Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Окислительные превращения 5-гидрокси-6-метилурацила под действием молекулярного кислорода в присутствии хлорида меди (II) , гидроксильных и пероксильных радикалов

Диссертация: Окислительные превращения 5-гидрокси-6-метилурацила под действием молекулярного кислорода в присутствии хлорида меди (II) , гидроксильных и пероксильных радикалов
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Апробация работы. Результаты исследований были доложены и обсуждены на VIII Международном семинаре по магнитному резонансу (спектроскопия, томография и экология) (Ростов-на-Дону, 2006), на Всероссийской конференции лауреатов Международного благотворительного научного фонда им. К. И. Замараева «Современные подходы к проблемам физикохимии и катализа» (Новосибирск, 2007), на IV Международной… Читать ещё >

Содержание

  • ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
    • 1. 1. Комплексообразование производных урацила с металлами переменной валентности
      • 1. 1. 1. Таутомерия урацилов
      • 1. 1. 2. Взаимодействие урацилов с ионами металлов в водных растворах
      • 1. 1. 3. Взаимодействие ионов металлов с урацилами в неводных средах
    • 1. 2. Окисление органических соединений в присутствии кислорода и солей меди
      • 1. 2. 1. Активация кислорода медьсодержащими белками
      • 1. 2. 2. Фиксация и активация молекулярного кислорода на комплексах меди с субстратом
      • 1. 2. 3. Образование активных форм кислорода в присутствии меди (П)
      • 1. 2. 4. Окисление органических соединений ионами меди (П)
    • 1. 3. Окисление пиримидиновых оснований
      • 1. 3. 1. Окисление пиримидиновых оснований гидроксильными радикалами
      • 1. 3. 2. Окисление пиримидиновых оснований пероксильными радикалами
      • 1. 3. 3. Окисление пиримидиновых оснований перманганатом калия
      • 1. 3. 4. Окисление пиримидиновых оснований пероксосульфат-ионами в водных растворах
      • 1. 3. 5. Окисление пиримидиновых оснований перекисными соединениями
      • 1. 3. 6. Окисление пиримидиновых оснований озоном
  • ГЛАВА II. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. 2.1. Используемые реагенты
    • 2. 2. Методы анализа
      • 2. 2. 1. ИК-спектроскопия
      • 2. 2. 2. Электронная спектроскопия
      • 2. 2. 3. ЯМР-спектроскопия
      • 2. 2. 4. Высокоэффективная жидкостная хроматография
      • 2. 2. 5. Рентгеноструктурный анализ
      • 2. 2. 6. Квантово-химические расчеты
      • 2. 2. 7. Хроматомасс-спектрометрия
    • 2. 3. Методы проведения эксперимента
      • 2. 3. 1. Изучение комплексообразования 5-гидрокси-6-метилурацила с хлоридом меди (Н)
      • 2. 3. 2. Окисление 5-гидрокси-6-метилурацила кислородом воздуха в присутствии солей металлов переменной валентности
      • 2. 3. 3. Манометрическое определение количества поглощенного кислорода
      • 2. 3. 4. Изучение реакции 5-гидрокси-6-метилурацила с пероксильными радикалами
      • 2. 3. 5. Изучение реакции 5-гидрокси-6-метилурацила с гидроксильными радикалами, генерируемыми реактивом Фентона
  • ГЛАВА III. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
    • 3. 1. Окисление 5-гидрокси-б-метилурацила кислородом в присутствии солей металлов переменной валентности
      • 3. 1. 1. Влияние природы иона металла на окисление 5-гидрокси-6-метилура-цила кислородом в водных растворах
      • 3. 1. 2. Влияние кислорода на скорость окисления 5-гидрокси-6-метилурацила
      • 3. 1. 3. Комплексообразование СиС12 с 5-гидрокси-6-метилурацилом в водных растворах
      • 3. 1. 4. Зависимость скорости окисления 5-гидрокси-6-метилурацила от концентрации [СиСЩо
      • 3. 1. 5. Температурная зависимость эффективной константы скорости окисления 5-гидрокси-6-метилурацила
      • 3. 1. 6. Манометрическое определение количества поглощенного кислорода
    • 3. 2. Идентификация продукта окисления 5-гидрокси-б-метилурацила методом 13С ЯМР- и масс-спектроскопии и рентгено-структурным анализом
    • 3. 3. Обсуждение механизма реакции
      • 3. 3. 1. Окисление 5-гидрокси-6-метилурацила гидроксильными радикалами
      • 3. 3. 2. Влияние первичных спиртов на скорость окисления 5-гидрокси-б-метилурацила
      • 3. 3. 3. Квантово-химические расчеты механизма гидроксилирования 5-гидрокси-б-метилурацила
    • 3. 4. Окисление 5-гидрокси-б-метилурацила пероксильными радикалами
  • ВЫВОДЫ

