Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Взаимодействие 5-аминоурацила с молекулярным кислородом в водных растворах в присутствии хлорида меди (II)

Диссертация: Взаимодействие 5-аминоурацила с молекулярным кислородом в водных растворах в присутствии хлорида меди (II)
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

На IX Международном семинаре по магнитному резонансу (Ростов-на-Дону, 2008), на Всероссийской конференции молодых ученых и III школе им. академика Н. М. Эмануэля «Окисление, окислительный стресс и антиоксиданты» (Москва, 2008), на XI Молодежной конференции по органической химии, посвященной 110-летию со дня рождения И. Я. Постовского (Екатеринбург, 2008), на Всероссийской конференции «Теория… Читать ещё >

Содержание

  • ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
    • 1. 1. Кислотно-основное равновесие аминоурацилов
      • 1. 1. 1. Таутомерия аминоурацилов
      • 1. 1. 2. Кислотно-основные свойства аминоурацилов
    • 1. 2. Комплексообразование аминоурацилов с металлами переменной валентности
      • 1. 2. 1. Комплексообразование аминоурацилов с водой
      • 1. 2. 2. Комплексообразование 5-аминоурацила с металлами переменной валентности
      • 1. 2. 3. Комплексообразование производных 6-аминоурацила с металлами переменной валентности
      • 1. 2. 4. Комплексообразование 5,6-диаминозамещенных урацилов с металлами переменной валентности
    • 1. 3. Окисление аминоурацилов
  • ГЛАВА II. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
    • 2. 1. Используемые реагенты
    • 2. 2. Методы анализа
      • 2. 2. 1. Электронная спектроскопия
      • 2. 2. 2. ЯМР-спектроскопия
      • 2. 2. 3. Высокоэффективная жидкостная хроматография
      • 2. 2. 4. Квантово-химические расчеты кето-енольных таутомеров 5-аминоурацила
      • 2. 2. 5. Квантово-химические расчеты химических сдвигов 5- и 6аминоурацилов
    • 2. 3. Методы проведения эксперимента
      • 2. 3. 1. Изучение комплексообразования 5-аминоурацила с ионом меди (П)
      • 2. 3. 2. Окисление 5-аминоурацила кислородом воздуха в присутствии хлорида меди (П)
      • 2. 3. 3. Манометрическое определение количества поглощенного кислорода
      • 2. 3. 4. Определение концентрации пероксида водорода
  • ГЛАВА III. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
    • 3. 1. Изучение кислотно-основного равновесия 5- и 6-аминоурацилов в водных растворах
      • 3. 1. 1. Квантово-химические расчеты кето-енольных таутомеров 5-аминоурацила
      • 3. 1. 2. Кислотно-основное равновесие 5- и 6-аминоурацилов в водных растворах
    • 3. 2. Окисление 5-аминоурацила кислородом в присутствии хлорида меди (П)
      • 3. 2. 1. Влияние кислорода на скорость окисления 5-аминоурацила
      • 3. 2. 2. Температурная зависимость эффективной константы скорости расходования 5-аминоурацила
      • 3. 2. 3. Влияние воды на окисление 5-аминоурацила
      • 3. 2. 4. Манометрическое определение количества поглощенного кислорода
      • 3. 2. 5. Зависимость начальной скорости окисления 5-аминоурацила от концентрации [СиС12]о
    • 3. 3. Комплексообразование СиСЬ с 5-аминоурацилом в водных растворах
    • 3. 4. Идентификация продуктов окисления 5-аминоурацила
    • 3. 5. Обсуждение механизма реакции
    • 3. 6. Сравнительная реакционная способность 5-аминоурацила, 6-амино-урацила и 5,6-диамино-1,3-диметилурацила в реакции окисления молекулярным кислородом в присутствии хлорида меди (П)
  • ВЫВОДЫ

