ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΟΓΔΟΟ ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΙΚΕΣ ΜΕΛΕΤΕΣ ΤΩΝ ΕΛΕΥΘΕΡΩΝ ΡΙΖΩΝ ΣΤΗΝ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ 8.1.Εισαγωγή μελέτη των ελευθέρων ριζών στην Οργανική Χημεία διαχωρίζεται κυρίως σε δύο σημαντικούς τομείς έρευνας: α) την οργανική σύνθεση οργανικών ενώσεων μέσω ελευθέρων ριζών, και β) τη φυσικοχημική διάσταση των οργανικών ελευθέρων ριζών, δηλαδή παραγωγή και διερεύνηση της δομής τους με φάσματα Ηλεκτρονικού Παραμαγνητικού Συντονισμού και άλλες φασματοσκοπικές μεθόδους, δεσμεύσεις ριζών με spin trapping, μελέτη της στερεοχημικής δομής τους, τεκμηρίωση μηχανισμών και αντιδράσεις ελευθέρων ριζών σε διάφορες συνθήκες. Σημαντικός είναι επίσης ο τομέας των ανόργανων ελευθέρων ριζών, ιδιαίτερα στοιχείων μετάπτωσης. Τέλος, τα τελευταία 20 χρόνια έχει εξελιχθεί σε πολυδιάστατο τομέα η μελέτη ελευθέρων ριζών στη βιολογία και την ιατρική, λόγω της σπουδαιότητας των ελευθέρων ριζών σε πολλές βιοχημικές αντιδράσεις και ενζυμικούς μετασχηματισμούς στα βιολογικά συστήματα και στην πρόκληση μεγάλου αριθμού ασθενειών στον άνθρωπο, περιλαμβανομένης και της καρκινογένεσης. Τα θέματα των ελευθέρων ριζών στους τομείς της οργανικής χημείας, της βιολογίας και της ιατρικής θα εξετασθούν σε προσεχή έκδοση του συγγραφέα. Στο κεφάλαιο αυτό θα εξετασθούν μερικές πλευρές της χημείας οργανικών ελευθέρων ριζών, τόσο από την πλευρά μηχανισμών, όσο και με τη φασματοσκοπία Ηλεκτρονικού Παραμαγνητικού Συντονισμού (ΗΠΣ). Θα αναφερθούμε σε επιλεγμένα παραδείγματα από την πολυάριθμη βιβλιογραφία. Τα παραδείγματα αυτά είναι επιλεγμένα και μελετούν φυσικοχημικές πλευρές μηχανισμών ελευθέρων ριζών, διερεύνηση δομών και φασματοσκοπικών παραγόντων διάσπασης της υπέρλεπτης δομής του φάσματος και τις στερεοδομικές πλευρές των ελευθέρων ριζών. 152
Παράδειγμα 1 Η δημιουργία ελευθέρων ριζών οργανικών ενώσεων με την απόσπαση υδρογόνου από εξαιρετικά δραστικές ρίζες μικρού μοριακού βάρους (όπως τη ρίζα υδροξυλίου, ΗΟ, to θειϊκό ριζικό ανιόν, S 4 -, το tert-βουτυλο υπεροξείδιο, tert-βu- κ.λπ). Η ρίζα υδροξυλίου παράγεται με οξειδοαναγωγικά συστήματα (Ti3+/Η2Ο2 Τi4+ + ΗΟ- + ΗΟ ) σε υδατικό διάλυμα χρησιμοποιήθηκε εκτενέστατα επί 40 χρόνια. Η δημιουργία ριζών δείχνει τα σημεία της δομής όπου υπάρχει χαλαρός C δεσμός ή Χ Η και τους στερεοχημικούς ή ηλεκτρονικούς παράγοντες που ευνοούν την απόσπαση υδρογόνου. Με τα φάσματα ΗΠΣ τεκμηριώνεται το είδος της ρίζας και από τις φασματοσκοπικές παραμέτρους (υπέρλεπτη υφή) η δομή τους. Ο orman RC, του Πανεπιστημίου York (Αγγλία), ήταν ένας από τους σημαντικότερους πρωτοπόρους στις μελέτες ελευθέρων ριζών και έχει πραγματοποιήσει σημαντικό αριθμό ερευνών στον τομέα των οργανικών ελευθέρων ριζών