO\HQNRIDNWRU
VHJpGDQ\DJ VHJtWVpJpYHO HVHWHQNpQW DQpONO NDWDOL]iOQDN HJ\ Yp WpYH D V]HUYH]HW V]iPiUD D V]NVpJHV YHJ\OHW HO
Bármilyen bonyolultak W|UYpQ\V]HU
VRUiQ
iOOtWiViW
legyenek is az ilyen katalitikus reakciók, bizonyos
VpJHN PLQGHQ HVHWEHQ N|UYRQDOD]KDWyN (]HN IHOWiUiVD PDQDSViJ PiU FVDN
részben a biológia feladata.
Pár évtizede egy új tudományág született, a bioszervetlen kémia, amelynek egyik célja éppen az, hogy a kémia nyelvén adjon egzakt magyarázatot biológiai jelenségekre. Ehhez kapcsolódik az enzimmodellezés is. Az enzimek aktív helyének közvetlen YL]VJiODWD P
enzimfunkció
N|GpVL PHFKDQL]PXVXN P
egértése sok esetben szinte megoldhatatlan. Az
megértéséhez
ugyanakkor
pont
az
aktív
hely
megismerésére,
intermedierek kimutatására lenne szükség. Ilyen esetekben szerkezeti, és/vagy
3
funkcionális modellek tanulmányozása vezethet eredményre, hiszen a kémiában fejlett szerkezetvizsgálati és analitikai módszerek állnak rendelkezésre.
Az oxidoreduktázok alkotják az enzimek egyik legnépesebb családját. A GROJR]DWEDQ
EHPXWDWiVUD
GLR[LJHQi]
R[LGi]
pV
NHUO
PXQND
GL]PXWi]
FpOMD
HQ]LP
QpKiQ\
PRGHOOMHLQHN
HEEH HO
D
FVDOiGED
iOOtWiVD
pV
WDUWR]y
PHJIHOHO
enzimutánzó reakcióinak vizsgálata. A modellek között számos új, átmenetifémtartalmú komplexet találhatunk, néhány esetben – igazodva az enzim sajátságaihoz – IpP QpONO YpJH]WQN PRGHOOUHDNFLyNDW 0LQW D]W OiWKDWMXN D PHJIHOHO
PRGHOOHN
kapcsán egyrészt a feltételezett mechanizmusok bizonyítására, másrészt igen szelektív, KRPRJpQNDWDOLWLNXVHOMiUiVRNNLGROJR]iViUDQ\tOLNOHKHW
4
VpJ
2. Irodalmi rész
2.1. Biokémiai reakciók és az enzimek $] DHURE OpWIRUPiN pOHWP
N|GpVHLN VRUiQ NO|QIpOH WiSDQ\DJRNDW DODNtWDQDN iW
számukra hasznos terPpNHNNp PHO\HNE
O D]XWiQ IHOpStWLN VHMWMHLNHW
anabolizmus),
vagy lebontásukkal (katabolizmus) energiát nyernek. Az átalakulási folyamatok összességét metabolizmusnak, vagy anyagcserének nevezzük (1. ábra). Energia TÁPANYAG TERMÉK Metabolizmus Katabolizmus (lebontás)
Anabolizmus (szintézis)
Enzimatikus reakciók sorozata SZUBSZTRÁTUM
1. ábra. EnziPUHDNFLyNV]HUHSHD]pO
V]HUYH]HWHNEHQ
Enyhe körülmények között az egyes kémiai átalakulások nem, vagy csak csekély mértékben játszódnak le, mivel a reakciók aktiválási energiája általában nagy. Ezzel szemben a tapasztalatok azt mutatják, hogy a metabolL]PXV
UpV]IRO\DPDWDL pO
V]HUYH]HWHNEHQJ\RUVDQ PHQQHNYpJEHDPLQDJ\V]iP~HQ]LPMHOHQOpWpQHNN|V]|QKHW
Ez alapján az enzimHN
RO\DQ ELRNDWDOL]iWRURNQDN WHNLQWKHW
aktiválási energiáMiW OHFV|NNHQWYH OHKHW
N DPHO\
ek a reakciók
Yp WHV]LN D]RN J\RUV OHMiWV]yGiViW D PHJIHOHO
biológiai környezetben.
Az enzimek aminosavakból épülnek fel, vagyis a fehérjék családjába tartoznak. Molekulatömegük 1,2×104 – 5×105 Dalton-ig változhat [1]. Amennyiben csak DPLQRVDYDN DONRWMiN
NHW HJ\V]HU
QHP IHKpUMH WHUPpV]HW
fehérjékU
IHKpUMpNU
O EHV]pOQN S
roteinek, apoenzimek), ha
UpV]W LV WDUWDOPD]QDN SURV]WHWLNXV FVRSRUW DNNRU
O SURWHLGHN KRORHQ]LPHN YDQ V]y (J\ YDJ\ W|EE VSHFLiOLV XQ
WDUWDOPD]QDN PHO\HN D] HQ]LPIXQNFLypUW IHOHO
5
VHN YDJ\L
összetett
aktív helyet
s itt játszódik le egy adott
reakció katalízise. Ha egy enzim aktív helyén fémion található, akkor metalloenzimnek nevezzük (a fémet csak kofaktorként tartalmazó enzimeknél a fémtartalom nem mutat V]W|FKLRPHWULiWpVQHPIHOWpWOHQOD]DNWtYKHO\HQN|W
-HOOHP]
GLN
meg).
MNPpJKRJ\FVDNDGRWWWtSXV~UHDNFLyWNDWDOL]iOQDN(QQHNDODSMiQD]
alábbi csoportokba sorolhatók [2]:
1.
Hidrolázok. Fehérjék peptidkötését, poliszacharidok glikozidkötését, vagy zsírok és foszfátok észterkötését hasítják hidrolízis reakciójuk katalízise révén.
2.
Oxidoreduktázok. Ezek az enzimek redoxireakciókat katalizálnak, melyek során elektronok, vagy hidrogénatom kerül át egyik molekuláról a másikra.
3.
Transzferázok. Egy meghatározott atomcsoport átvitelét katalizálják egyik molekuláról a másikra (pl. –CH3, -NH2, -COOH, stb.).
4.
Izomerázok. (] D] HQ]LPFVRSRUW NO|QE|] HO
5.
iWUHQGH]
GpVHV UHDNFLyNDW VHJtW
Liázok. A szubsztrátum adott csoportját távolítják el nem hidrolitikus reakció során, vagyis eliminációs reakciókat katalizálnak.
6.
Ligázok. Két molekula összekapcsolását katalizálják. A kapcsolt atomok szerint vannak C-O, C-N és C-C kötést kapcsoló ligázok.
Az enzimek az átalakítandó vegyületre nézve is szelektívek. Az adott HQ]LPUHDNFLyEDQ YiOWR]iVW V]HQYHG
YHJ\OHWHW
szubsztrátumnak nevezzük (1. ábra). E
szelektivitást az enzimek aktív helyének, amely jellegzetes alakú üreges rész a PROHNXOiQ EHOO V]WpULNXV pV HOHNWURQLNXV VDMiWViJDL EL]WRVtWMiN (]HQ D KHO\HQ N|W PHJ pV DNWLYiOyGLN D V]XEV]WUiWXP $ UHDNFLy OHMiWV]yGiViW N|YHW WiYR]QDND]DNWtYKHO\U
MetalloenzimHN
GLN
HQ D WHUPpNHN
O
HVHWpEHQ
D
IpPLRQRN
V]HUHSH
YiOWR]y
HJ\IHO
O
J\DNRUROQDND]DNWtYKHO\HOHNWURQV]HUNH]HWpUHPiVUpV]WDQQDNWpUEHOLHOUHQGH]
KDWiVW GpVpWLV
befolyásolják. Általában elmondható, hogy a metalloenzimek nem annyira fémion-, mint inkább fehérjespecifikusak. A leggyakoribb fémek közé sorolható a vas, a mangán, a réz, a cink, a kalcium, a magnézium, a nátrium és a kálium. $N|YHWNH]
IHMH]HWHNEHQ
az oxidoreduktázok családjába tartozó enzimek közül azok kerülnek bemutatásra, melyekhez kutatásaink kapcsolódtak.
6
2.1.1. Pirokatechin oxidáz (CO, E.C.1.10.3.1)
Ez a növényi enzim azok közé a metalloenzimek közé tartozik, amelyek ortoGLIHQRO V]iUPD]pNRN R[LGiFLyMiW NDWDOL]iOMiN D PHJIHOHO
orto-kinonná, miközben
hidrogén-perdoxid, vagy víz keletkezik (1) [3]. Ilyen reakciót képes katalizálni a tirozináz enzim is, amely ezen felül még hidroxiláz aktivitással is rendelkezik [3]. Az R[LGiFLyVRUiQNHOHWNH]
NLQRQV]iUPD]pNRNDXWRSROLPHUL]iFLyVUHDNFLyEDQSLURNDWHFKLQ
alapú melaninná alakulhatnak át, amelynek fontos szerepe van növények elhalt részeiben a patogének és rovarok elleni védekezésben [4]. R
OH + O2
Pirokatechin R oxidáz
OH
+
H2O2 (vagy H2O)
(1)
O
Az édesburgonyából (Ipomoea batatas) KRJ\ PRQRPHU V]HUNH]HW
O
HONO|QtWHWW HQ]LPU
PROHNXODW|PHJH
O PHJiOODStWRWWiN
Mr és ellipszoid formájú (mérete
55×45×45 Å). Szerkezetét B. Krebs és munkatársai EXAFS vizsgálatokkal azonosították [5]. A 2. ábrán látható, hogy az enzim magját négy α-helikális lánc alkotja, melyek közrefogják a két réziont tartalmazó aktív helyet. A hélixek által kialakított struktúrát (kavitást) két diszulfid-híd (Cis11–Cis28 és Cis27–Cis89) kapcsolja össze a nitrogénben gazdag N-terminális résszel.
2. ábra. Az Ipomoea batatas-ból elkülönített pirokatechin oxidáz szerkezete (metforma)
7
Az aktív helyen található rézionok mindegyike három hisztdinhez kapcsolódik. A Cu(A)-ion a His88 (α2-hélix lánc), His109 és a His118 (α3-hélix lánc) imidazolos nitrogéatomjaihoz koordinálódik, a Cu(B)-ion a His240 (α6-hélix lánc), His244 és a His274 (α7-hélix lánc) aminosavakkal létesít koordinatív kötést (2. ábra). Az enzim metformájában a réz(II)-ionok távolsága 2,9 Å. A hisztidinek mellett egy hidroxo-híd köti össze a rézionokat (Cu(A)–O 1,9 Å és Cu(B)–O 1,8 Å), így alakul ki a trigonális piramisos koordinációs övezet mindkét ion körül, ahol apikális pozícióban a His109, illetve a His240 található. Az egyes kötéstávolságokat az 1. táblázatban tüntettük fel.
1. táblázat. Fontosabb kötésszögek és kötéstávolságok a CO enzimben [5] Atompár Cu(A)—His88 Cu(A)—His109 Cu(A)—His118 Cu(A)—OH Cu(A) —Cu(B) Kötés His88—Cu(A)—His109 His88—Cu(A)—His118 His109—Cu(A)—His118 His88—Cu(A)—OH H118—Cu(A)—OH
Kötéshossz (Å) 2,17 2,33 2,29 1,85 2,90 Kötésszög (°) 92 104 95 140 114
Atompár
Kötéshossz (Å) 2,08 2,23 2,23 1,78
Cu(B)—His240 Cu(B)—His244 Cu(B)—His274 Cu(B)—OH Kötés
Kötésszög (°) 94 95 113 123 123
His240—Cu(B)—His244 His240—Cu(B)—His274 His244—Cu(B)—His274 His240—Cu(B)—OH H274—Cu(B)—OH
Az enzim oxidált formájával elvégzett ESR vizsgálatok összhangban vannak a fenti szerkezettel, mivel az antiferromágneses kölcsönhatásban álló Cu(II)–Cu(II) ionpár ESR inaktívnak (S = 0) bizonyult [6]. UV-Vis spektrumukban 290 és 690 nm-nél találtak
MHOOHP]
UHQGHOKHW
Az PHJN|W
abszorpciós sávokat, utóbbi a Cu(II)-LRQUD MHOOHP]
G
-d átmenetekhez
„oxi”-forma
GpVpYHO D
Cu(II)–O22-–Cu(II)
dioxigén
vagy
hidrogén-peroxid
lakul ki a „met”-formából. Az „oxi”-forma UV-vis spektroszkópiás
vizsgálata során egy intenzív sávot találtak 343 nm-nél ( log ε = 3,81) és egy gyengébb intenzitásút 580 nm-nél (log ε sávhoz, míg az utóbbi O22- (πν*)
$] HO
2-
EEL 22
(πσ*)
&X ,, iWPHQHWKH]UHQGHOKHW
&X ,, W|OWpViWYLWHOL $SLURNDWHFKLQ
enzim „oxi”-formájának Raman spektrumában 749 cm-1-QpO MHOHQWNH] csoport µ-η2-η2KtGOLJDQGXPNpQWW|UWpQ
NRRUGLQiFLyMiUDXWDO
8
oxidáz
ViY D SHUR[R
-
Az enzimkatalízis mechanizmusára a 3. ábrán látható javaslatot tették [7]. Az enzim-szubsztrát-NRPSOH[E
O
1 NLQRQ WiYR]iViW N|YHW
HQ NLDODNXO D Ä
dezoxi”-forma.
Ezután a rézionok között µ:η2:η2-peroxohíd alakul ki (2), és a „met”-forma kialakulása közben egy további szubsztrátum kinonná oxidálódik.
O
OH
E
H2O + O
E
CuII(A)
CuII(B)
OH
O
2 H+
H+
"met"-forma E = enzim
HO II
E
Cu (A)
HO O
O
E Cu (B)
O
II
II
O
E
O
2
H2O + H+
OH2 Cu (A) I
OH
E
O2 +
CuII(B)
Cu (A)
E
1
E
O
II
Cu (B) O
"dezoxi"-forma
OH
3. ábra. Pirokatechin származékok enzimatikus lebontásának javasolt mechanizmusa
2.1.2. Kvercetin 2,3-dioxigenáz (2,3QD, E.C.1.13.11.24) $] HOV
NYHUFHWLQ
-dioxigenázt Aspergillus Flavus-ból sikerült azonosítani
[8]. Megállapították, hogy az enzim molekulatömege 111 kDa, szénhidráttartalma 27,5% és 1 mól enzim 2 mól réz(II)-iont tartalmaz. Bebizonyosodott, hogy a kvercetin (3’,4’,5,7-tetrahidroxi-flavonol) dioxigénnel való reakcióját katalizálja, melynek során a szubsztrátum C2-& NHWW
V N|WpVH KDVDG IHO pV HJ\ &2 PROHNXOD NLOpSpVH PHOOHWW
depszid (karbonsav észter) keletkezik (2) [9].
OH
OH OH HO
O + O2
OH Kvercetin 2,3-dioxigenáz HO
O O CO2H
OH OH
OH O
9
+ CO (2)
Hasonló enzimet sikerült elkülöníteni Aspergillus niger-E móltömege 148 kDa, szénhidrát-tartalma 46- KiURP DOHJ\VpJE
O
is. Ennek
O iOO pV PyORQNpQW
1,0-1,6 mól réz(II)-iont tartalmaz [10]. Az ESR vizsgálatok eredményei azt támasztják alá, hogy a réz(II)-ion környezetében négy nitrogén található torzult síknégyzetes JHRPHWULDV]HULQWLHOUHQGH]
$] HOV
Gp
sben [10].
NULVWiO\V]HUNH]HWHW D]
Aspergillus Japonicus-EyO Q\HUW HQ]LPU
>@ $V]HUNH]HWDODSMiQD]HQ]LPaN'D PyOW|PHJ
O NDSWiN
JONRSURWHLGNpWDOHJ\VpJE
O
álló, egységenként egy rezet tartalmazó homodimer (4. ábra).
4. ábra. A 2,3QD enzim szerkezete és a réz(II)-ion koordinációs HOUHQGH]
GpVH
. (A)
torzult tetraéderes koordináció (B) torzult trigonális bipiramisos koordináció
A természetes enzimben ~70%-os arányban van jelen az A forma (4. ábra), ahol a His66, His68 és His112 aminosavak imidazolos nitrogénatomjai mellett egy vízmolekula koordinálódik a réz(II)-ionhoz torzult tetraéderes geometria szerint. A fennmaradó 30%-ban egy további glutaminsav (Glu73) koordinálódik a rézhez szabad karboxilfunkciós cspoortján keresztül,
tJ\ WRU]XOW WULJRQiOLV ELSLUDPLV HOUHQGH]
GpV
alakul ki (4. ábra. B). A fontosabb kötéstávolságokat a 2. táblázatban tüntettük fel. $] HOYpJ]HWW (65 PpUpVHN LV NpWIpOH NRRUGLQiFLyV |YH]HW HJ\LGHM
mutatják [12]. Nagyobbrészt a tetragonális geRPHWULiUD MHOOHP]
MHOHQOpWpW
UH]RQDQFLDMHOHN
g|| =
2,330 és A|| = 13,7 mT) mutatkoznak a spektrumon. A paraméterek, összevetve a korábbi tapasztalatokkal (a g-tenzor viszonylag nagy értéke és a g|| > g arány) [13], axiális szimmetriára utalnak. Ezek mellett kisebb arányban van jelen a g|| = 2,290 és A|| = 12,5 mT paraméterekkel leírható szerkezet. Az A|| viszonylag kis értéke ebben az HVHWEHQWRU]XOWWULJRQiOLVELSLUDPLVRVV]HUNH]HWKH]UHQGHOKHW
10
>@
2. táblázat. Fontosabb kötésszögek és kötéstávolságok az Aspergillus Japonicus-ból származó 2,3QD enzimben [11] Atompár
Kötéshossz (Å) A B 2,2 2,2 2,1 2,1 2,1 2,1 Kötésszög (°) 99 99 95 95 109 94 – 174 114 114
Cu—His66 Cu—His68 Cu—His112 Kötés His66—Cu—His68 His66—Cu—His112 His66—Cu—OH2 His66—Cu—Glu73 His68—Cu—His112
Atompár
Kötéshossz (Å) A B – 2,1 2,2 2,4
Cu—Glu73 Cu—OH2 Kötés His68—Cu—Glu73 His68—Cu—OH2 His112—Cu—Glu73 His112—Cu— OH2 Glu73—Cu—OH2
Kötésszög (°) 114 114 111 136 – 86 123 108 – 80
A korábbi feltételezésekkel ellentétben [10] a szubsztrátum-protein komplex V]LPXOiFLyMD VRUiQ D] HO
]
HNEHQ EHPXWDWRWW HUHGPpQ\HNUH WiPDV]NRGYD D]W WDOiOWiN
KRJ\ D V]XEV]WUiWXP QDJ\ YDOyV]tQ
VpJJHO D
-OH csoportján keresztül egyfogú
ligandumként kapcsolódik a rézhez [11], ahogyan azt az 5. ábrán feltüntettük. Az ilyen módon kötött szubsztrátum jóval reaktívabb dioxigénnel szemben, mint a kelátban stabilizált forma.
5. ábra. A 2,3QD enzim kvercetinnel képzett komplexének modellje Mindezek figyelembevételével az enzimatikus reakcióra a követke]
iOWDOiQRV
mechanizmust javasolták [11] (6. ábra). E szerint a flavonol típusú szubsztrátumok a rézhez koordinálódva, vegyérték izomerizáció révén flavonoxi gyökké alakulnak (3), majd endoperoxid intermedieren (4
NHUHV]WO D PHJIHOHO
kihasadása közben.
11
pV]WHUUp ERPODQDN
CO
E = enzim
Cu
2+
E
O
flavonol
O O Cu2+ E O O CO2H
O O O
+ CO
O
O2
O O Cu+ E 3
O O Cu2+ E 4
6. ábra. Flavonol származékok enzimatikus lebontásának mechanizmusa
2.1.3. Az 1H-3-hidroxi-4-oxokinolin 2,4-dioxigenáz (Qdo) és 1H-3-hidroxi-4oxokinaldin 2,4-dioxigenáz (Hod) (E.C.1.13.11.47 és E.C.1.13.11.48)
A Pseudomonas putida 33/1 által termelt Qdo [15,16] és az Arthrobacter ilicis Rü61a-EDQ PHJWDOiOKDWy +RG >@ IHOHO acil-DQWUDQLOVDY V]iUPD]pNNi W|UWpQ 16
V D]
H-4-oxokinolin és 1H-4-oxokinaldin N-
ELRGHJUDGiFLyMipUW )HW]QHU pV PXQNDWiUVDL
18
O2/ O2 izotópos kísérletekkel bizonyították, hogy a dioxigén mindkét atomja beépül a
szubsztrátumba és a kihasadó CO molekula oxigénatomja a szubsztrátumból származik [18].
H N
R + O2
Qdo R = H Hod R = Me
OH
H N
R
+ CO O CO2H
(3)
O
A Qdo és a Hod enzimek szerkezeti vizsgálata során kiderült, hogy sem szerves, sem szervetlen kofaktort nem tartalmaznak [18], ami dioxigenázok esetében rendkívül ritka. Aminosav szekvenciájukat, illetve másodlagos szerkezetüket tekintve az α/βhidrolázok családjához is sorolhatók [19].
Az enzimatikus reakció mechanizmusára kétféle javaslat született. Az egyik ionos közti termékeken keresztül vezeti le a termék keletkezését (7. ábra) [20]. Az aktív KHO\HQ
OpY
V]HULQW
HJ\
V]LQWpQ
RWW
WDOiOK
ató hisztidin deprotonálja, aminek
következtében a szerin nukleofillá válik és a szubsztrátum karbonil szénatomját támadja.
12
Kovalens kötés kialakulásával észter intermedier keletkezik (5). A protonált hisztidin kölcsönhatásba léphet az enzimben kötött anionos szubsztrátummal, ami kölcsönös stabilizációhoz vezet (6).
A dioxigén az enzim-szubsztrátum-komplex karbanionos formáját támadja meg (7) peroxi-aniont eredményezve (8). Végül CO molekula kilépése során keletkezik a PHJIHOHO HO
N-acil-antranilsav származék. Az enzim tehát sav-bázis katalízis révén segíti
DUHDNFLyOHMiWV]yGiViW
H N
H N
R
OH O [Ser-O ] [His-H+] 5
[Ser-O ]
H N
R
H O
O [His-H+] [Ser-O ]
[His-H+]
O2
R
H N
OH
O CO2H
O
H O O 7
6 Qdo R = H Hod R = Me
H N
R
O O O
H N
R -CO
O
R 8
[Ser-O ]
[Ser-O ] + [His-H+]
H
[His-H+]
[Ser] + [His]
7. ábra. Az oxokinolin származékok enzimatikus lebontásának ionos mechanizmusa
Egyes Cu-Zn szuperoxid dizmutáz NpS]
enzimeknél leírták hisztidinil-gyök
GpVpWD]HQ]LPSHUR[LGiFLyVUHDNFLyMDVRUiQ>@(QQHNOHKHW
VpJHD4GRLOOHWYH
Hod enzimeknél is fennál, ilyen módon az enzim hidrogénatomot vonhat el a szubsztrátumtól (8. ábra). Az így keletkezett gyök (9a és 9b) reakcióképes a triplett GLR[LJpQQHOV]HPEHQ>@$NHOHWNH]
DONLOSHUR[RJ\|N
10) a 2-es szénatommal gyök-
gyök reakcióban endoperoxidot eredményez (11). 0HJMHJ\]HQG
KRJ\ D] HQ]LP V]XSHUR[
pV D V]XEV]WUiWXP HJ\LGHM IRUPiEDQMHOHQOpY
id gyök-anion, vagy hidroperoxid gyök
PHJN|WpVH UpYpQ WRYiEEL HOHNWURQW DGKDW D
V]XEV]WUiWXPQDN(EEHQD]HVHWEHQDONLO
13
9a, vagy a 10
-peroxid anion, vagy alkil-
hidroperoxid alakulhat ki. A 11 J\|N|V iWUHQGH]
G
ése után 12-t ad CO hasad ki (13)
majd elektronfelvétellel és az O-O kötés felbomlásával kialakul a termék.
H N
H N
R OH
R
O 9b
O 9a
E
H N
+O2
O
O
H
O
H N
R
O 10
Qdo R = H Hod R = Me H N
R
H R N
H R N
e
O COO O
O 13
H N R O O O O 11
O
O O 12
O -CO O
R O O O
8. ábra. Az oxokinolin származékok enzimatikus lebontásának gyökös mechanizmusa
2.1.4. Mangán-tartalmú szuperoxid dizmutáz enzim (MnSOD, E.C.1.15.1.1)
A szuperoxid dizmutázok (SOD) olyan metalloenzimek, amelyek a szervezetben OHMiWV]yGy R[LGiFLyV UHDNFLyN PHOOpNWHUPpNHNpQW NHOHWNH]
V]XSHUR[LG J\|N
-aniont
alakítják vízzé és hidrogén-peroxiddá (4) [23]. Noha a szuperoxid gyök-anion önmagában is képes diszproporcionálódásra, ennek sebessége (k = 10-4 M-1 s-1, pH = QHP HOHJHQG
DKKR] KRJ\ D WHUPHO
HQ]LPHN D GLII~]LyV NRQWUROO KDWiUiW HOpU
G
J\|N NiURVtWy KDWiViW PHJHO
VHEHVVpJJHO
9
]]H $ 62'
-1 -1
k = 2×10 M s , pH = 7,4)
reagálnak a szuperoxid gyök-anionnal, így ezek az enzimek jelentik az els
GOHJHV
védelmet a szervezet számára az oxidatív stressz ellen [24].
M(n+1)+ Mn+
+ +
O2
2H+
2O2
+ O2 +
2H+
Mn+
+
O2
M(n+1)+
+
H2O2
H2 O 2
+
O2
$ 62' HQ]LPHN D EHQQN WDOiOKDWy IpP NRIDNWRU PLQ FVRSRUWED
VRUROKDWyN
YDQQDN
SURNDULyWiNEDQ
14
HO
IRUGXOy
(4)
VpJH DODSMiQ KiURP
YDV
-
)H62'
I
NpQW
eukaULyWiNEDQ
IHOOHOKHW
Up]FLQN &X=Q62' pV PLQGHQ HO
-
PDQJiQWDUWDOP~ 0Q62' NpSYLVHO V]HUNH]HWpU
OpQ\EHQ MHOHQ OpY
LN $ PDQJiQW LOOHWYH YDVDW WDUWDOPD]y HQ]LPHN
O NLGHUOW KRJ\ QDJ\RQ KDVRQOyDN HJ\PiVKR] >@ PtJ D Up]FLQN
V]HUNH]HWHD]HO
$] HOV
EELHNpW
OMHOHQW
VPpUWpNEHQHOWpU>@
PDQJiQWDUWDOP~ 62' HQ]LPHW )ULGRYLFK pV PXQNDWiUVDL NO|QtWHWWpN HO
az Escherichia coli%EDNWpULXPEyO>@$NpV
EELV]HUNH]HWYL]VJiODWRNVRUiQNLGHUOW
KRJ\ D 0Q62' HQ]LPHN HPEHUL V]HUYH]HWEHQ LV IHOOHOKHW WDOiOKDWyKRPRGLPHUV]HUNH]HW
NpSYLVHO
L D SURNDULyWiNEDQ
HNKH]NpSHVWaN'DPROHNXODW|PHJ
KRPRWHWUDPHUHN
(9. ábra) és egységenként egy mangán(II)-iont tartalmaznak [28,29].
9. ábra. Az Aspergillus fumigatus-ban található MnSOD homotetramer szerkezete, egy alegysége és a mangán(II)-ion koordinációs övezete [30] Az enzim alegységenként hét α-KpOL[E
O pV |W
β-OHPH]E
O iOO $ PDQJiQLRQ
körül három hisztidin (His40, His88 és His178), egy aszparaginsav (Asp174) és egy vízmolekula helyezkedik el, torzult trigonális bipiramis geometria szerint, ahol apikális pozícióban, a vízmolekulával szemben a His40 található (9. ábra). Az aktív helyen WDOiOKDWyPDQJiQLRQN|UQ\H]HWH D]HPEHULHUHGHW
0Q62' HQ]LPHNEHQ LVLO\HQ PyGRQ
épül fel [28].
Az oxidatív stressz elleni védekezésben fontos szerepet játszó SOD enzimek HOpJWHOHQ P
N|GpVH HVHWpQ
D
V]HUYH]HW
IRNR]RWW WHUKHOpVQHN
YDQ NLWpYH (QQHN
következtében hosszabb távon olyan betegségek alakulhatnak ki, mint a Parkinson-kór, az AIDS, vagy más, idegi alapú rendellenességek.
15
2.2. Enzimatikus reakciók modellezése $]HQ]LPHNWLV]WDIRUPiEDQYDOyHONO|QtWpVHPHJOHKHW IHODGDW eSSHQ H]pUW D OHJW|EE HQ]LP QHKH]HQ KR]]iIpUKHW Q\~MW
OHKHW
VpJHW
P
N|GpVN
NpPLDL
DVSHNWXVDLW
VHQQHKp]pVLG
LJpQ\HV
pV FVDN NHYpV YL]VJiODWUD
QHKp]
IHOWiUQL
PHWDOORHQ]LPHNHVHWpEHQMHOHQWSUREOpPiWKRJ\DQDJ\PROHNXODW|PHJ
)
NpQW
D
IHKpUMHFVHNpO\
fémtartalma spektroszkópiai módszerekkel csak korlátozottan vizsgálható. Ezen kívül a pontos hatásmechanizmusuk megértése részletes kinetikai vizsgálatokat igényelne, amelyhez
jóval több és pontosabb mérésre lenne szükség. A nehézségek
kiküszöbölésére modellvegyületeket és reakciókat kezdtek kidolgozni (9. ábra). Egy HQ]LP IXQNFLyMiW HOV
VRUEDQ DNWtY KHO\pQHN V]HUNH]HWH HOHNWURQLNXV pV V
ztérikus
YLV]RQ\DL EHIRO\iVROMiN YDJ\LV IXQNFLy pV V]HUNH]HW V]RURVDQ |VV]HIJJ D] HO
VDMiWViJRN pV
EEL PLQGHQNpSSHQ EHIRO\iVROMD D] XWyEEL NLDODNXOiViW $ PRGHOOHN H]W D] HOYHW
N|YHWYHNHWW
VFpO~DN
funkció
enzimek
aktív hely
reaktivitás, mechanizmus vizsgálat
komplex és/vagy szubsztrátum reakciója
szerkezeti analízis
átmenetifém komplexek
modellek
szerkezet
9. ábra. Enzimmodellek alkalmazása és szerepük 6]HUNH]HWL
PRGHOOHN
HVHWpEHQ
HOV
GOHJHV
V]HPSRQW
D]RN
JHRPHWULDL
pV
elektronikus sajátságainak minél nagyobb hasonlatossága az aktív helyhez. Ezek – metalloenzimek esetében – rendszerint olyan fémkomplexek, amelyekben a nagyPpUHW IHKpUMHPROHNXOiW
HJ\V]HU
N|UOPpQ\HN N|]|WW V]HUH]KHW
V]HUYHV
OLJDQGXPRNNDO
KHO\HWWHVtWLN
tJ\
VWDQGDUG
N D] HQ]LPHN PHJLVPHUpVpKH] KDV]QRV VSHNWURV]NySLDL
információk. Ilyen esetekben a kialakuló komplex általában túl stabilis ahhoz, hogy az enzimatikushoz hasonló reakciót katalizálja.
Funkcionális modelleknél a szerkezeti hasonlóság másodlagos. Szerepük az, hogy minél nagyobb szelektivitás mellett képezzék az enzimatikus reakció termékeit. Ez
16
történhet oly módon, hogy csak magát a komplexet (apoenzimek esetében a szubsztrátumot) visszük reakcióba, más esetekben a modellt, mint katalizátort DONDOPD]]XN D V]XEV]WUiWXP PHJIHOHO PHFKDQL]PXV IHOGHUtWKHW
MHOHQW
UHDNFLyMiEDQ .LQHWLNDL YL]VJiODWRNNDO D]XWiQ D
V HUHGPpQ\ OHKHW D] LQWHUPHGLHUHN VSHNWUR
NLPXWDWiVDMHOOHP]pVHYDODPLQWDNO|QE|]
szkópiai
V]XEV]WLWXHQVHNKDWiViQDNpUWHOPH]pVH
2.2.1. Pirokatechin oxidáz modellek
Az enzimmodellek esetében gyakran a természetes szubsztrátumot valamilyen helyettesített származékkal pótolják. Többnyire a reakciósebesség befolyásolása, vagy a zavaró melléktermékek kizárása a cél. A CO enzimek modellezése során a 3,5-di-tercbutil-pirokatechin (dbcatH2) a leggyakrabban alkalmazott szubsztrátum. A dbcatH2 HO
Q\H
KRJ\
terc-butil-FVRSRUWMDLQDN
HOHNWURQNOG
KD
tása kedvez az oxidációs
reakciónak, másrészt sztérikus gátlásuk révén megakadályozzák Diels-Alder típusú WHUPpNHNNpS]
GpVpWPHO\HNHWHJ\pENpQWD]
o-benzokinon esetében kapnánk [31].
2.2.1.1. Pirokatechinek autoxidációs reakciói
A dbcatH2 (14) báziskatalizált oxigénezési reakcióját Tyson és Martell vizsgálták. A reakció során 3,5-di-terc-butil-1,2-benzokinon (dtbq) (15) és hidrogénSHUR[LG
NHOHWNH]LN
$
WHUPpNHN
WRYiEEL
UHDNFLyMD
V]ROJiOWDWMD
D
PHJIHOHO
mukonsavszármazékokat [32,33]. A mechanizmust Speier és Tyeklár vizsgálták UpV]OHWHVHEEHQ >@ NLQHWLNDL HUHGPpQ\HLN DODSMiQ D N|YHWNH] iEUD D UHDNFLy HOV
OpSpVpEHQ
MDYDVODWRW WHWWpN
-di-terc-butil-szemikinon (dbsq), illetve ennek
protonált formája, valamint HO2−-ion keletkezik. A hidroperoxid-ion gyors reakcióban reagál a dbcatH2-nel, a dbsq gyökanionnal, valamint dizmutál. A reakciók HUHGPpQ\HNpSSHQ
NHOHWNH]
mukonsavszármazékokat
GWET
LOOHWYH
eredményezve.
D
+22
−
Kinetikai
tovább reagálnak egymással vizsgálatok
alapján
a
−
sebességmeghatározó lépésben, nem a H2O2, hanem a HO2 -anion támadja meg a dtbq egyik karbonil-csoportját báziskatalizált AN reakcióban. Ennek következtében egy hidroperoxid vegyület (16) keletkezik, ami Bayer-9LOOLJHUWtSXV~UHDNFLyEDQUHQGH]
GLN
át 2,4-di-terc-butil-cisz-cisz-mukonsavanhidriddé (17). A kapott anhidrid enyhén savas, vagy enyhén lúgos közegben stabilis, szolvolízise 5-(karboxi-metil)-3,5-di-terc-butil-2furanon (18) kialakulásához vezet.
17
OH O2
O
OH
O
14
O
+ H+ + HO2
O
15
O
16
H O
O
O C O C O 17
O CH2CO2H 18
10. ábra. A dbcatH2 báziskatalizált autoxidációs reakciója protonos közegben Aprotonos oldószerekben a reakció részletes mechanizmusát nem ismerjük. Speier és Tyeklár megállapították, hogy az oxigénezési folyamat végtermékei ilyen körülmények között megegyeznek ugyan a protonos oldószerek esetében kapottakkal, GH D UHDNFLy PHFKDQL]PXVD HOWpU
>@ $ GEFDW+2
alkálifém sóit (19) oxigénezve azt
tapasztalták, hogy a reakció egy gyors intermolekulás elektronátmenettel indul a dianionról a dioxigénre, aminek következtében szemikinon (20) és szuperoxid gyökanion keletkezik, s ezek lassú gyök-gyök reakcióban reagálnak egymással peroxo vegyületeket eredményezve. Intermedierként, AN reakcióban 1,2-dioxetán származék (21) keletkezik, mely termikus bomlással fénykibocsátás mellett 2,4-di-terc-butil-ciszcisz-mukonsav származékot (22) eredményez (11. ábra). A kapott mukonsav hirolízisével laktonhoz jutunk (23).
O M+ 19
O M+ O O O M+
O M+ + M+O2 O
O M+ O2 20
21
H+ O
O CH2CO2H 23
+
CO2 M CO2 M+ 22
11. ábra. A dbcatH2 báziskatalizált autoxidációs reakciója aprotonos közegben 18
Az autoxidáció során tehát dtbq csak protonos oldószerben és ott is csak közti termékként keletkezik.
2.2.1.2. Pirokatechináto-komplexek
A legkülönfélébb ligandumokkal képzett komplexeknek vizsgálták enzimutánzó WXODMGRQViJDLW D] HOP~OW pYWL]HGHNEHQ (O
iOOtWRWWDN HJ\
-, illetve kétmagvú, réz(I)-,
illetve réz(II)-tartalmú komplexeket egyaránt és más fémekkel is történtek kísérletek. Ezeknek egy része az enzim szerkezetét, másik része pedig a hatásmechanizmusát volt hivatott modellezni.