Взаимодействие 5-аминоурацила с молекулярным кислородом в водных растворах в присутствии хлорида меди (II) (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность работы. Производные 5-аминоурацила широко используются как лекарственные средства. Они проявляют антидепрессантную, анксиолитическую и ноотропную активность. Производные 6-аминоурацила применяются как канцеростатики. Аминоурацилы проявляют прои антиоксидантные свойства, так 5,6-диаминоурацилы являются не только эффективными ингибиторами перекисного окисления липидов, но также могут способствовать образованию активных форм кислорода. В то же время, комплексы аминоурацилов с металлами переменной валентности играют важную роль в процессах жизнедеятельности организма. Несмотря на это, литературные данные, касающиеся взаимодействия аминоурацилов с биогенными металлами, немногочисленны. Перспективность использования аминоурацилов в качестве лигандов обусловлена наличием аминогруппы, которая обеспечивает дополнительный центр координации иона-комплексообразователя. Согласно литературным данным, на комплексах металлов переменной валентности с урацилами возможна фиксация и активация молекулярного кислорода. Генерирующиеся в таких системах активные формы кислорода способны окислять лиганд. Поэтому изучение взаимодействия аминоурацилов с молекулярным кислородом в присутствии иона меди (П) является актуальным.

Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ИОХ УНЦ РАН по теме: «Реакционная способность низкомолекулярных биорегуляторов при комплексообразовании и сольватации с с1- и Г-металлами и фармаконами» (номер государственной регистрации 0120.500 676), при финансовой поддержке Программы № 6 ОХНМ РАН «Химия и физикохимия супрамолекулярных систем и атомных кластеров» проект «Синтез и закономерности нековалентной самоорганизации производных нуклеиновых оснований, тритерпеновых гликозидов, олигосахаридов в супрамолекулярные ансамбли» 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 взаимодействия 5- и 6-аминоурацилов с молекулярным кислородом в водных растворах в присутствии хлорида меди (П).

Научная новизна и практическая ценность. Методами.

13 спектрофотометрии, С ЯМР-спектроскопии и квантово-химическими расчетами установлено, что 5- и 6- аминоурацилы в водных растворах в диапазоне рН=4.5−5.5 находятся в дикетоформе, рассчитана константа протонирования 5-аминоурацила. Впервые показано, что 5-аминоурацил в водных растворах образует комплекс с ионом меди (Н) состава 4:1. Определены донорные центры лиганда, участвующие в комплексообразовании и константа комплексообразования.

Установлены закономерности взаимодействия 5-аминоурацила с молекулярным кислородом в водном растворе в присутствии хлорида меди (П) в зависимости от условий проведения реакции (температура, соотношение реагентов, влияние ЭДТА) и стехиометрия реакции взаимодействия 5-аминоурацила с молекулярным кислородом равная 2:1. 1.

Методом Ни С ЯМР-спектроскопии идентифицирован продукт окисления 5-аминоурацила молекулярным кислородом в водных растворах в присутствии хлорида меди (Н) — 5,5,6-тригидроксипиримидин-2,4(7Д5Я)-дион.

Проведена сравнительная оценка реакционной способности 5- и 6-замещенных аминоурацилов в реакции окисления молекулярным кислородом в присутствии хлорида меди (П) в водных растворах.

Предложена схема реакции окисления 5-аминоурацила с фиксацией и активацией молекулярного кислорода на аквакомплексе иона меди (П) и 5-аминоурацила с образованием активных форм кислорода.

Апробация работы. Результаты исследований были доложены и обсуждены на VIII Всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Химия и химическая технология в XXI веке» (Томск, 2007), на XIV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов-2007» (Москва,.

2007), на X Молодежной конференции по органической химии (Уфа, 2007), на Международной конференции по органической химии «Химия соединений с кратными углерод-углеродными связями» (Санкт-Петербург,.

2008), на IX Международном семинаре по магнитному резонансу (Ростов-на-Дону, 2008), на Всероссийской конференции молодых ученых и III школе им. академика Н. М. Эмануэля «Окисление, окислительный стресс и антиоксиданты» (Москва, 2008), на XI Молодежной конференции по органической химии, посвященной 110-летию со дня рождения И. Я. Постовского (Екатеринбург, 2008), на Всероссийской конференции «Теория и практика хроматографии. Хроматография и нанотехнологии» (Самара,.