και μελέτη της δομής τους (orman RC, Storey PM, West PR. Electron Spin Resonance studies. Part XXV. Reactions of the sulphate radical anion with organic compounds. J Chem Soc B, Phys rg. 1087, 1970). Στη μελέτη αυτή, που είναι ένα δείγμα από μεγάλο αριθμό ερευνών του ίδιου τύπου, παρασκευάσθηκαν οι ελεύθερες ρίζες ορισμένων οργανικών ενώσεων (φαινυλο-οξικά οξέα) από την προσβολή με το θειικό ριζικό ανιόν, S4 - ( που παράγεται από το μίγμα a2s28 /Ti3+ ) που αποσπά άτομα υδρογόνου. Σκοπός ήταν για να συγκριθούν οι τύποι των ριζών με εκείνες που παράγονται από την απόσπαση υδρογόνου με ρίζες υδροξυλίου. (α) Μηχανισμός: C C 2 PhC 2 C PhC 2 + C 2 + 2 2 153
(β) Φάσμα ΗΠΣ (ένα από τα τρία που σχηματίζονται ) από την οξείδωση του μαλεϊκού οξέος με το σύστημα Ti3+/a2S28 σε p 9. (γ) Ελεύθερες ρίζες που παράγονται από το μαλεϊκό οξύ S 2 C C C C C 2 C 2 C 2 C 2 Παράδειγμα 2 Οι ρίζες κατιόντα είχαν από πολλά χρόνια μελετηθεί λόγω της συμμετοχής τους σε μηχανισμούς οργανικών αντιδράσεων, αλλά και για την οργανική σύνθεση. AG. Davies (University College, Πανε/μιο Λονδίνου) έχει συμβάλλει σημαντικά στη μελέτη ριζικών κατιόντων υδρογονανθράκων. Τα ριζικά κατιόντα ορισμένων οργανικών ενώσεων, για στερεοχημικούς και ηλεκτρονικούς λόγους είναι σταθερά (για ορισμένο χρονικό διάστημα) και μπορούν να μελετηθούν με ΗΠΣ. Η παραγωγή τους γίνεται με ισχυρά οξέα (θειϊκό ή τριφθορο-οξικό αλλά και οξειδωτικά μέταλλα όπως g2+, Ag1+ κλπ). Τα τελευταία χρόνια ριζικά κατιόντα παρασκευάζονται με πιο ήπια οξειδωτικά μέσα σε φθοριωμένους διαλύτες, οι οποίοι παίζουν σταθεροποιητικό ρόλο. (Courtneidge JL, Davies AG. ydrocarbon radical cations.acc Chem Res 20: 90-97, 1987; Davies AG, g K-M. The use of dichlorodicyanobenzoquinone (DDQ) for the generation of radical cations for ESR spectroscopy. Aust J Chem 48: 167-173, 1995.) 154
Φάσμα ΗΠΣ του 4,5-διμεθυλο-ο-βενζο-15-στέμμα-5 ριζικό ανιόν (οξείδωση με DDQ/CF3C). Φάσμα ΗΠΣ του πενταμεθυλοκυκλοπενταδιενίου ριζικό ανιόν σε τριφθορο-οξικό οξύ στους 14 0C. 155
Παράδειγμα 3 Τα ριζικά κατιόντα αρωματικών οργανικών ενώσεων φέρουν θετικό φορτίο στον αρωματικό δακτύλιο και λόγω συντονισμού θα μπορούσαν να σταθεροποιηθούν σε ορισμένους διαλύτες που είναι πολυφθοριωμένοι. Ένας τέτοιος διαλύτης με ικανότητα να σταθεροποιεί ριζικά κατιόντα σε ηλεκτρονιόφιλες αρωματικές αντιδράσεις είναι η 1,1,1,3,3,3-εξαφθοροπροπαν- 2-όλη (FP). Η ανακάλυψη αυτή από τον L.Eberson (Dpt of Chemistry, Lund University, Sweden) άνοιξε ένα ευρύ κύκλο ερευνών σε πολλούς τομείς της χημείας των ελευθέρων ριζών. (Eberson L, artshorn MP, Persson. 