Tolman
és
csoportja
szemikinonáto-NRPSOH[HN
számolt
V]LQWp]LVpU
O
be
réztartalmú
>@
'LR[LJpQ
pirokatechináto-
illetve
[{CuIII(Bz-
-komplexek,
TAC)}2(µ-O)2](SbF6)2–t vagy [{CuII(iPr-TAC)}2(µ-η2:η2-O2)](O3SCF3)2-t (Bz-TAC = 1,4,7-tribenzil-1,4,7-triaza-ciklo-nonán, iPr-TAC = 1,4,7-tri-izopropil-1,4,7-triaza-ciklononán)
reagáltatva
(Cl4catH2),
-80ºC-on
dbcatH2-nel
szemikinonáto-komplexek
és
3,4,5,6-tetra-kloro-pirokatechinnel
keletkeztek
TAC)(sq)]SbF6; [CuII(iPr-TAC)(sq)]O3SCF3,
ahol
jó sq =
([CuII(Bz-
hozammal
3,5-di-terc-butil-benzo-
szemikinon vagy 3,4,5,6-tetra-kloro-benzo-szemikinon. A komplexek oxidációja során a PHJIHOHO
NLQRQV]iUPD]pNRWNDSWiNWHUPpNNpQW
Elemi rezet o-benzokinonnal reagáltatva szemikinonáto-komplexhez jutunk, míg dbcatH2 és fém-Up] UHDNFLyMiEDQ GLPHU IHOpStWpV [37]. Brown volt
D] DNL D] HOV
II
>&X
I
(dbsq)2]2 komplex keletkezik
II
>&X GEFDW / @ |VV]HWpWHO
NRPSOH[HNHW HO
iOOtWRWWD
II
([Cu (dbcat)(py)2]2, [Cu (dbcat)(bpy)2]2) formájában [38]. 3RZHU
pV
PXQNDWiUVDL
PDQJiQWDUWDOP~
NRPSOH[HNHW
iOOtWRWWDN
HO
([Mn2(dbcat)2(py)6], [Mn3(dbcat)4(py)4], [Mn4(dbcat)4(py)6]) [39]. Bianchini csoportja számos
Co(III),
Rh(III)
és
pirokatechináto-NRPSOH[HW
Ir(III)
iOOtWRWW
HO
([M(triphos)(dbcat)]+, ahol M = Co, Rh, Ir; triphos = CH3C(CH2PPh2)3). A dbcatH2 dioxigénnel való katalitikus reakcióját megvizsgálva a fenti komplexek jelenlétében azt tapasztalták, hogy a ruténium-tartalmú komplex esetében kimutathatók voltak ugyan a J\
U
Q\LWiVL UHDNFLy WHUPpNHL LV GH D I
WHUPpN GWET YROW PtJ ,U ,,, HVHWpEHQ
V]HOHNWtYHQFVDNDV]XEV]WUiWXPR[LGDWtYGHKLGURJpQH]
19
GpVHMiWV]yGRWWOH>
-42].
2.2.1.3. Szerves ligandumokkal képzett komplexek
Nishida és munkatársai vizsgálataik során azt találták, hogy egymagvú réz(II)komplexek esetében kulcsszerepe van a koordinációs övezet geometriájának [43]. Síknégyzetes komplexek a pirokatechin oxidációját nem katalizálják, míg egyéb, térbeli HOUHQGH]
GpVPHOOHWWDUHDNFLyOHMiWV]yGLN
Kétmagvú rézkomplexek is hatásos katalizátoroknak bizonyultak a dbcatH2 oxidációs reakciójában. A koordinációs övezet szerkezete, hasonlóan az egymagvú komplexekhez, aODSYHW
HQ PHJKDWiUR]]D D NDWDOLWLNXV DNWLYLWiVW $]
Cu-&XWiYROViJJDOUHQGHONH]
Å-nél nagyobb
NRPSOH[HNLQDNWtYDNpVFVDND]HQQpONLVHEEWiYROViJRN
HVHWpEHQ WDSDV]WDOKDWy DNWLYLWiV (] YDOyV]tQ
OHJ V]WpULNXV RNRNUD YH]HWKHW
YLVV]D
nevezetesen a két réz-LRQQDN RO\DQ WiYROViJEDQ NHOO OHQQLH HJ\PiVWyO DPL OHKHW teszi a szubsztrátum koordinálódását az elektron-WUDQV]IHU HO
Yp
WW >@ (]W WiPDV]WMD DOi
az is, hogy a kétmagvú komplexek általában jobb katalitikus sajátságokkal rendelkeznek, mint egymagvú
PHJIHOHO
LN
[45]. Az elektronikus/szerkezeti hatások
tekintetében még így is számos kérdés tisztázatlan a szerkezetileg jól körülírt komplexek HVHWpEHQ LV 1HP iOODStWKDWy PHJ SpOGiXO HJ\pUWHOP
|VV]HIJJpV D NRPSOH[HN UHGR[L
-
potenciálja és a reakciók sebessége között, a szerkezet-aktivitásbeli összefüggések általában hipotetikusak.
2.2.2. Kvercetin 2,3-dioxigenáz modellek
2.2.2.1. Fotooxigénezési reakciók
Matsuura és munkatársai kísérletekkel igazolták, hogy a 3-hidroxi-flavon származékok fotooxigénezéVL
UHDNFLyL D] HQ]LPDWLNXV ~WQDN PHJIHOHO
WHUPpNHW
depszidet (O-benzoil-szalicilsav származékot) adnak CO és CO2 keletkezése mellett [46,47]. Az általuk javasolt mechanizmus szerint (12. ábra) a 3-hidroxi-flavon származékok szingulett dioxigénnel (3. táblázat) reagálva ketohidroperoxidot (24) NpSH]QHN DPHO\QHN EHOV
iWUHQGH]
GpVpYHO QpJ\
- vagy öttagú ciklikus peroxiddá (25,
26) alakulnak át. A szingulett állapotú dioxigénnek a fotooxigénezési reakcióban EHW|OW|WWV]HUHSpWN|]YHWHWWPyGRQNpPLDL~WRQHO
20
állított szingulett dioxigénnel végzett
kísérlettel
támasztották
alá.
A
ketohidroperoxid
keletkezését
flavonoxilgyök
keletkezésén keresztül írták le.
Abból kiindulva, hogy a MnO2 katalizálja fenolok fenoxilgyökké való átalakulását, elvégezték a 3-hidroxi-IODYRQ
PHJIHOHO
UHDNFLyMiW iEUD (QQHN
eredményeként a 30 dehidrodimerhez jutottak mind nitrogén, mind dioxigén MHOHQOpWpEHQ DPL HJ\pUWHOP
EL]RQ\tWpN D J\|NLQWHUPHGLHU
29
NpS]
GpVpUH $
reakcióban peroxilgyök (24) keletkezését nem észlelték, amit azzal magyaráztak, hogy a flavonoxilgyök inaktív triplett állapotú dioxigénnel szemben.
R R O
MnO2 R=H
O
R
1
O
O2
R
R
O
R
O O
OH
O
R
O
R
O H
O
R 1
O2
O
R R
O OOH O
O
R
O 29
R
O 24
R
R R
O2 vagy N2
R
R
O
R
OO O
R
O O OH OH 26
O R
OH 25 -CO
O
R
R O O
O
R
O
O O 30
R
R
R
0,5 O2 O CO2H
R
O
-CO2
O 27
R
O CO2H 28
12. ábra. Flavonolszármazékok fotooxigénezési reakciójának javasolt mechanizmusa és dehidrodimer keletkezése MnO2-dal való reakcióban 21
Endoperoxid (25) intermedier esetén közvetlenül a 28 depszidhez jutottak CO keletkezése mellett. Az 1,2-GLR[HWiQ KDVDGiVDNRU HOV NHOHWNH]LN DPHO\ H]W N|YHW
OpSpVEHQ NHWR
-karbonsav (27)
HQ DODNXO iW HJ\ R[LGDWtY GHNDUER[LOH]
GpVL OpSpVEHQ
depsziddé és CO2-dá [46,47]. Studer és munkatársai a 3-hidroxi-flavon fotooxigénezési reakciójára az HO
EELHNEHQ LVPHUWHWHWWHNW
O HOWpU
PHFKDQL]PXVW MDYDVROWDN >@ DPHO\ D NHWWHV pV
négyes szénatomok és szingulett dioxigén között lejátszódó [2+3] típusú elektrociklusos UHDNFLyNpQW pUWHOPH]KHW
$] ROGyV]HUKDWiVW YL]VJ
álva azt találták, hogy polaritástól
IJJHWOHQO PLQGLJ XJ\DQDKKR] D WHUPpNKH] MXWXQN GH D PHFKDQL]PXVEDQ MHOHQW
V
eltérés tapasztalható. Apoláris oldószerben a szingulett dioxigén inaktív, így a triplett állapotú dioxigén reagál a flavonol tautomer formájával, míg piridinben a flavonol DQLRQRVIRUPiMDYDQMHOHQ$]HQROiWLRQHU HU
VQXNOHRILOMHOOHJpQpOIRJYDUHDNFLyNpSHVD]
VHOHNWURILOV]LQJXOHWWGLR[LJpQQHOV]HPEHQ
2.2.2.2. Báziskatalizált autooxidáció
Nishinaga és Matsuura azt találták [49-51], hogy a 3,4’-dihidroxi-flavon autoxidációja során (DMF-ban, terc-BuOK jelenlétében) a C2-& NHWW
V N|WpV IHOKDVDG
a 28 depszid és CO kvantitatív keletkezése mellett. A mechanizmust tekintve a fotooxigénezési reakció esetében is feltételezett ketohidroperoxid (24) intermedieren NHUHV]WO tUWiN OH D IRO\DPDWRW pV PHJiOODStWRWWiN KRJ\ D] ROGyV]HU Q|YHNY
polárossága gátolja az enolátion kialakulását, így a reakció lassul.
A Nordstrom által kvercetinnel végzett kísérletek [52,53] során a várt depszid helyett 2,4,6-trihidroxi-fenil-glioxilsavat és 3,4-dihidroxi-benzoesavat kapott. Ez HJ\pUWHOP
HQ
-dioxetán (26) intermedierre utalt, így Nishinaga és Matsuura
feltételezték, hogy a ketohidroperoxid (24) anionos formájának tautomériája révén a 25 és 26 ciklusok eJ\PiVVDOSiUKX]DPRVDQNpS]
GKHWQHN
Speier és munkatársai vizsgálták flavonol kálium-sójának oxigénezési reakcióját protikus és aprotikus közegben [54]. Az O-benzoil-V]DOLFLOiW endoperoxid intermedieren kersztül vezették le.
22
WHUPpN NpS]
GpVpW
2.2.2.3. Fémtartalmú enzimmodellek $] HOV
IpPWDUWDOP~ PRGHOO 1LVKLQDJD pV PXQNDWiUVDL >@ QHYpKH] I
]
GLN
akik [CoII(salen)], illetve [CuII(OAc)2] katalizátort használtak flavonol származékok oxigénezési reakciójában. Mivel a kobalttartalmú rendszer hatásosabbnak bizonyult a réztartalmúnál, ezért a kiterjedtebb vizsgálatokat is ezen a rendszeren végezték. A reakcióban feltételezett [CoIII(salen)(fla)] komplexet [CoIII(salen)(OH)] és 3-hidroxiIODYRQ UHDNFLyMiEDQ iOOtWRWWiN HO
pV V]HUNH]HWpW U|QWJHQGLIIUDNF
ióval is meghatározták
[57], majd vizsgálták oxigénezési reakcióját [58].
Speier, Kaizer és munkatársaik a [Zn(fla)(idpa)]ClO4 komplex [59] autoxidációs UHDNFLyMiW YL]VJiOWiN 0LQGHJ\LN UHQGV]HU HVHWpEHQ GHSV]LGHW pV V]XEV]WLWXHQVW IJJ
HQ DQQDN KLG
O
rolizált termékeit kapták. A kobalt esetében ciklikus voltammetriás
módszerrel kimutatták [60,61], hogy a komplex DMF oldószerben disszociál és a dioxigén a flavonolát-ionnal báziskatalizált rendszereknél leírtak szerint reagál, vagyis a kulcslépés mindkét esetben a fém által deprotonált szubsztrátum és a dioxigén reakciója. A cinksó vizsgálatánál is hasonló mechanizmust javasoltak, azonban itt gyökös intermedierek szükségességét is sikerült igazolni. Kiderült, hogy a reakciósebesség az ilyen, „nem redoxakttY´UHQGV]HUHNQpOD]LRQRNV]HSDUiFLyMiYDODUiQ\RVDQQ $] HQ]LPDWLNXV WXODMGRQViJRNQDN OHJLQNiEE PHJIHOHO iOOtWRWWiN HO
NRPSOH[HNHW Up]]HO
7DNHGD pV PXQNDWiUVDL IODYRQRO V]iUPD]pNRN UHDNWtY UpV]pKH] IRUPDLODJ
hasonló 1,2-ciklohexándion (illetve annak enolos formája), mint modellvegyület oxigénezési reakcióját vizsgálták metanolban CuCl2.5H2O katalizátor jelenlétében [62]. $ UHDNFLyEDQ I NpS]
WHUPpNNpQW
-ketosav és CO, melléktermékként α-hidroxi-adipát
GLN $ UHDNFLy IHOWpWHOH]pVN V]HULQW J\|N|V
mechanizmus szerint játszódik le,
amelyre bizonyíték, hogy peroxid terméket is elkülönítettek, ami csak gyök-gyök rekombináció révén alakulhat ki. Speier és munkatársai Cu(I)- és Cu(II)-IODYRQROiWNRPSOH[HNHWiOOtWRWWDNHO
ábra, 31), melyeket sikeresen alkalmaztak flavonol oxigénezési reakciójában. A 13. iEUiQOiWKDWyND]DONDOPD]RWWOLJDQGXPRNpVD]HO
23
iOOtWRWWNRPSOH[HN|VV]HWpWHOH
A redoxaktív fémtartalmú modellek a leginkább elfogadhatók szerkezeti és funkcionális szempontból egyaránt. A részletes szerkezeti vizsgálatok és kinetikai mérések nyomán a 14. ábrán látható mechanizmus írható fel a réztartalmú komplexek autoxidációjára.
Ligandum
P
N
N
N
N
Ref.
Mechanizmus (14. ábra.)
[CuII(fla)2]
[63]
B
PPh3
[CuI(PPh3)2(fla)]
[64]
B
phen
[CuII(phen)2(fla)]ClO4
[65]
A
tmeda
[CuII(tmeda)(fla)2]
[65]
A
bpy
[CuII(bpy)(fla)2]
[65]
A
idpa
[CuII(idpa)(fla)]ClO4
[66]
B
indH
[CuII(ind)(fla)]
[67,68]
B
N
N
N
Komplex
N H
N
N
N
NH N
N
13. ábra. Réztartalmú 2,3QD modellekhez alkalmazott ligandumok
A fotooxigénezési és báziskatalizált reakciókhoz hasonlóan itt is az enzimatikus termékek keletkeztek, endoperoxid (33), illetve 1,2-dioxetán (34) intermediereken keresztül. Lényeges különbség azonban, hogy az oxigénezési reakció a fém koordinációs övezetében játszódik le oly módon, hogy a réz(II)-IODYRQROiW NRPSOH[E un. vegyérték izomerizáció révén flavonoxi-réz(I)-komplex (32) alakul ki.
24
O
O
O
K gyors
O
O CuI 32
lassú
O
O
O Cu
II
O
A
O O O 34 O CuII
O O O
O O O O CuII
k
O
O CuII 31
O
O2
O O O O CuII B
O O O O CuII
- CO
OO O
O 33 O CuII
14. ábra. A réztartalmú modellek autoxidációs reakciójára javasolt mechanizmus
Ezeket
az
eredményeket
használták
az
eredeti
2,3QD
enzim
röntgenszerkezetének megállapítása után, az enzimatikus reakcióút leírására [11].
2.2.3. Dioxigén-komplexek
A triplett állapotú dioxigén szingulett állapotú szerves szubsztrátumokkal szemben kevésbé reakcióképes. A dioxigén elektronállapotait a 3. táblázatban tüntettük fel, aPHO\E
O NLW
QLN KRJ\ D WULSOHWW PHOOHWW QDJ\REE HQHUJLDWDUWDOP~ V]LQJXOHWW
állapotok is léteznek.
Redoxi-,
valamint elektrociklikus
reakciókban
a
1
g
elektronállapotú forma reagál [69]. $ V]LQJXOHWW GLR[LJpQ NHOHWNH]pVpW D N|YHWNH]
biológiai
rendszerekben
(5),
ahol
a
reaktív
HJ\HQOHW V]HULQW NpS
forma
kialakulásához
zelik el
redukált
intermedierekre, vagy ezek vegyületeire van szükség.
2O2
+
2H +
1
O2 és 3O2
25
+ H2O2
(5)
3. táblázat. A dioxigén elektronállapotai és tulajdonságaik Elektron-
HOMO
Relatív energia
állapot 1 1 3
Élettartam (s)
Elektron-
(kJ)
gáz
foly.
szerkezet
g
155
7,12
10-9
2
g
92
3000
10-3
O=O
g
0
oo
oo
π*x
-O
2
-O
π*y
A metalloenzimek kapcsán végzett modellreakciók egy része tehát arra, a biokémiában viszonylag ritkán tárgyalt kérdésre próbál kémiai választ nyújtani, hogy a dioxigén aktiválása milyen módon történhet az adott enzimben [70]. A 15. ábrán tüntettük fel a lehetséges dioxigén-komplexek szerkezetét.
O
+LMred
LM O O vagy LM
LMred
O η1 "side"-on
η1 "end"-on
O
ML vagy O transz µ−η1:η1-peroxo LM
O
O
ML ML és/vagy LM O O µ-η2:η2-peroxo bisz(µ-oxo)
LM
QD modell
O O
LM ML 1 η -1,1
O O LM ML 1 1 cisz µ−η :η -peroxo CO modell
15. ábra. A dioxigén koordinációjának lehetséges változatai
Már korábban is feltételezték rendkívül instabilis réz-dioxigén komplexek keletkezését réz(I)-komplexek reakciója során víz-acetonitril elegyben, azonban az akkRUL
YL]VJiODWL PyGV]HUHNNHO QHP WDOiOWDN HJ\pUWHOP
EL]RQ\tWpNRNDW OpWH]pVNUH
[71,72]. $ PyGV]HUHN IHMO
GpVpYHO pV D YL]VJiODWL FpORNQDN PHJIHOHO
alkalmazásával sikerült különféle dioxigén-NRPSOH[HNHWHO liganduP NRPSOH[HNE
OLJDQGXPRN
iOOtWDQLpVNLPXWDWQL5p] ,
-
O NLLQGXOYD R[LGDWtY DGGtFLy VRUiQ MXWRWWDN D iEUiQ Yi]ROW
26
szerkezetekhez [73-91], melyek a 2.1.1. és 2.1.2. fejezetekben tárgyalt enzimek dioxigén aktiválási modelljeiként foghatók fel.
Egyes három-, illetve négyfogú ligandumok alkalmazásával az 1:1 arányú intermedier (15. ábra, QD modellek) és a dimer termék (15. ábra, CO modellek) NHOHWNH]pVH |VV]HPpUKHW Q\RPRQ N|YHWKHW
>
VHEHVVpJJHO MiWV]yGLN OH pV VSHNWURIRWRPHWULiVDQ PLQGNHWW
6-83,85]. Más ligandumok esetében az 1:1 komplex keletkezése a
VHEHVVpJPHJKDWiUR]y tJ\ D MHOHQOpY
0/ NRPSOH[ D]RQQDO HOUHDJiO YHOH GLPHU WHUPpN
keletkezése közben [89-91@ $ KDUPDGLN HVHWEHQ D UHQGNtYO J\RUV HO
HJ\HQV~O\ UpYpQ
kialakuló 1:1 komplex feleslegbe kerül, így a dimer keletkezése az 1:1 komplexre nézve PiVRGUDQG
NLQHWLNDV]HULQWYL]VJiOKDWy>
6-88, 92-94].
Nagy sztérikus hatású szubsztituenseket tartalmazó ligandumoknál kizárólag intermedier keletkezését figyelték meg [78,79] és egyes esetekben szilárd formában is elkülönítették [95-98]. A reakciókról általánosan elmondható, hogy azok entrópiája negatív, így a termodinamikailag kedvezményezett (negatív entalpia értékek) 1:1 DUiQ\~ LOOHWYH GLPHU WHUPpNHN NLDODNXOiVD FVDN NLV K
PpUVpNOHWHQ NpS]HOKHW
Mindezek mellett megállapították, hogy az HOHNWURQNOG
V]XEV]WLWXHQVHN Q|YHOLN D
UHDNFLyVHEHVVpJHW $ GLPHU V]HUNH]HWHN PDJMiW NpSH]
0 22
HO
)M kötések tulajdonságait
a fémionok közötti távolság szabja meg. Kiemelt figyelmet érdemelnek azok a komplexek, amelyekben a µ−η2:η2peroxo- és a bisz(µ−oxo)-diréz magok egymással egyensúlyban állnak. Az ilyen modellek jól reprezentálják az O−2 N|WpV UHYHU]LELOLV ELROyJLDL KDVtWiViW (OV
NpQW
Tolman és munkatársai írták le ezt a jelenséget iPr-TAC (1,4,7-tri-izo-propil-1,4,7triaza-ciklononán)
és
Bz-TAC
(1,4,7-tri-benzil-1,4,7-triaza-ciklononán)
[99]
ligandumokkal képzett, kétmagvú rézkomplexeknél [90,91,100]. Stop-flow kinetikai vizsgálatok során azt találták, hogy a dioxigén és a [CuI(iPr-TAC)(MeCN)]+ prekurzor egyes részrend szerint reagál egymással, tehát a sebességmeghatározó lépés az 1:1 arányú dioxigén-réz-komplex kialakulása, még akkor is, ha ilyen vegyületet nem sikerült kimutatni. Acetonban végzett kísérletek során a termék ~4:1 arányban a
µ−η2:η2-peroxo- és a bisz(µ−oxo)-diréz komplex volt. Az izoméria oldószerfüggést is mutat: THF-ban a bisz(µ−oxo)-, míg CH2Cl2-ban a µ−η2:η2-peroxo-komplex
27
keletkezése a kedvezményezett, az oldószerek keverésével az egyensúlyi összetétel is azonnal megváltozik. .LVHEE V]WpULNXV LJpQ\
V]XEV]WLWXHQVHN HVHWpEHQ SO D %]
-TAC ligandum
benzilcsoportjai) [98], kizárólagosan bisz(µ−oxo)-komplex keletkezését tapasztalták. Más, helyettesített diaminok, illetve triaminok vizsgálata során hasonló hatásokat figyeltek meg [101-104].
A dioxigén kötésrendjének kialakulásában kétmagvú komplexek esetén tehát a legfontosabb szerepet a ligandumok közötti sztérikus kölcsönhatások játsszák. A ~3,6 Å Cu-Cu távolság peroxo-, míg ~2,8 Å távolság bisz(µ−oxo)-komplex keletkezésének kedvez [105]. Legtöbb esetben a nagyobb termodinamikai stabilitású bisz(µ−oxo)NRPSOH[NHOHWNH]LND]RQEDQQDJ\WpUNLW|OWpV
peroxo-IRUPDNLDODNXOiVDYDOyV]tQ -HOHQW
V
KDWiVD YDQ
OLJDQGXPRNHVHWpEHQDNLVHEEVWDELOLWiV~
EE
PpJ
−Cu−N szögeknek a kialakult kelátokban.
D 1
Háromfogú ligandumok esetében a négyzet alapú piramis geometria a bisz(µ−oxo)Cu(III)-komplex kialakulásának kedvez. Kétfogú ligandumok alkalmazása során a N−Cu−N síkbeli szögek kis értéke stabilizálja a bisz(µ−oxo)-Cu(III)-komplexeket, mivel ilyenkor a rézion és az oxo-ligandum orbitáljai közötti átfedés nagyobb. Az HOHNWURQLNXV KDWiVRNDW WHNLQWYH DKRJ\DQ D] YiUKDWy LV D] HOHNWURQNOG
FVRSRUWRN
kedveznek a bisz(µ−oxo)-Cu(III)-komplexek kialakulásának [106].
2.2.4. 1H-3-Hidroxi-4-oxokinolin 2,4-dioxigenáz modellek
A kinolinszármazékok, ezen belül is a 1H-2-metil-3-hidroxi-4-oxokinolin biológiai lebontásának témakörében számos, a 2.1.3. fejezetben tárgyalt enzimológiai munka jelent meg. A tisztított enzimek szerkezetvizsgálata és az enzimatikus reakciók termékeinek elkülönítése mellett sor került részletes mechanizmus vizsgálatokra is. Czaun
pV 6SHLHU YL]VJiOWiN NO|QE|]
R[RNLQROLQ V]iUPD]pNRN
terc-BuOK
jelenlétében lejátszódó báziskatalizált oxigénezési reakcióját THF, DMF és DMSO oldószerekben [107,108], valamint a szubsztrátumok Li-sóinak hasonló reakcióját. Ezek
28
a rendszerek az ionos enzimreakció funkcionális modelljeiként foghatók fel. A reakciókra a 16. ábrán feltüntetett mechanizmust javasolták.
H N
H N
R
H N
R
O
O
OH O 36
O 35
R
37
O O2 O2
O2 H O N R O O O 40
H N
H N
R
O
O 38
O2
H N
R O O O
O 41
O 39
R O O O
16. ábra. Oxokinolin származékok báziskatalizált oxigénezési reakciójának mechanizmusa
A szubsztrátumból (35) PHJIHOHO
DQLRQ
Ei]LV KDWiViUD D] HOV
HJ\HQV~O\L OpSpVEHQ NLDODNXO D
36), mely keto-enol tautomer viszonyban van a 37 formával. A 37
karbanion ezután szuperoxiddá redukálja a dioxigént, miközben átmenetileg gyökké (38) alakul. A 38 J\|NE
O D NpS]
G|WW V]
uperoxid hatására peroxid-származék (39)
keletkezik, melynek további reakciója endoperoxidot (40), vagy 1,2-dioxetánt (41) szolgáltat. A másik lehetséges reakcióúton a 37 karbanion és dioxigén lassú reakcióban alakítja ki a 39 intermediert. Protonos oldószHUHNEHQ D] XWyEEL UHDNFLy~W MHOHQW PHJQ
DSURWRQRV N|]HJEHQ D]RQEDQ D] HO
EEL UHDNFLy~W GRPLQiO
VpJH
Az irodalom alapján
a 2.1.3. fejezetben tárgyalt gyökös mechanizmusra még nem született modell.
2.2.5. MnSOD utánzó vegyületek A természetes SOD enzimHN
KLiQ\RV P
N|GpVpW HQQHN N|YHWNH]WpEHQ D
szuperoxid gyök-anion kumulálódását, számos betegség (pl. AIDS, rák, gyulladásos
29
betegségek stb.) kiváltó okaként tartják számon [109]. Ennek eredményeképpen az XWyEEL pYWL]HGEHQ MHOHQW
V pUGHNO
GpV LUiQ\XOW
mesterséges KHO\HWWHVtW
N HO
iOOtWiViUD pV
vizsgálatára [110]. Annak ellenére, hogy a természetes enzimek mintájára, Fe, Mn és &X=Q
IpPWDUWDOP~
KHO\HWWHVtW (]I
PRGHOOHNHW
HJ\DUiQW
HO
iOOtWRWWDN
pV
NpQW YDOy DONDOPD]iVUD OHJLQNiEE D 0Q62' XWiQ]
WHV]WHOWHN
vivo
ó vegyületek alkalmasak.
NpQWDV]DEDGPDQJiQ ,, LRQNLVHEEWR[LFLWiViQDNN|V]|QKHW
-
$] HO
in
>
1].
iOOtWRWW NRPSOH[HN N|]O HGGLJ NpW WtSXV MXWRWW HO D NOLQLNDL WHV]WHNLJ D
helyettesített penta-aza-ciklusokkal [112] és a salen-típusú ligandumokkal [113] képzett komplexek. A 17iEUiQ D] HJ\pE~M OLJDQGXPRNNDO HO
iOOtWRWW 62'XWiQ]yDNWLYLWiVW PXWDWy
vegyületeket tüntettük föl a teljesség igénye nélkül. Az I50 értékek azt a komplex koncentrációt jelölik, ahol a közvetett módszer [114] során alkalmazott indikátor vegyület és a szuperoxid gyök-anion között lejátszódó redoxi reakció sebessége 50%kal csökken. Ez az érték jelzi a komplex szuperoxiddal szembeni aktivitását. -HOOHP]
DNRPSOH[UHKRJ\DIpPPHO\ UHGR[LiWPHQHWH
játszik szerepet a SOD
katalízis során. Egy vegyület azon redoxi átmenete révén mutathat SOD utánzó DNWLYLWiVW PHO\QHN IpOOpSFV
SRWHQFLiOMD D 22
/O2− és O2−/H2O2 iWPHQHWHNQHN PHJIHOHO
-0,33 V<E1/2 (vs. NHE)<0,89 V értékek közé esik [115]. A feltüntetett N-donor OLJDQGXPRN HOV
V
orban a természetes enzim aktív helyének szerkezetét utánozva
próbálják annak funkcionalitását minél jobban biztosítani. Ligandum X
N H OH NH X
I50 (PM)
Redoxi átmenet
Ref.
Mn(III)/Mn(II)
[116]
X
N H HO
5,50
vagy Mn(IV)/Mn(III)
OH 1,2 mg/cm-3 (polimer) N N
NH HO
O
N
30
Mn(III)/Mn(II)
[117]
N N HB N N N N
Mn(III)/Mn(II)
[118]
0,043-72,00
Mn(III)/Mn(II)
[119]
4,3
Mn(III)/Mn(II)
[120]
0,05
Mn(III)/Mn(IV)
[121]
2,93
Mn(III)/Mn(II)
[122]
R2
R1 N
N H
N
5FVRSRUWRNWyO
H N
IJJ
R4
HQ
R3 N H
N
0,75
NH
N
N
HN N
MeO2C N
N H
O OH N
H N MeO2C O
O N
N
N N
17. ábra. MnSOD utánzó vegyületek aktivitása és a felhasznált ligandumok A kémiai alkalmasságon, vagyis a szuperoxid gyök-anionnal szembeni szelektív reakciókészségen kívül, más feltételeknek is teljesülniük kell egy vegyülettel szemben [110]. Ezek közé tartozik a ligandumok biológiai lebonthatósága káros termékek keOHWNH]pVH QpONO D NRPSOH[ NHOO
VWDELOLWiVD WHUPpV]HWHV NRPSOH[NpS]
SODOEXPLQ YDODPLQWD]DONDOPD]RWWOLJDQGXPRNPHJIHOHO
HQNLVPpUHWH8WyEELQDND
ELROyJLDL PHPEUiQRNRQ YDOy iWMXWiV VRUiQ YDQ V]HUHSH (EE PHJOHS
NNHO V]HPEHQ
O D V]HPSRQWEyO QHP
KRJ\ D V]LQWHWLNXV OLJDQGXPRN PHOOHWW HJ\UH QDJ\REE pUGHNO
Q|YpQ\L YDJ\ iOODWL HUHGHW
NHOiWNpS]
NHW pV H]HN DONDOPD]KDWyVi
vegyületekként 31
GpV |YH]L D
gát MnSOD utánzó
&pONLW
]pVHN
$ NXWDWiVDLQN DODSMiW NpSH]
pV D] HO
]
IHMH]HWHNEHQ WiUJ\DOW R[LGRU
eduktáz
enzimek szerepe lényegében a szubsztrátum és a dioxigén közötti redoxireakció lejátszódásához szükséges körülmények biztosítása. Az elemi lépések szintjén egymást N|YHW
YDJ\SiUKX]DPRV&
aminek
−H kötés felhasadás és új, C−O kötés(ek) kialakulása zajlik,
eredményeképpen
oxidált
termékhez
és
többnyire
kis
molekulájú
melléktermékekhez jutunk (6).
C
+ O2
C O
H
+ H2O2
C O
+ H2O
H
(6)
+ CO
Az enzim a molekulák egymással szembeni reakciókészségét képes kialakítani intra-, vagy intermolekuláris elektronátmeneti lépések révén. A legtöbb esetben az aktív helyükön fémet tartalmazó metalloenzimek rendelkeznek ilyen funkcióval, de láthattunk példát olyan proteinekre is, amelyek pusztán bázicitásuk révén játszanak szerepet a reakció során.
3.1. Pirokatechin oxidáz modellek
1.
Ismert, hogy a CO enzim aktív helyén 3-as típusú rézcentrummal rendelkezik. A
réz redoxaktivitása révén képes a koordinált molekuláktól elektront elvonni, vagy azoknak elektront átadni. Ezt a jelenséget nevezzük vegyérték izomerizációnak. Feltételezésünk szerint a fém ezen tulajdonságának meghatározó szerepe van a CO enzimP
N|GpVHVRUiQ
Ennek felderítésére szerettünk volna rezet, illetve cinket tartalmazó, hasonló V]HUNH]HW
oxidációs
NpWPDJY~ NRPSOH[HNHW D]RQRV OLJDQGXPPDO HO
reakciójában
katalizátorként
mecKDQL]PXViQDN YL]VJiODWiYDO OHKHW
iOOtWDQL pV D V]XEV]WUiWXP
alkalmazni.
A
katalitikus
reakció
VpJQN Q\tOW D]RQRV N|UQ\H]HWEHQ YL]VJiOQL HJ\
redoxaktív (Cu) és egy nem redoxaktív (Zn) fém viselkedését. 32
2.
A pirokatechin-WtSXV~PROHNXOiNDURPiVYHJ\OHWHNNDWDEROL]PXViQDNN|]EHQV
WHUPpNHNpQW
NpS]
GQHN
HO
V]HUYH]HW
ekben. Enzimatikus reakciók során tovább
bomolhatnak, de egyébként stabilisak. Kiderült, hogy az un. polifenolok már régóta ismert
gyökfogó,
illetve
antioxidáns
KLGUR[LOFVRSRUWRNQDNN|V]|QKHW
sajátsága
az
orto-KHO\]HW
IHQRORV
Szabad gyök jelenlétében dioxigénnel reagáltatva a szubsztrátumot, szerettük volna a reakció mechanizmusát vizsgálni, ezzel választ kapni arra a kérdésre, hogy PLQHNN|V]|QKHW
HV]HUNH]HWUpV]NLWQWHWHWWV]HUHSH
3.2. Kvercetin 2,3-dioxigenáz modellek
3.
A 2,3QD enzim szubsztrátumot is tartalmazó modelljeinek autoxidációs
reakcióját részletesen vizsgálták, és ennek alapján javaslatot tettek az enzimatikus UHDNFLy
PHFKDQL]PXViUD
iEUD
,O\HQ
PRGHOONpQW
iOOtWRWWiN
HO
D
[CuII(fla)(idpa)]ClO4 komplexet. Jelen munka során ezen komplex katalitikus aktivitását vizsgáltuk flavonol oxigénezési reakciójában. Célunk volt annak felderítése, hogy a ciklus során a termék gyors szubsztrátum-termék ligandumcsere során szabadul fel, vagy a szubsztrátum egyéb szerepet is játszik a mechanizmusban. Ennek alapján következtethetünk
az
enzimkatalízis
során
a
szubsztrátum-termék
csere
mechanizmusára.
4.
Láthattuk, hogy a 2,3QD eddigi modellvegyületeinél aktivált szubsztrátum
reagált dioxigénnel. Egyéb oxidázok és oxigenázok
P
N|GpVH VRUiQ IHOWpWHOH]KHW
dioxigén-komplexek kialakulása a katalízis során. Irodalomból ismert dioxigén NRPSOH[HN pV IODYRQRO UHDNFLyMiEDQ D]W V]HUHWWN YROQD NLGHUtWHQL KRJ\ HONpS]HOKHW
-e
az enzimatikus reakció lejátszódása ilyen úton, és ha igen, betekintést nyerni az oxigénaktiválás lehetséges mechanizmusába.
5.
Az
1,3-bisz(2-piridil-imino)-izoindolinnal
(indH)
és
flavonollal
képzett
vegyesligandumú komplex korábban alkalmasnak bizonyult az enzimatikus reakció PRGHOOH]pVpUH
(Q]LPPRGHOOHN
PROHNXODW|PHJ
PRGHOOHNHO
HO
iOOt
tásánál az egyik szempont minél kisebb
iOOtWiVD$
4H-3-hidroxi-2-metil-benzopirán-4-on (mcoH)
33
szubsztrátumként alkalmazva arra voltunk kíváncsiak, hogy a 2-HV
KHO\]HW
szubsztituenscsere a flavonolhoz viszonyítva (fenilcsoport helyett metilcsoport) módosítja-e a reakció kimenetelét és a mcoH alkalmazható-e modellvegyületként.
3.3. 1H-3-Hidroxi-4-oxokinolin 2,4-dioxigenáz (Qdo) és 1H-3-hidroxi-4-oxokinaldin 2,4-dioxigenáz (Hod) modellek
6.
A Qdo és Hod enzimek kofaktort és fémet sem tartalmazó dioxigenáz enzimek.
Általánosan elfogadott elképzelés, hogy az oxokinolin származékok oxigénezési UHDNFLyMD LRQRV PHFKDQL]PXVVDO MiWV]yGLN OH ÒMDEEDQ IHOYHW
G|WW DQQDN OHKHW
VpJH
hogy a reakció gyökös mechanizmussal is végbemehet. Ionos modellreakciók során NRUiEEDQVLNHUUHODONDOPD]RWWHJ\V]HU
V]XEV]WUiWXPRNpVV]DEDGJ\|NUHDNFLyMiEDQD]W
szerettük volna tisztázni, hogy a gyökös mechanizmus szerepet játszhat-e az enzimkatalízis során. Annál is inkább indokolt ennek vizsgálata, mivel az enzim által kialakított hidrofób környezetben gyök-LQWHUPHGLHUHN MHOHQOpWpW VRNNDO YDOyV]tQ
EEQHN
tartjuk sav-bázis párok keletkezésénél.
3.4. MnSOD utánzó vegyületek
7.