2009).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК и тезисы 9 докладов.

Структура и объем диссертации

Работа изложена на 98 страницах, содержит 10 схем, 37 рисунков, 11 таблиц, библиографию из 90 наименований. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов и списка литературы.

выводы.

1. На основании данных УФ спектроскопии и квантово-химических расчетов установлено, что в водных растворах 5- и 6-аминоурацилы при рН=4.5 — 5.5 находятся в дикетоформе. Найдено, что в кислых растворах (рН=2.2 -4.5) происходит протонирование 5-аминоурацила по первичной аминогруппе рКа= (3.1 ±0.1).

2. Впервые в водном растворе при рН= 4.5 определен состав комплекса иона меди (П) с 5-аминоурацилом как 1:4. Рассчитана константа комплексообразования равная К=(1.8±0.6)-Ю10 (моль/л)" 4. Методом 13С ЯМР-спектроскопии установлено, что донорным центром лиганда, участвующим в комплексообразовании, является атом азота аминогруппы при атоме углерода С (5).

3. Изучены закономерности взаимодействия 5-аминоурацила с молекулярным кислородом в водном растворе хлорида меди (П) в зависимости от условий проведения реакции (температура, соотношение реагентов, влияние ЭДТА). Рассчитаны активационные параметры расходования 5-аминоурацила: АьФ = (8.6±0.8) — (71±4)/2.3 ЯТ кДж-моль" 1 Идентифицирован продукт реакции — 5,5,6-тригидроксипиримидин-2,4(/ДШ)-дион.

4. Установлена стехиометрия реакции взаимодействия 5-аминоурацила с молекулярным кислородом равная 2:1. Рассчитаны активационные параметры расходования кислорода:

1.% к (02) = (0.10±0.06) — (17.6±1.7)/2.3 ЯГ кДж-моль" 1.

5. Предложена схема реакции окисления 5-аминоурацила с фиксацией и активацией молекулярного кислорода на аквакомплексе иона меди (П) и 5-аминоурацила с образованием активных форм кислорода, окисляющих двойную связь урацила.