1,1,1,3,3,3-exafluoropropan-2-ol as a solvent for the generation of highly persistent radical cations. J Chem Soc Perkin Trans 2, 1735-1744, 1995 ; Eberson L, artshorn MP, Persson, Radner F. Making radical cations live longer. J Chem Soc Chem Commun 2105-2112, 1996.) Φάσματα ΗΠΣ ριζών-κατιόντων σε FP. Τα φάσματα είναι της ρίζαςκατιόντος της 4-μεθυλοανισόλης μετά από αντίδραση του Tl3+ (θάλιο) /τριφθορο-οξικό οξύ και σε διαλύτη FP. (α) 5 λεπτά μετά την αντίδραση σε θερμοκρασία δωματίου, (b) 30 λεπτά μετά την αντίδραση. Το φάσμα (c) προέρχεται από την ρίζα-κατιόν του 2,2 -διμεθοξυ-5,5 διμεθυλο-διφαινυλίου που προέκυψε με οξείδωση από Tl3+ σε FP. 3 C Me 156
Παράδειγμα 4 Η παρασκευή σταθερών ριζικών κατιόντων διαφόρων αρωματικών οργανικών ενώσεων με μεθοξυ- ομάδες σε διάφορες θέσεις (αρωματικές αλδεΰδες, κετόνες και καρβοξυλικά οξέα) με ήπιες οξειδωτικές τεχνικές σε διαλύτη 1,1,1,3,3,3-εξαφθοροπροπαν-2-όλη (FP) αποτέλεσε αντικείμενο ιδιαίτερου ενδιαφέροντος στο Τμήματος Χημείας του Πανεπιστημίου του York (Prof. BC Gilbert) λόγω της σημασίας που έχουν στη σύνθεση οργανικών ενώσεων. Η σταθερότητα των ριζών-κατιόντων και ο ηλεκτρονικός ρόλος των μεθοξυ- ομάδων είναι επίσης ενδιαφέρουσα περίπτωση μελέτης. Τα φάσματα που λαμβάνονται έχουν υπέρλεπτη υφή, όπου όλα τα υδρογόνα παίζουν ρόλο, αλλά και η στερεοχημική τους διαμόρφωση στο χώρο επηρεάζει τις φασματοσκοπικές παραμέτρους των φασμάτων ΗΠΣ. Η αντικατάσταση με δευτέριο του αλδεϋδικού υδρογόνου παρουσιάζει στερεοχημικό ενδιαφέρον. (Valavanidis A, Whitwood A, Gilbert BC. An ESR study of persistent radical cations of methoxybenzaldehydes and other methoxy- substituted aromatic compounds in 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropan-2-ol. 32nd Annual International Meeting, ESR International Conference, ESR Group, Royal Society of Chemistry, University of York, April 1999.) Φάσματα ΗΠΣ α) φάσμα ΗΠΣ της ρίζας-κατιόντος της 2,4,5-τριμεθοξυβενζαλδεΰδης με S4 - και β) φάσμα της ρίζας-κατιόντος της ένωσης 2,4,5-157
τριμεθοξυ- βενζαλδεΰδης σε FP [ήπια οξείδωση με bis (trifluoroacetoxy)- iodobenzene, (CF3C)2I 3+ C 6 Η 5 / CF3C] και η προσομοίωση του φάσματος με πρόγραμμα Η/Υ. (Η αντίδραση με την S4 - οδήγησε στο σχηματισμό της ρίζας-κατιόντος με EPR διασχίσεις: 2-Η ( Me, 2.46 G), 3-( ), 4- (Me, 1.90 G), 5- (Me, 3.08 G), 6- (1, 0.52 G), C (1, 3.81 G), g = 2.0035). Προσομοίωση(simulation) 158
Παράδειγμα 5 Τα φάσματα ΗΠΣ μπορούν να ερμηνεύσουν με συστηματική μελέτη την επίδραση ηλεκτρονικών φαινομένων σε οργανικές ενώσεις καθώς και τη στερεοδιαμόρφωσή τους. Από τις έρευνες αυτές μπορούν να γίνουν συγκρίσεις με διάφορους υποκαταστάτες και να εξαχθούν χρήσιμα συμπεράσματα. Ο καθ. BC Gilbert, Τμήμα Χημείας, Πανεπιστήμιο του York έχει πραγματοποιήσει πολυάριθμες εργασίες στον τομέα αυτό. Στο παράδειγμα που ακολουθεί μελετήθηκαν τα επαγωγικά και μεσομερή φαινόμενα σε φαινοξυ- ρίζες που είχαν p- υποκαταστάτες (κετυλό- και θειουποκατάσταση) και οι παρεμποδίσεις στην περιστροφή των μορίων. (Gilbert BC, anson P, Isham WJ, Whitwood AC. An Electron Spin Resonance investigation of electronic and conformational effects in phenoxyl radicals with para-substituents : a comparison of Carbonyl and sulphur substituents [- S()nR, n=0,1,2]. J Chem Soc Perkin Trans II, 2077, 1988.) 159