A
3-hidroxi-piranon
katabolizmusának kö]EHQV V]HUYH]HWQNEH
pOHOPLV]HUHN
származékok WHUPpNpW QHP
amellett,
NpSH]LN
WiSDQ\DJ
hogy
V]iPRWWHY
|VV]HWHY
LNpQW
aromás
vegyületek
PHQQ\LVpJEHQ pV
YLV]RQ\ODJ
MXWQDN QDJ\
PHQQ\LVpJEHQLVOHERPODQDNV]HUYH]HWQNHWNiURVtWyKDWiVRNQpONO6WDELOLVNHOiWNpS]
sajátságuk ismert, így érdemesnek gondoltuk vizsgálni mangán(II)-komplexeik SOD utánzó aktivitását.
34
4. Eredmények és értékelésük
4.1. Pirokatechin oxidáz modellek
A pirokatechin oxidáz enzim modellreakcióinak vizsgálata során, illetve a modellvegyületek
elkészítéséhez
a
3,5-di-terc-butil-pirokatechint
használtuk
szubsztrátumként.
4.1.1. Pirokatechináto-réz(II) és cink(II)-NRPSOH[HNHO $ OLJDQGXP NLYiODV]WiViQiO HOV
iOOtWiVD>
3]
GOHJHV V]HPSRQW YROW KRJ\ D] HQ]LPpKH]
hasonló koordinációs szférát alakítsunk ki a fém körül. Emellett a réz(II)-, illetve cink(II)-tartalmú modellvegyületek esetében az N-donor ligandumok bázicitása is PHJKDWiUR]yMHOHQW
VpJ
ËJ\DKiURPQLWURJpQWWDUWDOPD]y¶
-imino-bisz(N,N-dimetil-
propil-amin)-t (13. ábra, idpa) használtuk ligandumként, mely megfelelt az általunk támasztott feltételeknek [66]. 4.1.1.1. A [CuII(dbcat)(idpa)]2NRPSOH[HO
iOOtWiVDpVV]HUNH]HWpQHND]RQRVtWiVD
Elemi rezet acetontirilben, argon alatt 3,5-di-terc-butil-1,2-benzokinonnal (dtbq) reagáltattunk. A fém feloldódása után idpa-t adtunk az oldathoz és két órán át refluxáltattXN
(]XWiQ D] ROGDWRW IHOpQ\L WpUIRJDWUD SiUROWXN PDMG OHK
NHOHWNH]HWW ]|OG FVDSDGpNRW DFHWRQLWULOE
W|WWN $
O iWNULVWiO\RVtWYD U|QWJHQGLIIUDNFLyV PpUpVUH
alkalmas egykristályokat kaptunk (6).
2Cu0 + 2dtbq + 2idpa
Ar, 2h reflux MeCN
N N H
35
H
O N
O
CuII N
N
CuII O
O
N
(6)
A termék összetételének és szerkezetének meghatározása elemanalízissel és spektroszkópiai vizsgálatokkal történt (4. táblázat). 4. táblázat. A [CuII(dbcat)(idpa)]2 komplex fizikai tulajdonságai, spektroszkópiai adatai és elemanalízise Komplex Szín Olvadáspont
[CuII(dbcat)(idpa)]2 zöld 136-138°C
IR (KBr, cm-1)
νCO: 1259, 1461 νNH: 3226 log ε (267) = 3,67 C: 61,17 H: 9,62 C: 60,24 H: 9,21
UV-vis (DMF) Elemanalízis (elméleti) Elemanalízis (mért)
N: 8,92 N: 8,43
Az elemanalízis során számított és mért értékek jó egyezése azt mutatja, hogy a termék összetétele megfelel a [CuII(dbcat)(idpa)]2 komplexének. $WHUPpNU spektrum alapján elmondható, hogy a dbcatH2-UH WDUWRPiQ\EDQ MHOHQWNH]
MHOOHP]
νOH vegyértékrezgési sávok elW
ONpV]OW,5
-3500 cm-1-es
QWHN DPL D V]XEV]WUiWXP
koordinációjára utal. Ezt támasztják alá az 1259 és 1461 cm-1-QpO PHJMHOHQ sávok is, melyek a νCO
YHJ\pUWpNUH]JpVKH]
UHQGHOKHW
N
$]
LGSD
LQWHQ]tY OLJDQGXP
koordinációját a 3226 cm-1-QpOMHOHQWNH] νNH vegyértékrezgés mutatja. A [CuII(dbcat)(idpa)]2 komplex THF-os oldatáról egy nap után készült ESR felvételen (18. ábra) réz(II)-ionhoz kapcsolható jel látható (g = 2,108, ACu = 60 G). A V]HUYHV J\|N|NUH MHOOHP]
WDUWRPiQ\EDQ WDOiOKDWy D] HO
EELKH] NpSHVW
4
-szer kisebb
intenzitású dublett jel (g = 2,0040, AH = 3,03 G) szemikinonra utal (18. ábra, nagyítás). Ezek alapján egy (pirokatechináto)réz(II)- és (szemikinonáto)réz(I)-komplex közötti vegyérték-L]RPHUL]iFLy WpWHOH]KHW réz(I)-LRQKR]J\HQJHLG
IHO DKRO D]RQEDQ D V]HPLNLQRQ NRRUGLQiFLyMD D
YHOGLVV]RFLiO
A komplex frissen készített DMF-oldatának ESR felvételén (19. ábra) a szerves tartományban kilenc vonalas felhasadást mutató finomszerkezet látható. A paraméterek alapján (19. ábra alatt) mind a szemikinon, mind az idpa rézhez koordinált formában van jelen. A HOW
QLN
63
Cu és
65
KHO\HWWH
&X L]RWySRNQDN N|V]|QKHW ~MUD
D
GXEOHWW
QRQHWW ILQRPV]HUNH]HW yUiNNDO NpV
MHOHQLN
36
PHJ
$]
(65
EE
HUHGPpQ\HN
[CuII(dbcat)(idpa)]2
[CuI(dbsq)(idpa)]2 egyensúly fennállását bizonyítják, amelyet
vegyérték izomerizációnak neveznek és más modelleknél is tapasztaltak [124].
MnVI MnV
MnIII
I Mn II Mn
Mn IV
MnIV
MnIII
3300 3000
3100
3200
3300
3400
3500
3340
3380
3600
Gauss
18. ábra. A [CuII(dbcat)(idpa)]2 NRPSOH[U
OV]REDK
PpUVpNOHWHQ$UDODWWHJ\QDSXWiQ
készült ESR felvétel (THF)
2950
3050
3250
3150
3350
3450
Gauss 19. ábra. A [CuII(dbcat)(idpa)]2 NRPSOH[U
OV]REDK
PpUVpNOHWHQ$UDODWW'0)
-ban
készült ESR felvétel (g = 2,0067, aCu = 6,4 G, aH = 4,95 G, a2N = 5,5 G) A röntgendiffrakciós vizsgálathoz kapcsolódó krisztallográfiai adatokat az 5. táblázatban tüntettük fel. 5. táblázat. A [CuII(dbcat)(idpa)]2 komplex krisztallográfiai adatai Komplex Összegképlet Szín
[CuII(dbcat)(idpa)]2 C26H48CuN4O2 sötétzöld 37
Molekulatömeg +
PpUVpNOHW
Besugárzási hullámhossz Kristályrendszer Tércsoport Elemi cella méretei a [Å] b [Å] c [Å] α (°) β (°) γ (°) Elemi cella térfogata [Å3] Z 3 6 U VpJ V]iPtWRtt) [Mg/m ] -1 Abszorpciós koeff. µ [mm ] F(000) Kristály jellemzése Kristály mérete [mm] Abszorpciós korrekció Max. és min. transzmisszió θ tartomány [°] Index tartományok
*\
MW|WWUHIOH[LyN
Független refl. száma 9pJV R [I>2σ(I)]
799.78 293(2) K Mo-Kα, λ =0.71073 Å triklin P-1 10,576(1) 11,927(1) 12,621(1) 77,89(1) 88,65(1) 70,21(1) 1462,7(2) 2 1,163 0,773 554 lap 0,35 × 0,50 × 0,55 psi-scan 0,9811 és 0,8005 2,21 ≤ ° ≤ 31,99 -15 ≤ h ≤ 14 -17 ≤ k ≤ 0 -18 ≤ l ≤ 18 10768 7569 R1 = 0,0378, wR2 = 0,0939
20. ábra. A [CuII(dbcat)(idpa)]2 komplex röntgendiffrakciós szerkezete 38
A 20. ábrán látható szerkezethez tartozó fontosabb kötéstávolságokat és szögeket a 6. táblázatban foglaltuk össze. 6. táblázat. Fontosabb kötésszögek és kötéstávolságok a [CuII(dbcat)(idpa)]2 komplexben Atompár Cu1—Cu1a Cu1—N17 Cu1—N21 Cu1—O1 Kötés Cu1—O1—Cu1a O1—Cu1—O1a O1—Cu1—N21
Kötéshossz (Å) 3,1034 2,0622 2,0465 1,9585 Kötésszög (°) 91,28 88,72 86,10
Atompár Cu1—O1a Cu1—O8a C2—O1 C3—O8 Kötés O1a—Cu1—N17 N21—Cu1—O8 O1—Cu1—O1a
Kötéshossz (Å) 2,3642 1,9266 1,3498 1,3440 Kötésszög (°) 169,17 162,84 88,72
A 20. ábra, valamint a kapcsolódó táblázat alapján elmondható, hogy a molekula V]LOiUG IRUPiEDQ GLPHU V]HUNH]HW
$ Up] ,,
-centrumok torzult négyzetes piramidális
geometriával írhatók le (τ = 0,11, tökéletes trigonális bipiramis esetén τ = 1, négyzetes piramis esetén értéke 0 [125]), ahol a síkban két nitrogén található (Cu1−N17, Cu1−1 pV NpW D NHOiWNpQW N|W
G
SLURNDWHFKLQiW
szubsztrátumból származó oxigén
(Cu1−O1a, Cu1−O8a).
A két fémcentrum közötti hidat a pirokatechin egyik oxigénje alkotja (Cu1Cu1a, 3,1034 Å, Cu1-O1-Cu1a, 88,72°), amely apikális pozícióban található. A Cu-O N|WpVWiYROViJRN D KtGKHO\]HWEHQ OpY
DWRPRN HVHWpEHQ MHOHQW
VHQ HOWpUQHN &X
-O1,
1,9585 Å, Cu1-O1a, 2,3642 Å) és jóval hosszabbak, mint a terminális oxigén esetében (Cu1-O8a, 1,9266 Å). A C-O kötéseN KRVV]D DOLJ WpU HO D NpW HVHWEHQ KtGKHO\]HW
oxigénnél 1,3498 Å, terminális oxigénnél 1,3440 Å).
4.1.1.2. A [Zn(dbcat)(idpa)]2NRPSOH[HO
szerkezete
iOOtWiVDpV
Cink-perklorát-hexahidrátot 1:1 arányban kevertettünk inert atmoszféra alatt dbcatH2-nel és idpa-nal, metanolban (7). Termékként fehér csapadékot kaptunk, melynek összetételét elemanalízissel határoztuk meg, szerkezetét spektroszkópiai módszerekkel azonosítottuk. Az eredményeket a 7. táblázatban foglaltuk össze.
39
O Ar MeOH
.
2Zn(ClO4)2 6H2O + 2dbcatH2 + 2idpa
N N H
O Zn N
H
N
N
Zn O
(7)
N
O
7. táblázat. A [Zn(dbcat)(idpa)]2 komplex fizikai tulajdonságai, spektroszkópiai adatai és elemanalízise Komplex Szín Olvadáspont IR (KBr, cm-1) UV-vis (DMF) Elemanalízis (elméleti) Elemanalízis (mért)
[Zn(dbcat)(idpa)]2 fehér 160-164°C (bomlik) νCO: 1246, 1467 νNH: 3224 log ε (285) = 3,25 C: 60,94 H: 9,59 C: 60,42 H: 9,73
N: 8,88 N: 9,91
A termék elemanalízise azt mutatja, hogy a mért értékek minden esetben megfelelnek a feltételezett szerkezetre számoltaknak. A komplex dimer szerkezettel is leírható, és elképzelésünk szerint ez hasonló a rézkomplex esetében megállapított szerkezettel. A moltömeg meghatározására, illetve egykristály eO
iOOtWiViUD
WHWW
kísérleteinket azonban a vegyület dioxigénre és nedvességre való rendkívüli érzékenysége meghiúsította. $WHUPpNU
ONpV]OW,5VSHNWUXPD]WPXWDWMDKRJ\DSLURNDWHFKLQNRRUGLQiOyGRWW
(a 3200-3500 cm-1
WDUWRPiQ\EyO HOW
QWHN D
νOH rezgések, emellett intenzív sávok
jelentek meg 1246 és 1467 cm-1-nél, amelyek a νCO YHJ\pUWpNUH]JpVKH] UHQGHOKHW
N
Az idpa ligandum jelenlétét a 3224 cm -QpOPHJMHOHQ νNH vegyértékrezgés bizonyítja. -1
$ NRPSOH[ LQHUW N|UOPpQ\HN N|]|WW V]REDK
bizonyult. Ezzel szemben, már kis
PHQQ\LVpJ
V]tQWHOHQ ROGDW ]|OGUH YiOWR]RWW pV V]REDK
40
PpUVpNOHWHQ (6
R csendesnek
dioxigén jelenlétében is, az addig
PpUVpNOHWHQ D] (65 VSHNWUXP J\HQJpQ
koordinált szemikinon jelenlétét mutatja [Zn(dbsq)(idpa)]+ formájában (g = 2,0038, AH = 3,03 G). )RO\pNRQ\ QLWURJpQ K
PpUVpNOHWpQ D iEUiQ OiWKDWy VSHNWUXPRW NDSWXN $
szinglet jel és - D WHUPpV]HWEHQ HO
IRUGXOy
67
Zn-L]RWySQDN N|V]|QKHW
HQ
- hozzá tartozó
két szatelit két molekulafajta (úgy, mint az egy, illetve a két szemikinont tartalmazó NRPSOH[HN HJ\EHHV
MHOHNpQW pUWHOPH]KHW
$] HO
EEL SDUDPpWHUHL $zz
= 12 G, Axx =
Ayy = 7 G. A második, két szemikinont tartalmazó vegyület zérus tér paraméterei g = 2,0040, D = 201 G és E = 13 G. Hiperfinom felhasadás hiányában azt gondoljuk, hogy a szemikinonát ligandumok oxigénatomjaikon keresztül kapcsolódnak a cinkhez, míg az LGSD OLJDQGXP QLWURJpQMHL QHP YDJ\ FVDN QDJ\RQ J\HQJpQ N|W
GQHN DKKR] 8J\DQH]W
feltételezhetjük az egy szemikinont tartalmazó komplex esetében is.
3100
3200
3300
3400
3500
Gauss
21. ábra. A [Zn(dbcat)(idpa)]2 NRPSOH[U OHYHJ
Q'0)
OFVHSSIRO\yVQLWURJpQK
PpUVpNOHWpQ
-ben készült ESR felvétel
4.1.1.2. A [Zn(dbsq)(idpa)]ClO4NRPSOH[HO
iOOtWiVDpVV]HUNH]HWpQHND]RQRVtWiVD
Cink-perklorát-hexahidrátot sztöchiometrikus mennyiségben kevertettünk inert atmoszféra alatt 3,5-di-terc-butil-szemikinon (dbsq) kálium-sójával és idpa-nal acetonitril oldószerben (8). A reakció termékeként jó hozammal kékes-zöld csapadékot
41
kaptunk, amelynek szerkezetére vonatkozó spektroszkópiai adatokat a 8. táblázatban tüntettük fel.
+ (ClO4)-
N Zn(ClO4)2.6H2O
+ dbsqK + idpa
Ar MeCN
O (8)
Zn
H N
O
N
8. táblázat. A [Zn(dbsq)(idpa)]ClO4 komplex fizikai tulajdonságai és spektroszkópiai adatai Komplex Szín Olvadáspont IR (KBr, cm-1)
[Zn(dbsq)(idpa)] kékes-zöld 167-169°C νCO: 1245, 1471 νNH: 3226 νClO4: 1148, 1116, 1091, 634 log ε (262) = 3,25 log ε (306) = 2,83 log ε (767) = 1,39
UV-vis (DMF)
Az infravörös spektroszkópiai vizsgálat azt mutatja, hogy a szabad V]XEV]WUiWXPUD MHOOHP] HOW
νOH rezgések sávjai a 3200-3500 cm-1-es tartományból
QWHN $ NRRUGLQiFLy OpWUHM|WWpW HU
VtWLN PHJ D] pV FP
-1
-QpO PHJMHOHQ
intenzív sávok, amelyek a νCO vegyértékrezgéshez tartoznak. A 3226 cm -nél található -1
éles sáv a νNH YHJ\pUWpNUH]JpVKH] UHQGHOKHW
pV D] LGSD OLJDQGXP MHOH
nlétére utal. A
kationos komplex mellett perklorát ellenion található, amit az 1148 és 1116 cm-1-nél MHOHQWNH]
LJHQ LQWHQ]tY UH]JpVHN YDODPLQW D FP
-1
-nél található gyengébb sáv
megjelenése igazol.
$ NRPSOH[U
O '0)
oldószerben készítettünk ESR-felvételt (22. ábra). Jól
látható a MnIV- és MnIII-vonal közötti intenzív dublett jel (g = 2,0043, AH = 3,39 G), amely szemikinon KR]UHQGHOKHW
J\|N MHOHQOpWpW EL]RQ\tWMD pV HJ\pUWHOP
42
HQ D >=Q GEVT LGSD @&O24
-
MnIII
MnIV
3300
3350
3400
Gauss 22. ábra. A [Zn(dbsq)(idpa)]ClO4-UyOV]REDK
PpUVpNOHWHQOHYHJ
Q'0)
-ben készült
ESR felvétel
4.1.2. DbcatH2 reakciója dioxigénnel [CuII(dbcat)(idpa)]2 jelenlétében
A dbcatH2
PiU V]REDK
PpUVpNOHWHQ UHDJiO GLR[LJpQQHO >&X
II
(dbcat)(idpa)]2
jelenlétében. A reakció során dtbq és hidrogén-peroxid keletkezik a (9) egyenlet szerint, NO|QE|]
ROGyV]HUHNEHQ
OH +
OH
O2
[CuII(dbcat)(idpa)]2 DMF
O +
H2O2
(9)
O
A dioxigénfelvétel alapján megállapítottuk, hogy a szubsztrátum 1:1-es sztöchiometria szerint reagál molekuláris oxigénnel. A 23. ábrán látható a dbcatH2 NRQFHQWUiFLyMiQDN LG
EHOL YiOWR]iVD DPHO\HW D
gázvolumetrikus módszerrel követett
dioxigénfelvétel alapján számítottunk. A termék dtbq aktuális koncentrációját UV-vis spektroszkópiai módszerrel követtük nyomon, PHJIHOHO
HQ
D NLQRQUD MHOOHP]
DE
szorpciós sávnak
400,5 nm-en mérve az abszorbanciát. A hidrogén-peroxid aktuális
koncentrációját jodometriás titrálással határoztuk meg.
43
0,035 0,030 0,025 0,020 0,015 0,010 0,005 0
0
10
20
30
40
50
60
t / perc 23. ábra. A dbatH2 katalitikus oxidációja DMF-ban (9. táblázat, 1. mérés) ( : [dbcatH2]; : H2O2; : dtbq)
A reakció során keletkezett kinont hexánnal extraháltuk és a kivált kristályokat (~63%-os hozam) olvadáspontjuk alapján azonosítottuk (O.p.(dtbq): 113-115 °C). A H2O2 aktuális koncentrációját jodometriás titrálással határoztuk meg, valamint gázkromatRJUiILiV PyGV]HUUHO LV NLPXWDWWXN $ UHDNFLyHOHJ\E
O YHWW PLQWiKR] 33K3
-t
adva, argon atmoszféra alatt PPh3O keletkezett, ami hidrogén-peroxid jelenlétére utal. A reakció mechanizmusának tisztázása érdekében indokolt volt részletes reakciókinetikai mérések elvégzése. A méréseket DMF-ban végeztük 40, 45, 50, 55°Con, dioxigén atmoszférában. A dioxigénfelvételt gázvolumetrikus módszerrel követtük nyomon. A dbcatH2 dioxigénnel való reakciójára [CuII(dbcat)(idpa)]2 katalizátor MHOHQOpWpEHQDN|YHWNH]
-
VHEHVVp
gi egyenlet írható fel (10).
d[dbcatH2] d[dtbq] m II n q = kCu[dbcatH2] [{Cu (dbcat)(idpa)}2] [O2] = dt dt
(10)
Annak érdekében, hogy az egyes reaktánsok részrendjét meghatározzuk, a UHDNFLyW NO|QE|]
V]XEV]WUiWXP WiEOi]DW
-8. mérés), katalizátor (9. táblázat, 2, 9-
12. mérés), illetve dioxigén (9. táblázat, 2, 13-16. mérés) koncentrációk mellett végeztük el. Feltételezve, hogy a katalizátor és a dioxigén koncentrációja az egyes reakciók HO
UHKDODGWiYDO QHP YiOWR]LN D VHEHVVpJL HJ\HQOHW D N|YHWNH]
(11), ahol k’Cu:
44
N V]HULQW HJ\V]HU
V|GLN
k’Cu = [{CuII(dbcat)(idpa)}2]n[O2]q -
(11)
d[dbcatH2] m = k’Cu[dbcatH2] dt
(12)
A 24. ábrán egy tipikus oxidációs görbét tüntettünk fel, ahol a szubsztrátum koncentrációja (49%-RV
NRQYHU]Ly pV D NRQFHQWUiFLy ORJDULWPXVD V]HUHSHO D] LG
függvényében. -1,15
0,075 0,070
-1,20
0,065 -1,25
0,060
-1,30
0,055 0,050
-1,35
0,045 -1,40
0,040 0,035
0
5
10
15
20
25
30
35
-1,45
t / perc 24. ábra. A dbcatH2 koncentrációja (•) és koncentráció logaritmusa (ο D]LG
függvényében (9. táblázat, 7. mérés) $ ORJDULWPXV NRQFHQWUiFLy YV LG
GLDJUDP SRQWMDLUD HJ\HQHV LOOHV]WKHW
(meredeksége 8,28×10-3 s-1, R = 99,95%). A reakció sebességi egyenletében tehát a szubsztrátum részrendje egy.
A 25. ábrán a reakciósebesség értékek láthatók a szubsztrátum kiindulási NRQFHQWUiFLyMiQDN IJJYpQ\pEHQ $ SRQWRNUD RULJyEyO LQGXOy HJ\HQHV LOOHV]WKHW
(meredeksége 3,23×10-4 s-1, R = 98,38%), amely szintén a dbcatH2 egyes részrendjét támasztja alá.
A katalizátor koncentrációjának függvényében ábrázolva a reakciósebességet, a
iEUiQ
OiWKDWy
GLDJUDPRW
-3
NDSMXN
$
-1
SRQWRNUD
HJ\HQHV
IHNWHWKHW
PHO\QHN
meredeksége 5,89×10 s és regressziója 99,69%. Ezek alapján a katalizátor részrendje HJ\QHNWHNLQWKHW
45
3
2
1
0
0
2
4
6
8
10
-3
[dbcatH2] / 10 M 25. ábra. Az oxidációs reakció sebessége a dbcatH2 kiindulási koncentrációjának függvényében (9. táblázat, 1-8. mérés)
4
3
2
1
0
0
1
2
3
[{CuII(dbcat)(idpa)}2] / 10-3M 26. ábra. Az oxidációs reakció sebessége a [CuII(dbcat)(idpa)]2 katalizátor koncentrációjának függvényében (9. táblázat, 2, 9-12. mérés)
A
27.
ábrán
a
kezdeti
reakciósebességeket
ábrázoltuk
a
dioxigén
koncentrációjának függvényében. A pontokra illesztett egyenes (meredeksége 4,80×10-3 s-1 és regressziója 99,70%) a dioxigénre nézve egyes részrendet mutat. .O|QE|]
K
PpUVpNOHWHNHQ LV HOYpJH]WN D UHDNFLyNDW pV PHJKDWiUR]WXN D
kCu
értékeket. Az Arrhenius (28. ábra) és Eyring összefüggés lineárisnak adódott. Ezek alapján az aktiválási paramétereket a (13), (14), (15), (16) egyenletek felhasználásával határoztuk meg.
46
3
2
1
0
0
1
2
3
4
5
6
[O2] / 10-3M
27. ábra. A kezdeti reakciósebesség a O2 koncentrációjának függvényében (9. táblázat, 13-16. mérés)
2,1
2,0
1,9
1,8
3,0
3,1
3,3
3,2
-1
-3
T / 10 K
-1
II
28. ábra. A dbcatH2 [Cu (dbcat)(idpa)]2 katalizátor jelenlétében lejátszódó oxidációs reakciójának Arrhenius diagramja (9. táblázat, 2, 17-19. mérés)
EA = R 2,303
∆H = R 2,303
d lgkCu d(T-1)
d lg(kCuT-1) d(T-1)
-1 -1 ∆S = 4,573 lg(kCuT ) - 49,17 + EAT
∆G = ∆H - Τ∆S
Az aktiválási paraméterek 40°C-ra a köYHWNH] EA = 32 + 6 kJ mol-1 ∆G = 5 + 1 kJ mol-1
N
∆H = 29 + 6 kJ mol-1 ∆S = 74 + 17 J mol-1 K-1
47
(13)
(14) (15)
(16)
A reakciókinetikai mérések eredményei alapján tehát a (10) egyenletben az HJ\HVNLWHY
-
N
m = 1, n = 1 és q
D]HJ\HQOHWDN|YHWNH]
NpSSHQPyGRVXO
d[dbcatH2] d[dtbq] II = kCu[dbcatH2][{Cu (dbcat)(idpa)}2][O2] = dt dt
(17)
A korábban bemutatott ESR mérések alapján (18. ábra) elmondható, hogy a II
[Cu (dbcat)(idpa)] komplex (41) mellett viszonylag kis koncentrációban (crel = 10-4), [CuI(dbsq)(idpa)] (42) is jelen van. A frissen készült oldatról kapott ESR felvétel (19. ábra) alapján pedig kijelenthetjük, hogy a szemikinon és az idpa is koordinált formában van jelen, a szemikinonát ligandum D]RQEDQ FVDN J\HQJpQ N|W H]DNRPSOH[LG
GLN D Up] FHQWUXPKR] V
YHOHOERPOLN
9. táblázat. A dbcatH2 [CuII(dbcat)(idpa)]2 komplex által katalizált oxidációs reakciójának kinetikai adatai Sorsz. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
T (°C) 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40
[O2] (10-3M) 5,37 5,37 5,37 5,37 5,37 5,37 5,37 5,37 5,37 5,37 5,37 5,37
[Cu]a [dbcatH2] (10-3M) (10-2M) 1,00 2,00 1,00 3,00 1,00 3,50 1,00 4,00 1,00 5,00 1,00 6,00 1,00 7,00 1,00 9,00 1,25 3,00 1,50 3,00 2,00 3,00 2,50 3,00
k’Cu (10-4s-1) 3,94±0,01 3,94±0,10 4,05±0,50 3,18±0,20 3,92±0,18 3,85±0,14 3,18±0,05 2,90±0,04 5,44±0,85 6,24±0,46 7,14±0,58 9,99±0,14
kCu (M-2s-1) 73,3±0,4 73,3±1,8 75,5±9,2 59,2±3,8 72,9±3,4 71,6±2,6 59,2±0,9 54,0±0,8 81,0±12,6 77,5±5,7 66,5±5,4 74,4±1,0 69,5r1,5
-d[dbcatH2]/dt (10-5Ms-1)
13 40 3,86 1,00 3,00 1,78 14 40 2,69 1,00 3,00 1,13 15 40 1,95 1,00 3,00 0,87 16 40 1,07 1,00 3,00 0,58 17 45 5,54 1,00 3,00 4,56±0,76 82,4±5,5 18 50 5,76 1,00 3,00 5,98±0,39 103,0±3,0 19 55 5,95 1,00 3,00 7,48±0,82 126,0±14,0 a II A [Cu (dbcat)(idpa)]2 koncentrációja. A sebességi állandó (kCu) átlagának és standard deviációjának σ(kCu) számítása: kCu = (∑iwiki/∑iwi) és σ(kCu) = (∑iwi(ki-k)2/(n-1)∑iwi)1/2, ahol wi = 1/σi2
48
A dioxigén aktiválási mechanizmusának felderítése céljából a reakcióelegyhez nitro-tetrazolium-kloridot adtunk (NBT), amely szelektíven reagál szabad szuperoxid gyökanionnal [126@ pV LQWHQ]tY NpN V]tQ
IRUPD]DQQi UHGXNiOyGLN
λmax = 550 nm).
Mivel ilyen sáv az UV-vis spektrumon nem látható, így a szabad szuperoxid gyökanion jelenléte kizárható.
A reakciót elvégeztük deuterált pirokatechinnel is (dbcatD2). Azt tapasztaltuk, hogy a reakció a dbcatH2-KH] iOODQGyNDN|YHWNH]
NpSHVW HOWpU
VHEHVVpJJHO MiWV]yGLN OH $ VHEHVVpJL
N
kCu(H) = 69,46 + 1,46 M-2 s-1 k(Cu)D = 30,06 + 0,46 M-2 s-1 kCu(rel) = kCu(H)/kCu(D) = 2,31
A tapasztalt kinetikus izotópeffektus, összhangban elméleti számítások eredményeivel [127], arra utal, hogy az O−H (O−D) kötés felbomlása, vagyis a V]XEV]WUiWXPGHKLGURJpQH]
GpVHDVHEHVVpJPHJKDWiUR]yOpSpVEHQW|UWpQLN
Az elvégzett reakciókinetikai mérések, ESR vizsgálatok és a szuperoxidra kapott negatív teszt alapján az alábbi reakciómechanizmust javasoljuk (29. ábra). $ NLQHWLNDL PpUpVHN DODSMiQ D UHDNFLy EUXWWy UHQGMH (OV
OpSpVNpQW D GLPHU
komplex disszociál (K1 nagy) és túlnyomóan a monomer forma (41) van jelen a UHDNFLyHOHJ\EHQ
7RYiEEL
(pirokatechinát)réz(II)-komplex
HO
HJ\HQV~O\L
OpSpVEHQ
intramolekuláris
K 2)
a
elektronátmenet
monomer révén
(szemikinonát)réz(I)-komplexszé (42) alakul. Az egyensúly a réz(II)-komplex keletkezésének irányába van eltolódva, vagyis a K2 állandó igen kis érték. Ezt bizonyítja D] (65 VSHNWUXPRQ OiWKDWy NLV LQWHQ]LWiV~ V]HPLNLQRQ MHO iEUD $ N|YHWNH]
egyensúlyi lépésben (K3) az igen reaktív 42 szemikinonáto-komplex dioxigénnel (szuperoxo)réz(II) komplexet képez, majd közvetlenül µ-η1:η1-peroxo- [128], vagy µ-
η2:η2-peroxo-diréz(II) [129] vegyületté alakul (43). Mindkét komplex reagálhat ezután dbcatH2-nel. A reakció során ez a leglassabb lépés (k4), amely dbsq-t és HO2-t ad termékként, melyeknek diszproporcionálódása révén alakul ki a termék dtbq és a H2O2, valamint a O2. Korábban, más modellreakcióknál a dtbq mellett víz keletkezett melléktermékként. Abban az esetben azonban az O−O kötés homolitikusan hasad fel. 49
Az
általunk
vizsgált
[CuII(dbcat)(idpa)]2
[(idpa)(dbsq)CuII(O2)CuII(dbsq)(idpa)]
komlplex
katalizátor (43)
esetében
alakul
azonban
ki,
amely
a
sebességmeghatározó lépésben (k4) reagál dbcatH2-nel (erre utal a mért kinetikus izotópeffektus is) [130].
dtbq + dbcatH2 K1
[CuII(dbcat)(idpa)]2
2 O
O CuII
N 2
N N H
OH H2 O 2
41
O k4 lassú 2
K2
OH OH
ON
O N
N
H O2
CuII(O2)CuII N
N
N
H
O
K3
O
O
2
O CuI N
N N H
43
42
29. ábra. A dbcatH2 [CuII(dbcat)(idpa)]2 katalizátor jelenlétében lejátszódó oxidációs reakciójának javasolt mechanizmusa
4.1.3. DbcatH2 reakciója dioxigénnel [Zn(dbcat)(idpa)]2 jelenlétében A dbcatH2 reakciója dioxigénnel [Zn(dbcat)(idpa)]2 jelenlétében dtbq-t és hidrogén-peroxidot eredményez (18).
A szubsztrátum a gázvolumetrikus módszerrel mért dioxigénfelvétel alapján 1:1es sztöchiometria szerint reagál molekuláris oxigénnel. A 30. ábrán a szubsztrátum 50
NRQFHQWUiFLyMiQDN LG
EHOL YiOWR]iViW WQWHWWN IHO PHO\HW D GLR[LJpQIHOYpWHO DODSMiQ D
sztöchiometria ismeretében számítottunk.
OH +
O
[Zn(dbcat)(idpa)]2
O2
+ H2O2
DMF
OH
(18)
O
A termék kinon (dtbq) koncentrációját (30. ábra) UV-vis spektroszkópiai módszerrel határoztuk meg, 400,5 nm-en mérve az abszorbanciát. A terméket a reakció lejátszódása után hexánnal extraháltuk D] HOHJ\E
O pV NULVWiO\RVtWiV XWiQ ROYDGiVSRQWMD
alapján azonosítottuk (~52%-os hozam). A hidrogén-peroxid aktuális koncentrációját (30. ábra) jodometriás titrálás eredményeként számítottuk. 0,035 0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 00
10
20
30
40
50
60
t / perc 30. ábra. A dbatH2 katalitikus oxidációja DMF-ban (10. táblázat, 1. mérés) (•: [dbcatH2]; ο: H2O2; : dtbq)
A reakció mechanizmusának tisztázása céljából részletes reakciókinetikai vizsgálatokat végeztünk. Méréseink során gázvolumetrikus módszerrel követtük nyomon
a
dioxigénfelvételt
pV
HEE
O
V]iPtWRWWXN
D
V]XEV]WUiWXP
DNWXiOLV
koncentrációját.
A dbcatH2 dioxigénnel való reakciója [Zn(dbcatH2)(idpa)]2 katalizátor MHOHQOpWpEHQDN|YHWNH]
VHEHVVpJLHJ\HQOHWWHOtUKDWyOH
51
-
d[dbcatH2] d[dtbq] m n q = kZn[dbcatH2] [{Zn(dbcat)(idpa)}2] [O2] = dt dt
(19)
Az egyes reaktánsok részrendjének megállapításához pszeudo-HOV N|UOPpQ\HNN|]|WWNO|QE|]
V]XEV]WUiWXP WiEOi]DW
UHQG
-6. mérés), katalizátor (10.
táblázat, 2, 7-10. mérés), illetve dioxigén (10. táblázat, 2, 11-14. mérés) koncentrációk mellett végeztük el a reakciót. Ilyen körülmények között a sebességi egyenlet a N|YHWNH]
PyGRQHJ\V]HU
V|GLN DKROD
k’Zn (20):
k’Zn = [{Zn(dbcat)(idpa)}2]n[O2]q -
(20)
d[dbcatH2] m = k’Zn[dbcatH2] dt
(21)
A 31. ábrán egy tipikus oxidációs görbe látható, ahol a szubsztrátum koncentrációja és koncentráció logaritmusa szereSHO IJJYpQ\pEHQ iEUi]ROYD $ ORJDULWPXV NRQFHQWUiFLy YV LG
D]
RUGLQiWiNRQ
D]
LG
GLDJUDP SRQWMDLUD LOOHV]WHWW
egyenes meredeksége 10,08×10-3 s-1, R = 99,93%. Ez arra utal, hogy a szubsztrátum részrendje egy. -1,4 0,03 -1,8 0,02 -2,2 0,01
0 0
-2,6
50
100
-3,0 150
t / perc
31. ábra. A dbcatH2 koncentrációja (ο) és koncentráció logaritmusa (• D]LG
függvényében (10. táblázat, 2. mérés)
A 32. ábrán a szubsztrátum kiindulási koncentrációinak függvényében iEUi]ROWXN D UHDNFLyVHEHVVpJHNHW $ SRQWRNUD RULJyEyO LQGXOy HJ\HQHV LOOHV]WKHW
(meredeksége 3,01×10-4 s-1, R = 97,5%). A dbcatH2-hez ez alapján egyes részrend UHQGHOKHW
52
2 1,6 1,2 0,8 0,4 0
0
1
2
3
5
4
6
-3
[dbcatH2] / 10 M 32. ábra. Az oxidációs reakció sebessége a dbcatH2 kiindulási koncentrációjának függvényében (10. táblázat, 1-6. mérés)
A reakciósebességet ábrázolva a katalizátor koncentrációjának ½-dik hatványa IJJYpQ\pEHQ D iEUiQ OiWKDWy GLDJUDPKR] MXWXQN $ SRQWRNUD LOOHV]NHG
HJ\HQHV
(meredeksége 2,38×10-4 s-1, R = 99,93%) a [Zn(dbcatH2)(idpa)]2-re nézve feles részrendet mutat.
2,5 2 1,5 1 0,5 0
0
0,5
1
1,5
2
[{Zn(dbcat)(idpa)}2]1/2 / 10-3M 33. ábra. Az oxidációs reakció sebessége a [Zn(dbcatH2)(idpa)]2 koncentrációjának függvényében (10. táblázat, 2, 7-10. mérés)
A 34. ábrán a dioxigén koncentrációk függvényében tüntettük fel a kezdeti reakciósebességeket.
A
pontokra
illesztett
egyenes
meredeksége
regressziója 99,12%. Ezek alapján a dioxigénre nézve a részrend egy.