6. Впервые показано, что реакционная способность аминоурацилов в реакции окисления молекулярным кислородом в водных растворах в присутствии хлорида меди (П) уменьшается в ряду 5,6-диамино-1,3-диметилурацил > 5-аминоурацил > 6-аминоурацил и зависит от комплексообразующей способности лиганда.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Topal M.D., Fresco J.R. Complementary base pairing and the origin of substitution mutations //Nature. — 1976-V. 263, № 5575. — P. 285−289.
  2. Watson J.D., Crick F.H.C. Genetical implication of the structure of deoxyribonucleic acid //Nature. 1953 — V. 171, № 4361. — P. 964−966.
  3. Singh J.S. FTIR and Raman spectra compared with ab initio calculated frequency modes for 5-aminouracil // J.Biol. Phys. 2008. — V. 34, № 6. — P. 569−576.
  4. Singh J.S. Laser Raman and Infra-Red spectra of biomolecule: 5-aminouracil // J. Phys. 2008. — V. 70, № 3. — P. 479−486.
  5. Shishkin O.V., Kolos N.N., Orlov V.D. Molecular and crystal structure of N, N'-dimethyl-5,6-diaminouracil // Crystallography Reports. 1997. — V. 42, № 2.-P. 253−255.
  6. Toth A., Billes F. Dissociation constants of heterocyclic compounds // Acta Chim. Acad. Sci. Hung. 1968. — V. 56, № 2. — P. 229−250.
  7. Draminski M., Fiszer B. Dissociation constants of some uracil derivatives // Chemistry of Heterocyclic Compounds. 1970. — V. 6, № 6. — P. 799−800.
  8. Barlin G.B., Pfleiderer W. Ionization constants of heterocyclic substances. Part IX. Protonation of aminopyridones and aminopyrimidones // J. Chem. Soc. B. 1971. — V. 7, № 8. — P. 1425−1432.
  9. Visinski B.M., Dryhurst G. Mechanism of electrochemical oxidation of 5,6-diaminouracil at the pyrolitic graphite electrode // J. Electroanal. Chem. — 1976. -V. 70, № 2. P. 199−212.
  10. Shishkin O.V., Sukhanov O.S., Leszczynski J. Interactions of water with mono- and diamino derivatives of N, N'- dimethyluracil // J. Phys. Chem. A.- 2002. V. 106, № 34 — P. 7828−7833.
  11. Masoud M.S., Khalil E.A., Hindawy A.M., Ramadan A.M. Structural chemistry of some pyrimidine transition metal complexes // CJASS. -2005. -V. 50, № 6. — P. 297−310.
  12. Rastogi V.K., Palafox M.A., Kumar V., Mital H.P., Sharma R. Laser raman and IR spectra of complexes of lanthanide (III) with 5-aminouracil // Proceedings of the XIX International Conference on Raman Spectroscopy. -2004.-P. 150−151.
  13. Cappuccino J.G., Banks S., Brown G., George M., Tarnowski G.S. The effect of copper and other metal ions on the antitumor activity of pyruvaldehyde bis (thiosemicarbazone) // Cancer Research. 1967. -V. 27, № 5.-P. 968−973.
  14. Urena F.H., Illan-Cabeza N.A., Moreno-Carretero M.N., Penas-Chamorro A.L.P. Ni (II), Cu (II), Zn (II) and Cd (II) complexes with dinegative N, N,0-tridentate uracil-derived hydrazones // Acta. Chim. Slov. 2000. — V. 47, № 4.-P. 481−488.
  15. Booysen I., Gerber T.I.A., Mayer P., Schalekamp H.J. Imido, amino and amido coordination of diaminouracil to rhenium (V) // J. Coord. Chemistry. — 2007. — V. 60, № 16.-P. 1755−1761.
  16. Mostafa S.I., Kabil M.A., Saad E.M., El-Asmy A.A. Ligational and analytical applications of a uracil derivative toward some transition metal ions // J. Coord. Chem. 2006. — V. 59, № 3. — P.279−293.
  17. Behrend.R., Roosen O. Synthese der Harnsaure // Justus Liebigs Ann. Chem. 1889. — V. 251, № 1−2. — P. 235−256.35.0ffe.G. Oxidation some uracil derivatives // Ann Chem. — 1907. V. 65, № 3. — P.278−280.
  18. Baudisch.O., Davidson D. The oxidation of 5-aminouracil // J. Biol. Chem. -1927. V. 71, № 2. — P. 497−499.
  19. Patterson L.K., Bansal K.M. Pulse radiolysis studies of 5-halouracils in aqueous solutions //J.Phys. Chem. 1972. -V. 76, № 17. -P.2392−2399.