Φάσματα ΗΠΣ των ενώσεων 4-αρυλοσουλφαινυλο-υποκατεστημένων φαινοξυ- ριζών (R1 = R1 = R1 = C3, μεθύλιο) σε μεθυλοβενζόλιο σε διάφορες θερμοκρασίες. Το φάσμα (C) είναι η προσομοίωση του φάσματος (Β) στη θερμοκρασία 282 Κ. Παράδειγμα 6 Η τεχνική του spin-trapping (δέσμευσης ριζών με νιτροξείδια) έχει αποτελέσει σημαντική τεχνική τα τελευταία 30 χρόνια για τη δέσμευση ριζών που δεν είναι σταθερές. Με προσομοίωση των φασμάτων ΗΠΣ μπορεί να μελετηθεί η δομή των ριζών και να εξαχθούν χρήσιμα συμπεράσματα. Στο παράδειγμα που ακολουθεί οι ρίζες υδροξυλίου που παράγονται από σύστημα συμπλόκου Cu(II) με υπεροξείδιο του υδρογόνου (22) με τρία διαφορετικά spin traps : DMP, PB DBBS. Στην περίπτωση του DBBS χρησιμοποιήθηκε DMS και η ρίζα που δεσμεύεται είναι του μεθυλίου (C3), 160
που προκύπτει από την αντίδραση της ρίζας υδροξυλίου με το διμεθυλοσουλφοξείδιο, DMS, (C3)2S. (zawa T, anaki A. The first ESR spin-trapping evidence for the formation of hydroxyl radical from the reaction of Copper(II) complex with hydrogen peroxide in aqueous solution. J Chem Soc Chem Commun 330, 1991.) Spin-traps (δεσμευτές ριζών): S 3 a Me Me C CMe 3 Br Br DMP PB DBBS Φάσματα ΗΠΣ (spin adducts) 161
Παράδειγμα 7 Τα φουλερένια με 60 άτομα άνθρακα (buckminsterfullerene C60) με την ανακάλυψή τους στο διάστημα, αλλά και με τη σύνθεσή τους στο εργαστήριο είχαν προκαλέσει σημαντική εντύπωση στην επιστημονική κοινότητα. Τα τελευταία χρόνια έχουν γίνει μελέτες με την εισαγωγή ριζών στον ανθρακικό σκελετό του C60. Το ενδιαφέρον ήταν ότι η ρίζα-πρόσθετο RC60 είχε την τάση για διμερισμό RC60-C60R. Παρόμοια πειράματα έγιναν και το φουλερένιο C70 με την εισαγωγή ρίζας από tert-βουτοξυ- ρίζες με την επίδραση υπεριώδους ακτινοβολίας. Το φάσμα ΗΠΣ της ρίζας αυτής είναι αρκετά ενδιαφέρον για την υπέρλεπτη υφή του και δείχνει ότι σχηματίζεται (C3)3-C-C70 σε τρεις ισομερείς μορφές με g = 2.00271 (ισομερές 1), 2.00248 (ισομερές 2) και 2.00210 (ισομερές 3). (Keizer P, Morton JR, Preston KF. The EPR spectra of free radical adducts of C70.J Chem Soc Chem Commun 1259, 1992.) Φάσμα ΗΠΣ των τριών ισομερών ( 1, 2, 3) του φουλερενίου C70 : (a) Me3C C70 σε 300 K., (b) (CD3)3C C70 σε 300 K, (c) Me3 13 C C70 σε 345 K. 162