53
2,73×10-3s-1,
1,2
0,8
0,4
0
0
2
6
4 -3
[O2] / 10 M 34. ábra. A kezdeti reakciósebesség az O2 koncentrációjának függvényében (10. táblázat, 2, 11-14. mérés) .O|QE|]
K
PpUVpNOHWHNHQ LV PHJKDWiUR]WXN D
PpUpV $ VHEHVVpJL iOODQGy K
PpUVpNOHWIJJpVpE
kZn értékét (10. táblázat, 2, 15-
O DGyGy $UUKHQLXV iEUD pV
Eyring összefüggések lineárisak. Az aktiválási paraméterek 40°C-UDDN|YHWNH]
N
EA = 26 + 3 kJ mol-1 ∆H = 23 + 3 kJ mol-1 -1 -1 ∆G = 14 + 2 kJ mol-1 ∆S = 30 + 9 J mol K
A reakciókinetikai mérések eredményei alapján tehát a (19) egyenletben az HJ\HVNLWHY
-
N
m = 1, n = ½ és q
$ HJ\HQOHWDN|YHWNH]
IRUPiEDQtUKDWy
d[dbcatH2] d[dbq] II 1/2 = kZn[dbcatH2][{Cu (dbcat)(idpa)}2] [O2] = dt dt
(22)
0,6
0,4
0,2 3,0
3,2
3,1 -1
-3
T / 10 K
3,3
-1
35. ábra. A dbcatH2 [Zn(dbcat)(idpa)]2 katalizátor jelenlétében lejátszódó oxidációs reakciójának Arrhenius diagramja (10. táblázat, 2, 15-17. mérés) 54
10. táblázat. A katalitikus oxidáció kinetikai adatai Sorsz. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
[Zn]a [dbcatH2] T [O2] -3 (°C) (10 M) (10-3M) (10-2M) 40 5,37 1,00 2,00 40 5,37 1,00 3,00 40 5,37 1,00 3,50 40 5,37 1,00 4,00 40 5,37 1,00 5,00 40 5,37 1,00 6,00 40 5,37 0,50 3,00 40 5,37 2,00 3,00 40 5,37 3,00 3,00 40 5,37 4,00 3,00
104 k’Zn (s-1) 3,04±0,10 3,87±0,14 3,09±0,07 2,98±0,10 3,49±0,12 2,88±0,06 2,54±0,09 4,96±0,13 6,21±0,19 7,03±0,36
kZn (M-3/2s-1) 1,79±0,06 2,28±0,09 1,83±0,04 1,76±0,06 2,06±0,07 1,70±0,04 2,11±0,08 2,07±0,06 2,11±0,07 2,07±0,10 1,89r0,06
-d[dbcatH2]/dt (10-5Ms-1)
11 40 3,89 1,00 3,00 1,08 12 40 2,71 1,00 3,00 0,79 13 40 2,07 1,00 3,00 0,74 14 40 1,07 1,00 3,00 0,45 15 30 4,94 1,00 3,00 2,52±0,11 1,62±0,07 16 50 5,76 1,00 3,00 5,79±0,21 3,19±0,11 17 60 6,20 1,00 3,00 7,84±0,24 4,01±0,09 a A [Zn(dbcat)(idpa)]2 koncentrációja. A sebességi állandó (kZn) átlagának és standard deviációjának σ(kZn) számítása: kZn = (∑iwiki/∑iwi) és σ(kZn) = (∑iwi(ki-k)2/(n-1)∑iwi)1/2, ahol wi = 1/σi2 A Zn-komplex ESR vizsgálata során (21. ábra) azt találtuk, hogy míg szilárd IRUPiEDQYDJ\LQHUW N|UOPpQ\HNN|]|WWROGDWEDQ(65 LQDNWtYDGGLJ OHYHJ GXEOHWW MHOHW DG DPL V]HPLNLQRQ J\|NK|] UHQGHOKHW
QLQWHQ]tY
$PLQW D]W PiU NRUiE
ban
tárgyaltuk, a szemikinonát ligandum az O-atomokon keresztül koordinálódik, míg az idpa nitrogénjei csak gyenge kötéssel kapcsolódnak a fémhez.
A dioxigén aktiválási mechanizmusának felderítése céljából a reakcióelegyhez nitro-tetrazolium-kloridot (NBT) adtunk. Az 550 nm-QpO GLIRUPD]DQ NpS]
GpVpYHO PDJ\DUi]KDWy (] N|]YHWHWW
PHJMHOHQ
LQWHQ]tY ViY
módon szabad szuperoxid
gyökanion jelenlétét bizonyítja.
Feltételezésünk szerint a [Zn(dbcat)(idpa)]2 komplex dioxigénnel reagálva (szemikinonáto)cink(II)-szuperoxid komplexet (45) képez. Állításunk összhangban áll mind az ESR, mind a szuperoxidra elvégzett vizsgálat eredményével.
55
A reakciót elvégeztük deuterált szubsztrátummal is. A mért sebességi állandók a N|YHWNH]
N
kZn(H) = 1,89 + 0,06 M-2 s-1 kZn(D) = 0,44 + 0,01 M-2 s-1 kZn(rel) = kZn(H)/kZn(D) = 4,35
A tapasztalt kinetikus izotópeffektus a fenolos O−H (O−D) kötés a sebességmeghatározó lépésben lejátszódó bomlását teszi valóV]tQ
Yp
Az elvégzett vizsgálatok alapján a 36. ábrán látható mechanizmust javasoljuk a dbcatH2 [Zn(dbcat)(idpa)]2 komplex által katalizált oxidációs reakciójára. A dbcatH2PLQWNHOiWNpS] OHYHJ
OLJDQGXPFLQNNHONRPSOH[HWNpSH]DPHO\D]RQEDQ
UHpU]p
keny. Dioxigénnel való reakciójában katalitikus körülmények között, DMF
oldószerben, [Zn(dbcat)(idpa)]2 jelenlétében dtbq és hidrogén-peroxid keletkezik. A kinetikai mérések szerint a reakció bruttó rendje 2,5. A [Zn(dbcat)(idpa)]2-re kapott ½es részrend
D GLPHU V]HUNH]HWHW WiPDV]WMD DOi $ UHDNFLy HOV
OpSpVpEHQ IHOWpWHOH]pVQN
szerint a dimer komplex disszociál (K1). Az egyensúly a dimer keletkezésének irányába tolódik el. A monomer (44) és dioxigén reakciójában (K2) ezután [Zn(dbsq)(idpa)]+O2•− (45) keletkezik. A szuperoxid gyökanion jelenlétére enged következtetni a NBT-mal végzett teszt eredménye is.
Sztöchiometrikus mennyiségben reagáltatva [Zn(dbsq)(idpa)]ClO4-ot dbcatH2nel DMF-ben, Ar-atmoszférában, dtbq keletkezését nem tapasztaltuk. KO2-dal reagáltatva a [Zn(dbsq)(idpa)]ClO4-RW
HO
O2•−-t (45),
+
iOOtWRWWXN D >=Q GEVT LGSD @
amellyel a szubsztrátum dtbq keletkezése közben reagált. A reakció során UV-vis elnyelése alapján [131-133] (λmax = 730 nm) szabad dbsq•− keletkezését sikerült kimutatnunk. Ez a reakció alátámasztja a mechaQL]PXVHOV
NpWHJ\HQV~O\LOpSpVpUHWHWW
javaslatunkat (K1 és K2), valamint azt, hogy a szemikinon [Zn(dbsq)(idpa)]+O2•− és dbcatH2 reakciója során keletkezhet a katalitikus ciklusban. A [Zn(dbsq)(idpa)]+O2•− és a szubsztrátum szemikinon keletkezése közben reagál, miközben a hidrogénatomot a komplex elvonja (46). A reakció során ez lesz a
56
leglassúbb lépés (k3). Ezt bizonyítja a mért kinetikus izotópeffektus (kZn(rel) = 4,35). A szemikinon ezután diszproporció révén dtbq-ná alakul, míg a (fenoláto)cink-komplex hidroperoxiddá és a kiindulási komplexszé alakul. A hidroperoxid H2O2-t és dioxigént szolgáltat termékként további reakciója során.
O
K1
1/2 [Zn(dbcat)(idpa)]2
O Zn
N
0,5 H2O2 + HO2 0,5 O2
44 N
N H K2
O2
+
HO
O
k3
O2
Zn N
+
O
lassú
N
N
N H 46
O
OH
OH
OH
O
0,5
O
O2
Zn N N H 45
OH + 0,5
O
OH
36. ábra. A dbcatH2 [Zn(dbcat)(idpa)]2 katalizátor jelenlétében lejátszódó oxidációs reakciójának javasolt mechanizmusa
A cink- és réztartalmú modelleket összehasonlítva elmondhatjuk, hogy mindkét komplex katalizálja a dbcatH2 oxidációját dtbq-ná, valamint, hogy a rézkatalizált reakció sebessége nagyobb.
57
$ODSYHW
NO|QEVpJ YDQ D]RQEDQ
a reakciók mechanizmusa között. Míg a
redoxaktív réz esetében egy ligandum-fém irányú elektronátmenet révén (vegyérték izomerizáció) (szemikinonáto)réz(I)-komplex alakul ki és az oxidációs reakció peroxoréz(II) intermedieren keresztül, a réz koordinációs övezetében játszódik le, addig a nem redoxaktív cink esetében a (szemikinonáto)cink-komplex mellett szabad szuperoxid gyök-anion jelenik meg és a cink(II)-ionnak csupán a bázicitása játszik szerepet.
4.1.4. Pirokatechin reakciója dioxigénnel TEMPO szabad gyök jelenlétében
A szubsztrátum dioxigénnel való reakcióját a 37. ábrán látható TEMPO szabad gyök jelenlétében végeztük.
O N
TEMPO
37. ábra. Az 2,2,6,6-tetrametil-1-piperidinil-oxil gyök (TEMPO) szerkezete
A szubsztrátumot TEMPO jelenlétében, dioxigénnel reagáltatva metanolban dtbq-t és hidrogén-peroxidot kaptunk termékként a (23) egyenletnek meJIHOHO sztöchiometria szerint.
N O
OH +
O
O2
+
OH
H2O2
(23)
O
A dtbq keletkezését UV-vis spektrofotometriás módszerrel követtük nyomon (λmax = 400,5 nm, 38. ábra). A hidrogén-peroxidot jodometriás titrálással határoztuk meg, a dioxigénfelvételt gázvolumetrikus módszerrel követtük nyomon. A dtbq-n kívül PiVR[LGiFLyVWHUPpNHWQHPVLNHUOWNLPXWDWQXQNDUHDNFLyHOHJ\E
58
O
OQP
38. ábra. Egy tipikus oxidációs reakció során felvett UV-vis spektrum A reakció mechanizmusára részletes kinetikai vizsgálatok alapján tettünk javaslatot. Az egyes reaktánsok részrendjét pszeudo-HOV
UHQG
N|UOPpQ\HN N|]|WW
határoztuk meg (vagyis a dioxigén nyomását, illetve a TEMPO koncentrációját az egyes reakciók során állandó értéken tartottuk). A dbcatH2 TEMPO-iniciált oxidációs reakciójáraDN|YHWNH]
VHEHVVpJLHJ\HQOHWtUKDWyIHO DKROD
k’TEMPO (24):
k’TEMPO = [TEMPO]n[O2]q -
(24)
d[dbcatH2] d[dtbq] m m n q = kTEMPO[dbcatH2] [TEMPO] [O2] = k’[dbcatH2] = dt dt .O|QE|]
(25)
NLLQGXOiVL V]XEV]WUiWXP
-koncentrációk mellett elvégezve a reakciót,
a reakciósebesség vs. [dbcatH2] diagram (39. ábra) pontjaira egyenest illeszthetünk (meredeksége 8.24×10-6 s-1, R = 99.36%). Ez alapján a szubsztrátumra nézve a részrend egy. 4
3
2
1
0
0
20
10
30
40
[dbcatH2] / 10-3M 39. ábra. Az oxidációs reakció sebessége a dbcatH2 kiindulási koncentrációjának függvényében (11. táblázat, 1-5. mérés) 59
A TEMPO koncentrációját változtatva az egyes reakciók esetében a 40. ábrán látható
reakciósebességeket
találtuk.
A
diagram
pontjaira
egyenest
illesztve
(meredeksége 1,5×10-4 s-1, R = 98,43%) megállapíthatjuk, hogy TEMPO szabad gyökre nézve a részrend egy.
8 6 4 2 0
0
1
2
3
[TEMPO] / 10-3M
4
40. ábra. Az oxidációs reakció sebessége a TEMPO koncentrációjának függvényében (11. táblázat, 6-9. mérés) $
GLR[LJpQ
UpV]UHQGMpQHN
PHJKDWiUR]iVD
pUGHNpEHQ
NO|QE|]
GL
oxigén-
koncentrációk mellett is elvégeztük a reakciót. A 41. ábrán a [O2] függvényében ábrázoltuk a reakciósebességet. A pontokra 4,43×10-5 s-1
PHUHGHNVpJ
-os
regressziójú egyenes illeszkedik. Ez alapján a dioxigénre egyes részrend állapítható meg. 3
2
1
0
0
2
4
[O2] / 10-3M
6
41. ábra. Az oxidációs reakció sebessége a dioxigén koncentrációjának függvényében (11. táblázat, 3, 10-12. mérés)
60
Az K
oxidációs
PpUVpNOHWIJJpVH
reakció
DODSMiQ
aktiválási
D]
$UUKHQL
paramétereit
a
sebességi
állandó
us (42. ábra) és Eyring összefüggések
VHJtWVpJpYHOKDWiUR]WXNPHJ$]DNWLYiOiVLSDUDPpWHUHNDN|YHWNH]
N
EA = 54 + 11 kJ mol-1 ∆H = 51 + 10 kJ mol-1 ∆G = 24 + 2 kJ mol-1 ∆S =
84 + 32 J mol-1 K-1
0,2
0
-0,2
-0,4
3,2
3,1 -1
-3
T / 10 K
3,3 -1
42. ábra. A dbcatH2 TEMPO jelenlétében lejátszódó oxidációs reakciójának Arrhenius diagramja (11. táblázat, 3, 13-15. mérés)
Deuterált szubsztrátummal (dbcatD2) elvégezve a reakciót (11. táblázat, 16. mérés) kTEMPO(H)/kTEMPO(D) = kTEMPO(rel)
pUWpN
NLQHWLNXV
L]RWySHIHNWXVW
határoztunk meg, ami arra utal, hogy az O–H(D) kötés disszociációja még a VHEHVVpJPHJKDWiUR]yOpSpVWPHJHO
]
HQOHMiWV]yGLN
0LQGH]HNDODSMiQD VHEHVVpJLHJ\HQOHWDN|YHWNH]
-
NpSSHQtUKDWyIHO
d[dbcatH2] d[dtbq] = kTEMPO[dbcatH2][TEMPO][O2] = dt dt
(26)
A sebességmeghatározó lépésre kifejtett oldószerhatás meghatározására metanol mellett szén-tetrakloridban is elvégeztük a reakciót. A szén-tetraklorid esetében mért 0,30 ± 0,02 M-2 s-1pUWpN
VHEHVVpJLiOODQGy WiEOi]DWPpUpV MyYDONLVHEEPLQWD
metanolban mért érték. Ez arra utal, hogy a széncentrumú dbsq•– gyök metanolban jóval reaktívabb dioxigénnel szemben, mint szén-tetrakloridban.
61
11. táblázat. A dbcatH2 oxidációs reakciójának kinetikai adatai kTEMPO (M-2s-1) 1 1,61±0,04 2 1,80±0,07 3 1,50±0,05 4 1,48±0,05 5 1,65±0,03 6 1,86±0,15 7 1,41±0,08 8 1,41±0,10 9 1,70±0,11 10 1,28±0,10 11 1,57±0,03 12 1,58±0,10 1,58±0,03 13 31 8,67 24 1,20 4,68±0,62 0,45±0,06 14 38 6,91 24 1,20 5,63±0,25 0,68±0,03 15 44 5,72 24 1,20 6,71±0,34 0,98±0,05 16 50 4,33 24 1,20 5,93±0,27 0,87±0,04 a 17 50 12,00 24 1,20 4,31±0,21 0,30±0,02 a CCl4-ban. A sebességi állandó (kTEMPO) átlagának és standard deviációjának σ(kTEMPO) számítása: kTEMPO = (∑iwiki/∑iwi) és σ(kTEMPO) = (∑iwi(ki-k)2/(n-1)∑iwi)1/2, ahol wi = 1/σi2 Sorszám
T (°C) 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50
9L]VJiODWL
[O2] (10-3M) 4,33 4,33 4,33 4,33 4,33 4,33 4,33 4,33 1,17 2,18 3,64 5,52
[dbcatH2] (10-3 M) 12 18 24 30 36 36 36 36 24 24 24 24
HUHGPpQ\HLQN
D
[TEMPO] (10-3M) 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20 0,80 2,40 3,60 1,20 1,20 1,20 1,20
N|YHWNH]
támasztják alá. A dbcatH2 J\RUV HO
k’TEMPO (10-6s-1) 8,35±0,21 9,34±0,36 7,79±0,26 7,68±0,26 8,55±0,16 6,43±0,51 14,62±0,87 22,07±1,54 2,39±0,15 3,36±0,26 6,84±0,13 10,46±0,66
iEUiQ
OiWKDWy
PHFKDQL]PXVW
HJ\HQV~O\L OpSpVEHQ UHDJiO D 7(032 V]DEDG
gyökkel (K1), miközben szemikinon (47) keletkezik. Az ilyen, H-atom átmeneti UHDNFLyN VHEHVVpJpW DODSYHW
HQ D UHDNWiQVRN 2
–H
kötéseinek entalpiái (BDE) és az oldószer tulajdonságai befolyásolják. A fenolok O–H kötésének disszociációs entalpiái 330-380 kJ/mol közé esnek [134], míg a TEMPO-ra kísérletileg meghatározott érték 293 kJ/mol [135]. Termodinamikai szempontból tehát a UHDNFLyHU
VHQHQGRWHUPOHMiWV]yGiVDQHPNHGYH]PpQ\H]HWWQHPPHJOHS
HNWHKiWDNLV
sebességi állandók (11. táblázat).
Figyelembe véve, hogy protikus közegben játszódik le a reakció, a szubsztrátum fenolos protonja kölcsönhatásban áll a metanol oxigén atomjával. Az ilyen, intermolekulás kölcsönhDWiVEDQOpY
2
–H kötés reaktivitása általában nagyságrendekkel
kisebb O-centrumú szabad gyökökkel szemben, mint aprotikus közegben, ahol az ArOH WtSXV~PROHNXOiNNLW
Q
+
-donoroknak bizonyultak (dbcatH2 dioxigénnel való reakciója
62
során DPPH gyök jelenlétében a sebességi állandó CCl4-ban 2,1 × 104 M-1 s-1; ugyanez az érték n-propanolban 0,007 × 104 M-1 s-1 [136]).
O
H
(S) +
OH
N O
k1
O
k-1
O
O H
+ OH
47
O H (S) + O2 O
N OH 48
O OO OH
k2 lassú
49
50 O OO + OH
N OH
O O OH OH
O O OH +
gyors
N O
OH 51
O +
gyors
H2O2
O
43. ábra. A dbcatH2 TEMPO jelenlétében lejátszódó oxidációs reakciójának javasolt mechanizmusa
Mivel az általunk vizsgált reakció sebességi állandója egyrészt jóval kisebb, mint az ilyen típusú reakcióknál leírt irodalmi értékek, másrészt a CCl4-ban végzett reakciónál mértünk kisebb sebességi állandót (kTEMPO(CCl4) = 0,30 ± 0,02 M-2 s-1, kTEMPO(MeOH) = 1,58 ± 0,03 M-2 s-1), ezért arra lehet következtetni, hogy esetünkben nem a hidrogén-transzfer a sebességmeghatározó lépés. A kinetikus izotópeffektus relatív kis pUWpNHLVH]WYDOyV]tQ
VtWL
kTEMPO(H)/kTEMPO(D) = kTEMPO(rel) = 1,73).
Dioxigén jelenlétében a dbsq•– alkil-peroxo-vegyület (50) keletkezése közben reagál, lassú, sebességmeghatározó lépésben (k2). A széncentrumú dbsq•– gyök (48) fenolos protonja intramolekulás hidrogénhidat képez a geminális oxigénatomok között, DPL MHOHQW
VHQ VWDELOL]iOMD D J\|N|W NFDOPRO $] ROGyV]HU H]]HO HOOHQWpWHV KDWiVW
63
fejt ki, intermolekulás hidrogénkötésbe vonva a szemikinon protonját (49). Ezt támasztja alá a szén-tetrakloridban mért kisebb sebességi állandó. További gyors reakcióban a TEMPOH átadja hidrogén atomját az O-centrumú alkil-peroxo-gyöknek (50) ilyen módon alkil-hidroperoxid jön létre (51 PHO\E
O D]XWiQ KLGURJpQ
-peroxid és
dtbq keletkezik.
Az általunk vizsgált oxidációs reakció kis sebessége és a pirokatechin típusú PROHNXOiN DQWLR[LGiQV KDWiVD HONpS]HOpVQN V]HULQW DQQDN N|V]|QKHW YDOy UHDNFLy VRUiQ NpS]
G
KRJ\ D J\|NNHO
2
-centrumú szemikinon gyök protonja intramolekulás
hidrogénhidat alakít ki a fenolos oxigén atomok között. Protikus közegben a Ccentrumú szemikinon gyök további reakciója az oldószer-molekulával kialakuló KLGURJpQKtGGHVWDELOL]iOyKDWiVDUpYpQYDOyVXOKDWPHJ$UHDNFLyVHEHVVpJpWDODSYHW
HQ
DJ\|NLOOHWYHV]XEV]WUiWXPPHJIHOHO
47
és 49 IRUPD HJ\PiVVDO YHUVHQJ
N|WpVpQHNGLVV]RFLiFLyVHQWDOSLiMDYDODPLQWD
LQWUD
-, illetve intermolekuláris hidrogén kötésének
stabilizáló, illetve destabilizáló hatása befolyásolja.
4.2. Dioxigenáz modellreakciók
Vizsgálataink a 2,3QD (kvercetináz) és a 1H-3-hidroxi-4-oxokinolin-2,4dioxigenáz (Qdo) enzimekhez kapcsolódtak.
$PRGHOOYHJ\OHWHNHO
iOOtWiVDVRUiQD
ábrán feltüntetett ligandumokat használtuk.
N
H N
N N
N
N
N
N Bz-TAC
iPr-TAC
idpa N
N
N
NH N
N
N N
HN
N
indH
44. ábra. A felhasznált ligandumok szerkezeti képlete 64
N
4.2.1. Réz(II)- és réz(III)-dioxigén adduktumRNHO
iOOtWiVD
A szubsztrátum aktiválása mellett - enzimatikus reakciók esetében -HONpS]HOKHW
reakcióút a dioxigén aktiválása is. Ennek bizonyítása modellvegyületekkel történhet, így háromfogú N-donor ligandumokkal (Bz-TAC és iPr-TAC) [Cu2(µ-O)2]2+ és [Cu2(µ-
η2:η2-O2)]2+
V]HUNH]HW
NRPSOH[HNHW iOOtWRWWXQN HO
reakcióját flavonollal. A dioxigén-adduktumRN
iEUD pV YL]VJiOWXN H]HN
HO
iOOtWiVD D] LURGDORPEyO LVPHUW
módszerekkel történt [90,105,137].
4.2.2. (Flavonoláto)- és (O-benzoil-szaliciláto)réz(II)-NRPSOH[HNHO 4.2.2.1. [CuII(fla)(Bz-TAC)]ClO4NRPSOH[HO
8]
iOOtWiVD>
iOOtWiVDpVV]HUNH]HWpQHND]RQRVtWiVD
Acetonitrilben oldott [Cu2(µ-O)2(Bz-TAC)2](ClO4)2-t és flavonolt argon alatt 80°C–RQ UHDJiOWDWWXQN $ UHDNFLyHOHJ\KH] V]REDK WHUPpNHW
NDSWXQN
$
V]LOiUG
PpUVpNOHWHQ GLHWLO
WHUPpNHW
DFHWRQLWULOE
O
-étert adva zöld iWNULVWiO\RVtWYD
röntgendiffrakciós vizsgálatra alkalmas egykristályokat kaptunk.
2+
N
N
III
N N
A
O Cu O
komplex
+
N N
összetételét
2 flaH
N 2
N
O Cu
II
Ar N
elemanalízissel,
szerkezetét
O
(27)
O
spektroszkópiai
módszerekkel határoztuk meg. A vizsgálatok eredményét a 12. táblázatban foglaltuk össze. A flavonol rézhez való koordinációját az IR-spektrumon 1545 cm-1-nél PHJMHOHQ
νCO rezgés jelzi. A szabad flavonol νCO rezgése ~1610 cm-1-nél jelentkezik.
65
A sáv alacsonyabb energiaszint felé való eltolódása (∆ν = 65 cm-1) stabilis NHOiWJ\
U
kialakulásával magyarázható. A triaza-ciklus koordinációját a 2938 és 2873 cm-1-nél található νCH2 vegyértékrezgések bizonyítják. A kationos komplex mellett található perklorát ellenion rezgései 1097 és 634 cm-1-nél mutatkoznak. 12. táblázat. A [CuII(fla)(Bz-TAC)]ClO4 komplex fizikai tulajdonságai, spektroszkópiai adatai és elemanalízise Komplex Szín Olvadáspont
µeff (B.M.) IR (KBr, cm-1)
UV-vis (DMF)
Elemanalízis (elméleti) Elemanalízis (mért)
[CuII(fla)(Bz-TAC)]ClO4 zöld 224-226°C 1,65 νCH2: 2938, 2873 νCO: 1545 νClO4: 1097, 634 log ε (269) = 4,23 log ε (432) = 2,23 log ε (615) = 2,90 log ε (1040) = 1,73 C: 63,1 H: 5,3 C: 62,9 H: 5,5
Az UV-YLV VSHNWUXPRQ D V]DEDG IODYRQROKR] UHQGHOKHW
N: 5,3 N: 5,5 HOQ\HOpV QHP OiWKDWy
(~340 nm, π−π* töltésátviteli sáv), helyette a koordinációt bizonyító batokróm eltolódás következtében 432 nm-nél jelenik meg új sáv. A 615 nm-nél található abszorpciós sáv a réz(II)-centrum d-d átmenetéhez tartozik.
A röntgendiffrakciós vizsgálathoz kapcsolódó krisztallográfiai adatokat a 13. táblázatban tüntettük fel. 13. táblázat. A [CuII(fla)(Bz-TAC)]ClO4 komplex krisztallográfiai adatai Komplex Összegképlet Szín Molekulatömeg +
PpUVpNOHW
Besugárzási hullámhossz Kristályrendszer Tércsoport Elemi cella méretei a [Å] b [Å]
[CuII(fla)(Bz-TAC)]ClO4 C84H84Cl2Cu2N6O14 szürkészöld 1599,55 293(2) K Mo-Kα, λ =0,71073 Å triclinic P-1 9,831(3) 12,065(2)
66
c [Å] α (°) β γ (°) Elemi cella térfogata [Å3] Z 6
U
3 VpJ V]iPtWRWW >0JP
] Abszorpciós koeff, µ [mm ] F(000) Kristály mérete [mm] Abszorpciós korrekció Max., és min., transzmisszió θ tartomány [°] Index tartományok -1
*\
MW|WWUHIOH[LyN
Független refl, száma 9pJV R [I>2σ(I)]
16,512(3) 87,33(2) 83,26(1) 76,07(2) 1887,4(7) 1 1,41 0,71 834 0,60 × 0,15 × 0,05 psi-scan 0,9811 és 0,8005 2,42 ≤ ° ≤ 26,97 -12 ≤ h ≤ 12 -15 ≤ k ≤ 15 -21 ≤ l ≤ 21 17820 8152 [R(int) =0,0422] R1 = 0,0544, wR2 =0,1257
A 45. ábrán látható a komplex röntgenszerkezeti képe, a fontosabb kötéstávolságokat és szögeket a 14. táblázatban foglaltuk össze. 14. táblázat. Fontosabb kötésszögek és kötéstávolságok a [CuII(fla)(Bz-TAC)]ClO4 komplexben Atompár Cu—O1 Cu—O8 Cu—N22 Cu—N19 Cu—N25 Kötés O1—Cu—N22 O8—Cu—N19 N19—Cu—N25
Kötéshossz (Å) 1,917 2,012 2,027 2,040 2,231 Kötésszög (°) 177,60 170,25 85,94
Atompár O1—C2 O8—C7 C2—O3 C2—C7
Kötéshossz (Å) 1,339 1,273 1,381 1,401
Kötés C2—O1—Cu C7—O8—Cu
Kötésszög (°) 111,50 109,90
A röntgendiffrakciós szerkezet alapján elmondható, hogy a komplex monomer V]HUNH]HW
$ Up]FHQWUXP N|UOL NRRUGLQiFLyV V]IpUD WRU]XOW QpJ\]HWHV SLUDPLGiOLV
JHRPHWULiYDOMHOOHPH]KHW
τ = 0,12). A piramis alapját a háromfogú Bz-TAC ligandum
két nitrogénje (Cu—N19; 2,040; Cu—N22; 2,027 Å) és a flavonolát ligandum két oxigénatomja (Cu—O1; 1,917; Cu—O8; 2,012 Å) alkotja. A ligandum harmadik nitrogénatomja a piramis csúcsában található (Cu—N25; 2,231 Å). A Cu—O8 kötéstávolság (2,012 Å) hosszabb, mint a Cu—O1 távolság (1,917 Å). A C2—O1 67
távolság (1,339 Å) rövidebb, míg a C7—O8 (1,273 Å) távolság hosszabb, mint a szabad flavonol esetében (1,357 és 1,232 Å). A rézhez való koordináció következtében a piranon-J\
U
N|WpVWiYROViJDL LV NO|QE|]QHN D V]DEDG IODYRQROpKR] NpSHVW $] 2
—
C3 (1,362 Å) és a C5—C6 (1,381 Å) hosszabb, a C2—C7 kötés valamivel rövidebb (1,401 Å), ami a π-kötésrendszer teljes molekulára kiteUMHG
GHORNDOL]iFLyMiYDO
magyarázható.
45. ábra. A [CuII(fla)(Bz-TAC)]ClO4 komplex röntgendiffrakciós szerkezete 4.2.2.2. [CuII(fla)(iPr-TAC)]ClO4NRPSOH[HO Flavonolt
acetonitrilben
iOOtWiVDpVV]HUNH]HWpQHND]RQRVtWiVD
[Cu2(µ-η2:η2-O2)(iPr-TAC)2](ClO4)2
feloldott
komplexhez adtunk és argon alatt -80°C–on kevertettük egy órán keresztül. A UHDNFLyHOHJ\KH] NDSWXQN
V]REDK $
PpUVpNOHWHQ
Q\HUVWHUPpNHW
GLHWLO
-étert adva zöld kristályos csapadékot
DFHWRQLWULOE
O
iWNULVWiO\RVtWYD
U|QWJHQGLIIUDNFLyV
vizsgálatra alkalmas egykristályokat kaptunk.
A terméket elemanalízis és spektroszkópiai módszerek segítségével is azonosítottuk, az eredményeket a 15. táblázatban foglaltuk össze.
68
+ 2+ N II
N N
N
O
Cu O
2 flaH
N
Ar
N
N 2
N
O Cu
II
O
(28)
O
N
15. táblázat. A [CuII(fla)(iPr-TAC)]ClO4 komplex fizikai tulajdonságai, spektroszkópiai adatai és elemanalízise Komplex Szín Olvadáspont
[CuII(fla)(iPr-TAC)]ClO4 zöld 235-237°C
µeff (B.M.) IR (KBr, cm-1)
1,89 νCH3: 2976, 2880 νCH2: 2938 νCO: 1554 νClO4: 1097, 628 log ε (274) = 3,54 log ε (434) = 3,52 log ε (653) = 2,15 log ε (1065) = 1,89 C: 55,0 H: 6,5 C: 54,8 H: 6,3
UV-vis (DMF)
Elemanalízis (elméleti) Elemanalízis (mért)
N: 6,4 N: 6,5
Az IR spektroszkópiai adatok azt mutatják, hogy a flavonoláto-ligandum kelátként koordinálódik a réz(II)-ionhoz (a νCO vegyértékrezgés alacsonyabb energiatartományok felé tolódik, ∆νCO = 56 cm-1). A triaza-ciklus koordinációját a VSHNWUXPRQMHOHQWNH]
$NRPSOH[U
νCH3 és νCH2 rezgések bizonyítják.
LQWHQ]tY
O NpV]OW89 YLVVSHNWUXPRQDV]DEDGIODYRQROUD MHOOHP]
QHP OiWKDWy a QP )HOW
-
HOQ\HOpV
QLN YLV]RQW QP
-nél egy új sáv, amely a koordinált
flavonolát ligandum π−π HOHNWURQiWPHQHWpKH] UHQGHOKHW
$ QP QpO PHJMHOHQ
-
abszorpciós sáv a réz(II)-ion d-d átmenetéhez tartozik. 4.2.2.3. [CuII(O-bs)(Bz-TAC)]ClO4NRPSOH[HO
iOOtWiVDpVV]HUNH]H
te
Tetrakisz(acetonitrilo)réz(I)-perklorát acetonitriles oldatához 1:1 arányban Obenzoil-szalicilsav metanolos oldatát adtuk argon atmoszféra alatt. A reakcióelegyhez 69
Bz-TAC-W
DGYD GLR[LJpQ DWPRV]IpUD DODWW NpN V]tQ
WHUPpNKH] MXWRWWXQN $]
anyalúgból pár nap után röntgendiffrakciós vizsgálatra alkalmas egykristályt kaptunk.
+ O N
+
O CO2H
N N
N
O2
OO
N
Cu
(29) O
N
I
O
II
+ [Cu (MeCN)4]ClO4
A komplex szerkezetét spektroszkópiai módszerekkel azonosítottuk, összetételét elemanalízissel határoztuk meg (16.táblázat). A termék infravörös színképén 2938 és 2867 cm-1-nél látható sávok a triazaFLNOXV
PHWLOpQFVRSRUWMDLKR]
UHQGHOKHW
N
$
NRRUGLQiOW
NDUER[LOiWFVRSRUW
vegyértékrezgése (1586 és 1432 cm-1, ∆νCO2 = 154 cm-1). A perklorát-ion jelenlétét az 1097 és 628 cm-1-QpOPHJMHOHQ
16.
táblázat.
A
ViYRNMHO]LN
[CuII(O-bs)(Bz-TAC)]ClO4
komplex
fizikai
tulajdonságai,
spektroszkópiai adatai és elemanalízise Komplex Szín Olvadáspont
µeff (B.M.) IR (KBr, cm-1)
UV-vis (DMF)
Elemanalízis (elméleti) Elemanalízis (mért)
[CuII(O-bs)(Bz-TAC)]ClO4 kék 198-200°C 1,95 νCH2: 2938, 2867 νCO: 1741 νCO2: 1586, 1432 νClO4: 1097, 628 log ε (276) = 3,81 log ε (650) = 1,96 log ε (1065) = 1,62 C: 61,3 H: 5,3 C: 60,8 H: 5,1
N: 5,2 N: 5,0
A 17. táblázatban tüntettük fel a krisztallográfiai vizsgálat paramétereit, a 18. táblázat tartalmazza a fontosabb kötéstávolságokat és kötésszögeket.
70
17. táblázat. A [CuII(O-bs)(Bz-TAC)]ClO4 komplex krisztallográfiai adatai Komplex Összegképlet Szín Molekulatömeg +
PpUVpNOHW
Besugárzási hullámhossz Kristályrendszer Tércsoport Elemi cella méretei a [Å] b [Å] c [Å] α (°) β γ (°) Elemi cella térfogata [Å3] Z 6
U
3 VpJ V]iPtWRWW >0JP
] Abszorpciós koeff, µ [mm-1] F(000) Abszorpciós korrekció Max., és min., transzmisszió θ tartomány [°] Index tartományok
*\
MW|WWUHIOH[LyN
Független refl, száma 9pJV R [I>2σ(I)]
[Cu(O-bs)](Bz-TAC)ClO4 C41H42ClCuN3O8 kékeszöld 803.77 293 K Mo-Kα, λ =0.71073 Å monoklin P21/c 0,50 × 0,30 × 0,25 19,373(3) 11,683(3) 19,355(2) 90 117,82(1) 90 3874,4(12) 4 1,38 0,69 1676 psi-scan 0,9817 és 0,9781 2,38 ≤ ° ≤ 27,97 -25 ≤ h ≤ 22 0 ≤ k ≤ 15 0 ≤ l ≤ 25 9786 9280 [R(int) =0,0142] R1 = 0,1171, wR2 = 0,1098
18. táblázat. Fontosabb kötésszögek és kötéstávolságok a [CuII(O-bs)(Bz-TAC)]ClO4 komplexben Atompár Cu—O1A Cu—O2A Cu—N1 Cu—N4 Kötés O1A—Cu—N1 O1A—Cu—O2A
Kötéshossz (Å) 1,977 2,069 2,000 2,010 Kötésszög (°) 171,19 64,87
Atompár Cu—N7 O1A—C3A O2A—C3A
Kötéshossz (Å) 2,182 1,273 1,256
Kötés N4—Cu—O2A N4—O1—N7
Kötésszög (°) 161,55 86,94
A [CuII(O-bs)(Bz-TAC)]ClO4 molekulaszerkezete a 46. ábrán látható. A réz(II)centrum körüli tér torzult négyzetes piramisos geometriával írható le (τ = 0,16). Az alapsíkot a N,N,N-tribenzil-1,4,7-triaza-ciklononán ligandum két nitrogénje és a 71
szubsztrátum karboxilátcsoportjának két oxigénje alkotja. Apikális pozícióban a BzTAC-ligandum harmadik nitrogénje található.