Окислительные превращения 5-гидрокси-6-метилурацила под действием молекулярного кислорода в присутствии хлорида меди (II) , гидроксильных и пероксильных радикалов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность работы. Интерес к проблеме окисления пиримидиновых оснований возрастает с каждым годом и связан с необходимостью понимания процессов разрушения и восстановления ДНК, синтезом маркеров окислительного стресса.

Из литературы известно, что в качестве окислителей пиримидиновых оснований использовали перманганат калия, пероксосульфат натрия, пероксид водорода, озон, гидроксильные радикалы. Как правило, окисление протекает в жестких условиях, характеризуется широким набором и низкими выходами продуктов. Поэтому поиск окислительных систем «мягкого» и селективного действия является актуальным. В последние десятилетия внимание исследователей направлено на моделирование ферментативных систем, осуществляющих гидроксилирование органических соединений в мягких условиях с исключительной селективностью и высокими скоростями. Большое распространение получили методы окисления молекулярным кислородом, основанные на его фиксации и активации на комплексах металлов переменной валентности. Производные урацила имеют несколько донорных центров, способных образовывать координационные соединения с ионами металлов переменной валентности, их участие в модельных ферментативных системах возможно как в качестве лигандов, так и субстратов. Изучение окисления 5-гидрокси-6-метилурацила молекулярным кислородом в присутствии солей двухвалентной меди позволит понять процессы, протекающие in vivo с участием кислорода и комплексов металлов переменной валентности с биомолекулами.

Работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ ИОХ УНЦ РАН по темам: «Реакционная способность низкомолекулярных биорегуляторов при комплексообразовании и сольватации с dи f-металлами и фармаконами» (номер государственной регистрации 0120.500 676) и «Гомои гетерофункциональные соединения в комплексообразовании с металлами и фармаконами» (номер государственной регистрации 0120.0 801 446), при финансовой поддержке Программы № 7 ОХНМ РАН «Химия и физикохимия супрамолекулярных систем и атомных кластеров» и Программы Президиума РАН (8-П) «Развитие методологии органического синтеза и создание соединений с ценными прикладными свойствами» проект «Разработка метода окислительной трансформации кислород и азотсодержащих функциональных групп углеводов и нуклеиновых оснований».

Цель работы. Изучение окислительной трансформации 5-гидрокси-6-метилурацила молекулярным кислородом в водных растворах в присутствии хлорида меди (П), гидроксильными и пероксильными радикалами.

Научная новизна и практическая ценность. В работе впервые с количественным выходом получен 5,5,6-тригидрокси-6-метилпиримидин-2,4-дион окислением 5-гидрокси-6-метилурацила молекулярным кислородом в присутствии хлорида меди (Н). Структура продукта установлена методами рентгено-структурного анализа, спектроскопии 13С ЯМР-и хроматомасс-спектрометрии. Определено влияние природы иона металла, соотношения реагентов, температуры на скорость окисления 5-гидрокси-6-метилурацила молекулярным кислородом. На основании изучения состава образующегося комплекса 5-гидрокси-6-метилурацила с ионом Cu (II), количества поглощенного кислорода, квантовохимических расчетов и литературных данных предложен механизм реакции, включающий фиксацию и активацию кислорода на комплексе, образование гидроксильных радикалов, которые с диффузионной константой скорости гидроксилируют С (5) = С (6) двойную связь урацила.

Впервые идентифицированы продукты и определена константа скорости реакции пероксильных радикалов, генерируемых при термическом распаде АИБН, с 5-гидрокси-6-метилурацилом.