Παράδειγμα 8 Η παραγωγή δραστικών οξυγονούχων ενώσεων (RS) από αρθρικό υγρό ασθενών (με αρθριτικά) πιστοποιήθηκε με τη βοήθεια φασματοσκοπίας ηλεκτρονικού παραμαγνητικού συντονισμού (ΗΠΣ) σε δείγματα από ασθενείς. (Lee MC, Kawai Y, Shoji, et al. Evidence of reactive oxygen species generation in synovial fluid from patients with temporomandibular disease by electron spin resonance spectroscopy. Redox Report, 9: 331-336, 2004.) Στο φάσμα ΗΠΣ οι ρίζες δεσμεύθηκαν με DMP (DMP-, DMP-, DMP-R ). A) το πλήρες φάσμα, β, γ και δ τα αναλυτικά φάσματα και Β) είναι η προσομοίωση με ηλεκτρονικό υπολογιστή (πρόγραμμα προσομοίωσης). 163
Παράδειγμα 9 Η τεχνική spin-trapping έχει χρησιμοποιηθεί για την πιστοποίηση των ριζών που δημιουργούνται όταν ρίζες υδροξυλίου αντιδρούν με συστατικά του DA. Οι ρίζες υδροξυλίου είναι τοξικές και προκαλούν σημαντικές βλάβες σε πρωτεΐνες, νουκλεϊνικά οξέα και υδατάνθρακες. Οι ρίζες υδροξυλίου παράγονται από ξενοβιοτικές ουσίες και ενδογενείς βιοχημικές δράσεις και αποτελούν πρόδρομοι παράγοντες βλαβερών βιοχημικών μετασχηματισμών σε παθολογικές καταστάσεις, καρκινογένεση και διάφορες ασθένειες φθοράς. Στην παρακάτω έρευνα μελετήθηκαν οι ρίζες που σχηματίζονται σε πυριμιδικά ανάλογα, που έχουν σχέση με τα νουκλεϊνικά οξέα του DA. (Catterall, Davies MJ, Gilbert BC, Polack P. EPR spin-trapping studies of the reaction of the hydroxyl raqdicals with pyrimidine nucleobases, nucleosides and nucleotides, polynucleotides, and RA. Direct evidence for sites of initial attack and for strand breakage. J Chem Soc Perkin Trans 2, 2039-2047, 1993.) Φάσματα ΗΠΣ των spin adduct από πυριμιδινικές νουκλεοβάσεις και ρίζες υδροξυλίου (Ti3+/22) spin trap MP (Me3C ). 164
Αντιδράσεις ριζών υδροξυλίου και πυριμιδινικών νουκλεοβάσεων Παράδειγμα 10 Το spin trap 2-μεθυλο-2-νιτροδωπροπάνιο (ΜΝΡ) από τη διμερή μορφή του μπορεί να διασπαθεί σε μονομερές παρουσία κυκλοδεξτρινών (cyclodextrins, Cds). Οι κυκλοδεξτρίνες είναι κυκλικοί ολιγοσακχαρίτες που αποτελούνται από 6,7 ή 8 μόρια D-γλυκόζης συνδεδεμένα με 1,4-δεσμούς. Τα σύμπλοκα που σχηματίζονται MP-Cds χρησιμοποιούνται ως δεσμευτές ριζών στη φωτόλυση του συνενζύμου Β12 και των κυκλοαμινών στην παρακάτω έρευνα. Οι ερευνητές έχουν προσδιορίσει τα φάσματα ΗΠΣ με τις παραμέτρους τους και τα μοντέλα του ΜΝΡ-Cds που μιμούνται μερικώς τις αλληλοεπιδράσεις συνενζύμου Β12-ένζυμο. (Luo LB, an DY, Wu Y, Yi Songg X, ChemL. EPR investigation on radical trap reactions of 2-methyl-2-nitrosopropane encapsulated by cyclodextrins with external organic radicals produced by photolysis of coenzyme B12 and its analogues. J Chem Soc Perkin Trans 2, 1709-, 1998.) 165
Δομές του συνενζύμου Β 12. Προτεινόμενες δομές-μοντέλα δεξτρινών (Cds)και ΜΝΡ σε διμερή κατάσταση. Φάσματα ΗΠΣ κυκοδεξτρινών με ΜΝΡ. φάσμα ΗΠΣ : φάσμα ΗΠΣ : Me-MP-β-Cd σε 293 K Ado-MP-β-Cd σε 293Κ 166