46. ábra. A [CuII(O-bs)(Bz-TAC)]ClO4 komplex röntgendiffrakciós képe A réz-nitrogén kötéstávolságok (Cu—N1; 2,000; Cu—N4; 2,010; Cu—N7; 2,182 Å) hasonlóak a korábban [CuII(fla)(Bz-TAC)]ClO4 komplexnél találtakhoz. A Cu—O kötéstávolságok kisebbek a [Cu(O-bs)(idpa)]ClO4 esetében tapasztalt értékeknél (1,995 és 2,344 Å), ami a karboxilátcsoport elektronjainak
QDJ\REE
PpUWpN
delokalizációjával magyarázható. 4.2.2.4. [CuII(O-bs)(iPr-TAC)]ClO4NRPSOH[HO
iOOtWiVDpV
szerkezete
Tetrakisz(acetonitrilo)réz(I)-perklorátot acetonitrilben oldottuk, amelyhez Obenzoil-szalicilsav metanolos oldatát adtuk argon atmoszféra alatt. A reakcióelegyhez iPr-TAC-t adtunk, ezután az argont dioxigénre cseréltük. A keletkezett FVDSDGpNRW V]
NpNV]tQ
UWN D] DQ\DO~JEyO SiU QDS XWiQ U|QWJHQGLIIUDNFLyV YL]VJiODWUD DONDOPDV
egykristályt kaptunk (30).
A komplex szerkezetét spektroszkópiai vizsgálatokkal azonosítottuk (19. táblázat). 72
+ O +
N
O CO2H
N
N
MeCN N
19.
N
O2
táblázat.
Cu
[CuII(O-bs)(iPr-TAC)]ClO4
komplex
O (30)
O
N
I
+ [Cu (MeCN)4]ClO4
A
OO II
fizikai
tulajdonságai,
spektroszkópiai adatai és elemanalízise Komplex Szín Olvadáspont
µeff (B.M.) IR (KBr, cm-1)
[CuII(O-bs)(iPr-TAC)]ClO4 kék 200-202°C 1,99 νCH3: 2982, 2880 νCH2: 2935 νCO: 1747 νCO2: 1584, 1428 νClO4: 1095, 627
$] LQIUDY|U|V VSHNWUXPRQ PHJMHOHQ
νCH2 és νCH3 rezgések (2935, illetve 2982
és 2880 cm-1) a ligandum jelenlétét bizonyítják a komplexben. Az O-benzoil-szalicilsav, a [CuII(O-bs)(Bz-TAC)]ClO4 komplexhez hasonlóan itt is kétfogú ligandumként koordinálódik (νas, s(CO2) 1584, 1428 cm-1 és ∆νCO2 = 156 cm-1). A perklorát-ion sávjai LVMyOHONO|QtWKHW
NDVSHNWUXPRQ pVFP
-1
-nél.
A röntgendiffrakciós vizsgálat paraméterei a 20. táblázatban találhatók. A koordinációs övezet kötésszögeit és távolságait a 21. táblázat tartalmazza. 20. táblázat. A [CuII(O-bs)(iPr-TAC)]ClO4 komplex krisztallográfiai adatai Komplex Összegképlet Szín Molekulatömeg +
PpUVpNOHW
Besugárzási hullámhossz Kristályrendszer Tércsoport Elemi cella méretei a [Å]
[Cu(O-bs)](iPr-TAC)ClO4 C29H42ClCuN3O8 sötétzöld 659.65 293(2) K Mo-Kα, λ =0.71073 Å triklin P-1 10,756(1) 73
b [Å] c [Å] α (°) β γ (°) Elemi cella térfogata [Å3] Z 6
U
3 VpJ V]iPtWRWW >0JP
] Abszorpciós koeff, µ [mm-1] F(000) Kristály mérete [mm] Abszorpciós korrekció Max., és min., transzmisszió θ tartomány [°] Index tartományok
*\
MW|WWUHIOH[LyN
Független refl, száma R [I>2σ(I)]
9pJV
12,589(1) 12,787(2) 79,47(1) 73,31(1) 75,13(1) 1591,8(3) 2 1,38 0,82 694 0,40 × 0,35 × 0,25 psi-scan 0,9854 és 0,7605 2,28 ≤ ° ≤ 29,96 -15 ≤ h ≤ 15 -17 ≤ k ≤ 17 -17 ≤ l ≤ 17 19419 9112 [R(int)=0,0265] R1 = 0,0559, wR2 = 0,1446
21. táblázat. Fontosabb kötésszögek és kötéstávolságok a [CuII(O-bs)(iPr-TAC)]ClO4 komplexben Atompár Cu1—O1 Cu1—O2 Cu1—N19 Cu1—N22 Kötés O1—Cu1—N22 O1—Cu1—O2
Kötéshossz (Å) 1,981 2,020 2,020 2,033 Kötésszög (°) 159,8 64,80
Atompár Cu1—N25 O1—C3 O2—C3
Kötéshossz (Å) 2,208 1,261 1,268
Kötés N19—Cu1—O2 N22—Cu1—N25
Kötésszög (°) 165,60 87,70
A komplex röntgendiffrakciós vizsgálattal meghatározott szerkezete a 47. ábrán látható. Az O-benzoil csoport helyzete, ahogyan az a 47. ábra 1. és 2. részén látható, változhat, s ez a röntgenszerkezet rendezetlenségét okozza. A könnyebb átláthatóság NHGYppUWD]HONO|QtWKHW
V]HUNH]HWHNHWNO|QiEUi]ROWDP
A réz(II)-ion koordinációs övezetében a koordinált atomok torzult négyzetes piramis csúcsaiban helyezkednek el (τ = 0,10), melynek alapját a N,N,N-tri-izo-propil1,4,7-triaza-ciklononán két nitrogénje és a karboxilátcsoport két oxigénje képezi, apikális pozícióban pedig a ligandum harmadik nitrogénje található. A réz-nitrogén kötéstávolságok (Cu1—N19; 2,020; Cu1—N22; 2,033; Cu1—N25; 2,208 Å) hasonlóak a benzilszubsztituált-triaza-származék esetében talált értékekhez (18. táblázat). A Cu1— 74
O2 és Cu1—O1 távolságok (1,981 és 2,020 Å) némileg eltérnek a [Cu(O-bs)(BzTAC)]ClO4 NRPSOH[PHJIHOHO
pUWpNHLW
O
(1,977 és 2,069 Å.
1
2
II
47. ábra. A [Cu (O-bs)(iPr-TAC)]ClO4 NRPSOH[U 4.2.2.5. [CuII(ind)(mco)] komplH[HO
ONpV]OWU|QWJHQV]HUNH]HW
iOOtWiVDpVV]HUNH]HWH
[139]
Réz(II)-dimetoxidot és 4H-3-hidroxi-benzopirán-4-on-t oldottunk acetonitrilben, majd indH-t adtunk hozzá. Öt órás kevertetés után a kivált zöld csapadékot inerten V]
UWNpWHUUHOPRVWXNYiNXXPEDQV]iUtWRWWXN
O
II
[Cu (OMe)2] +
N + N OH
H N
N
N N
Ar MeCN
O
N Cu N
O
N
N
O
O
(31)
A komplex elemi összetételére és szerkezetére vonatkozó adatokat a 22. táblázat tartalmazza. Az infravörös spektrumon 1644 cm-1-QpO PHJMHOHQ
QHP W~O LQWHQ]tY ViY D
deprotonált 1,3-bisz(2’-piridil-imino)-L]RLQGROLQiWOLJDQGXPKR]UHQGHOKHW -1
cm -QpOMHOHQWNH]
ViYD¶
PtJD]
-piridilcsoport koordinációját jelzi. Az UV-vis spektrumon a 75
deprotonált 1,3-bisz(2’-piridil-imino)-izoindolin és a koordinált flavonolát töltésátviteli sávjai 420-450 nm között jelentkeznek. A 618 nm-QpO PHJMHOHQ
ViY D Up] ,,
-ion d-d
átmenetéhez tartozik. 22. táblázat. A [CuII(ind)(mco)] komplex fizikai tulajdonságai, spektroszkópiai adatai és elemanalízise Komplex Szín Olvadáspont
[CuII(ind)(mco)] zöld 230°C (bomlik)
IR (cm-1)
νind: 1644, 1014 νCO: 1577 log ε (270) = 4,62 log ε (312) = 4,48 log ε (335) = 4,48 log ε (423) = 4,49 log ε (450) = 4,43 log ε (618) = 1,87 C: 62,8 H: 3,6 C: 62,6 H: 3,9
UV-vis
Elemanalízis (elméleti) Elemanalízis (mért) $ NRPSOH[E
N: 12,8 N: 13,0
O Q\HUW V|WpW]|OG HJ\NULVWiO\
okról készült röntgenszerkezet a 48.
ábrán látható, a vizsgálathoz kapcsolódó adatokról, illetve a mért kötéstávolságokról, N|WpVV]|JHNU
ODpVWiEOi]DWRNQ\~MWDQDNIHOYLOiJRVtWiVW
23. táblázat. A [CuII(ind)(mco)] komplex krisztallográfiai adatai [CuII(ind)(mco)] C28H19CuN5O3 sötétzöld 537,02 293(2) K Mo-Kα, λ =0.71073 Å monoklin C2/c
Komplex Összegképlet Szín Molekulatömeg +
PpUVpNOHW
Besugárzási hullámhossz Kristályrendszer Tércsoport Elemi cella méretei a [Å] b [Å] c [Å] α (°) β γ (°) Elemi cella térfogata [Å3] Z 6
U
3 VpJ V]iPtWRWW >0JP
] Abszorpciós koeff, µ [mm ] -1
34,595(8) 8,634(3) 16,216(3) 90,00 105,735(2) 46,621(2) 1591,8(3) 8 1,52 0,98 76
F(000) Kristály mérete [mm] Abszorpciós korrekció Max., és min., transzmisszió θ tartomány [°] Index tartományok
*\
MW|WWUHIOH[LyN
Független refl, száma 9pJV R [I>2σ(I)] a R __F0| – |FF__ _F0||. b Rw > Z _F0| – |Fc|)2 Z _F0|2]1/2.
2200 0,3 × 0,2 × 0,2 psi-scan 0,9854 és 0,7605 2,28 ≤ ° ≤ 29,96 0 ≤ h ≤ 42 0 ≤ k ≤ 10 -20 ≤ l ≤ 19 4542 4132 [R(int)=0,0265] R1a = 0,0357, wR2b = 0,0879
24. táblázat. Fontosabb kötésszögek és kötéstávolságok a [CuII(ind)(mco)] komplexben Atompár Cu1—O1 Cu1—O2 Cu1—N1 Cu1—N3 Cu1—N5 O1—C27 O2—C19 O3—C26 Kötés N3 &X 2 N3 &X 1 O1 Cu1 N5 N3 Cu1 N1 O1 Cu1 N1 N5 Cu1 N1
Kötéshossz (Å) 1,959 2,297 2,042 1,905 2,041 1,321 1,247 1,377 Kötésszög (°) 173,08 88,28 93,06 89,29 92,86 150,41
Atompár C26—C27 N2—C6 N2—C5 N3—C6 N3—C13 N4—C13 N4—C14
Kötéshossz (Å) 1,363 1,297 1,383 1,377 1,377 1,295 1,384
Kötés N3 Cu1 O2 O1 Cu1 O2 N5 Cu1 O2 N1 Cu1 O2 C27 O1 Cu1 C19 O2 Cu1
Kötésszög (°) 93,84 79,26 105,86 103,73 115,38 106,09
A komplex szilárd formában monomer, a rézion körül torzult négyzetes piramisos geometria szerint helyezkednek el a koordinált atomok (τ = 0,38). A háromfogú izoindolinát ligandum nitrogénjei és a szubsztrátum egyik oxigénatomja alkotják a négyzet csúcsait (Cu1−N1 2,0418, Cu1−N5 2,0410, Cu1−N3 1,9048 Å), míg a szubsztrátum másik oxigénatomja az apikális pozíciót foglalja el (Cu1−O2 2,296 Å). $ PHJIHOHO
IODYRQROiW
komplexhez képest a Cu−O kötéstávolságok nagyobbak (1,942
és 2,206 Å). A Cu1−O2 kötés 0,34 Å-mel hosszabb a Cu1−O2 kötésnél, ami magyarázható a piridilcsoportok hidrogénatomjainak (C18 és C1) sztérikus gátlásával.
A koordinálatlan 3-hidroxi-kromén-származékok C−O kötéseihez képest (1,367 és 1,241 Å) a komplexben kötött vegyület megfelel
77
&
−O1 és C19−O2 kötései
KRVV]DEEDN $ Up]KH] NRRUGLQiOW SLUDQRQJ\
U
Q EHOO LV YiOWR]iVW PXWDWQDN D] HJ\HV
kötéstávolságok, s ez a π-N|WpVUHQGV]HU HJpV] PROHNXOiUD NLWHUMHG
GHORNDOL]iFLyMiQDN
tudható be.
48. ábra. A [CuII LQG PFR @NRPSOH[U
ONpV]OWU|QWJHQV]HUNH]HW
4.2.3. Flavonol reakciója dioxigénnel [CuII(fla)(idpa)]ClO4 komplex jelenlétében [66] 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\PpJ DV]XEV]WUiWXP EHOpSpVpWPHJHO
másik, hogy a kö]HOHG
]
HQWiYR]LNRQQDQD
V]XEV]WUiWXPJ\RUVOLJDQGXPFVHUHUHDNFLyEDQNLV]RUtWMD8WyEEL
esetben a szubsztrátum koncentrációja nem befolyásolja a reakció sebességét. A kérdés tisztázása
érdekében
flavonolt
reagáltattunk
dioxigénnel
[CuII(fla)(idpa)]ClO4
jelenlétében és elvégeztük a katalitikus reakció részletes kinetikai vizsgálatát is.
78
A flavonol [CuII(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,Ndimetil-benzamid keletkezhet.
[CuII(fla)(idpa)]ClO4
O + O2
O
OH
+ CO
O CO2H
DMF
(32)
O
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] ViYWHWWHOHKHW
DEV]RUSFLyV
Yp
A 49. ábrán egy tipikus oxigénezési görbe látható, melyen mind a [CuII(fla)(idpa)]ClO4
PLQG D IODYRQRO DNWXiOLV NRQFHQWUiFLyLW IHOWQWHWWN D] LG
IJJYpQ\pEHQ/iWKDWy KRJ\DNDWDOL]iWRUNRQFHQWUiFLyMDDYL]VJiOWLG
változik, tehát autoxidációja elhanyDJROKDWy PpUWpN
WDUWDPDODWWQHP
$ WHUPpNHNHW GLD]R
-metánnal
metileztük, majd GC-vel azonosítottuk. 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0
0
50
100
150
200
t / perc 49. ábra. A flaH katalitikus oxidációja DMF-ban (25. táblázat, 1. mérés) (•: [flaH]; ο: [CuII(fla)(idpa)]ClO4)
79
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, [CuII(fla)(idpa)]ClO4 NDWDOLWLNXVPHQQ\LVpJpQHNMHOHQOpWpEHQDN|YHWNH]
-
d[flaH] = dt
sebességi egyenlet írható fel (33):
d[O-bsH] m II n q = kidpa[flaH] [{Cu (fla)(idpa)}] [O2] dt
(33)
Az egyes reaktánsok részrendjének meghatározásakor pszeudo-HOV N|UOPpQ\HNHW DONDOPD]WXQN $ GLR[LJpQ iOODQGy Q\RPiViW PDQRPpWHUUHO HOOHQ
UHQG
UL]WN
a katalizátor koncentrációját UV-vis elnyelése (λmax = 432,5 nm) alapján határoztuk PHJ ,O\HQ N|UOPpQ\HN N|]|WW D VHEHVVpJL HJ\HQOHW D N|YHWNH]
NpSSHQ HJ\V]HU
V|GLN
(34):
-
d[flaH] d[O-bsH] m = k’idpa[flaH] = dt dt
(34)
ahol, k’idpa= [{CuII(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. 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5
0
50
100
150
200
250
t / perc
50. ábra.$IOD+NRQFHQWUiFLyMiQDNYiOWR]iVDD]LG 2. mérés) 80
IJJYpQ\pEHQ WiEOi]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 iEUD D SRQWRNUD HJ\HQHV LOOHV]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. 4
3
2
1
0
0,4
0
0,8
1,6
1,2
II
-4
[{Cu (fla)(idpa)}ClO4] / 10 M
51. ábra. Az oxigénezési reakció sebessége a [CuII(fla)(idpa)]ClO4 koncentrációjának függvényében (25. táblázat, 1-5. mérés)
5 4 3 2 1 0
0
3
6
[O2] / 10-3 M
9
12
52. ábra. Az oxigénezési reakció sebessége a [O2] koncentrációjának függvényében (25. táblázat, 2, 11-14. mérés) 81
Az aktiválási K
SDUDPpWHUHN
PHJKDWiUR]iViKR]
V]NVpJHV
YROW
NO|QE|]
PpUVpNOHWHQ HOYpJH]QL D UHDNFLyW $] $UUKHQLXV iEUD pV (\ULQJ |VV]HIJJpV
OLQHiULVQDN DGyGRWW D YL]VJiOW K
130°C-UDDN|YHWNH]
PpUVpNOHWWDUWRPiQ\EDQ $] DNWLYiOiVL SDUDPpWHUHN
N
EA = 75 + 6 kJ mol-1 ∆G = 32 + 3 kJ mol-1
∆H = 71 + 6 kJ mol-1 ∆S = -97 + 15 J mol-1 K-1
-1,1 -1,2 -1,3 -1,4 -1,5 2,46
2,43
-1
2,49 -3
T / 10 K
2,52
-1
53. ábra. A flavonol oxigénezési reakciójának Arrhenius diagramja (25. táblázat, 2, 1517. mérés) $ NLQHWLNDL YL]VJiODWRN DODSMiQ D HJ\HQOHW NLWHY
L D N|YHWNH]
NpSSHQ
módosulnak (36):
-
Mindezek
d[flaH] II = kidpa[{Cu (fla)(idpa)}ClO4][O2] dt
figyelembevételével
javaslatot
tettünk
a
(36)
katalitikus
reakció
mechanizmusára, amely az 54. ábrán látható. $IODYRQROVWDELOLVNHOiWJ\
formában - pV NLV K [CuII(fla)(idpa)]ClO4
U
WDODNtWNLUp] ,,
-ionnal. Ezek a vegyületek szilárd
PpUVp
kleten oldatban - nem reaktívak dioxigénnel szemben. A
NRPSOH[
R[LJpQH]pVH
OHMiWV]yGLN
KD
D
K
PpUVpNOHWHW
megnöveljük, s a reakcióban (O-benzoil-szaliciláto)réz(II) komplex keletkezik.
82
Amennyiben
a
szubsztrátumot
reagáltatjuk
dioxigénnel
[CuII(fla)(idpa)]ClO4
jelenlétében, a katalitikus reakcióban kemoszelektíven O-benzoil-szalicilsav keletkezik.
25. táblázat. A flaH [CuII(fla)(idpa)]ClO4 komplex által katalizált oxigénezési reakciójának kinetikai adatai [Cu]a (10-4M) 0,53 0,74 0,93 1,07 1,36 0,93 0,93 0,93 0,93 0,93 0,93 0,93 0,93 0,93
kidpa (10 M-2s-1) 1 3,26±0,19 2 3,07±0,76 3 3,54±0,25 4 3,44±0,23 5 3,80±0,14 6 4,90±0,31 7 4,22±0,13 8 4,84±0,21 9 4,13±0,17 10 4,55±0,12 11 3,28±0,19 12 4,69±0,11 13 4,80±0,17 14 4,29±0,32 4,22r0,15 15 124 7,02 0,93 6,01 2,158 3,29±0,09 16 134 5,88 0,93 5,89 3,162 5,76±0,20 17 139 4,35 0,93 5,99 2,982 7,34±0,45 a II A [Cu (fla)(idpa)]ClO4 koncentrációja. A sebességi állandó (kidpa) átlagának és standard deviációjának σ(kidpa) számítása: kidpa = (∑iwiki/∑iwi) és σ(kidpa) = (∑iwi(kik)2/(n-1)∑iwi)1/2, ahol wi = 1/σi2 Sorszám
A
T (°C) 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130 130
[O2] (10-3M) 6,54 6,54 6,54 6,54 6,54 6,54 6,54 6,54 6,54 6,54 3,27 8,20 9,43 11,17
kinetikai
vizsgálatok
[flaH] (10-4M) 6,19 6,20 6,22 6,21 6,10 4,36 4,87 5,58 7,03 7,69 5,96 5,98 6,00 5,96
alapján
arra
k’idpa (10-8s-1) 1,120 1,496 2,162 2,407 3,383 2,992 2,580 2,957 2,523 2,776 1,071 3,595 4,219 4,471
jutottunk,
hogy
-2
a
reakció
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\PiVVDO WiEOi]DW
83
+
+
O
+
O O
O
CuII N
N
O
K1
N
O
O 51
H
N
CuI N
N
O
k2 O2 lassú
O 52
H
Cu
O O N II N
N
H
O-bsH +
+
+
flaH
OO O
O C O C O N O CuII 55 N N H
O
O N O CuII 54 N N H
-CO
AN
O OO N
O 53 N
CuII N H
54. ábra. A flaH [CuII(fla)(idpa)]ClO4 jelenlétében lejátszódó oxigénezési reakciójának javasolt mechanizmusa 26. táblázat. A flaH [CuII(fla)(idpa)]ClO4 komplex által katalizált oxigénezési reakciójának és a katalizátor autoxidációs reakciójának sebességi állandói kidpa (10-2 M-1 s-1), 130°C -on 2,86 4,22
Reakció autoxidáció katalitikus oxidáció $NDWDOLWLNXVUHDNFLyEDQHOV
ligandum-réz 0HJMHJ\]HQG
NpQWJ\RUVHO
HJ\HQV~O\LOpSpVEHQD]
51 keletkezik,
intramolekuláris elektronátmenet révén (vegyérték izomerizáció). KRJ\ HKKH] KDVRQOy J\|N|V V]HUNH]HW
LQWHUPHGLHUW HGGLJ FVDN NiOLXP
-
flavonoláttal, aprotikus közegben végzett oxigénezési reakcióban mutattak ki, ahol Obenzoil-szalicilsav kálium-sója keletkezett [58]. A réz(I) flavonoxil-J\|N iOODQGy HO
NLV
NRQFHQWUiFLyM~
HJ\HQV~O\HU
VHQD>&X
II
V]NVpJV]HU
MHOHQOpWH
(fla)(idpa)]
+
N|]WL WHUPpN D UHDNFLyEDQ GH FVDN
NpS]HOKHW
NpS]
GpVpQ
HO
(EE
N|YHWNH]LN
KRJ\
D]
ek irányába tolódik el (K1 kicsi). Az
51 kialakulásának sebességi állandója így relatíve kis érték.
84
O
Az egyensúly során kialakuló 51 NRPSOH[ D N|YHWNH] GLR[LJpQW )HQQiOO D] HOYL OHKHW
OpSpVEHQ DNWLYiOMD D
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]HOpVQN 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. $ SLUDQRQJ\
N|YHWNH] U
OpSpVEHQ
HV KHO\]HW
-
WULR[D
-metallociklus (53
NLDODNXOiViW
N|YHW
HQ
D
V]pQDWRPMiQ LQWUDPROHNXOiULV QXNOHRILO DGGtFLyV OpSpVEHQ
endoperoxid (54) keletkezik. Mivel a reakció során kemilumineszcenciát nem tapasztaltunk, így a 3-DV
KHO\]HW
&
kizárható (a kialakuló 1,2-GLR[HWiQJ\
2 FVRSRUW V]pQDWRPMiQ EHN|YHWNH] U
WiPDGiV
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 [CuII(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.
4.2.4. Réz(II)-dioxigén adduktumok reakciója flavonollal [138]
A kvercetin oxidatív dekarbonilezési reakciója során a 2,3QD enzim szerepe megnyilvánulhat a szubsztrátum és/vagy a dioxigén aktiválásában. Számos példa van utóbbira, más réztartalmú oxidáz és dioxigenáz enzimek esetében. Pirokatechin oxidáz enzimek modellezése során például sikeresen használtak helyettesített triaza-ciklusokat ligandumként dioxigén adduktumRN
HO
iOOtWiVD VRUiQ pV YL]VJiOWiN UHDNFLyMXNDW D
85
szubsztrátummal. Érdemesnek gondoltuk a 2,3QD enzim szerepének tisztázása érdekében ezen ligandumokkal képzett komplexek és flavonol reakciójának vizsgálatát. .pWV]HUHVPHQQ\LVpJ
IODYRQROWUHDJiOWDWYD>^&X %]
-TAC)}2(µ-O)2](ClO4)2–tal,
vagy [{Cu(iPr-TAC)}2(µ-η2:η2-O)2](ClO4)2-tal argon atmoszfpUD
DODWW D PHJIHOHO
[Cu(fla)(Bz-TAC)]ClO4 és [Cu(fla)(iPr-TAC)]ClO4 keletkezik (37). Egyik komplex esetében sem tapasztaltuk oxigénezési reakció lejátszódását. +
2+
N
N
O III
N
N
Cu O
N
N N
2
N
O Cu
II
O
O
N
2 flaH
(37)
Ar
+
2+ N
O
N
II
N N
Cu O
N 2
N
Cu
N
N
O
N
II
O
O
4.2.5. A [CuII(fla)(L-TAC)]ClO4 (L = iPr, Bz) komplexek reakciója dioxigénnel A triaza-ciklononán ligandummal képzett flavonolát komplexek O-benzoilszalicilát komplexek keletkezése közben reagálnak dioxigénnel, miközben CO hasad ki D V]XEV]WUiWXPEyO $ UHDNFLy VRUiQ D NHOHWNH]
fRJ\iViW
&2 NRPSHQ]iOMD D GLR[LJpQ
tJ\ Ji]YROXPHWULNXV PpUpVVHO D UHDNFLy QHP N|YHWKHW
$ NLLQGXOiVL
komplexek koncentráció-változását UV-vis spektroszkópiai módszerrel követtük nyomon, 432, ill. 434 nm-en mérve az elnyelést. A reakciókat állandó dioxigénnyomás mellett végeztük.
86
+
+
L N L N
O Cu
O
II
+ O2
O
N
DMF L N - CO
N
L O Cu
(38) O
N
L
II
O
L
L: iPr, Bn
O
Az 55. ábrán tüntettük fel a [CuII(fla)(Bz-TAC)]ClO4 aktuális koncentrációját, LOOHWYHDNRQFHQWUiFLyORJDULWPXViWD]LG LG
GLDJUDPSRQWMDLUDHJ\HQHVLOOHV]WKHW
IJJYpQ\pEHQ$ORJDULWPXVNRQFHQWUiFLyYV PHO\QHNPH
redeksége 6×10-4 s-1, regressziója
99,23%. Ez a komplex egyes részrendjét bizonyítja. 5 -3,3 4,5 -3,4 4 -3,5 3,5 -3,6 3 -3,7 2,5 0
200
100
300
400
-3,8
t / perc 55. ábra. A [CuII(fla)(Bz-TAC)]ClO4 koncentrációja (•) és koncentráció logaritmusa (ο D]LG
IJJYpQ\pEHQ
x
[Cu] = [CuII(fla)(Bz-TAC)]ClO4)
Az 56. ábrán látható a [CuII(fla)(iPr-TAC)]ClO4 komplex autoxidációs UHDNFLyMiQDN
LG
IJJpVH
+D
D
NRQFHQWUiFLy
ORJDULWPXViW
iEUi]ROMXN
D]
-4
LG
-1
függvényében, és a kapott pontokra egyenest illesztünk, a meredekség 2,74×10 s -nek adódik 99,47%-os regresszió mellett.
Az elvégzett mérések alapján sebességi állandókat (kBz-TAC és kiPr-TAC) tudtunk számítani a reakciókra (27. táblázat), amelyek egy nagyságrenddel kisebbek a [CuII(fla)(idpa)]ClO4
NRPSOH[
PHJIHOHO
értékénél.
87
UHDNFLyMiUD
V]iPtWRWW
sebességi állandó
5
-3,3 -3,35
4,5 -3,4 -3,45
4
-3,5 3,5 -3,55 3
0
100
200
300
-3,6
400
t / perc
56. ábra. A [CuII(fla)(iPr-TAC)]ClO4 koncentrációja (•) és koncentráció logaritmusa (ο D]LG
IJJYpQ\pEHQ
x
[Cu] = [CuII(fla)(iPr-TAC)]ClO4)
27. táblázat. A (flavonoláto)réz(II)-komplexek autoxidációjának sebességi állandói kL (10-3 M-1s-1), 120qC –on
Komplex
(L = idpa, Bz-TAC, iPr-TAC) II
[Cu (fla)(Bz-TAC)]ClO4
21±1
II
[Cu (fla)(iPr-TAC)]ClO4
3,31±0,01
[CuII(fla)(idpa)]ClO4 A
reakció
DXWR[LGiFLyMiQDN
mechanizmusa
PLQWiMiUD
1,51±0,01 [66] a
NpS]HOKHW
korábban
HO
vizsgált
iEUD
komplexek
$
IODYRQRO
[63-68] DNWLYiOiVD
(flavonoxil)réz(I)-komplex kialakulásán keresztül történik, amit a réz redoxaktív VDMiWViJDWHV]OHKHW
Yp+DVRQOyV]HUHSHWWXODMGRQtWXQNDUp]
-ionnak pirokatechin oxidáz
modellek esetében is, ahol (szemikinonáto)réz(I)-komplex kialakulása a kulcslépés. A WRYiEEL
OpSpVHN
VRUiQ
HQGRSHUR[LG
NHOHWNH]LN
DPHO\E
IHOKDVDGiViYDO pV &2 PROHNXOD NLOpSpVpYHO YH]HWKHW
O
D
OH D] >&X
&
−&
NHWW
VN|WpV
II
(O-bs)(L-TAC)]ClO4
termék. Összefoglalva eredményeinket elmondhatjuk, hogy a vizsgált Cu2III(µ-O2) és Cu2II(µ-η2:η2-O)2 komplexek enyhe körülmények között nem képesek a flavonol C2-C3 NHWW
VN|WpVpQHN
KDVtWiViUD
(KHO\HWW
NHOHWNH]pVH WDSDV]WDOKDWy DPHO\HN NpV
D
PHJIHOHO
IODYRQROiWR Up] ,,
-komplexek
EEL UHDNFLyMXNEDQ GLR[LJpQQHO HU
N|UOPpQ\HN N|]|WW D] HQ]LPDWLNXV UHDNFLyQDN PHJIHOHO
J\
U
WHOMHVHEE
KDVDGW WHUPpNNp
reagálnak. Ezek alapján feltételezzük, hogy az enzimkatalízis során, hasonlóan az 57.
88
ábrán vázolt mechanizmushoz, a réz(II)-ion szerepe koordináció révén a szubsztrátum DNWLYiOiVDDPHO\D]XWiQPiUNpSHVUHDJiOQLDMHOHQOpY
GLR[LJpQQHO
+
+
N
R
R N
O Cu
II
O
+
R
+
N
O
O
-CO
CuII
R O II
R N
O
N
O
lassú O2
O R N
O
Cu N R
R: iPr CH2Ph
N
O I
R N
O
N R
R
N
Cu N R
O
OO O
R 57. ábra. A [CuII(fla)(L-TAC)]ClO4 oxigénezési reakciójának javasolt mechanizmusa 4.2.6. [CuII(ind)(mco)] komplex reakciója dioxigénnel [139] .O|QE|]
OLJDQGXPRNNDOHO
iOOtWRWWIODYRQROiWR
-réz(II) komplexek autoxidációs
UHDNFLyMD VRUiQ V]iPRV HVHWEHQ D] HQ]LPDWLNXV UHDNFLy~WQDN PHJIHOHO
WHUPpNKH]
O-
benzoil-szalicilsav) jutottak és vizsgálták az adott reakció mechanizmusát is. Ilyen ligandum a 44. ábrán bemutatott indH, amelynek [CuII IOD LQG @ |VV]HWpWHO
NRPSOH[H
autoxidációs reakciójában enzimatikus termékké reagál. A flavonol helyett használt 4H3-hidroxi-2-metil-benzopirán-4-on (mcoH) esetében arra voltunk kíváncsiak, hogy a 2KHO\]HW
V]XEV]WLWXHQV
FVHUpMH
EHIRO\iVROMD
-e a reakció kimenetelét. A mcoH
szubsztrátum flavonolhoz képest kisebb molekulatömege enzimmodellek esetében WRYiEELHO
Q\WMHOHQWKHW
A [CuII(ind)(mco)] komplexet DMF-ban reagáltatva dioxigénnel 95%-os konverzióval [CuII(asp)(ind)] komplexet kaptunk (39), amelyet dietil-éterrel szilárd IRUPiEDQ
NLQ\HUYH
D
UHDNFLyHOHJ\E
O
VSHNWURV]NySLDL
PyGV]HUHN
azonosítottunk, összetételét elemanalízissel határoztuk meg (28. táblázat).
89
VHJtWVpJpYHO
N N N
N CuII N
O
N
100 oC, 10 h
O O
+ O2
N
DMF - CO
N
N CuII
O O
N
O O
+
metil-észterek (GC)
CH2N2
(39)
H
O O
OH
+ CO2H
+ CH3CO2H CO2H
Az IR spektrumon 1756 cm-1-nél látható sáv a komplexben kötött acetilV]DOLFLOiWKR] UHQGHOKHW
pUWpNH DODSMiQ YDOyV]tQ
KRJ\ D NDUER[LOiWFVRSRUW NDUERQLOHV
oxigénje nem kapcsolódik a fémhez. A νCO2 szimmetrikus és aszimmetrikus vegyértékrezgések frekvenciái közötti különbség (¨ν = νas (CO2) – νs(CO2) = 15311357 cm-1 = 175 cm-1) a karboxilát-ligandum egyfogú koordinációját bizonyítja. 28. táblázat. A [CuII(asp)(ind)] komplex elemanalízise és spektroszkópiai adatai Komplex Szín IR (KBr, cm-1) UV-vis (DMF)
Elemanalízis (elméleti) Elemanalízis (mért)
[CuII(asp)(ind)] zöld νCO: 1756 νCO2: 1531, 1357 log ε (276) = 3,81 log ε (650) = 1,96 log ε (1065) = 1,62 C: 59,9 H: 3,5 C: 59,3 H: 3,2
N: 12,9 N: 12,6
A reakcióelegyet híg sósavval kezelve, majd a szerves fázist éteres diazo-metán oldattal reagáltatva ecetsav (54%, GC), acetil-szalicilsav (46%, GC) és szalicilsav (54%, GC) metil-észteréhez jutottunk (39). Ezek a savak a [CuII(asp)(ind)] komplex, mint primer termék hidrolízisével keletkezhetnek. Az egyik szekunder termék rézkomplexét, a [CuII(ind)(sal)(H2O)] komplexet (dimetoxo)réz(II), 1,3-bisz(2-piridil-imino)-izoindolin és szalicilsav reakciójában, PHWDQRODFHWRQLWULO ROGyV]HUHN WpUIRJDWDUiQ\~ HOHJ\pEHQ LV HO
iOOtWRWWXN >
40]. A
termék az oldatból röntgendiffrakciós vizsgálatra alkalmas egykristályok formájában vált ki (58. ábra). 90
A fontosabb kötéstávolságokat és szögeket a 29. táblázatban, a mérési paramétereket és adatokat a 30. táblázatban, foglaltuk össze. 30. táblázat. Fontosabb kötésszögek és kötéstávolságok a [CuII(ind)(sal)(H2O)] komplexben Atompár Cu1—N1 Cu1—N19 Cu1—N12 Cu1—O1 Cu1—O24 C26—O24 C26—O25 Kötés N1 &X 2 N1 &X 1 O24 Cu1 N19 O24 Cu1 N12 N1 Cu1 N19 N12 Cu1 N19
Kötéshossz (Å) 1,8975 2,0160 2,0169 2,4344 2,0053 1,2770 1,2360 Kötésszög (°) 154,13 91,16 91,92 91,63 90,13 169,13
Atompár N10—C11 N12—C13 N12—C11 N17—C5 N17—C18 N19—C18 N19—C20 Kötés N1 Cu1 O1 O1 Cu1 O24 N19 Cu1 O1 N12 Cu1 O1 C26 O24 Cu1
29. táblázat. A [CuII(ind)(sal)(H2O)] komplex krisztallográfiai adatai Komplex Összegképlet Szín Molekulatömeg +
PpUVpNOHW
Besugárzási hullámhossz Kristályrendszer Tércsoport Elemi cella méretei a [Å] b [Å] c [Å] α (°) β γ (°) Elemi cella térfogata [Å3] Z 6
U
3 VpJ V]iPtWRWW >0JP
] Abszorpciós koeff., µ [mm-1] F(000) Kristály mérete [mm] Abszorpciós korrekció Max., és min., transzmisszió θ tartomány [°]
[CuII(ind)(sal)(H2O)] C25H18CuN5O4 halványzöld 498,98 293 K Cu-Kα, λ =1.58154 Å triklin P1 7,300(1) 11,985(1) 13,190(1) 88,15(1) 78,68(1) 78,62(1) 1109,3 2 1,545 1,769 528 0,12 × 0,30 × 0,50 psi-scan 0,8100 és 0,5757 3,46 ≤ ° ≤ 75,26
91
Kötéshossz (Å) 1,3760 1,3470 1,3620 1,3020 1,3870 1,3540 1,3580 Kötésszög (°) 101,92 103,95 84,50 84,68 108,85
Index tartományok
*\
MW|WWUHIOH[LyN
Független refl, száma 9pJV R [I>2σ(I)] a R __F0| – |FF__ _F0||. b Rw > Z _F0| – |Fc|)2 Z _F0|2]1/2.