  20. Neta P. Electron spin resonance study of radical produced in irradiated aqueous solutions of 5-halouracils // J. Phys. Chem. 1972. — V. 76, № 17. -P. 2399−2402.
  21. Bansal K.M., Patterson L.K., Schuler R.H. The production of halide ion in the radiolysis of aqueous solutions of the 5-halouracils // J. Phys. Chem. -1972. V. 76, № 17. — P. 2386−2392.
  22. A1-Arab M.M., Hamilton G. Possible model reaction for some amine oxidases. Kinetics and mechanism of the copper (Il)-catalyzed autooxidation of some diaminouracils // J. Am. Chem. Soc. 1986. — V. 108, № 19. — P. 5972−5978.
  23. Wilmot C.M. Oxygen activation in a copper-containing amine oxidase // Biochemical society transactions. 2003. — V. 31, part 3. — P. 493−496.
  24. Lobenstein-Verbeek C.L., Jongejan J.A., Frank J., Duine J.A. Bovine serum amine oxidase: a mammalian enzyme having covalently bound PQQ as prosthetic group // FEBS Letters. 1984. — V. 170, № 2. — P. 305−309.
  25. Owens J.L. Dryhust G. Electrochemical oxidation of 5,6-diaminouracil an investigation by thin-layer spectroelectrochemistry // J.Electroanal. Chem. — 1977.-V. 80, № 1.-P. 171−180.
  26. T.P. Окислительные превращения 5-гидрокси-6-метилурацила под действием молекулярного кислорода в присутствии хлорида меди (II), гидроксильных и пероксильных радикалов: Автореферат дисс. канд. хим. наук. Уфа- 2009. 22 с.
  27. Matsuura I., Ueda Т., Nagai S., Nagatsu A., Sakakibara J., Kurono Y., Hatano K. Oxidative transformation of 5-aminouracil into imidazolone by thallium (III) nitrate thrihydrate in methanol // J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1992. — № 19. — P. 1474−1475.
  28. Matsuura I., Ueda Т., Murkami N., Nagai S., Nagatsu A., Sakakibara J. Synthesis of imidazoles by the oxidative transformation of 5-aminopyrimidinones // J. Chem. Soc. Perkin Trans. I. 1993. — № 8. — P. 965−968.
  29. Neese, F. ORCA an ab initio, Density Functional and Semiempirical program package, Version 2.6. University of Bonn, 2008.
  30. Nanayakkara A., Challacombe M., Gill P.M.W., Johnson В., Chen W., Wong M.W., Gonzalez C., Pople J.A., Gaussian, Inc., Pittsburgh P.A. -Gaussian 03.-2003.
  31. Baboul A.G., Curtiss L.A., Redfern P.C., Raghavachari K. Gaussian-3 theory using density functional geometries and zero-point energies // J. Chem. Phys. 1999. -V. 110, № 16. — P. 7650−7657.
  32. Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized gradient aproximation made simple // Phys. Rev. Lett.- 1997.- V. 78, № 7. P. 1396.
  33. Woon D.E., Dunning Т.Н. Gaussian basis sets for use in correlated molecular calculations. III. The atoms aluminum through argon // J. Chem. Phys 1993. — V.98, № 2. — P. 1358−1371.
  34. Eckert F., Klamt A. Fast solvent screening via quantum chemistry: COSMO RS approach // AIChE J — 2002. — V. 48, № 2 — P. 369−385.58.http://www.chemcraftprog.org
  35. Parr R.G., Yang W. Density Functional theory of atoms and molecules // N.Y.: Oxford university press. — 1989. — P. 342.
  36. Keith T.A., Bader R.F.W. // Chem. Phys. Lett. 1993. — V. 210. — P.223−231.
  37. С.П. Изучение кето-енольного равновесия некоторых производных урацила в водных растворах: Автореферат дисс. канд. хим. наук. Уфа- 2003. 22 с.
  38. Kwiatkowski J.S., Pullman В. Tautomerism and electronic structure of biological pyrimidines // Adv. Heterocycl. Chem. 1975. — V. 18. — P. 199 335.
  39. Katrizky A.R., Lagowski J.M. Prototropic tautomerism of heteroaromatic compounds //Adv. Heterocycl. Chem. 1963. -V. 2. — P. 1−81.