Апробация работы. Результаты исследований были доложены и обсуждены на VIII Международном семинаре по магнитному резонансу (спектроскопия, томография и экология) (Ростов-на-Дону, 2006), на Всероссийской конференции лауреатов Международного благотворительного научного фонда им. К. И. Замараева «Современные подходы к проблемам физикохимии и катализа» (Новосибирск, 2007), на IV Международной конференции по новым технологиям и приложениям современных физико-химических методов (Ростов-на-Дону, 2007), на IX Международном семинаре по магнитному резонансу (спектроскопия, томография и экология) (Ростов-на-Дону, 2008).

Публикации. По результатам исследований опубликованы 4 статьи и тезисы 5 докладов.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, посвященного активации молекулярного кислорода комплексами меди и окислению производных урацила, описания объектов и методов исследования, результатов исследований и их обсуждения, выводов и списка использованной литературы.

выводы.

1. Разработан метод мягкого, селективного окисления 5-гидрокси-6-метилурацила молекулярным кислородом в водных растворах в присутствии хлорида меди (П) с образованием 5,5,6-тригидрокси-6-метилпиримидин-2,4-диона (выход 85%). Структура продукта установлена на основании рентгено-структурного анализа, 13С ЯМР -, хроматомассспектроскопии.

2. Определено, что по активности в реакции окисления 5-гидрокси-6-метилурацила хлориды изученных металлов переменной валентности можно расположить в ряд NiCl2 < СоС12 < МпС12 < ZnCl2 < CuCl2.

3. Методом мольных отношений установлен состав комплекса 5-гидрокси-6-метилурацила с хлоридом меди (П) 2:1 в водных растворах при рН = 4−7. На основании данных 13С ЯМР — спектроскопии определено, что в образовании донорно-акцепторных связей с ионом меди (П) участвуют атомы карбонильного 0(4) и гидроксильного 0(5) кислорода 5-гидрокси-6-метилурацила.

4. Определены активационные параметры реакции окисления по расходованию 5-гидрокси-б-метилурацила спектрофотометрическим lgэф = (14±2) — (26±3 ккал-моль" ')/2.3 RT и кислорода манометрическим методами lg к (02) = (12+4) — (23+6 ккал-моль" 1)/ 2.3 RT.

5. Предложена схема реакции, по которой окисление 5-гидрокси-6-метилурацила протекает через стадии фиксации и активации молекулярного кислорода на образующемся комплексе иона меди (П) с 5-гидрокси-6-метилурацилом с образованием гидроксильных радикалов, которые с диффузионной константой скорости гидроксилируют С (5)=С (6) — двойную связь урацила.

6. Идентифицированы продукты взаимодействия 5-гидрокси-6-метилурацила с пероксильными и гидроксильными радикалами. Методами 13С ЯМР — и хромато-масс-спектрометрии определено, что при окислении 5-гидрокси-6-метилурацила R02-радикалами в водно-спиртовых растворах и ОН-радикалами в водных растворах продуктом реакции является 5,5,6-тригидрокси-6-метилпиримидин-2,4-дион. Продуктом окисления 5-гидрокси-6-метилурацила К02-радикалами в среде сухого пропан-2-ола является 6-гидрокси-6-метилпиримидин-2,4,5-трион.

7. Определена константа скорости взаимодействия 5-гидрокси-6-метилурацила с пероксильными радикалами, образующимися при термическом распаде АИБН (к — 108 л-моль'^с" 1).