-8 ≤ h ≤ 9 -15 ≤ k ≤ 15 -16 ≤ l ≤ 16 9856 4518 [R(int)=0,0265] R1a = 0,0480, wR2b = 0,1270
58. ábra. A [CuII(ind)(sal)(H2O)] komplex röntgenszerkezeti képe A rézcentrum körüli koordinációs övezet torzult négyzetes piramis geometriával írható le (τ = 0,25). Az izoindolin három nitrogénatomja (N12, N1 és N19) és a szalicilát ligandum egyik oxigénatomja (O24) a síknégyzet csúcsaiban foglal helyet, míg apikális pozícióban egy vízmolekula oxigénatomja (O1) található. A szalicilát ligandum egyfogú koordinációjára a piridilcsoportok C13 és C20 szénatomjaihoz kapcsolódó hidrogénatomok sztérikus gátlása adhat magyarázatot. A szalicilát ligandum Cu1—O24 kötéstávolsága (2,0053 Å) és az izoindolinát ligandum nitrogénjeinek átlagos távolsága (1,977 Å) hasonló más izoindolinnal képzett vegyesligandumú (karboxiláto)réz(II)komplexek esetében tapasztalt távolságokhoz [68].
Hasonló
termékeket
azonosítottak
az
enzim,
illetve
flavonoltartalmú
rézkomplexek modellreakcióinak során. A spektroszkópiai adatok és a kapott termékek
92
alapján, valamint a korábbi eredményekre támaszkodva, a [CuII(ind)(mco)] autoxidációs reakcióját az 59. ábrán feltüntetett mechanizmussal lehet leírni. O O
O O
O
O OO
O2
O
II
O
O -CO O CuII
O
Cu
O
I
Cu
O Cu
II
59. ábra. A [CuII(ind)(mco)] oxigénezési reakciójának javasolt mechanizmusa
Vizsgálataink újabb bizonyítékokkal szolgálnak a rézcentrum elektronpuffer V]HUHSpUH
NO|QE|]
V]XEV]WUiWXP
WHKiW
V]XEV]WUiWXPRN HJ\IHO
PRGHOOUHDNFLyLKR] PiVIHO
O
R[LGiFLyV
DONDOPDV
O D SLUDQRQJ\
U
D
UHDNFLyLEDQ
NYHUFHWLQi]
$
HQ]LP
PFR+
PLQW
IXQNFLRQiOLV
-metilcsoportja nem okoz változást a
reakció kimenetelét tekintve.
4.2.7. Oxokinolin-származékok, illetve flavonol oxigénezési reakciója DPPH szabad gyök jelenlétében
Az oxidázok, oxigenázok túlnyomó többsége átmenetifémet tartalmaz aktív helyén, N-donor aminosavak által komplexált formában. Ilyen metalloenzimek esetében a szubsztrátum és/vagy dioxigén aktiválása során fontos szerepet játszik a fémion változó oxidációs foka. Léteznek azonban olyan enzimek is, melyek sem fémet, sem egyéb szerves kofaktort nem tartalmaznak. Ezek közé tartozik az 1H-3-hidroxi-4oxokinolin 2,4-dioxigenáz és a 1H-3-hidroxi-4-oxokinaldin 2,4-dioxigenáz, melyek a PHJIHOHO
R[RNLQROLQ
-származékok
oxigénezési
reakcióját
katalizálják
N-acil-
antranilsavvá (3). )HOYHW
GLN D
kérdés, hogy ilyen esetekben hogyan történik a reaktánsok
aktiválása. Mind ionos (7. ábra), mind gyökös (8. ábra) reakciómechanizmusra születtek javaslatok, azonban az utóbbira még nem végeztek modellkísérleteket. A 2,2-difenil-1pikril-hidrazil szabad gyök (DPPH) alkalmas iniciátornak bizonyult más szubsztrátumok J\|N|V PHFKDQL]PXV~ OHERQWiVL UHDNFLyMD VRUiQ DONDOPD]iVD NO|QE|] V]iUPD]pNRNHVHWpEHQLVLQGRNROWQDNW
QW
93
NLQROLQ
-
Flavonol (56) és oxokinolin-származékok (57-59) acetonitrilben DPPH jelenlétében enzimatikus termékké reagálnak (40). A keletkezett anyagokat GC VHJtWVpJpYHOD]RQRVtWRWWXNEHOV
VWDQGDUGNpQWEHQ]RLQWKDV]QiOWXQN
NO2 O2N X
R
NPh2
N X
NO2
+ O2
R
O CO2H
OH
(40)
+ CO
O 56: 57: 58: 59:
X = O, R = Ph X = NMe, R = Ph X = NH, R = Ph X = NH, R = Me
60 61 62 63
$ '33+ V]DEDG J\|N DFHWRQLWULOHV ROGDWiW OHYHJ
Q WLWUiOWXN
N-MePhQuinH-
oldattal (57) és megállapítottuk, hogy 1:1 arányú sztöchiometria szerint reagálnak. A 60. iEUiQ OiWKDWy KRJ\ D KLUGD]LOJ\|NK|] UHQGHOKHW
míg a 350 nm-QpOOpY
DJ\|NE
ONHOHWNH]
DEV]RUSFLyV ViY FV|NNHQ QP
-nél,
KLGUD]LQKR]UHQGHOKHW
ViYQ|YHNV]LN
O
nm
60. ábra. DPPH acetonitriles oldatának titrálása N-MePhQuinH oldattal
Az N-MePhQuinH esetében részletes kinetikai vizsgálatokat végeztünk. A reakciót UV-vis spektrofotometriás módszerrel követtük nyomon, 520 nm-en mérve a 94
DPPH
V]DEDG J\|N HOQ\HOpVpW $ iEUiQ D '33+ J\|N NRQFHQWUiFLyMiQDN LG
EHOL
változása látható. $ UHDNFLyW HOYpJH]WN OHYHJ
Q GLR[LJpQ LOOHWYH DUJRQ DWPRV]IpUD DODWW LV $]W
találtuk, hogy a reakció sebessége nem változik, így a dioxigén nem szerepel a sebességi egyenletben, vagyis részrendje nulla. 2 1,6 1,2 0,8 0,4 0
0
20
40
60
80
100
t / másodperc 61. ábra. Az N-MePhQuinH tipikus oxigénezési görbéje (30. táblázat, 16. mérés)
A
szubsztrátum
részrendjének
meghatározása
felesleggel dolgoztunk a gyökhöz képest, a pszeudo-HOV
UHQG
érdekében
10-20-szoros
N|UOPpQ\HN EL]WRVtWiVD
érekében. A 62. ábrán a látszólagos sebességi állandókat tüntettük fel a kiindulási szubsztrátum-NRQFHQWUiFLy DPLE
IJJYpQ\pEHQ $ GLDJUDP SRQWMDLUD HJ\HQHV LOOHV]WKHW
ODV]XEV]WUiWXPHJ\HVUpV]U
endje következik.
7 6 5 4 3 2 1 0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
-3
[57] / 10 M
62. ábra. A k’ függése a kiindulási szubsztrátum-koncentrációtól (31. táblázat, 5-9. mérés) 95
A DPPH szabad gyök koncentrációját változtatva a reakciósebesség annak koncentrációval lineárisan növekedett (63. ábra). 8
6
4
2
0
0
0,5
1
1,5
2
2,5
-4
[DPPH] / 10 M
63. ábra. A reakciósebesség függése a kiindulási gyökkoncentrációtól (31. táblázat, 1317. mérés) $NLQHWLNDLPpUpVHNDODSMiQDN|YHWNH]
VHEHVVpJLHJ\HQOHWtUKDWyIHODUHDNFLyUD
(41):
d[DPPH] = k57[57][DPPH] dt
-
(41)
Mind a négy szubsztrátum esetében meghatároztuk a sebességi állandó K
PpUVpNOHWIJJpVpW $] $UUK
DGyGWDN $] H]HNE
enius és Eyring (64. ábra) összefüggések lineárisnak
O V]iPtWRWW DNWLYiOiVL SDUDPpWHUHNHW D WiEOi]DWEDQ IRJODOWXN
össze.
2
59 58
1,6
57
1,2 0,8 0,4 3,20
56 3,25
3,30
3,35
3,40
T-1 / 10-3 K-1 64. ábra. Az egyes szubsztrátumok Eyring diagramjai (31. táblázat, 1-4, 14-25. mérés)
96
30. táblázat. A DPPH szabad gyök és az 56-59 szubsztrátumok oxigénezési reakcióinak aktiválási paraméterei 22°C-on Szubsztrátum 56 57 58 59
EA (J mol-1) 12 12 10 10
∆S‡ (k Jmol-1 K-1) -78 -50 -78 -76
∆H‡ (kJ mol-1) 6 10 8 7
Az oxigénezési reakciók kinetikai adatait a 31. táblázatban foglaltuk össze.
31. táblázat. A DPPH szabad gyök és az 56-59 szubsztrátumok oxigénezési reakcióinak kinetikai adatai Sorsz.
Szubszt- T (°C) [56-59] [DPPH] k’56-59 k56-59 rátum (10-3M) (10-4M) (10-3s-1) (M-1s-1) 1 22 3,75 2,12 56 8,09±0,44 2,15±0,07 2 27 3,75 2,12 56 8,78±0,27 2,34±0,07 32 3,75 2,12 3 56 9,56±0,11 2,55±0,03 37 3,75 2,12 4 56 10,30±0,37 2,75±0,09 5 22 1,88 1,26 57 5,13±0,13 27,4±0,7 6 22 1,69 1,26 57 4,75±0,09 28,1±0,5 7 22 1,55 1,26 57 4,36±0,14 28,1±0,9 8 22 1,37 1,26 57 3,88±0,25 28,3±1,0 9 22 1,25 1,26 57 3,49±0,07 27,9±0,6 10 22 1,88 1,26 57 5,06±0,15 26,9±0,8 11 22 1,88 2,14 57 5,13±0,16 27,4±0,9 12 22 1,31 2,14 57 3,37±0,28 25,7±2,1 13 22 1,31 0,66 57 3,56±0,24 26,9±1,8 22 1,88 0,94 14 57 3,09±0,08 23,3±0,6 15 27 1,88 1,27 57 5,33±0,09 28,4±0,5 16 32 1,88 2,08 57 5,65±0,39 30,1±2,0 17 37 1,88 2,44 57 6,01±0,24 32,1±1,3 18 22 1,88 2,61 58 15,70±0,65 84,0±3,5 19 27 1,88 2,12 58 16,70±0,52 89,1±2,8 32 1,88 2,12 20 58 17,80±0,71 94,9±3,8 21 37 1,88 2,12 58 19,30±0,63 103±3 22 22 1,88 2,12 59 19,20±1,10 102±5 23 27 1,88 2,12 59 20,50±0,90 109±5 24 32 1,88 2,12 59 21,90±0,70 117±4 25 37 1,88 2,12 59 23,10±1,20 123±6 A sebességi állandók (k56-59) átlagának és standard deviációinak σ(k56-59) számítása: k562 1/2 2 59 = (∑iwiki/∑iwi) és σ(k56-59) = (∑iwi(ki-k) /(n-1)∑iwi) , ahol wi = 1/σi
97
A kinetikai vizsgálatok alapján javaslatot tettünk a reakció mechanizmusára (65. ábra), mely szerint a reakció sebességmeghatározó lépése a H-atom átmenet egyensúlyi lépése a gyök és a szubsztrátum között. Ezt támasztja alá mind a bimolekulás sebességi egyenlet, mind pedig a nagy negatív aktiválási entrópiák (30. táblázat). Az ilyen módon létrejött N-, ill. O-centrumú gyökök mellett, elektroméria révén a 2. szénatomon is van a SiUWDODQHOHNWURQQDNWDUWy]NRGiVLYDOyV]tQ
VpJH
Dioxigén jelenlétében a széncentrumú gyökök azonnal peroxilgyökké reagálnak el, amely azután endoperoxid közti terméken keresztül N-acil-antranilsavat, ill. Obenzoil-V]DOLFLOVDYDWHUHGPpQ\H]&2NpS]
GpVHPHOOHWW
Oxokinolin származékok báziskatalizált lebontási reakciójában 1,2-dioxetán és endoperoxid intermedieren NHUHV]WO OHYH]HWKHW
WHUPpNHNHW LV WDOiOWDN $ '33+ J\|N
jelenlétében végzett oxigénezési reakciók eredményei azt bizonyítják, hogy az enzimatikus reakció gyökös mechanizmus szerint is lejátszódhat.
(NMe) O R X
O
O
O
R
+R OH -RH
(NMe) O R
O N
R
O H N
OH O
R O
O +O2
X
R
O CO2H
H -CO
X R O O O O
X
R O O O
O
65. ábra. Az oxokinolin származékok és flavonol DPPH hatására lejátszódó oxigénezési reakciójának javasolt mechanizmusa
98
4.3. MnSOD utánzó reakciók $
NO|QE|]
-hidroxi-piranon származékok élelmiszerek nem tápanyag
komponenseiként kerülnek az emberi szervezetbe ~20-100 mg/nap mennyiségben. Található közöttük természetes antioxidáns és gyökfogó sajátságú (kvercetin), ízfokozóként,
állományjavítóként
használt
(maltol,
etil-maltol),
vagy
akár
antineoplazmatikus hatású vegyület is (kojsav). Közös tulajdonságuk, hogy pirán heterociklusuk 3-hidroxil-csoportján és 4-oxocsoportján keresztül átmenetifémekhez NRRUGLQiOyGYDVWDELOLVNHOiWJ\
U
WNpSHVHNNLDODNtWDQL
0LYHO QDSMDLQNEDQ HJ\UH QDJ\REE D] pUGHNO HO
GpV D WHUPpV]HWHV OLJDQGXPRNNDO
iOOtWRWW 62' V]XSHUR[LG GL]PXWi] DNWLYLWiVVDO UHQGHONH]
PDQJiQ ,,
LUiQW pUGHPHVQHN JRQGROWXN D IHQWL V]HUNH]HWL UpVV]HO UHQGHONH]
bisz(piranonáto)mangán(II)-NRPSOH[HN
HO
iOOtWiViW
pV
62'
-komplexek
OLJDQGXPRNNDO
XWiQ]y
DNWLYLWiVXN
vizsgálatát. 4.3.1. [MnII(L)2@NRPSOH[HNHO A
meJIHOHO
iOOtWiVD
OLJDQGXPRW
HL)
Mn(ClO4)2.6H2O-WDOHNYLPROiULVPHQQ\LVpJ FVDSDGpNRWV]
II
.
oldószerben
reagáltattuk
WULHWLO DPLQMHOHQOpWpEHQ $NHOHWNH]
-
UWNpWHUUHOPRVWXN
Mn (ClO4)2 6H2O HL:
acetonitril
+
2 HL
Et3N MeCN
II
[Mn (L)2]
3-hidroxi-flavon
(flaH)
64
kvercetin
(querc)
65
5-hidroxi-2-(hidroxi-metil)-4H-pirán-4-on
(kojH)
66
(malH)
67
2-etil-3-hidroxi-4-piranon (etmalH)
68
3-hidroxi-2-metil-4-piranon 2-hidroxi-3-metil-2-ciklopentén-1-on
(hmcpH)
+
+ 2 Et3NH ClO4
-
(42)
69
A termékek szerkezetét spektroszkópiai módszerekkel azonosítottuk (32. táblázat).
99
32. táblázat. Az 64-69 komplexek spektroszkópiai adatai és fizikai állandói Komplex Szín zöld 64 65 66
67
68
69
IR (cm-1) νAr-H: 3048 νCO: 1542 νAr-H: 3089 νCO: 1549 νOH: 3363 νasCH2: 2939 νCO: 1576 ν=C-H: 3073 νsCH3: 2957 νCO: 1577 ν=C-H: 3060 νsCH3: 2974 νasCH2: 2939 νCO: 1569 νasCH3: 2918 νCO: 1655 νCO: 1588
O.p. (°C) 232-235
sötétzöld
150 (bomlik) sárgásfehér 155 (bomlik) sárga
sárga
sárga
153 (bomlik) 240-242
140 (bomlik)
∆νCO (cm-1) 60 62
UV-vis (λmax, nm) log ε (252) = 4,54 log ε (424) = 4,36 log ε (376) = 4,29 log ε (433) = 3,92 log ε (268) = 3,72 log ε (324) = 3,65
48 log ε (272) = 3,58 log ε (328) = 3,67 45 log ε (273) = 3,54 log ε (336) = 3,61 50 log ε (269) = 3,77 log ε (302) = 3,52 62
Az infravörös spektrumon a ligandumok koordinációját mangánhoz a νCO sávok kisebb energiatartomány felé való eltolódása jelzi (∆νCO: 45-62 cm-1), ahogyan azt a (flavonoláto)réz(II)-komplexek esetében is tapasztaltuk. Az 64 és 65 komplexek esetében a 3000 cm-1 I|O|WW MHOHQWNH]
DURPiV &
-H
-1
rezgések is a ligandum jelenlétét bizonyítják. A 66 komplex esetében a 3363 cm -nél OiWKDWy V]pOHV ViY D] DOLIiV KLGUR[LOFVRSRUWKR] UHQGHOKHW
illetve 3060 cm-1 UH]JpVHL D PHJIHOHO spektrumán 2918 cm-1-QpOPHJMHOHQ
&
$
67 és 68 komplex 3073,
-H kötéshez tartoznak, míg a 69 komplex
ViYD]DV]LPPHWULNXV&+3
vegyértékrezgés sávja.
Flavonol piridines oldatára hat kristályvizes mangán(II)-perklorát metanolos oldatát rétegezve sárga kristályos vegyületet kaptunk, mely röntgendiffrakciós vizsgálatra alkalmas volt.
A termék spektroszkópiai és egyéb adatait a 33. táblázatban tüntettük föl. A kristályos anyag elemanalízise során mért összetétel megfelel a [MnII(fla)2(py)2] komplexre számítottnak. Az IR spektroszkópiai vizsgálat alapján látható, hogy a flavonol kelátként kapcsolódik a mangán(II)-ionhoz (∆νCO: 60 cm-1). A 3000 cm-1 fölötti sáv a 2-fenilcsoport aromás C-H rezgéseihez tartozik, a piridilcsoportok
100
koordinációját az 1032 cm-1-nél
MHOHQWNH]
VSHNWUXPiQ D V]DEDG IODYRQROUD MHOOHP]
ViY
EL]RQ\tWMD
A komplex UV-vis
HOQ\HOpV QHP OiWKDWy a QP
-nél, helyette
434 nm-nél találunk egy új sávot, amely a koordinált flavonoláto-ligandum π−π* HOHNWURQiWPHQHWpKH]UHQGHOKHW
33. táblázat. A [MnII(fla)2(py)2] komplex fizikai tulajdonságai és spektroszkópiai adatai Komplex Szín Olvadáspont IR (KBr, cm-1)
UV-vis (DMF) Elemanalízis (elméleti) Elemanalízis (mért)
[MnII(fla)2(py)2] sárga 180°C felett bomlik νAr-H: 3070 νCO: 1542 νpy: 1032 log ε (432) = 4,14 C: 69,87 H: 4,10 C: 69,54 H: 3,98
N: 4,07 N: 4,12
A röntgendiffrakciós méréshez tartozó krisztallográfiai adatokat a 34. táblázat, a fontosabb kötésszögeket és távolságokat a 35. táblázat tartalmazza. 34. táblázat. A [MnII(fla)2(py)2] komplex krisztallográfiai adatai Komplex Összegképlet Szín Molekulatömeg +
PpUVpNOHW
Besugárzási hullámhossz Kristályrendszer Tércsoport Elemi cella méretei a [Å] b [Å] c [Å] α (°) β(°) γ (°) Elemi cella térfogata [Å3] Z 6
U
3 VpJ V]iPtWRWW >0JP
] Abszorpciós koeff., µ [mm-1] F(000) Kristály mérete [mm] Abszorpciós korrekció θ tartomány [°] Index tartományok
[MnII(fla)2(py)2] C20H14Mn0,5N1O3 sárga 343,79 293 K Mo-Kα, λ =0.71073 Å triklin P1 8,310(6) 10,095(6) 11,167(5) 113,361(4) 97,542(4) 106,255(4) 1109,3 2 1,438 0,470 355 0,12 × 0,30 × 0,50 nincs 2,07 ≤ ° ≤ 26,37 0 ≤ h ≤ 10 101
*\
MW|WWUHIOH[LyN
Független refl, száma 9pJV R [I>2σ(I)] a R __F0| – |FF__ _F0||. b Rw > Z _F0| – |Fc|)2 Z _F0|2]1/2.
-12 ≤ k ≤ 12 -13 ≤ l ≤ 13 2882 2667 R1a = 0,0444, wR2b = 0,1354
35. táblázat. A [MnII(fla)2(py)2] komplex fontosabb kötésszögei és távolságai Atompár Mn1—O2 Mn1—O3 Mn1—N1 C1—O2 Kötés N1—Mn1—O3 N1—Mn1—O2 N1—Mn1—N12 O2—Mn1—O22
Kötéshossz (Å) 2,1274 2,1839 2,3480 1,3740 Kötésszög (°) 88,83 91,17 180,00 180,00
Atompár C2—O1 C9—O3 C1—C2
Kötéshossz (Å) 1,2360 1,2570 1,3850
Kötés O2—Mn1—O3 N1—Mn1—O2 O3—Mn1—O3 O2—Mn1—O24
Kötésszög (°) 76,81 90,99 180,00 103,95
A mangánion körüli koordinációs övezet oktaéderes geometriával írható le (66. ábra). A mangánion síkjában a két flavonolát ligandum oxigénatomjai találhatók (O1 és O3, illetve O12 és O32). Axiális pozícióban a két piridin nitrogénatomja helyezkedik el (N1 és N12). A két flavonol elhelyezkedése teljesen szimmetrikus a mangáncentrumra Qp]YHDPLDN|WpVV]|JHNE
OLVMyOOiWKDWy 1
0Q
2
° és O2
0Q
66. ábra. A [MnII(fla)2(py)2] komplex röntgenszerkezete
102
2
2
180°).
4.3.2. [Mn(L)2] komplexek SOD utánzó aktivitása G|WW NL D] pYWL]HGHN IRO\DPiQ V]XSHUR[LG GL]PXWi]
6]iPRV PyGV]HU IHMO
aktivitás mérésére. Az ilyen gyökös reakciók sebességi állandóját közvetlen módon csak QDJ\RQ QDJ\ LG
IHOERQWiV~ WHFKQLNiNNDO OHKHW PHJKDWiUR]QL LPSXO]XV UDGLROt]LV Op
zer
villanófény fotolízis, stop-flow), ezek azonban költségesek és túl specifikusak ahhoz, KRJ\iOWDOiQRVDQDONDOPD]]iN
NHW
Alternatív megoldást jelenthet kompetitív kinetikai módszerek alkalmazása. Ezek olyan közvetett technikák, ahol relatív sebességi állandót lehet meghatározni valamilyen szelektív referencia reagenssel szemben. Amennyiben ismerjük a referencia vegyület és a gyök reakciójának sebességi állandóját, a SOD utánzó vegyület kSOD értékét is meg tudjuk határozni.
4.3.2.1. Szuperoxid gyök-anion reakciója SOD utánzó vegyületekkel NBT reagens jelenlétében [141]
Szuperoxid-forrás: 5LERIODYLQ ROGDWiW KLJDQ\J
]OiPSiYDO EHYLOiJtWYD
λmax = 363 nm, I = 1,6×10-5
mol foton s-1) elektronforrás (metionin) jelenlétében, szemikinon gyökké reagál, mikö]EHQD]ROGRWWGLR[LJpQE
OV]XSHUR[LGJ\|N
-anion keletkezik (67. ábra).
Referencia reakció: .O|QE|]
WHWUD]ROLXP
-sók szuperoxid gyök-anionnal szelektíven redukálhatók
formazán-származékokká. A legelterjedtebb ilyen vegyület a 2,2'-bisz(4-nitrofenil)-5,5'difenil-3,3'-(3,3'-dimetoxi-4,4'-difenilén)-ditetrazolium-klorid (nitro-tetrazolium-klorid, 1%7 $ ViUJD V]tQ
1%7 V]DEDG V]XSHUR[LG J\|N
GLIRUPD]iQQiUHDJiODPHO\OLODV]tQ
-anion jelenlétében mono-, illetve
NHYpVEpYt]ROGKDWyYHJ\OHW
ε HOQ\HOpVVHO $ UHDNFLy tJ\ MyO Q\RPRQ N|YHWKHW PyGV]HUUHOVHEHVVpJLHJ\HQOHWHDN|YHWNH]
-
d[O2 ] dt
λmax = 560 nm (log
89
-vis spektrofotometriás
= kNBT[NBT][O2 ]
103
(43)
ahol: kNBT (pH =7,8) = 5×104 M-1 s-1. 0pU
UHQGV]HUP
N|GpVLHOYH
Szuperoxid gyök-anion bimolekulás sebességi egyenlet szerint reagál SOD utánzó vegyületekkel (44).
-
d[O2 ] = kSOD[SOD][O2 ] dt
A reakció során a NBT-EyO mértük 560 nm-HQ NO|QE|]
NHOHWNH]
(44)
GLIRUPD]iQ DEV]RUEDQFLD
-változását
NRQFHQWUiFLyM~ 62' XWiQ]y YHJ\OH
t mellett, illetve
annak hozzáadása nélkül. A szuperoxid gyök-anion koncentrációváltozása arányos a 0
mért abszorbancia-változással, vagyis ∆A560 -nal (45): 0
-
d[O2 ] d[NBT] = = dt dt
A560 d ε560l
(45)
dt
ahol ε560l a diformazán moláris elnyelésének és a küvetta úthosszának szorzata.
Kompetitív reakció hiányában a (43) sebességi egyenlet érvényes, míg SOD utánzó komplex mellett az alábbi egyenlet írható fel (46):
-
d[O2 ] dt
= kNBT[NBT][O2 ] + kSOD[SOD][O2 ]
A (43) és ( HJ\HQOHWHN KiQ\DGRViW NpSH]YH D N|YHWNH]
(46)
|VV]HIJJpVW NDSMXN
(47): 0
-
SOD
ahol ∆A560
∆A560 SOD
∆A560
= 1+
DNRPSHWLWtYUHDNFLyVRUiQPpUKHW
104
kSOD[SOD] kNBT[NBT]
DEV]RUEDQFLD
(47)
-változás.
Az 50%-os inhibícióhoz tartozó mangán-komplex koncentrációt, [SOD]-t jelöljük I50-QHO (NNRU D HJ\HQOHWE
O
kSOD pUWpNH D N|YHWNH]
NpSSHQ IHMH]KHW
NL
(48):
kNBT[NBT] I50
kSOD =
(48)
NO2
O2 NO2 N N H N N
N N H2O + O2
2
H3CO
2
H3CO λmax = 560 nm
N N Kataláz SOD utánzó komplex H2O2
+
N
H3C
N
O2
R
R H3C
O2
O2
N
O hν (363 nm) H3C NH
N
H3C
R * O
N
NH
N O
O
e
H H H H2 HOH2C C =R OHOHOH
H 3C
67. ábra.$ULERIODYLQPHWLRQLQUHQGV]HUP
S
-
H3C
N
H3C
N
N N O
NH2 CH CO2H
N|GpVLHOYH
(0,05 M Na2HPO4/KH2PO4 puffer, pH = 7,8; 4×10-6 M riboflavin; 0,01 M metionin; 1,67×10-4 M NBT; (0,5-30)×10-6 M 64-69 komplex és 30 µg ml-1 kataláz; 30°C) .O|QE|]
PDQJiQ ,,
-komplex koncentrációk mellett mérve az abszorbancia-
változást, I50 értéke az 68. ábrán látható módon leolvasható, ahol a 61 komplexszel végzett kísérlet eredménye látható. A 64-69 komplexekre kapott I50pUWpNHNHWpVD]H]HNE iOODQGyNDW D WiEOi]DWEDQ WQWHWWN I|O DPHO\E
O NLW
OV]iPtWRWW
kSOD sebességi
QLN KRJ\ D OHJQDJ\REE
aktivitást a kvercetin ligandummal képzett komplex (65) mellett a maltol V]iUPD]pNRNNDOHO
iOOtWRWWNRPSOH[HN
67, 68) mutatják.
105
O
100
75
50
25
0
0
I50
10
20
30
[65] / 10-6M
68. ábra. A 65 komplex I50 értékének meghatározása (36. táblázat) 36. táblázat. A [MnII(L)2] komplexek I50 és kSOD értékei [Mn(L)2]
T (qC)
I50 (10-6M)
kSOD (10-7 M-1s-1)
64
30
10,5
0,08
65
30
5,0
0,16
66
30
30,5
0,03
67
30
6,7
0,13
68
30
8,2
0,10
69
30
10,6
0,08
4.3.2.2. Szuperoxid gyök-anion reakciója SOD utánzó vegyületekkel citokróm c(III) reagens jelenlétében [142]
Szuperoxid-forrás:
Xantin oxidáz (XO) hatására enzimatikus reakcióban a xantin uronsavvá alakul át, miközben szuperoxid gyök-anion keletkezik (69. ábra). A hozzáadott XO mennyiségét úgy állítjuk be, hogy a referenciaként alkalmazott citokróm c(III) abszorbancia-változása ( ∆A0550 ) ~0,024 perc-1 legyen. Ez ~1,1 µmol perc-1 szuperoxid gyök-anion termelésnek felel meg.
Referencia reakció:
106
A vas(III)-tartalmú citokróm c szuperoxiddal vas(II)-tartalmú citokrómmá redukálható. A redukált forma elnyelését UV-vis spektrofotometriás módszerrel mértük (λmax = 550 nm). A reakció sebességi állandója: kcit (pH =7,4-7,8) = 2×105 M-1s-1.
0pU
UHQGV]HUP
N|GpVLHOYH
A mérés menete azonos a 4.3.2.1. pontban leírtakkal, a sebességi állandót az alábbi összefüggés szerint határoztuk meg (49), az eredményeket a 37. táblázatban foglaltuk ösze:
kSOD =
kcit[cit c(III)] I50
(49)
O2 citokróm c(III)red λmax = 550 nm
citokróm c(III)ox H2O + O2 Kataláz SOD utánzó komplex H2 O 2
+
O2
O2
O2
Xantin oxidáz H N
O
N H
N H
O
O
NH
H N
O
N
N H
NH
xantin
uronsav
69. ábra.$[DQWLQ;DQWLQR[LGi]UHQGV]HUP -5
(0,01 M Na2HPO4/KH2PO4 puffer, pH = 7,4; 5×10
N|GpVLHOYH
0[DQWLQ ;2DPHJIHOHO
∆A550
érték eléréséig; 5×10-5 M cit c(III); (0,5-30)×10-6 M 64-69 komplex és 30 µg ml-1 kataláz; 25°C)
107
O
Több mangán(II)-komplex koncentráció mellett mérve az abszorbanciaváltozást, I50 értéke a 70. ábrán látható módon leolvasható. 100
75
50
25
0
0 I50
5
10
15
20
-6
[65] / 10 M 70. ábra. A 65 komplex I50 értékének meghatározása (37. táblázat) 37. táblázat. A [MnII(L)2] komplexek I50 és kSOD értékei [Mn(L)2]
T (qC)
I50 (10-6M)
kSOD (10-7 M-1s-1)
MnCl2
25
0,36
3,47
64
25
0,73
1,71
65
25
1,05
1,19
66
25
3,03
0,41
67
25
0,41
3,05
68
25
0,41
3,05
69
25
0,48
2,60
A két módszer alapján kapott sebességi állandók között szignifikáns eltérés tapasztalható. Ez azzal magyarázható, hogy a teljes SOD aktivitás QHP UHQGHOKHW HJ\pUWHOP
HQ D >0Q / 2 @ NRPSOH[HNKH] D PpU
OHKHW
YDQ
VpJ
YHJ\HVOLJDQGXP~
NRPSOH[HN
UHQGV]HUNpQW DONDOPD]RWW ROGDWRNEDQ NpS]
GpVpUH
SO
D
+2
PO4- révén),
melyeknek aktivitása nagyobb, mint a prekurzor komplexeké. Ezt támasztja alá az is, hogy a xantin oxidáz/xantin rendszernél mértünk nagyobb aktivitásokat, ahol 7,4-es pHn dolgoztunk. A komplex stabilitása ott kisebb, mint a riboflavin/metionin rendszernél beállított 7,8-as pH értéknél. Ezzel együtt is elmondható, hogy a 3-hidroxi-piranon származékok mangán(II)-NRPSOH[HL V]iPRWWHY
62' XWiQ]y DNWLYLWiVVDO UHQGHONH]QHN
ami biológiai lebonthatóságukat is figyelembe véve indokolttá teszi további tanulmányozásukat.
108
5. Összefoglalás
%HYH]HWpVpVFpONLW
A]
DHURE pO
]pVHN
OpQ\HNEHQ OHMiW
szódó oxidációs reakciók jó részét valamilyen
oxidoreduktáz enzim katalizálja. Ebbe a családba tartoznak a pirokatechin oxidáz (CO), kvercetin 2,3-dioxigenáz (2,3QD), 1H-3-hidroxi-4-oxokinolin 2,4-dioxigenáz (Qdo) és 1H-3-hidroxi-4-oxokinaldin 2,4-dioxigenáz (Hod) enzimek, amelyek az aromás vegyületek biodegradációjD VRUiQ NHOHWNH] stabilis közti termékek további oxidatív bomlási reakcióját katalizálják. Az
NHOHWNH]
R[LGRUHGXNWi]RN P
N|GpVH VRUiQ
melléktermékként
reaktív oxigén vegyületek (Reactive Oxygen Species, ROS) számos káros
folyamat iniciálásában részt vesznek, melyek végül betegségekhez vezetnek. A] pO szervezetek
HOV
GOHJHV
YpGHOPL
YRQDO
át a szuperoxid dizmutáz enzimek (SOD)
képviselik, melyeknek feladata a szuperoxid gyök-anion dizmutációjának katalízise. A GROJR]DWEDQEHPXWDWiVUDNHUO
PXQNDH]HNKH]D]HQ]LPHNKH]NDSFVROyGLN
Az enzimek aktív helyének tulajdRQViJDLKR] LJD]RGYD FpOXO W cink-, illetve mangántartalmú komplexek megfeleO
PRGHOOUHDNFLyLN
HO
]WN NL
új, réz-,
iOOtWiViW pV D] HQ]LPDWLNXV UHDNFLyNQDN
nak, továbbá a szubsztrátumok szabad gyökökkel végzett
oxidációs reakcióiQDN UpV]OHWHVYL]VJiODWiW ,O\HQ PyGRQHJ\V]HU V]HUHWWQNYROQDLQIRUPiFLyWV]HUH]QLDWHUPpV]HWHVHQ]LPHNP
PRGHOOHNHQ NHUHV]WO
N|GpVpU
O
5.2. Alkalmazott kísérleti módszerek $ OHYHJ
UH pU]pNHQ\ DQ\DJRNNDO YpJ]HWW SUHSDUDWtY PXQNiW pV D NLQHWLNDL
méréseket Schlenk-technika alkalmazásával, argon atmoszférában végeztük. Az alkalmazott oldószereket víz- és dioxigén-mentesítettük, majd argon atmoszférában OHYHJ
W
O pV IpQ\W
O HO]iUYD WDUWRWWXN $] HO
iOOtWRWW NRPSOH[HN D] HOYpJ]HWW UHDNFLyN
során kapott termékek és köztitermékek azonosítása során spektroszkópiai módszereket (UV-vis, IR, ESR, röntgendiffrakció), gázkromatográfiát, mágneses szuszceptibilitás mérést
valamint
elemanalízist
alkalmaztunk.
A
kinetikai
vizsgálatok
során
gázvolumetria, vagy UV-vis spektroszkópia segítségével követtük nyomon a reakciókat. A CO modellreakciók során 3,5-di-terc-butil-pirokatechnt, a 2,3QD modelljeinél 109
flavonolt, illetve 2-metil-3-hidroxi-kromont, a Qdo és Hod enzimutánzó reakciók során 4-kinolon származékokat alkalmaztunk szubsztrátumként. A SOD utánzó reakciók során in situiOOtWRWWXNHO
DV]XSHUR[LGJ\|N
-aniont.
5.3. Új tudományos eredmények Pirokatechin oxidáz modellek 1.a.
Elemi
réz,
dtbq
és
idpa
reakciója
inert
körülmények
között
[CuII(dbcat)(idpa)]2 komplexet eredményez. Röntgendiffrakciós szerkezetmeghatározás alapján a réz(II)-ionok körüli donoratomok torzult négyzetes piramisos geometria szerint
helyezkednek
[CuII(dbcat)(idpa)]2
el.
A
komplex
DMF-ban vegyérték
komplexszé alakulhat, DPHO\QHND]HO
végzett
ESR
izomerizáció
vizsgálatok révén
alapján
a
[CuI(dbsq)(idpa)]2
EELKH]YLV]RQ\tWRWWUHODWtYNRQFHQWUiFLyMDa
-4
.
