四价金属配合物氧化二呋喃酰肼和乙硫氨酸的动力学分析

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我们使用停止流动光谱仪跟踪了六氯合铱([IrCl6]2?)在很宽的pH范围,1.0 M离子强度的水溶液中氧化2-呋喃酰肼(FH)的反应。该氧化还原反应严格地遵循二级反应动力学方程:-d[IrCl62?]/dt=k’[FH]tot[IrCl62?],其中[FH]tot代表FH的总浓度,k’代表表观二级速率常数。本实验研究了k’–pH的变化关系,发现k’随pH的增大而显著地增加。用光度滴定法研究发现该氧化还原反应的计量关系为:Δ[FH]tot/Δ[IrCl62?]=1/4。由1H NMR光谱研究表明FH被完全氧化成2-呋喃甲酸。根据上面的动力学数据,我们提出了反应机理:FH的三种质子化形态平行的和[IrCl6]2?发生反应,且这三个平行反应均为反应的速率控制步骤。在速率控制步骤中先是单电子转移到[IrCl6]2?上进而产生两种稳定的肼基自由基。在速率控制步骤之后,这两种肼基自由基分别快速与3个Ir(Ⅳ)反应生成最终产物2-呋喃甲酸。通过速率表达式对k’–pH相关数据进行拟合,从拟合结果我们得到了其速率控制步骤的速率常数。由实验数据看出三个速率控制步骤的速率常数差异非常大,其差别达到109倍,因此FH的三种质子化形态存在巨大的反应活性差异,同时表明FH在中性和碱性的缓冲溶液中很容易被氧化。由快速扫描光谱和实验中得到的活化参数暗示在每个速率控制步骤中可能都发生一个外界电子转移。在本实验中我们首次研究了FH的氧化反应动力学,并得到了在25.0 oC,1.0 M离子强度下FH的解离常数(pKa1=3.04±0.08和pKa2=11.6±0.1)。乙硫氨酸(Ethionine)是蛋氨酸(Met)的一种S-乙基类似物,它们在结构上差别很小。但乙硫氨酸是一种化学致癌物质,也是蛋氨酸的拮抗剂,因此它们表现出的生物学特征是完全不同的。但是目前还没有人对乙硫氨酸和人体中重要的氧化剂的氧化还原反应进行研究。本实验通过时间分辨光谱和停止流动光谱仪对Pt(Ⅳ)抗癌前药模型化合物trans-[PtX2(CN)4]2?(X=Cl;Br)氧化乙硫氨酸的反应进行动力学分析。该反应遵循二级动力学方程,其中对[Pt(Ⅳ)]和[Ethionine]tot(乙硫氨酸的总浓度)均为一级反应。据此在本反应中得到了表观二级速率常数k’与pH值的关系。通过光度滴定法得到Δ[Pt(Ⅳ)]:Δ[Ethionine]tot=1:1的化学计量关系,这表明乙硫氨酸被氧化成乙硫氨酸的亚砜形态,并通过核磁共振波谱和高分辨率质谱证实了该产物。根据以上实验现象,我们提出一个反应机理:[PtX2(CN)4]2?中的一个配位卤素原子与乙硫氨酸中的硫原子之间形成卤桥,然后发生X+转移,该机理与Pt(IV)配合物氧化蛋氨酸类似。此外,乙硫氨酸与[PtBr2(CN)4]2?反应的速率明显高于与[PtCl2(CN)4]2?反应的速率,这样更有力的支持了X+转移机制。同时在实验中推导出速率控制步骤的速率常数。乙硫氨酸和蛋氨酸的三种质子化形态与trans-[PtCl2(CN)4]2?的反应速率比在2.2和2.6之间,即k(ethionine)/k(Met)=2.22.6,这种反应活性的提高可能是造成蛋氨酸和乙硫氨酸具有不同生物学特征的部分原因。
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