  40. Elguero J., Marzin C., Katritzky A.R., Linda P. The tautomerism of heterocycles //. Eds. Katrizky A.R. and Boulton A.J. London: Academic Press.-1976.-P. 486.
  41. И.Ф., Иванов С. П., Хурсан СЛ. Влияние гидратации на стабильность кето-енольных таутомеров 5-гидрокси-6-метилурацила // ЖСХ. 2009. — Т.50, № 6. — С. 1155−1165.
  42. С.П., Хурсан СЛ. Относительная стабильность кето-енольных таутомеров 5-гидрокси-6-метилурацила: неэмперический расчет // ЖФХ. 2004. — Т. 78, № 7 — С. 1283−1288.
  43. С.П., Лукманов Т. И., Хамитов Э. М., Закирьянова О. В., Хурсан СЛ. Теоретическое исследование относительной устойчивости кето-енольных таутомеров 5-аминоурацила // Башкирский химический журнал. -2010. Т. 17, № 2. — С. 95−99.
  44. Kryachko E.S., Nguen М.Т., Zeegers-Huysken Т. Theoretical study of tautomeric forms of uracil. 1. Relative order of stabilities and their relation to proton affinities and deprotonation entalphies // J. Phys. Chem. A. -2001 V. 105, № 8. — P. 1288−1295.
  45. Markova N., Enchev V., Timtcheva I. Oxo hydroxy tautomerism of 5-fluorouracil: water — assisted proton transfer // J. Phys. Chem. A. — 2005. -V. 109, № 9-P. 1981−1988.
  46. Р.А., Клюев Н. А., Кунина Е. А., Кропачева А. А. Масс-спектры и строение 4-аминоурацилов // ХГС. 1974. — № 5. — С. 697 701.
  47. И.П., Сахаров A.M. Каталитические системы на основе комплексов Си1 и Си11 как модели оксидаз и оксигеназ в реакциях оксиления молекулярным кислородом // Российский химический журнал. 1995. — Т.34, № 1. — С. 14−31.
  48. A.M., Скибида И. П. Новые химические модели ферментативного окисления. I. Окисление спиртов до альдегидов, катализируемое комплексами Cu (I) // Кинетика и катализ. — 1988. -Т.29, № 1. С. 110−117.
  49. A.M., Скибида И. П. Новые химические модели ферментативного окисления. II. Окисление спиртов до кислот, катализируемое комплексами Cu (II) // Кинетика и катализ. 1988. -Т.29, № 1.-С.118−123.
  50. Bonchio M., Carraro M., Conte V., Scorrano G. Aerobic photooxidation in water by polyoxotungstates: the case of uracil // Eur. J. Org. Chem. 2005. -№ 22.-P. 4897−4903.
  51. Nelson V.C. Synthesis of isotopieally labelled DNA degradation products for use in mass spectrometric studies of cellular DNA damage // Journal of Labelled compounds and radiopharmaceuticals. — 1996. V. 38, № 8. — P. 713−723.
  52. Riviere J., Bergeron F., Tremblay S., Gasparutto D., Cadet J., Wagner J.R. Oxidation of 5-hydroxy-2'-deoxyuridine into isodialuric acid, dialuric acid, and hydantoin products // J. Am. Chem. Soc. 2004. — V. 126, № 21. — P. 6548−6549.
  53. Riviere J., Klarskov K., Wagner J.R. Oxidation of 5-hydroxypyrimidine nucleosides to 5-hydroxyhydantoin and its a-hydroxy-ketone isomer // Chem. Res. Toxicol. -2005. -V. 18, № 8. P. 1332−1338.
  54. Peuzin M.C., Cadet J., Polverelli M., Teoule R. Parabanic acid and 5-hydroxy hydantoin upon y-irradiation of aerated aqueous solutions of uracil. Biochim. Biophys. Acta. 1970. — Y. 209, № 2, — P. 573−574.
  55. Yu T.J., Sutherland R.G., Verrall R.E. The sonolysis of uracil // Can. J. Chem.- 1980.-V. 58, № 18.-P. 1909−1915.
  56. Perez-Benito J.F. Copper (II)-catalyzed decomposition of hydrogen peroxide: catalyst activation by halide ions // Monatshefte fur Chemie. 2001. — V. 132, № 12. — P.1477−1492.
  57. Eberhardt M.K., Colina R., Soto K. The reaction Cu1+ 02 and Cu2+ -ascorbic acid — 02 with dimethyl sulfoxide. The effect of solvent // J. Org. Chem. — 1988. -V. 53, № 5. — P. 1074−1077.
  58. Bielski B.H.J., Cabelli D.E., Arudi R.L., Ross A.B. Reactivity of H02/02 radicals in aqueous solution // J. Phys. Chem. Ref. Data. 1985. — V. 14. -P.1041−1100.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?