1.b. Cink-perklorát, dbcatH2 és idpa reakciója során inert körülmények között a [Zn(dbcat)(idpa)]2 komplexhez jutottunk. A komplex szerkezete IR spektroszkópiai YL]VJiODWRNDODSMiQDPHJIHOHO
>&X
II
(dbcat)(idpa)]2NRPSOH[PLQWiMiUDNpS]HOKHW
HO$
komplex inert körülmények között ESR inaktív, dioxigén hatására azonban intenzív kék V]tQ
>=Q GEVT LGSD @2
2+
komplex jelenik meg. Az ESR spektrum alapján a
szemikinonát ligandumok az oxigén atomjaikon keresztül koordinálódnak a cinkhez, az idpa ligandum viszont csak gyenge kötést létesít vele. 1.c. Elvégeztük a dbcatH2 reakcióját dioxigénnel DMF-ban a [CuII(dbcat)(idpa)]2 és a [Zn(dbcat)(idpa)]2 komplex jelenlétében is. A dtbq termék mellet mindkét reakcióban H2O2 keletkezett. Részletes kinetikai vizsgálatok alapján a rézkatalizált reakció bruttó rendje három, a cinkkatalizált reakcióé 2,5. Megállapítottuk, hogy a Up]NDWDOL]iOW UHDNFLy VRUiQ J\RUV HO
HJ\HQV~O\L OpSpVEHQ
vegyérték izomerizáció révén
szemikinonáto-réz(I) komplex alakul ki. A szemikinonát komplex kétmagvú peroxo komplex kialakulása során aktiválja a molekuláris oxigént. A sebességmeghatározó lépésben a peroxo komplex hidrogénatomot von el a szubsztrátumtól. Erre utal a dbcatD2-nel végzett reakció során mért kinetikus izotópeffektus (kCu(rel) = 2,31). A reaktánsok aktiválása tehát a réz koordinációs övezetén belül történik. A cinkkatalizált reakció során a katalizátorra kapott ½-es részrend alapján feltételezzük, hogy a dimer NRPSOH[ FVDN NLV PpUWpNEHQ GLVV]RFLiO $ NHOHWNH]
110
PRQRPHU IRUPD GLR[LJpQQHO
(szemikinonáto)cink-komplexszé és szabad szuperoxid gyök-anionná reagál, amelyet NBT segítségével
sikerült
szubsztrátum fenolos O−+
kimutatnunk. N|WpVH
KRPROLWLNXVDQ IHOKDVDG (]W D MHOHQW
D
A sebességmeghatározó lépésben a
MHOHQOpY
V]XSHUR[LG
J\|N
-anion hatására
V NLQHWLNXV L]RWySHIIHNWXV LV DOiWiPDV
ztja (kZn(rel) =
4,35). A cinkkatalízis során tehát a cinkion bázicitása játssza a kulcsszerepet, a reakció a koordinációs övezetén kívül játszódik le. Megállapítottuk, hogy csak a rézkomplex alkalmas CO funkcionális modellezésére és az enzimutánzó reakcióban a réz redoxaktivitása meghatározó szerepet játszik.
2. Vizsgáltuk dbcatH2 reakcióját dioxigénnel TEMPO szabad gyök jelenlétében, metanol oldószerben. A reakció terméke dtbq és H2O2. A kinetikai vizsgálatok eredményeképpen
trimolekulás
sebességi
egyenlethez
jutottunk.
hidrogénatom transzfer lépés során a TEMPO-ból és a dbcatH2-E
(O
H
gyensúlyi
O 7(032+ pV GEVT
keletkezik (kinetikus izotópeffektus). A sebességmeghatározó lépésben a dbsq dioxigénnel alkil-peroxo-vegyületet képez. Erre enged következtetni a dioxigén egyes részrendje. Asszociatív mechanizmusra utal továbbá az aktiválási entrópia nagy negatív értéke (-84 ± 32 J mol-1 K-1) és az, hogy NBT-dal nem tudtunk szabad szuperoxidot kimutatni. Vizsgáltuk a reakció oldószerfüggését és megállapítottuk, hogy széntetrakloridban a reakció jóval lassabban játszódik le. Ennek alapján feltételezzük, hogy a metanol oxigénatomja nemcsak a dbcatH2 fenolos OH-csoportjával, hanem a dbsq hidroxilcsoportjával is hidrogénhidat képez. (O
EELJiWROMDDV]XEV]WUiWXPpVD
TEMPO
közötti hidrogénatom transzfer lépést, utóbbi növeli a dbsq dioxigénnel szembeni reaktivitását. A reakció sebességét tehát a két hatás együttesen szabja meg. Kvercetin 2,3-dioxigenáz modellek 3.
$ NRUiEEDQ D]RQRVtWRWW V]HUNH]HW
>&X
II
(fla)(idpa)]ClO4 komplex aktív
katalizátornak bizonyult flaH oxigénezési reakciójában, melynek során O-bsH-t és CO-t kaptunk termékkent DMF oldószerben. Az elvégzett kinetikai mérések alapján a katalitikus reakció bimolekulás sebességi egyenlet szerint játszódik le, a szubsztrátum kiindulási koncentrációja nem befolyásolja a reakció sebességét. A katalízis egy ciklusára feltételezett mechanizmus megfelel a [CuII(fla)(idpa)]ClO4 autoxidációs reakciójára javasoltakkal. Ezt támasztja alá az autoxidációs és a katalitikus reakcióra számított sebességi állandók jó egyezése. Megállapítottuk, hogy a szubsztrátumnak
111
nincs szerepe a katalitikus ciklusban és csupán a ciklus végén, gyors cserereakció során szorítja ki a gyengébben koordinálódó O-bsH-WDNRPSOH[E (O
iOOtWRWW
O
unk két, irodalomból ismert réz-dioxigén komplexet [Cu2(µ-O)2(Bz-
TAC)2](ClO4)2 és [Cu2(µ-η2:η2-O2)(iPr-TAC)2](ClO4)2 összetétellel, melyeknek flaH-lal inert körülmények között lejátszódó reakciója CH2Cl2-ban új, [CuII(fla)(iPrTAC)](ClO4) és [CuII(fla)(Bz-TAC)](ClO4 termékek szerkezetét spektroszkópiai
|VV]HWpWHO
YHJ\OHWHNKH] YH]HWHWW $
módszerekkel
azonosítottuk, a
Bz-TAC
ligandummal képzett komplex esetében a röntgendiffrakciós vizsgálat alapján a réz körüli donoratomok torzult négyzetes piramisos geometria szerint helyezkednek el. A flavonolát komplexek DMF oldószerben végzett autoxidációs reakciója [CuII(O-bs)(BzTAC)](ClO4),
illetve
[CuII(O-bs)(iPr-TAC)](ClO4)
terméket
eredményez.
A
röntgendiffrakciós szerkezetmeghatározás alapján mindkét komplex centruma torzult négyzetes piramis geometriával írható le. Az autoxidációs reakciók sebességi állandói egy nagyságrenddel kisebbek a [CuII(fla)(idpa)]ClO4 komplexénél, mechanizmusuk − feltételezésünk szerint − megegyezik az utóbbiéval. Bizonyítottuk, hogy sem a dioxo-, sem a peroxo-GLUp]NRPSOH[pVIOD+UHDNFLyMiEDQQHPNpS] PHJIHOHO
IODYRQROiWR
GLNHQ]LPDWLNXVWHUPpN$
-komplexek viszont alkalmasnak bizonyultak az enzimatikus
reakció modellezésére. Így arra a következtetésre jutottunk, hogy az enzim esetében is a NRRUGLQDWtYN|WpVVHODNWLYiOWV]XEV]WUiWXPUHDJiODMHOHQOpY
GLR[LJpQQHO
5. Réz(II)-dimetoxid, indH és mcoH reakciójában inert körülmények között [CuII(ind)(mco)] komplexet kaptunk termékként. A komplex szerkezetét egyebek mellett röntgendiffrakció segítségével azonosítottuk. A réz körüli koordinációs szféra JHRPHWULiMDWRU]XOWQpJ\]HWHVSLUDPLVSROLpGHUUHOMHOOHPH]KHW
II
reakciója [Cu
DVS LQG @ |VV]HWpWHO
$NRPSOH[DXWR[LGiFLyV
WHUPpNHW V]ROJiOWDW PHO\HW V]
ilárd formában IR
spektroszkópiával, illetve hidrolizált termékeit GC segítségével azonosítottuk. A [CuII(sal)(ind)(H2O)] szekunder terméket dimetoxi-réz(II), indH és salH reakciójában is HO
iOOtWRWWXN
V]HUNH]HWpW
U|QWJHQGLIIUDNFLyYDO
D]RQRVtWRWWXN
DPLQHN
DODSMiQ
D
koordinációs övezet torzult négyzetes piramisos geometriával írható le. Vizsgálataink alapján a mcoH alkalmazható szubsztrátumként a kvercetin 2,3-dioxigenáz enzim modellreakciói során, a termékösszetétel alapján a reakció mechanizmusa megegyezik a flavonolát komplexek esetében javasolttal.
112
Qdo és Hod modellek 6. A kofaktor nélküli dioxigenáz enzimek modellreakcióiként DPPH szabad gyököt és oxokinolin származékokat (PhQuinH, N-MePhQuinH, 2-MeQuinH), illetve flaH-t reagáltattunk acetonitrilben. A reakciók során az enzimatikus úWQDN PHJIHOHO J\
U
KDVDGW
WHUPpNHNHW
kaptuk (GC-MS). Az N-MePhQuinH esetében részletes
kinetikai vizsgálatokat végeztünk, aminek eredményeképpen bimolekulás sebességi egyenlethez jutottunk. Méréseink alapján a reakciósebesség független a dioxigén koncentrációjától. Ennek alapján a sebességmeghatározó lépésben a DPPH és a PHJIHOHO
V]XEV]WUiWXP
PHJIHOHO
J\|N|V LQWHUPHGLHUHN NHOHWNH]QHN
közötti hidrogénatom transzfer reakcióban DPPH2 és a . Kísérleteink azt bizonyítják, hogy az
eddig feltételezett ionos mechanizmus mellett a gyökös mechanizmus is szerepet játszhat az enzimkatalízisben. MnSOD utánzó vegyületek .O|QE|]
7.
-hidroxi-piranon
származékok
UHDNFLyMiEDQ LQHUW N|UOPpQ\HN N|]|WW D PHJIHOHO
el
és
>0Q / 2
mangán(II)-perklorát
] komplexeket sikerült
iOOtWDQXQNPHO\HNHWVSHNWURV]NySLDLPyGV]HUHNNHOD]RQRVtWRWWXQN$>0Q IOD 2
NRPSOH[HWHJ\NULVWiO\IRUPiMiEDQLVHO
(py)2]
iOOtWRWWXN$U|QWJHQGLIIUDNFLyVYL]VJiODWDODSMiQ
a komplex oktaéderes geometriával írható le és a flavonoláto-ligandumok egymáshoz képest transz-helyzetben találhatók. Indirekt módszerekkel (xantin/xantin oxidáz és riboflavin/metionin rendszer
YL]VJiOWXN D] HO
iOOtWRWW YHJ\OHWHN 0Q62' XWiQ]y
aktivitását. A számított kSOD sebességi állandók között a két módszer esetében nagyságrendi eltérést tapasztaltunk, ami azzal magyarázható, hogy a teljes MnSOD DNWLYLWiV
QHP
IHOWpWHOH]KHW
HQ
UHQGHOKHW
HJ\pUWHOP
YHJ\HVOLJDQGXP~
HQ
D
NRPSOH[HN
EHYLWW LV
NpS]
>0Q / 2 GQHN
]
komplexekhez,
LOOHWYH
D
NRPSOH[
disszociál. Ezt támasztja alá az is, hogy kisebb pH értéknél mértünk nagyobb aktivitást, ahol a [Mn(L)2@ VWDELOLWiVD NLVHEE tJ\ D NpS]
G
HJ\pE YHJ\OHWHN LOOHWYH D QDJ\REE
aktivitást mutató mangán(II)-ion nagyobb arányban van jelen.
$WXGRPiQ\RVHUHGPpQ\HNMHOHQW
Az értekezésben bePXWDWRWW HOV
VRUEDQWXGRPiQ\RVLVPHUHWHLQNE
VpJH
PXQND DODSNXWDWiV MHOOHJ
, így az eredmények
YtWpVpWV]ROJiOMiN$]HJ\HVR[LGi]pVGLR[LJHQi]
113
enzimekhez kapcsolódó vizsgálataink amellett, hogy közelebb visznek minket az enzimek hatásmechanizmusának megértéséKH] SUHSDUDWtY V]HPSRQWEyO LV MHOHQW
VpJJHO
bírnak, mint igen nagy kemoszelektivitású homogénkatalitikus eljárások. A MnSOD XWiQ]y YHJ\OHWHN MHOHQW
VpJpW D] DGMD KRJ\ D NHOiWNpS]
NpQW KDV]QiOW YHJ\OHWHN
viszonylag nagy mennyiségben kerülnek az emberi szervezetbe, így a mangánnal NpS]HWWNRPSOH[HLNLO\HQMHOOHJ
KDWiViQDNIHOGHUtWpVHLQGRNROW
114
6. Kísérleti rész
$]
LQHUW
NtVpUOHWHN
HVHWpEHQ
D
OHYHJ
pV
QHGYHVVpJ
JRQGRV
NL]iUiViYDO
dolgoztunk [143]. Az alkalmazott gázokat (Ar, O2) szárítottuk (P2O5, Blaugél), az argont szén-dioxid és oxigénmentesítettük KOH illetve DEOXO katalizátorral töltött oszlopokkal. A felhasznált oldószereket standard módszerekkel tisztítottuk, szárítottuk és argon alatt tároltuk [144]. $P
V]HUHVYL]VJiODWRNDWD]DOiEELNpV]O
ékeken végeztük:
Specord 75 IR (Carl Zeiss, Jena) infravörös spektrofotométer Avatar 330 FT-IR Thermo Nicolet infravörös spektrofotométer Shimadzu UV-160A UV-vis spektrofotométer Carlo Erba EA 1108 C,H,N,S elemi analizátor JEOL JES-FE/3X ESR spektrométer UNITY 300 1H-NMR HP 5830 gázkromatográf (lángionizációs detektor, CP SIL8CB oszlop).
A kiindulási anyagok kereskedelmi termékek voltak.
Nitrozo-metil-NDUEDPLGHO
iOOtWiVD>@
101 g (1,50 mol) metil-amin-hidrokloridot és 300 g (5,00 mól) karbamidot 400 cm3 Yt]EHQ ROGRWWXN pV YLVV]DFVHSHJ
K
W
W DONDOPD]YD yUiQ iW IRUUDOWXN J
mól) nátrium-nitrit hozzáadása után a -10°C-UDK kénsav, jég-NRQ\KDVy
NHYHUpNpYHO
K
W|WW
KR]]iDGWXN$OHYiOyQLWUR]RYHJ\OHWHWV]
W|WWROGDWRWJMpJpVJW|PpQ\
HOHJ\pKH]
NHYHUWHWpV
N|]EHQ
ODVV
an
UWNMHJHVYt]]HOPRVWXN$WHUPpNKR]DPD
80%-os volt.
Diazo-PHWiQHO
iOOtWiVD>@
Erlenmeyer lombikban, állandó rázogatás közben, 100 cm3 éterhez 10,30 g (0,10 mol) nitrozo-metil-karbamidot adagoltunk kis részletekben. Az éter alá 35 cm3 K 115
W|WW
40%-os kálium-KLGUR[LGROGDWRWUpWHJH]WQN$K
PpUVpNOHWQHPHPHONHGHWW
°C fölé.
Tíz perccel az utolsó adagolás után, az éteres diazo-metán oldatot leöntöttük és három órán át, kevés szilárd kálium-hidroxidon szárítottuk.
Acetonitril )HOKDV]QiOiV
HO
WW
YLVV]DFVHSHJpV
N|]EHQ
IRV]IRU
-pentoxiddal refluxáltuk
PLQGDGGLJ DPtJ D] DFHWRQLWULO V]tQWHOHQ QHP OHWW (]W N|YHW
CaH2-U
O~MUDOHGHV]WLOOiOWXNDUJRQDWPRV]IpUDDODWWPROHNXODV]
HQ iWGHV]WLOOiOWXN PDMG U
n tároltuk.
Dietil-éter Kálium-QiWULXP
|WY|]HWU
O LQHUW DWPRV]IpUiEDQ IULVVHQ GHV]WLOOiOW GLHWLO
-étert
használtunk.
Metanol
Egy liter metanolhoz 5 g magnézium forgácsot adtunk, majd a reakció lejátszódása után, 4-5 órán át refluxáltuk, végül ledesztilláltuk és Ar atmoszférában tároltuk (a kiindulási metanol víztartalma 1%-nál kisebb volt).
Metilén-klorid A metilén-kloridot MgSO4-RQ W|UWpQ
V]iUtWiVW N|YHW
UHIOX[iOWXN LQHUW DWPRV]IpUiEDQ ÈWGHV]WLOOiOiVW N|YHW
HQ NpW QDSLJ &D+2
HQ PROHNXODV]
U
Q
-en
, Ar alatt
tároltuk.
Tetrahidrofurán
A tetrahidrofuránt KOH-on tároltuk, majd Ar atmoszférában fém nátrium és benzofenon jelenlétében sötétlila színállandósulásáig refluxáltuk. Az átdesztillált oldószert frissen felhasználtuk.
116
[CuII(dbcat)(idpa)]2HO állítása Rézport (0,64 g, 10 mmol) és dtbq-t (2,20 g, 10 mmol) acetonitrilben (30 cm3) argon alatt refluxáltattunk. A fém réz feloldódása után 2,3 cm3 (10 mmol) idpa-t DGDJROWXQN D] ROGDWKR] pV yUiQ iW IRUUDOWXN $ ]|OG ROGDWRW H]XWiQ V]REDK K
W|WWN YiNXXPEDQ IHOpQ\L WpUIRJDWUD SiUROWXN pV K
XWiQ NLYiOy V|WpW]|OG FVDSDGpNRW OHV]
W
IRNUD
EH WHWWN & $ QpKiQ\ yUD
UWN pWHUUHO PRVWXN pV YiNXXPEDQ V]iUtWRWWXN
Hozam: 3,53 g (75 %). O.p.: 136-138°C. UV-Vis (DMF, λmax) 267 nm (log ε 3,74). IR (KBr): 3240, 2958, 2945, 2907, 2868, 1602, 1551, 1461, 1441, 1422, 1313, 1259, 1113, 979, 831, 754, 593 cm-1. Elemanalízis (%), (C48H90O4N6Cu2) számított (talált) C: 61,17 (60,24); H: 9,62 (9,21); N: 8,92 (8,43). $ V]
UpV XWiQ D] DQ\DO~JEyO U|QWJHQGLIIUDNFLyV
vizsgálatra alkalmas egykristályok váltak ki. [ZnII(dbcat)(idpa)]2HO
iOOtWiVD
Feloldottunk 3,72 g (10 mmol) Zn(ClO4)2.6H2O-t és 2,22 g (10 mmol) dbcatH2-t 25 cm3 metanolban. Ehhez az oldathoz 2,3 cm3 (10 mmol) idpa-t adtunk V]REDK
PpUVpNOHWHQ$NHOHWNH]HWWIHKpUV]XV]SHQ]LyWK~V]yUiVNHYHUWHWpVXWiQV]
UWN
A maradékot dietil-éterrel mostuk, majd vákuumban szárítottuk. Hozam: 4,5 g (~95 %). O.p.: 160-& HOV]tQH]
-vis (DMF, λmax) 285 nm (log ε 3,25). IR (KBr):
GpV 89
3224, 2936, 2851, 1607, 1547, 1467, 1436, 1413, 1376, 1314, 1246, 1113, 975, 827 cm1
. Elemanalízis (%), (C48H90O4N6Zn2) számított (talált) C: 60,94 (60,42); H: 9,59 (9,73);
N: 8,88 (9,91). [ZnII(dbsq)(idpa)]ClO4HO
iOOtWiVD
Feloldottunk 0,56 g (1,5 mmol) Zn(ClO4)2.6H2O-t metanolban (25 cm3), hozzáadtunk 0,39 g dbsqK-t valamint 0,35 cm3 (1,5 mmol) idpa-t. Az oldatot 4 órán NHUHV]WO NHYHUWHWWN V]REDK FVDSDGpNRWLQHUWHQV]
IRNRQ PDMG PpO\K
W
EH WHWWN
UWNpVGLHWLO pWHUUHOPRVWXN(]WN|YHW
-
- 20°C). A zöldeskék
HQYiNXXPEDQV]iUtWRWW
uk.
Hozam: 0,55 g (65 %). Olvadáspont: 167-169°C. UV-vis (DMF, λmax) 262 nm (log ε 2,86), 306 (2,83), 727 (1,39). IR (KBr): 3226, 2963, 2912, 2873, 1753, 1580, 1535, 1496, 1471, 1361, 1245, 1116, 1091, 988, 859, 769, 634, 492 cm-1. Elemanalízis (%), (C24H45O6N3ZnCl) számított (talált) C: 50,35 (49,65); H: 7,92 (7,43); N: 7,34 (6,91). 117
1,2-Deutero-3,5-di-terc-butil-pirokatechin (dbcatD2 HO
iOOtWiVD
A szubsztrátum 1,00 g-ját 20 cm3 CH3OD-ban (99,5+ %) oldottuk és 60
Û&
-on
kevertettük 3 órán át. Az oldószert vákuumban bepároltuk, majd a szilárd maradékot ~MUD IHOROGRWWXN GHXWHUiOW PHWDQROEDQ $ P
YHOHWHW KiURPV]RU LVPpWHOWN PHJ PDMG D
barna szilárd maradékot vákuumban szárítottuk. Hozam: 0,89 g (89 %). A dbcatD2 izotopikus tisztaságát IR spektroszkópiás módszerrel határoztuk meg.
A
3,5-Di-terc-butil-pirokatechin
oxidációs
reakciójának
általános
leírása
[CuII(dbcat)(idpa)]2 és [Zn(dbcat)(idpa)]2 katalizátorok jelenlétében A szubsztrátum (dbcatH2) dioxigénnel való reakcióját a [M(dbcat)(idpa)]2 (M = Cu, Zn) katalizátorok jelenlétében DMF oldószerben vizsgáltuk pszeudo-HOV
UHQG
körülmények között (a dioxigénnyomás és a katalizátor koncentrációja konstans volt). A kísérleteket termosztálható reaktorban végeztük, amelyet egy szintén termosztálható gázbürettával kötöttünk össze. Az egyedi kísérletek esetében feloldottuk a V]XEV]WUiWXPRW D PHJIHOHO
K
PpUVpNOHW EHiOOtWiVD PHOOHWW $UJRQ DODWW EHPpUWN D
katalizátort, majd dioxigénnel telítettük az oldatot. Ezután 5- SHUFHV LG
N|]|QNpQW
mértük a dioxigén térfogatváltozását gázbürettával. A látszólagos sebességi állandókat (k’) spektrofotometriás módszerrel is meghatároztuk, 400,5 nm-en mérve a dtbq elnyelését (log ε = 3,21). A H2O2 aktuális koncentrációját az oldatból 15 percenként vett mintákból jodometriás titriOiVVDOKDWiUR]WXNPHJ$K
PpUVpNOHWHW
±0,5°C pontossággal
határoztuk meg. A dioxigén koncentrációját irodalmi adatok alapján számítottuk [146]. A számításnál a DMF parciális nyomását is figyelembe vettük [147], feltételzve a Dalton törvény érvényességét. Az oxigénezési reakció sebessége független volt a NHYHUWHWpVVHEHVVpJpW
OtJ\DGLII~]LyVNRQWUROONL]iUKDWy
A 3,5-Di-terc-butil-pirokatechin oxidációs reakciójának általános leírása TEMPO jelenlétében
A dbcatH2 reakcióját dioxigénnel TEMPO jelenlétében, metanolban végeztük. A reakciókhoz, a mintavételezéshez szükséges szeptummal ellátott, duplikált falú, WHUPRV]WiOKDWy
UHDNWRUHGpQ\W
KDV]QiOWXQN
pUGHNpEHQ KLJDQQ\DO W|OW|WW PDQRPpWHUFV
PHO\HW
D
GLR[LJpQQ\RPiV
YHO N|W|WWQN |VV]H (J\ WLSLNX
118
HOOHQ
U]pVH
s oxidációs
UHDNFLy VRUiQ D V]XEV]WUiWXPRW HO H]XWiQDNtYiQWK
V]|U DUJRQ DWPRV]IpUD DODWW IHOROGRWWXN $] ROGDWRW
PpUVpNOHWUHPHOHJtWHWWNPDMGKR]]iDGWXND7(032V]DEDGJ\|N|W
$ PLQWDYpWHOH]pVW D V]HSWXPRQ NHUHV]WO IHFVNHQG
YHO YpJH]WN $ NH]GHWL G
tbq koncentrációt UV-vis spektrofotometriás módszerrel határoztuk meg, 401 nm-en mérve az elnyelést (log ε = 3, pV D NpV EELHN VRUiQ LV tJ\ KDWiUR]WXN PHJ D] DNWXiOLV koncentrációját. Ezután az argonatmoszférát dioxigénre cseréltük, majd 10-30 perces mintavételezéssel követtük nyomon a dbq keletkezését. Az oxidációs reakció sebessége IJHWOHQ YROW D NHYHUWHWpV VHEHVVpJpW
O H] NL]iUMD D GLII~]LyV NRQWUROO OHKHW
VpJpW $
± 0.5°C pontossággal határoztuk meg, a dioxigén koncentrációját az irodalomból vettük [148], nyomását ± 1 % pontossággal határoztuk meg. K
PpUVpNOHWHW
[CuII(fla)(idpa)]ClO4HO
iOOtWiVD
Nitrogén atmoszféra alatt 0,37 g (1 mmol) Cu(ClO4)2.6H2O-t feloldottunk metanolban (20 cm3), majd hozzáadtunk 0,187 g (1 mmol) idpa-t. Egy óra kevertetés után 0,238 g (1 mmol) flavonolt adtunk a reakcióelegyhez, piperidint (0,085 g, 1 mmol) DGDJROWXQNV]REDK V]
PpUVpNOHWHQPDMGNpWyUiWNHYHUWHWWN$NHOHWNH]
UWN pV DFHWRQLWULOE
]|OGFVDSDGpNRW
O iWNULVWiO\RVtWRWWXN +R]DP J 2 S &
IR
(Nujol): 3228, 1559, 1095, 1055, 631 cm . UV–vis (λmax DMF): 262 (log ε 4,27), 426,5 -1
(4,29), 690 (2,23) nm. µB = 1,85 BM. A 3-hidroxi-flavon [CuII(fla)(idpa)]ClO4 katalizátor jelenlétében lejátszódó oxigénezési reakciójának általános leírása
A 3-hidroxi-flavon katalitikus oxigénezését DMF-ben végeztük. A kísérleteket termosztálható reaktorban hajtottuk végre, a dioxigén állandó nyomását manométerrel HOOHQ
UL]WN (O
V]|U DUJRQ DWPRV]IpUD DODWW IHOROGRWWXN D V]XEV]WUiWXPRW
flavon), majd beáOOtWRWWXN
D PHJIHOHO
K
-hidroxi-
PpUVpNOHWHW $ NLLQGXOiVL V]XEV]WUiWXP
-
koncentrációt UV-vis spektrofotometriás módszerrel határoztuk meg, 342,5 nm-en mérve az abszorpciót (log ε = 4,24). Az oldatot telítettük dioxigénnel, majd a NDWDOL]iWRUW D] HO
UH HONpV]tWHWW W
örzsoldatból juttattuk a reakcióelegybe. A szubsztrátum
aktuális koncentrációját UV-vis spektrofotometriás módszerrel határoztuk meg, 5-15 SHUFHQNpQWL PLQWDYpWHOH]pVVHO $ K
PpUVpNOHWHW
Az oxidációs reakciókat állandó seEHVVpJ
±0,5°C pontossággal határoztuk meg.
NHYHUWHWpV PHOOHWW YpJH]WN D GLII~]LyV
kontroll kizárása érdekében.
119
[CuII(fla)(Bz-TAC)]ClO4 HO
iOOtWiVD
A [((Bz-TAC)Cu)2(µ-O)2](ClO4)2-t (0,164 g, 0,5 mmol, CuI prekurzorra számítva) -80°C-RQiOOtWRWWXNHO
tuk 15 cm3 diklór-
DNRUiEEDQOHtUWDNV]HULQWpVIHOROGRW
metánban. A dioxigén eltávolítása után (10 percig argont buborékoltattunk az oldaton keresztül -80°C-on), 5 cm3 diklór-metánban oldott flavonolt (0,119 g, 0,5 mmol) adtunk hozzá. Az elegy színe vöröses-barnáról zöldre változott. A reakcióelegyet -80°C-on NHYHUWHWWN HJ\ yUiQ iW pV V]REDK
PpUVpNOHWUH PHOHJtWHWWN 9iNXXPEDQ EHSiUROWXN D]
oldatot, majd dietil-pWHUW DGWXQN KR]]i D FVDSDGpNNLYiOiV HO zöld terméket dietil-pWHUUHO PRVWXN pV OHYHJ 224-&
$ Q\HUVWHUPpNHW DFHWRQLWULOE
VHJtWpVpUH $ NHOHWNH]HWW
Q V]iUtWRWWXN +R]DP
0,19 g (95%). O.p.:
O NULVWiO\RVtWRWWXN iW (OHPDQDOt]LV
(C42H42N3O7ClCu) számított (talált) C: 63,10 (62,91); H: 5,30 (5,52); N: 5,30 (5,54). UV-vis (DMF): 269 (log ε 4,23), 432 (2,23), 615 (2,90) nm. µB = 1,85. IR (KBr): 3096, 2938, 2873, 1696, 1657, 1573, 1545, 1496, 1458, 1426, 1361, 1329, 1220, 1162, 1097, 1014, 978, 756, 737, 711, 634, 563, 486 cm-1. µeff = 1.93 BM. [CuII(fla)(iPr-TAC)]ClO4 HO
iOOtWiVD
A komplexet a [Cu(fla)](Bz-TAC)ClO4 esetében leírtak V]HULQW iOOtWRWWXN HO
azzal a különbséggel, hogy [{Cu(TACNiPr3)}2(µ-η2:η2-O)2](ClO4)2-hoz adtuk a flavonolt. Hozam: 0,29 g (90%). O.p.: 235- & $ Q\HUVWHUPpNHW DFHWRQLWULOE
O
kristályosítottuk át. Elemanalízis (%), (C30H42N3O7ClCu) számított (talált) C: 55,0 (54,8); H: 6,5 (6,3); N: 6,4 (6,5). UV-vis (DMF): 274 (log ε 3,54), 434 (3,52), 653 (2,15) 1065 (1,89) nm. IR (KBr, cm-1): 3060, 2976, 2938, 2880, 1606, 1573, 1554, 1497, 1464, 1426, 1394, 1329, 1220, 1097, 969, 769, 737, 718, 628, 557, 486. µeff = 1,89 BM. A [CuII(fla)(L-TAC)]ClO4 (L = Bn, iPr) komplexek oxigénezési reakciója Föloldottunk 0,25 mmol [Cu(fla)(TCNR3)]ClO4-t, (R = Bz, iPr) 5 cm3 DMF-ben és 120°C-RQ NHYHUWHWWN GLR[LJpQ DWPRV]IpUD DODWW yUiQ NHUHV]WO $ PHJIHOHO
R
[Cu(O-bs)(TCN 3)]ClO4 komplex oxigénezési reakciója során a dioxigénfelvételt gázvolumetrikus módszerrel nem tudtuk követni, mivel a dioxigén keletkezése mellett V]pQPRQR[LG V]DEDGXO IHO D]RQRV PHQQ\LVpJEHQ $ UHDNFLy OHMiWV]yGiViW N|YHW
120
HQ
hígított NH3-oldatot (0,5 cm3) adtunk a reakcióelegy 1 cm3-pKH]V]REDK szerves fázist dietil-pWHUUHO H[WUDKiOWXN (]W N|YHW
HQ FP
3
PpUVpNOHWHQ$
diazometán-oldatot adtunk
az extraktumhoz. A koordinált flavonol oxigénezési reakciójának konverzióját gázkromatográfiás módszerrel határoztuk meg (L = Bn, 78%; L = iPr, 57%). [CuII(O-bs)(Bz-TAC)]ClO4 HO
iOOtWiVD
Acetonitrilben (10 cm3) feloldottunk 0,119 g (0,5 mmol), és Bz-TAC-t [149] (0,13 g, 0,5 mmol), majd O-benzoil-szalicilsavat (0,121 g, 0,5 mmol) adtunk hozzá. Az oldatot 5 órán keresztül O2
DWPRV]IpUD DODWW UHIOX[iOWXN (]W N|YHW
HQ YiNXXPEDQ
bepároltuk és dietil-étert adtunk hozzá, melynek eredményeképpen kék csapadék vált ki. $FVDSDGpNRWV]
UWNpWHUUHOPRVWXNpVOHYHJ
198-200
A
°C.
complex
acetonitriles
QV]iUtWRWWXN+R]DP J 2S
oldatának
lassú
bepárlódása
során
röntgendiffrakciós vizsgálatra alkalmas egykristályokat kaptunk. Elemanalízis (%), (C41H42N3O8ClCu) számított (talált) C: 61,3 (60,8); H: 5,3 (5,1); N: 5,2 (5,0). UV-vis (DMF): 276 (log ε 3,81), 650 (1,96), 1035 (1,62) nm. IR (KBr): 1741, 1586, 1432, 1097, 628 cm-1. µeff = 1,95 BM. [CuII(O-bs)](iPr-TAC)ClO4 HO
iOOtWiVD
Acetonitrilben (30 cm3) feloldottunk 0,16g (0,5 mmol) [Cu(CH3CN)4]ClO4-t és argon alatt 0,12 g O-benzoil-szalicilsavat adtunk hozzá, PHWDQROEDQ ROGRWWXQN $] LERO\DV]tQ
PHO\HW HO
]
OHJ FP
3
ROGDW V]tQH GLR[LJpQ KDWiViUD ]|OGUH YiOWR]RWW
Két órás kevertetés után 0,13 g (0,5 mmol) iPr-TAC–t [150] csepegtettünk hozzá, majd öt órán át refluxáltattuk. Az oldatra dietil-étert rétegeztünk,PDMGK
WpVKDWiViUDSiUQDS
alatt kék kristályokat kaptunk. Hozam: 0,36 g (88 %). O. p.: 200-202 °C. IR (KBr, cm1
): 3070, 2982, 2935, 2880, 1747, 1611, 1584, 1510, 1428, 1394, 1272, 1258, 1211,
1095, 1028, 973, 879, 763, 703, 627, 485 cm-1. µeff = 1,99 BM. A [CuII(fla)(TCNR)]ClO4 (R = Bz, iPr) komplexek autoxidációs reakciójának kinetikai vizsgálata A [Cu(fla)(TCNR)]ClO4 (R = Bz, iPr) komplexeket DMF-ben reagáltattuk dioxigénnel. Egy tipikus kísérlet során a [Cu(fla)(Bz-TAC)]ClO4-t, vagy a [Cu(fla)(iPr121
TAC)]ClO4-t argon atmoszféra alatt oldottuk fel, mintavételezéshez alkalmas szeptummal ellátott, termosztálható reaktoredényben, amelyet higanyos manométerhez NDSFVROWXQND]iOODQGyR[LJpQQ\RPiVHOOHQ K
U]pVHpUGHNpEHQ$]ROGDWRWH]XWiQDNtYiQW
PpUVpNOHWUH PHOHJtWHWWN PDMG PLQWiW YHWWQN D PHJIHOHO
NRPSOH[ NLLQGXOiVL
koncentrációját UV-vis spektrofotometriás módszerrel 432 nm-en (R = iPr, 434 nm-en) PpUWN $] DUJRQW H]XWiQ GLR[LJpQUH FVHUpOWN D] iWDODNXOiVW DGRWW LG
N|]|QNpQW
mértük. Az oxigénezésLUHDNFLyVHEHVVpJHIJJHWOHQYROWDNHYHUWHWpVVHEHVVpJpW
OtJ\D
diffúziós kontroll kizárható. A dioxigén koncentrációját irodalmi adatok alapján határoztuk meg (6.96×10-3 M) [146]. A számításnál a DMF parciális nyomását is figyelembe vettük feltételzve a Dalton törvény érvényességét. [CuII LQG PFR @HO
iOOtWiVD
Bemértünk 0,126 g (1 mmol) [CuII(OCH3)2]-t és 3-hidroxi-(4H)-benzopirán-4on-t (0,176 g, 1 mmol), valamint 1,3-bisz(2-piridilimino)-izoindolint (0,299 g, 1 mmol) és feloldottuk 20 cm3 acetoniWULOEHQ $] HOHJ\HW V]REDK
PpUVpNOHWHQ NHYHUWHWWN DUJRQ
DWPRV]IpUD DODWW yUiQ NHUHV]WO =|OG FVDSDGpN YiOW NL PHO\HW V]
UWQN GLHWLO
-éterrel
mostunk és vacuumban szárítottunk. Hozam: 0,38 g (70%). O.p.: 230 °C felett bomlik. Elemanalízis (%), C28H19N5O3Cu számított (talált) C: 62,6 (62,8); H: 3,6 (3,9); N: 13,0 (12,8). IR (KBr): 1644, 1577, 1014 cm-1. UV-vis (DMF): 270 (log ε 4,62), 312 (4,48), 335 (4,48), 423 (4,49), 450 (4,43), 618 (1,87) nm. A [CuII(ind)(mco)] komplex oxigénezési reakciójának általános leírása Feloldottunk 0,269 g (0,5 mmol) [CuII(ind)(mco)]-t 20 cm3 DMF-ben és 10 órán keresztül 100
Û&
-on kevertettük dioxigén atmoszféra alatt. A reakcióelegyet híg
VyVDYROGDWWDO NH]HOWN (]W N|YHW
HQ GLHWLO
-éterben oldott diazometánt adtunk az
elegyhez; a koordinált 3-hidroxi-(4H)-benzopirán-4-on konverzióját (~95%) és a termék ecetsav (54%), szalicilsav (54%), valamint acetil-szalicilsav (42%) hozamának meghatározását gázkromatográfiával végeztük C11H24EHOV
VWDQGDUGDONDOPD]iViYDO
Dietil-éter további hozzáadására [CuII(asp)(ind)] vált ki zöld kristályos csapadékként. Hozam: 0,11 g (40%). Elemanalízis (%),C27H19N5O4Cu számított (talált) C: 59,9 (59,3); H: 3,5 (3,2); N: 12,6 (12,9). IR (KBr): 1756, 1636, 1531, 1357, 1013 cm-
122
1
. UV-vis (DMF) 272 (log ε 4,30), 312 (4,28), 335 (4,27) 421 (4,35), 446 (4,29), 662
(2,13). [CuII LQG VDO @HO
iOOtWiVD
Bemértünk 0,126 g (1 mmol) [CuII(OCH3)2]-t és szalicilsavat (0,138 g, 1 mmol), valamint 1,3-bisz(2-piridil-imino)-izoindolint (0,299 g, 1 mmol) és feloldottuk 20 cm3 acetonitril/metanol V]REDK
elegyben.