Показать весь текст

Список литературы

  1. Buda А.В. MNDO study of the tautomers of nucleic bases: thiouracils // Theochem. -1987. -V. 34, № 3−4. — P. 185−192.
  2. Gould I.R., Burton N.A., Hall R.J., Hillier I.H. Tautomerism in uracil, cytosine and guanine: a comparison of electron correlation predicted by ab initio and density functional theory methods // J. Mol. Struct. (Theochem) 1995. -V. 331. — P. 147−154.
  3. Tian S.X., Zhang C.F., Zhang Z.J., Chen X.J., Xu K.Z. How many uracil tautomers there are? Density functional studies of stability ordering of tautomers // Chem. Phys. 1999. -V. 242, № 2.-P. 217−225.
  4. Yekeler H., Ozback D. Concerning the solvent effect in the tautomerism of uracil, 5-fluorouracil, and thymine by density-functional theory and ab initio calculations // J. Mol. Model. 2001. -V. 7, № 4. — P. 103−111.
  5. Susi H., Ard J.S. Vibrational spectra of nucleic acid constituents. I. Planar vibrations of uracil // Spectrochim. Acta — 1971. -V. 27A, № 9. — P. 1549−1562.
  6. Wittenburg E. Alkyl- und silyl derivate des thymins // Chem. Ber. 1966. -V. 99, № 7. — P. 2380−2390.
  7. Gupta S.R., Seema K., Jetley U.K., Sharma S.D. Vibrational spectral studies of substituted uracils // Sci. Phys. Sci. 1991. -V. 3, № 1.- P. 40−44.
  8. Stepanyan S.G., Smorygo N.A., Sheina G.G. Studies of vibrational spectra of fluorothymine and its methyl derivatives // Spectrochim. Acta 1990. -V. 46A, № 3. — P. 355−361.
  9. Stewart R.F., Jensen L.H. Redetermination of the crystal structure of uracil. // Acta Crystallogr. 1967. -V. 23, № 6. — P. 1102−1105.
  10. Green D.W., Mathews F.S., Rich A. Crystal and molecular structure of N-methyluracil // J. Biol. Chem. 1962. -V. 237, № 19. — P. 3573−3575.
  11. Fallon L. Crystal and molecular structure of 5-fluorouracil // Acta Crystallogr., Sect. В -1973. -V. 29, № 11. P. 2549−2556.
  12. Ozeki K., Sakabe N., Tanaka J. Crystal structure of thymine // Acta Crystallogr., Sect. В -1969. -V. 25, № 6. P. 1038−1045.
  13. Cavaliery L.F., Bendich A. The ultraviolet absorption spectra of pyrimidines and purines // J. Am. Chem. Soc. 1950. -V. 72, № 6. — P. 2587−2594.
  14. Iza N., Gil M., Marcillo J. Identification and tautomeric species of uracil by second derivative UV absorption spectroscopy // J. Mol. Struct. 1988. -V. 175, № 1. — P. 31−36.
  15. Jonas J., Gut J. Nucleic acid components and their analogues. XII. Electronic absorption spectra of 6-azauracil and related compounds // Collect. Chechosl. Chem. Commun. — 1961. -V. 26, № 12. P. 2155−2163.
  16. Katrizky A.R., Waning A.J. Tautomeric azines. Part I. The tautomerism of 1-methyluracil and 5-bromo-1-methyluracil // J. Chem. Soc. 1962. № 5. — P. 1540−1544.
  17. С.П. Изучение кето-енольного равновесия некоторых производных урацила в водных растворах: Автореферат дисс. канд. хим. наук. Уфа- 2003. 22 с.
  18. Sobell Н.М., Tomita К. The structures of salts of methylated purines and pyrimidines. III. 1-Methyluracil hydrobromide // Acta Ciyst. 1964. — V.17. — P.122 — 126.
  19. Taqui Khan M.M., Sataryanrayana S., Jioty M.S., Abraham Lincoln Ch. Thermodynamic quantities associated with interaction of thymine, uracil, cytosine, adenine and hypoxanthine with metal ions // Ind. J. Chem. 1983. — V. 22A. — P.357 — 363.
  20. Shugar D., Fox J.J. Spectrophotometric studies of nucleic acid derivatives and related compounds as a function of pH // Biochim. Biophys. Acta 1952. — V.9. — P. 199−218.
  21. Shapiro R., Kang S. Buffer-catalyzed tautomerism of uracil monoanion // Biochim. Biophys. Acta 1971. — V.232, № 1. — P. 1−4.
  22. Wempen I., Fox J. Spectrophotometric studies of nucleic acid derivatives and related compounds. VI. On the structure of certain 5- and 6-halogenouracils and -cytosines // J. Am. Chem. Soc. 1964. — V. 86, № 12. — P. 2474−2477.