Az
elegyet
4
órán
keresztül
kevertettük
PpUVpNOHWHQDUJRQDWPRV]IpUDDODWW 3iU QDSXWiQKDOYiQ\]|OGNULVWiO\RNYiOWDN
ki az oldatból, melyeknek szerkezetét röntgendiffrakciós vizsgálattal azonosítottuk. 1H-3-Hidroxi-4-oxokinolin-származékok, illetve falvonol reakciója dioxigénnel 2,2difenil-1-pikril-hidrazil szabad gyök (DPPH) jelenlétében (GC vizsgálatok)
Az egyes szubsztrátumok dioxigénnel telített acetonitriles oldatához (1 mmol szubsztrátum 0,5 cm3 oldószerben) DPPH-t adtunk (0,5 cm3 acetonitril tartalmazott 0,1 mmolt, 39,4 mg-ot). A reakció során a DPPH sötétlila színe sárgára változott. Az oldatot 10 perc után dolgoztuk föl, ennek során diazo-metán dietil-éteres oldatát adtuk hozzá (1 cm3)
D
WHUPpNHNHW
*&
VHJtWVpJpYHO
D]RQRVtWRWWXN
EHQ]RLQW
KDV]QiOYD
EHOV
standardként.
1H-3-Hidroxi-4-oxokinolin-származékok, illetve falvonol reakciója dioxigénnel 2,2difenil-1-pikril-hidrazil szabad gyök (DPPH) jelenlétében Az egyes kísérletek során leYHJ
YHO GLR[LJpQQHO LOOHWYH DUJRQQDO WHOtWHWW
acetonitriles DPPH törzsoldatból (3, ill. 6 mM-os) 0,3-0,6 cm3 mennyiségeket 0,5 cm-es ~WKRVV]~WHUPRV]WiOKDWyNHYHUWHW
VNYDUFNYHWWiEDPpUWQNPHO\HWV]HSWXPPDOOiWWXQN
el. A DPPH oldathoz ezután tiszta acetonitrilt töltöttünk úgy, hogy a szubsztrátumoldat hozzáadása utáni végleges térfogat 1,6 cm3 legyen. A szubszrátumokkal készített acetonitriles törzsoldatokból (PhQuinH, 2-MeQuinH, N-MePhQuinH esetében 30, ill. flaH esetében 60 mM) 0,6-1,0 cm3-t injektáltunk a küvettába, és a DPPH fogyását követtük nyomon, 1- PiVRGSHUFHV LG
-en mérve az elnyelést (ε =
N|]|QNpQW QP
10300 M-1cm-1).
123
[MnII(fla)2@NRPSOH[HO
iOOtWiVD
Bemértünk 1,81 g (0,005 mol) Mn(ClO4)2.6H2O-t, argon alatt 40 cm3 metanolban oldottam, majd 2,38 g (0,01 mol) flavonolt adtam hozzá. A sárga szuszpenzió 0,9 cm3 Et3N hozzáadása után sötétzöld lett, majd a teljes anyagmennyiség IHOROGyGiViW N|YHW
HQ ]|OG FVDSDGpN NH]GHWW NLYiOQL 7RYiEEL yUiQ iW NHYHUWHWWHP D]
HOHJ\HW PDMGLQHUWHQV]
rtem és haromszor 5 cm3 acetonitrillel, valamint háromszor 10
cm3 dietil-éterrel mostam, vákuumban szárítottam. Hozam: 1,98 g (75 %). O.p.: 232-235 °C (130 °C felett fokozatosan barnult). Elemanalízis (%), C30H18O6Mn számított (talált) C: 68,06 (67,88); H: 3,43 (3,57). IR (KBr): 3048, 1612, 1589, 1542, 1512, 1482, 1413, 1322, 1223, 1147, 906, 755, 487 cm-1. UV-vis (CH2Cl2) 252 (log ε 4,54), 424 (4,36). [MnII(fla)2(py)2@NRPSOH[HO
iOOtWiVD
Bemértünk 0,36 g (0,001 mol) Mn(ClO4)2.6H2O-t és feloldottam 20 cm3 metanolban. Flavonolt (0,476 g, 0,001 mol) oldottam 20 cm3 piridinben. A piridines oldatból 2 cm3-t üvegfiolába mértem, majd a metanolos oldatból 2 cm3-t adtam hozzá. A két oldat határfelületén pár nap múlva röntgendiffrakciós mérésre alkalmas egykristáO\RN YiOWDN NL PHO\HNHW D] DQ\DO~J HOWiYROtWiVD XWiQ OHYHJ
Q V]iUtWRWWDP
Hozam: ~ 0,02 g (47 %). O.p.: bomlik >180 °C. Elemanalízis (%), C40H28O6N2Mn számított (talált) C: 69,87 (69,54); H: 4,10 (3,98); N: 4,07 (4,12). IR (KBr): 3070, 1615, 1590, 1542, 1511, 1482, 1414, 1321, 1215, 1150, 1032, 905, 749, 702, 486 cm-1. UV-vis (DMF) 432 (log ε 4,14). [MnII(querc)2@NRPSOH[HO
iOOtWiVD
Bemértünk 0,91 g (0,0025 mol) Mn(ClO4)2.6H2O-t, argon alatt 30 cm3 acetonitrilben szuszpendáltattam, majd 1,69 g (0,005 mol) kvercetint adtam hozzá. A sárga szuszpenzió 0,5 cm3 Et3N hozzáadása után sötétebb lett, majd a teljes DQ\DJPHQQ\LVpJ IHOROGyGiViW N|YHW
HQ ViUJiV]|OG FVDSDGpN NH]GHWW NLYiOQL 7RYiEEL
yUiQ iW NHYHUWHWWHP D] HOHJ\HW PDMG LQHUWHQ V]
UWHP pV KDURPV]RU
5 cm3 acetonitrillel,
valamint háromszor 10 cm3 dietil-éterrel mostam, vákuumban szárítottam. Hozam: 1,5 g (91 %). O.p.: ~150 °C felett bomlik. Elemanalízis (%), C30H18O14Mn számított (talált) C: 54,81 (53,45); H: 2,76 (2,62). IR (KBr): 3089, 1648, 1600, 1549, 1503, 1474, 1357,
124
1320, 1266, 1193, 1164, 1007, 808, 486 cm-1. UV-vis (DMF) 433 (log ε 3,92), 376 (4,29). [MnII(koj)2@NRPSOH[HO
iOOtWiVD
Acetonitrilben (30 cm3) feloldottunk 1,42 g (0,01 mol) kojsavat és 1,811 g (0,005 mol) Mn(ClO4)2.6H2O-t adtunN D] ROGDWKR] (NYLPROiULV PHQQ\LVpJ cm
3
KR]]iDGiViUD ViUJiVIHKpU FVDSDGpN YiOW NL D] HOHJ\E
FVDSDGpNRW LQHUWHQ V]
3
UWHP PDMG KiURPV]RU FP
(W3
N (1,0
O (J\ yUiV NHYHUWHWpV XWiQ D
dietil-éterrel mostam, vákuumban
szárítottam. Hozam: 1,35 g (80 %). O.p.: 155 °C felett bomlik. IR (KBr): 3363, 2939, 1610, 1576, 1533, 1495, 1474, 1291, 1247, 1203, 1156, 1025, 1007, 802, 547 cm-1. UVvis (DMF) 324 (log ε 3,65), 268 (3,72). [MnII(mal)2@NRPSOH[HO
iOOtWiVD
Maltolt (2,522 g, 0,02 mol) inert gáz atmoszféra alatt szuszpendáltattam 40 cm3 acetonitrilben, majd trietil-amint (2,6 cm3) adtam hozzá. Ezután lassan 3,621 g (0,01 mol) Mn(ClO4)2.6H2O-W DGDJROWDP KR]]i 5|YLG LG (J\ yUiV NHYHUWHWpV XWiQ D FVDSDGpNRW V]
XWiQ ViUJD FVDSDGpN NHOHWNH]HWW
UWHP KiURPV]RU
cm3 dietil-éterrel mostam,
majd vákuumban szárítottam. Hozam: 2,52 g (83 %). O.p.: 153 °C felett bomlik. IR (KBr): 3073, 3033, 2957, 2918, 1606, 1577, 1525, 1458, 1265, 1228, 1191, 919, 848, 703, 583, 550, 523 cm-1. UV-vis (DMF) 328 (log ε 3,67), 272 (3,58). [MnII(etmal)2@NRPSOH[HO
iOOtWiVD
Etil-maltolt (1,40 g, 0,01 mol) inert gáz atmoszféra alatt oldottam 40 cm3 acetonitrilben, majd Mn(ClO4)2.6H2O-t (1,81 g, 0,005 mol) adagoltam hozzá.A tiszta oldathoz trietil-amint (1,2 cm3) csepegtetve csapadékkiválás indult meg. Egy órás NHYHUWHWpV XWiQ D ViUJD FVDSDGpNRW V]
UWHP KiURPV]RU FP
3
dietil-éterrel mostam,
majd vákuumban szárítottam. Hozam: 1,18 g (71 %). O.p.: 240-242 °C (170 °C felett barnul). IR (KBr): 3060, 2974, 2939, 2880, 1611, 1597, 1569, 1524, 1512, 1466, 1445, 1329, 1283, 1269, 1229, 1190, 984, 940, 845, 831, 704, 622 cm-1. UV-vis (DMF) 336 (log ε 3,61), 273 (3,54).
125
[MnII(hmcp)2@NRPSOH[HO
iOOtWiVD
A hidroxi-metil-ciklopentanont (0,561 g, 0,005 mol) inert gáz atmoszféra alatt oldottam 25 cm3 acetonitrilben, majd Mn(ClO4)2.6H2O-t (0,905 g, 0,0025 mol) adagoltam hozzá. A tiszta oldathoz trietil-amint (0,7 cm3) adagolva az oldat sárga lett, majd 30 perc elteltével csapadékkiválás indult meg. További egy órás kevertetés után a sárgásfehér csDSDGpNRW
V]
UWHP
KiURPV]RU
3
FP
dietil-éterrel mostam, majd
vákuumban szárítottam. Hozam: 0,57 g (82 %). O.p.: 140 °C-tól fokozatosan barnul. IR (KBr): 2918, 2939, 2850, 1655, 1588, 1395, 1347, 1245, 1207, 1154, 738, 685, 540, 745 cm-1. UV-vis (DMF) 302 (log ε 3,52), 269 (3,77).
MnSOD-utánzó aktivitás mérése riboflavin/metionin rendszerrel $ V]XSHUR[LG J\|NDQLRQW IRWROLWLNXV ~WRQ iOOtWRWWXN HO
ULERIODYLQPHWLRQLQ
rendszer segítségével, és 560 nm-en mértük a redukált diformazan keletkezését. Riboflavint (4×10-6 M), metionint (0,01 M) és NBT-t (1,67×10-4 M) tartalmazó vizes Na2HPO4/KH2PO4 (0,05 M, pH = 7,8) pufferoldat 9,9 cm3-éhez, 0,1 cm3 [Mn(L)2] komplex oldatát adtam (L: fla, querc, koj, mal, Etmal, HMcp). A komplexek törzsoldatainak koncentrációját úgy állítottam be, hogy a 10 cm3 végtérfogatra számított koncentráció 0,5×10-6-60×10-6
0 N|]|WW YiOWR]]RQ $] ROGDWRW OHYHJ
világítottam be Pen-Ray UVP, PS- OiPSDWHVW YHJFV NHOHWNH]
WtSXV~ KLJDQ\J
EHQ D] ROGDWED OyJDWYD DPH
]OiPSiYDO
Q SHUFLJ
×94×53 mm
ly 366 nm-en emittál. A NBT-ból
GLIRUPD]DQ DEV]RUEDQFLiMiW QP
-en mértem UV-vis spektrofotométerrel, l
= 0,5 cm kvarcküvettát alkalmazva. A diformazan keletkezését a komplexek jelenlétében és nélkülük egyaránt megmértük. A kísérleteket duplikált falú, mágneses NHYHU
YHO HOOiWRWW WHUPRV]WiOKDWy UHDNWRUHGpQ\EHQ YpJH]WHP
°C-on, D K
PpUVpNOHWHW
±0,1°C pontossággal állapítottam meg.
Pen-Ray UVP, PS-WtSXV~KLJDQ\J
]OiPSDDNWLQRPHWUiOiVD
A lámpa aktinometrálását 6×10-3 M-os K3[Fe(ox)3].3H2O kénsavas (0,05 M) oldatával végeztem. Ennek 10 cm3-ét folyamatos kevertetés mellett meghatározott ideig világítottam be, majd 2 cm3 bevilágított oldathoz 5 cm3 nátrium-acetát/kénsav puffert és 2 cm3 0,1 m/m %-os 1,10-fenantrolin-oldatot adtam, és 25 cm3-re hígítottam. Húsz 126
hagytam sötétben állni, majd l = 1,0 cm úthosszúságú kvarcküvettában mértem a keletkezett vas(II)-fenantrolin elnyelését 510 nm-en. A kísérleteket a MnSOD-uránzó aktivitás méréséhez használt reaktoredényben végeztem 30°C-on,
D K
PpUVpNOHWHW
±0,5°C pontossággal állapítottam meg.
Fridovich-kísérlet $ V]XSHUR[LG J\|NDQLRQW HQ]LPDWLNXV ~WRQ iOOtWRWWXN HO
[DQWLQ;DQWLQ R[LGi]
rendszer segítségével, és 550 nm-en mértük a redukált citokróm c keletkezését. Xantin törzsoldat (0,0155 g xantin, 10 cm3 0,01 M foszát pufferben, pH = 7,4) 15 µl-éhez 140 µl citokróm c(III)-at tartalmazó oldatot adtam (0,0400 g citokróm c(III), 3 cm3 foszfát pufferben). 20 µl kataláz-oldat (0,0090 g kataláz, 2 cm3 foszfát pufferben) hozzáadása után 3 cm3-re állítottam a YpJWpUIRJDWRW $] tJ\ HONpV]tWHWW ROGDWKR] RO\DQ PHQQ\LVpJ Xantin oxidáz-oldatot adtam, hogy az abszorbanciaváltozás 550 nm-en ~0,024 min-1 legyen. A redukált citokróm c keletkézését mind a vizsgált komplex jelenlétében, mind annak hiányában mértük. Minden kísérletet 25 ± 0,2°C-on, termosztálható, mágneses NHYHU
YHOHOOiWRWW
×1 cm-HVP
DQ\DJNYHWWiEDQYpJH]WHP
127
7. Irodalomjegyzék [1]
R. W. Hay, Bio-Inorganic Chemistry, Ellis Harwood Ltd., Chicester (1984)
[2]
.
[3]
K. Lerch, Mol. Cell. Biochem. 52, 125 (1983)
[4]
B. J. Dervall, Nature 189, 311 (1961)
[5]
T. Klabunde, C. Eicken, J. C. Sacchettini and B. Krebs, Nat. Struct. Biol., 5, 1084 (1998)
[6]
C. Eicken, F. Zippel, K. Büldt-Karentzopoulos and B. Krebs, FEBS Lett. 436, 293 (1998)
[7]
C. Eicken, B. Krebs, J. C. Sacchettini, Curr. Opin. Struct. Biol., 9, 677 (1999)
[8]
T. Oka and F. J. Simpson, Biochem. Biophys. Res. Commun., 43, 1 (1971)
[9]
T. Oka, F. J. Simpson and H. G. Krishnamarty, Can. J. Microbiol., 18, 493 (1972)
[10]
H. K. Hund, J. Breuer, F. Lingens, J. Huttermann, R. Kappl and S. Fetzner, Eur. J. Biochem., 263, 871 (1999)
[11]
F. Fusetti, K. H. Schoeter, R. A. Steiner, P. I. van Noort, T. Pijning, H. J. Rozeboom, K. H. Kalk, M. R. Egmond and B. W. Dijkstra, Structure, 10, 259 (2002)
[12]
F. Fusetti, K. H. Schoeter, R. A. Steiner, B. W. Dijkstra P. I. van Noort, M. R. Egmond and M. Huber, Eur. J. Biochem., 269, 2971 (2002)
[13]
J. Peisach and W. E. Blumberg, Arch. Biochem. Biophys., 165, 691 (1974)
[14]
T. Vanngárd, Biological Applications of Electron Spin Resonance (Ed. H. M. Swartz, J. R. Bolton and D. C. Borg), John Wiley & Sons, Inc., New York, 411 (1972)
[15]
Bauer, I., De Beyer, A., Tsisuaka, B., Fetzner, S. and Lingens, F., FEMS Microbiol. Lett., 117, 299 (1994)
[16]
S. Fetzner, Appl. Microbiol. Biotechnol., 49, 237–250 (1998)
[17]
S. Fetzner, Naturwissenschaften, 87, 59–69 (2000)
[18]
I. Bauer, N. Max, S. Fetzner and F. Lingens, Eur. J. Biochem. 240, 576 (1996)
[19]
F. Fischer, S. Künne and S. Fetzner, J. Bacteriol. 181 5725 (1999)
U|V(
Bioszervetlen kémia, Gondolat Kiadó, Budapest (1980)
128
[20]
F. Fischer and S. Fetzner, FEMS Microbiol. Lett., 190, 21 (2000)
[21]
M. R. Gunther, J. A. Peters, M. K. Svaneri, J. Biol. Chem., 277, 9160 (2002)
[22]
S. Fetzner, Appl. Microbiol. Biotechnol., 60, 243 (2002)
[23]
J. M. McCord and I. Fridovich, J. Biol. Chem., 244, 6049 (1969)
[24]
J. V. Bannister, W. H. Bannister, G. Rotilio, CRC Crit. Rev. Biochem. 22, 111 (1987)
[25]
W. C. Stallings, K. A. Pattridge, R. K. Strong and M. L. Ludwig, J. Biol. Chem., 259, 10695 (1987)
[26]
J. A. Tainer, E. D. Getzoff, K. M. Beem, J. S. Richardson, D. C. Richardson., J. Mol. Biol., 160, 181 (1982)
[27]
B. B. Keele Jr., J. M. McCord and I. Fridovich, J. Biol. Chem., 245, 6176 (1970)
[28]
G. E. Borgstahl , H. E. Parge, M. J. Hickey, W. F. J. Beyer, R. A. Hallewell, Cell, 71, 107 (1992)
[29]
M. E. Stroupe, M. DiDonato and J. A. Tainer, Handbook of Metalloproteins (Ed. A. Messerschmidt, R. Huber, T. Poulos and K. Wieghardt), John Wiley & Sons, Ltd., Chicester, 941 (2001)
[30]
S. Flückinger, Peer R. E. Mittl, L. Scapozza, H. Fijten, G. Folkers, M. G. Grütter, K. Blaser and R. Crameri, J. Immunol., 168, 1267 (2002)
[31]
A. A. Parchet, B. Witkop, J. Org. Chem., 22, 1477 (1957)
[32]
C. A. Tyson, A. E: Martell, J. Am. Chem. Soc., 90, 3379 (1968)
[33]
C. A. Tyson, A. E. Martell, J. Phys. Chem., 74, 2601 (1970)
[34]
G. Speier, Z. Tyeklár, J. Chem. Soc. Perkin II, 1176 (1981)
[35]
G. Speier, Z. Tyeklár, J. Mol. Catal., 57, 117 (1990)
[36]
L. M: Berreau, M. S. Mahapatra, A. J. Halten, R. P. Houser, V. G. Yonerg Jr., W. B. Tolman, Angew. Chem. Int. Ed., 38, 207 (1999)
[37]
J. S. Thompson, J. C. Calabrese, Inorg. Chem., 24, 3167 (1985)
[38]
D. G: Brown, L. Beckmann, C. H. Ashby, C. Vogel, J. T. Reinpecht, Tetrahedron Lett., 1363 (1977)
[39]
S. C. Schoner and P. P. Power, Inorg. Chem., 31, 1001 (1992)
[40]
C. Bianchini, P. Frediani, F. Laschi, A. Meli, F. Vizza, P, Zanello, Inorg. Chem., 29, 3402 (1990) 129
[41]
P. Barbaro, C. Bianchini, C. Mealli, A. Meli, F. Vizza, J. Am. Chem. Soc., 113, 3181 (1991)
[42]
P. Barbaro, C. Bianchini, K. Linn, C. Mealli, A. Meli, F. Vizza, F. Laschi, P. Zanello, Inorg. Chim. Acta, 198, 31 (1992)
[43]
S. Kida, H. Okawa, Y. Nishida, Copper Coordination Chemistry: Biochemical and Inorganic Perspectives, (Eds: K. D. Karlin, J. Zubieta), Adenine, Guilderland, New York, 425 (1983)
[44]
N. Oishi, Y. Nishida, K. Ida, S. Kida, Bull. Chem. Soc. Jpn., 53, 2847 (1980)
[45]
K. D. Karlin, Y. Gultneh, T. Nickolson, J. Zubieta, Inorg. Chem., 24, 3727 (1985)
[46]
T. Matsuura, H. Matsushima and H. Sakomoto, J. Am. Chem. Soc., 89, 6370 (1967)
[47]
T. Matsuura, H. Matsushima and R. Nakashima, Tetrahedron, 26, 435 (1970)
[48]
S. L. Studer, W. E. Brewer, M. L. Martinez and Pi-Tai Chon, J. Am. Chem. Soc., 111, 7643 (1989)
[49]
A. Nishinaga and T. Matsuura, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 9 (1973)
[50]
T. Matsuura, Tetrahedron, 33, 2869 (1977)
[51]
A. Nishinaga, T. Tojo, H. Tomita and T. Matsuura, J. Chem. Soc., Perkin Trans. I., 2511 (1979)
[52]
C. G. Nordstrom and C. Majani, Suomen. Kem., 338, 239 (1965)
[53]
C. G. Nordstrom and C. Majani, Suomen. Kem., 341, 351 (1968)
[54]
L. Barhács, J. Kaizer and G. Speier, J. Org. Chem., 65, 3449 (2000)
[55]
A. Nishinaga, T. Tojo and T. Matsuura, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 896 (1974)
[56]
A. Nishinaga, T. Kuwashige, K. Maruyama and T. Mashino, J. Inorg. Biochem., 51, 254 (1993)
[57]
W. Hiller, A. Nishinaga and Z. Rieker, Naturforsch., 47b, 1185 (1992)
[58]
A. Nishinaga and H. Tomita, J. Mol. Catal., 7, 128 (1980)
[59]
L. Barhács, J. Kaizer and G. Speier, J. Mol. Catal. A: Chem., 172, 117 (2001)
[60]
E. Eichhorn, A. Rieker, B. Speiser and H. Stahl, Inorg. Chem., 36, 3307 (1997)
130
[61]
A. Nishinaga, T. Kuwashige, T. Tsutsui, T. Mashino, K. J. Maruyama, J. Chem. Soc., Dalton. Trans., 805 (1994)
[62]
M. Utaka, M. Hojo, Y. Fujii and A. Takeda, Chem. Lett., 635 (1984)
[63]
É. Balogh-Hergovich, J. Kaizer, G. Speier, G. Argay and L. Párkányi, J. Chem. Soc., Dalton Trans., 3847 (1999)
[64]
É. Balogh-Hergovich, J. Kaizer, G. Speier, V. Fülöp and L. Párkányi, Inorg. Chem., 38, 3787 (1999)
[65]
É. Balogh-Hergovich, J. Kaizer, J. Pap, G. Speier, G. Huttner and L. Zsolnai, Eur. J. Inorg. Chem., 2287 (2002)
[66]
L. Barhács, J. Kaizer, J. Pap and G. Speier, Inorg. Chim. Acta, 320, 83 (2001)
[67]
É. Balogh-Hergovich, J. Kaizer, G. Speier, G. Huttner and L. Zsolnai, J. Inorg. Biochem., 59, 687 (1995)
[68]
É. Balogh-Hergovich, J. Kaizer, G. Speier, G. Huttner and A. Jacobi, Inorg. Chem., 39, 4224 (2000)
[69]
W. Adam, Chem. Ztg., 99, 142 (1975)
[70]
E. A. Lewis and W. B. Tolman, Chem. Rev., 104, 1047 (2004)
[71]
A. D. Zuberbühler, Helv. Chim. Acta, 59, 1484 (1976)
[72]
M. Günterspurger, A. D. Zuberbühler, Helv. Chim. Acta, 60, 2584 (1977)
[73]
S. Schindler, C. D. Hubbard and R. van Eldik, Chem. Soc. Rev., 27, 387 (1998)
[74]
M. Weitzer, M. Schatz, F. Hampel, F. Heinemann and S. Schindler, J. Chem. Soc. Dalton Trans., 686 (2002)
[75]
K. D. Karlin, W. B. Tolman, S. Kaderli and A. D. Zuberbühler, J. Mol. Catal. A, 117, 215 (1997)
[76]
R. R. Jacobsen, Z. Tyeklár, A. Farooq, K. D. Karlin, S. Lui and J. Zubieta, J. Am. Chem. Soc., 110, 3690 (1988)
[77]
K. D. Karlin, N. Wei, B. Jung, S. Kaderli, A. D. Zuberbühler, J. Am. Chem. Soc., 113, 5868 (1991)
[78]
K. D. Karlin, N. Wei, B. Jung, S. Kaderli, P. Niklaus and A. D. Zuberbühler, J. Am. Chem. Soc., 115, 9506 (1993)
[79]
C. X. Zhang, S. Kaderli, M. Costas, E. Kim, Y.-M. Neuhold, K. D. Karlin and A. D. Zuberbühler, Inorg. Chem., 42, 1807 (2003)
131
[80]
H. C. Fry, D. V. Scaltrito, K. D. Karlin, G. J. Meyer, J. Am. Chem. Soc., 125, 11866 (2003)
[81]
D.-H. Lee, N. Wei, N. N. Murthy, Z. Tyeklár, K. D. Karlin, S. Kaderli, B. Jung and A. D. Zuberbühler, J. Am. Chem. Soc., 117, 12498 (1997)
[82]
M. Becker, F. Heinemann and S. Schindler, Eur. J. Chem., 5, 3124 (1999)
[83]
M. Weitzer, S. Schindler, G. Brehm, S, Schneider, E. Hörmann, B. Jung, S. Kaderli and A. D. Zuberbühler, Inorg. Chem., 42, 1800 (2003)
[84]
N. Wei, N. N. Murthy, Q. Chen and J. Zubieta, Inorg. Chem., 33, 1953 (1994)
[85]
N. Wei, D.-H. Lee, N. N. Murthy, Z. Tyeklár, K. D. Karlin, S. Kaderli, B. Jung and A. D. Zuberbühler, Inorg. Chem., 33, 4625 (1994)
[86]
B. Jung, K. D. Karlin and A. D. Zuberbühler, J. Am. Chem. Soc., 118, 3763 (1996)
[87]
S. Itoh, H. Nakao, L. M. Berreau, T. Kondo, M. Komatsu, S. J. Fukuzumi, J. Am. Chem. Soc., 120, 2890 (1998)
[88]
H.-C. Liang, C. X. Zhang, M. J. Henson, R. D. Sommer, K. R. Hartwell, S. Kaderli, A. D. Zuberbühler, A. L. Rheingold, E. I. Solomon and K. D. Karlin, J. Am. Chem. Soc., 124, 4170 (2002)
[89]
S. Mahapatra, S. Kaderli, A. Llobet, Y.-M. Neuhold, T. Palanché, J. A. Halfen, V. G. Young Jr., T. A. Kaden, L. Que Jr., A. D. Zuberbühler and W. B. Tolman, Inorg. Chem., 36, 6343 (1997)
[90]
J. A. Halfen, S. Mahapatra, E. C. Wilkinson, S. Kaderli, V. G. Young Jr., L. Que Jr., A. D. Zuberbühler and W. B. Tolman, Sceince, 271, 1397 (1996)
[91]
S. Mahapatra, V. G. Young Jr. and W. B. Tolman, Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 36, 130 (1997)
[92]
B. A. Jazdzewsky, A. M. Reynolds, P. L. Holland, V. G. Young Jr., S. Kaderli, A. D. Zuberbühler and W. B. Tolman, J. Biol. Inorg. Chem., 8, 381 (2003)
[93]
H. V. Obias, Y. Lin, N. N. Murthy, E. Pidcock, E. I. Solomon, M. Ralle, N. J. Blackburn, Y. M. Neubold, A. D. Zuberbühler and K. D. Karlin, J. Am. Chem. Soc., 120, 12960 (1998)
[94]
S. Itoh, M. Taki, H. Nakao, P. L. Holland, W. B. Tolman, L. Que Jr. and S. Fukuzumi, Angew. Chem., Int. Ed., 39, 398 (2000)
[95]
K. Fujisawa, M. Tanaka, Y. Moro-oka and N. Kitajima, J. Am. Chem. Soc., 116, 12079 (1994)
[96]
P. Chen, D. E. Root, C. Compachiaro, K. Fujisawa and E. I. Solomon, J. Am. Chem. Soc., 125, 466 (2003) 132
[97]
P. Chaudhuri, M. Hess, T. Weyhermüller and K. Wieghardt, Angew. Chem., Int. Ed., 38, 1095 (1999)
[98]
D. J. E. Spencer, N. W. Aboelella, A. M. Reynolds, P. L. Holland and W. B. Tolman, J. Am. Chem. Soc., 124, 2108 (2002)
[99]
S. Mahapatra, J. A. Halfen, E. C. Wilkinson, G. Pan, X. Wang, V. G. Young Jr., C. J. Cramer, L. Que Jr. and W. B. Tolman, J. Am. Chem. Soc., 118, 11555 (1996)
[100] J. Cahoy, P. L. Holland and W. B. Tolman, Inorg. Chem., 38, 2161 (1999) [101] T. D. P. Stack, Dalton. Trans., 1881 (2003) [102] V. Mahadevan, Z. Hou, A. P. Cole, D. E. Root, T. K. Lal, E. I. Solomon and T. D. P. Stack, J. Am. Chem. Soc., 119, 11996 (1997) [103] V. Mahavedan, M. J. Henson, E. I. Solomon and T. D. P. Stack, J. Am. Chem. Soc., 122, 10249 (2000) [104] M. Taki, S. Teramae, S. Nagatomo, Y. Tachi, T. Kitagawa, S. Itoh and S. Fukuzumi, J. Am. Chem. Soc., 124, 9332 (2002) [105] W. B. Tolman, Acc. Chem. Res., 30, 227 (1997) [106] M. J. Henson, M. A. Vance, C. X. Zhang, H.-C. Liang, K. D. Karlin and E. I. Solomon, J. Am. Chem. Soc., 125, 5186 (2003) [107] M. Czaun and G. Speier, Tetrahedron Lett., 43, 5961 (2002) [108] Czaun Miklós, Doktori (PhD) értekezés, Veszprémi Egyetem (2003) [109] A. E. G. Cass, Superoxide Dismutases, in Metalloproteins, (Ed. P. M. Harrison), Verlag Chemie, Basel, vol. 1, ch. 4, 121-156 (1985) [110] D. P. Riley, Chem. Rev., 99, 2573 (1999) [111] M. J. Burkitt and B. C. Gilbert, Free Radical Res. Commun., 10, 265 (1990) [112] D. Salvemini, Z.-Q. Wang, J. Zweier, A. Samouilov, H. Macarthur, T. Misko, M. Currie, S. Cuzzocrea, J. Sikorski and D. P. Riley, Science, 286, 304 (1999) [113] S. Melov, J. Ravenscroft, S. Malik, M. S. Gill, D. W: Walker, P. E. Clayton D. C. Wallace. B. Malfroy, S. R. Doctrow and G. J. Lithgow, Science, 289, 1567 (2000) [114] I. Fridovich, CRC Handbook of Methods for Oxygen Radical Research, (Ed. R. A. Greenwald), CRC: Boca Raton, FL, 51 (1985)
133
[115] J. W. Whittaker, Metal Ion sin Biological Systems, vol. 37, Manganese and its Role in Biological Processes, (Ed. A. Sigel and H. Sigel), Marcel Dekker, Inc., New York, 587 (2000) [116] E. A. Lewis, H. H. Khodr, R. C. Hider, J. R. Lindsay Smith and P. H. Walton, Dalton Trans., 187 (2004) [117] T. Piacham, C. Isarankura Na Ayudhya, V. Prachayasittikul, L. Bülow and L. Ye, Chem. Commun., 1254 (2003) [118] N. Kitajima, M. Osawa, N. Tamura, Y. Moro-oka, T. Hirano, M. Hirobe and T. Nagano, Inorg. Chem., 32, (1993) [119] I. Batinic-Haberle, I. Spasojevic, P. Hambright, L. Benov, A. L. Crumbliss and I. Fridovich, Inorg. Chem., 38, 4011 (1999) [120] A. Deroche, I. Morgenstern-Badarau, M. Cesario, J. Gulihem, B. Keita, L. Nadjo and C. Houee-Levin, J. Am. Chem. Soc., 118, 4567 (1996) [121] I. Spasojevic, I. Batanic-Haberle, R. D: Stevens, P. Hambright, A. N. Thorpe, J. Grodkowski, P. Neta and I. Fridovich, Inorg. Chem., 40, 726, (2001) [122] J. Lin, C. Tu, H. Lin, P. Jiang, J. Ding and Z. Guo, Inorg. Chem. Commun., 6, 262 (2003) [123] J. Kaizer, J. Pap, G. Speier, L. Párkányi, L. Korecz and A. Rockenbauer, J. Inorg. Biochem., 91, 190 (2002) [124] J. Rall, M. Wanner, M. Albrecht, F. M. Hornung, W. Kaim, Eur. J. Chem., 5, 2802 (2000) [125] A. W. Addison, T. N. Rao, J. Reedijk, J. van Rijn, G. C. Vershoor, J. Chem. Soc., Dalton Trans., 1349 (1984) [126] B. H. J. Beilski and H. W. Richter, J. Am. Chem. Soc., 99, 3019 (1977) [127] R. A. More O’Ferrall, J. Chem. Soc. B, 785 (1970) [128] R. R. Jacobson, Z. Tyeklar, K. D. Karlin, S. Liu, J. Zubieta, J. Am. Chem. Soc., 110, 3690 (1988) [129] N. Kitajima, T. Koda, S. Hasimoto, T. Kitagawa, Y. Moro-oka, J. Am. Chem. Soc., 113, 5664 (1991) [130] J. Kaizer, J. Pap, E. Speier and G. Speier, Challenges for Coordination Chemistry in the New Century, (Ed. M. Melnik and A. Sirota), Slowak Technical University Press, Bratislava, 201 (2001) [131] L. S. White and L. Que Jr, J. Mol. Catal., 33, 139 (1985) [132] L. S. White, E. J. Hellman and L. Que Jr, J. Org. Chem., 47, 3766 (1982) 134
[133] S. Muto, T. C. Bruice, J. Am. Chem. Soc., 102, 4472 (1980) [134] M. Lucarini, V. Mugnaini and G. F. Pedulli, J. Org. Chem., 67, 928 (2002) [135] F. Munisci, F. Recupero, G. F. Pedulli, M. Lucarini, J. Mol. Catal. A: Chem., 204, 63 (2003) [136] M. C. Foti, L. R. C. Barclay and K. U. Ingold, J. Am. Chem. Soc., 124, 12881 (2002) [137] S. Mahapatra, J. A. Halfen, E. C. Wilkinson, L. Que Jr. and W. B. Tolman, J. Am. Chem. Soc., 116, 9785 (1994) [138] J. Kaizer, J. Pap, G. Speier and L. Párkányi, Eur. J. Inorg. Chem., 2253 (2004) [139] J. Kaizer, J. Pap, G. Speier, M. Giorgi and M. Reglier, Trans. Met. Chem., nyomtatásban [140] J. Kaizer, J. Pap, G. Speier and L. Párkányi, Z. Kristallogr., NCS, 219, 141 (2004) [141] I. Fridovich, CRC Handbook of Methods for Oxygen Radical Research, (Ed. R. A. Greenwald), CRC: Boca Raton, FL, 121 (1985) [142] C. Auclair and E. Voisin, CRC Handbook of Methods for Oxygen Radical Research, (Ed. R. A. Greenwald), CRC: Boca Raton, FL, 123 (1985) [143] D. F. Shriver, M. A. Drezdzon, The Manipulation of Air-Sensitive Compounds, John Wiley and Sons, New York (1986) [144] D. D. Perrin, W. L. Armarego, D. R. Perrin, Purification of Laboratory Chemicals, 2nd ed., Pergamon, New York (1990) [145] Organikum0
V]DNL.|Q\YNLDGy%XGDSHVW
[146] A. Kruis, Landolt-Börnstein, Springer, Berlin, Bd. 4, Teil 4, 269 (1976) [147] G. Ram and A. R. Sharaf, J. Ind. Chem. Soc., 45, 13 (1968) [148] C. B. Kretschmer, J. Nowakowska and R. Wiebe, Ind. and Eng. Chem., 38, 506 (1946) [149] T. Beissel, B. S. P. C. D. Vedova, K. Wieghardt and R. Boese, Inorg. Chem., 29, 1736 (1990) [150] G. Haselhorst, S. Stoetzel, A. Strassburger, W. Walz, K. Wieghardt and B. Nuber, J. Chem. Soc., Dalton Trans., 83 (1993)
135