  23. Lippert B. Uracil and thymine monoanions in solution: differentiation of tautomers by laser Raman spectroscopy // J. Raman spectroscopy 1979. — V. 8, № 5. — P. 274 — 278.
  24. Sagarik K.P., Rode B.M. Quantum chemical investigations on group LA and IIA metal ion DNA base complexes // Inorg. Chim. Acta — 1983. — V.76. — P. L209 — L212.
  25. Perahia D., Pullman A., Pullman B. Cation-binding to biomolecules. IV. An ab anitio study on the interaction of Na+ with the purine and pyrimidine bases of the nucleic acids // Theoret. Chim. Acta (Berl.) 1977. — V. 43. — P. 207 — 214.
  26. Carrabine J.A., Sundarilangam M. Mercury binding to nucleic acids. Crystal and molecular structures of 2:1 complexes of uracil-mercuric chloride and dihydrouracil — mercuric chloride // Biochemistry. 1971. — V. 10. — P. 292.
  27. Fischer В., Preut H., Lippert В., Schollhorn H., Thewalt U. Alkali nucleobase interactions: involvement of 1-methyluracil and 1-methylthymine inNa+ binding // Polyhedron — 1990. — V.9, № 18. — P. 2199 — 2204.
  28. Singh U.P., Ghose R., Ghose A.K. Complexes of some trase metal ions with 5-fluorouracil // Inorganica Chimica Acta 1987. — V.136. — P. 21 — 24.
  29. Singh U.P., Ghose R., Ghose A.K. Characterization of metal chelation with a mutagenic agent, 5-bromouracil // Bull. Chem.Soc.Jpn. 1990. — V. 63. — P. 1226 — 1229.
  30. Singh U.P., Singh B.N., Ghose A.K., Singh R.K., Sodhi A. Synthesis, characterization, and antitumor activity of 5-iodouracil complexes // J. Inorg. Biochem. 1991. — V. 44. — P. 277 -282.
  31. Lim M.C., Martin R.B. Coordination of uridine and adenosine to Pd (II) and Pt (II) complexes //J.Inorg. Nucl. Chem. 1976. — V.38. -P.1915 — 1918.
  32. Simpson R.B. Association constants of methylmercuric and mercuric ions with nucleosides // J.Am. Chem.Soc. 1964. — Y.86, № 10. — P. 2059−2065.
  33. Mansy S., Wood Т.Е., Sprowles J.C., Tobias R.S. Heavy metal-nucleotide interactions. Binding of methylmercury (II) to pyrimidine nucleosides and nucleotides. Studies by Raman difference spectroscopy // J. Am. Chem. Soc. 1974. — V.96, № 6. — P. 1762−1770.
  34. Guay F., Beauchamp A. Role of the carbonyl groups in the N3-coordinated thymine ring. Crystal structure of (l-methylthyminato)methylmercury (II) hemihydrate and its mixed compound with sodium nitrate // Inorg.Chim.Acta 1982. — V. 66. — P. 57−63.
  35. Aoki K., Saenger W. Structure of (l-methyluracilato)silver (I), Ag (C5H5N202). // Acta Cryst. 1984. -V. C40. — P. 775 — 778.
  36. Guay F., Beauchamp A.L. Model compounds for the interaction of silver (I) with polyuridine. Crystal structure of 1:1 silver complex with 1-methylthymine // J. Am. Chem. Soc. 1979. — V.101, № 21. — P. 6260 — 6263.
  37. Lumme P., Mutikainen I. The structure of diamminediaquabis (uracilato)nickel (II) // Acta Crystallogr., sect. В 1980. — V. 36. — P. 2251−2254.
  38. Lippert В., Pfab R., Neugebauer D. The role of N (l) coordinated thymine in 'platinum thymine blue' // Inorg. Chim. Acta 1979. — Y.37. — P. L495 — L497.
  39. Lumme P., Mutikainen I. The structure of triaquabis (uracilato)cadmium (II) // Acta crystallogr., sect. В 1980. — V. 36. — P. 2237−2240.
  40. Kosturko L.D., Folzer C., Stewart R.F. The crystal and molecular structure of a 2:1 complex of l-methylthymine-mercury (II) // Biochemistry- 1974. V.13, № 19. — P. 39 493 852.
  41. Cartwright B.A., Goodgame M., Johns K.W., Skapski A.C. Strong metal-oxygen interaction in uracils // Biochem. J. 1978. — V.175. — P. 337.
  42. Goodgame M., Johns K.W. Metal complexes of uracil and thymine // J. Chem.Soc., Dalton Trans., 2- 1977.-P. 1680.
  43. Goodgame M., Johns K.W. Metal-oxygen binding by uracil: metal complexes of 1,3-dimethyluracil // Inorganica Chimica Acta 1978. — V.30. — P. L335-L337.52.53,54,55,56
Заполнить форму текущей работой

На отлично!