Παράδειγμα 11 Μελέτη με ΗΠΣ της δέσμευσης-ριζών (spin-trapping) δύο αναλόγων γλυκοζυλιωμένων νιτρονών του PB, που μπορούν να στοχεύσουν στις λεκτίνες των μεμβρανών των κυττάρων. (Chalier F, uari, Tordo P. ESR study of spin-trapping with two glycosylated analogues of PB able to target cell membranes lectins. rg Biomol Chem, 2: 927-934, 2004.) R Me Me LAMPB (R=Me) LAMPP [R=P(Et) 2] (Benzylidene--tert-butylamine -oxide) R Me Me C 8 F 17 TA1PB (glycosylated nitrone TA1PB) 167
A B (Α) Φάσματα ΗΠΣ, ένα λεπτό μετά την παραγωγή ριζών υδροξυλίου (ΗΟ ) με το σύστημα Η2Ο2-FeS4 σε 0.1 Μ ρυθμιστικό διάλυμα φωσφορικών αλάτων με την παρουσία 0.1Μ LAMPB και 1mM EDTA (a) σε p 7, (b) σε p 5.6, (c) σε p 8.2, (d) όπως το (a) αλλά μετά από 54min και (e) όπως το (a) αλλά με την παρουσία 0.1 Μ Ν-iso-propyllactobionamide και 0.1Μ PB αντί για LAMPB. (B) Φάσματα ΗΠΣ για τη δεύσμευση ΗΟ με TA1PB σε 1mM EDTA και (a) p 7.0, (b) με προσθήκη 60% διοξανίου. Τα δεύτερα φάσματα είναι προσομοιώσεις. Παράδειγμα 12 Η φασματοσκοπία ΗΠΣ σε συνδυασμό με την τεχνική του spintrapping μπορεί να χρησιμοποιηθεί με μεγάλη επιτυχία και σε περιβαλλοντικά προβλήματα. Τα τελευταία χρόνια έχει τεκμηριωθεί με πολυάριθμες έρευνες ότι τα αιωρούμενα σωματίδια της ατμοσφαιρικής ρύπανσης προκαλούν βλάβες στο αναπνευστικό σύστημα του ανθρώπου. 168
Μελέτες έδειξαν ότι οι ελεύθερες ρίζες υδροξυλίου που παράγονται μέσα στους πνεύμονες, από τα μεταλλικά ιόντα (κυρίως δισθενής σίδηρος) των αιωρουμένων σωματιδίων και του υπεροξειδίου του υδρογόνου που εκκρίνεται από τα φαγοκύτταρα, είναι η κύρια αιτία φλεγμονών και βλαβών σε βιολογικά μακρομόρια. Ολικά αιωρούμενα σωματίδια (ατμοσφαιρικής ρύπανση αστικών περιοχών) εκχυλίσθηκαν και αναμίχθηκαν με 22 σε p 7.4 σε ρυθμιστικό διάλυμα. Οι ρίζες υδροξυλίου που παράγονται δεσμεύθηκαν με DMP. Από συγκριτικές έρευνες φαίνεται ότι βασική αιτία των δράσεων αυτών είναι ο Fe2+ και άλλα μέταλλα που αντιδρούν με το Η 2Ο 2. (Valavanidis A, Salika A, Theodoropoulou A. Generation of hydroxyl radicals by urban suspended particulate matter. The role of iron ions. Atmospheric Environ 34 : 2379-2386, 2000.) Αντιδράσεις παραγωγής ριζών υδροξυλίου: Fe 3+ + 2 2 Fe 2+ + 2 + + Fe 3+ + 2 / 2 Fe 2+ + 2 + + Fe 2+ + 2 2 Fe 3+ + + Φάσματα ΗΠΣ: αιωρουμένων σωματιδίων σε στερεά μορφή από εξατμίσεις μηχανών ντήζελ και φάσματα του προσθέτου DMP (radical adduct) κατω από ορισμένες συνθήκες. Φάσμα ΗΠΣ στερεάς καπνιάς από εξατμίσεις μηχανών ντήζελ. 169
Παράδειγμα 13 Έρευνα για τη δέσμευση ριζών του μονοξειδίου του αζώτου (ΝΟ ) και του υπεροξειδικού ανιόντος: μοντέλα για τη διερεύνηση της παραγωγής ελευθέρων ριζών από τη συνθετάση του ΝΟ. Σύνθεση νέων δεσμευτών (spin traps). (Tsai P, Porasuphana S, Pou S, Rosen GM. Investigation into spin trapping of nitric oxide and superoxide: models to explore free radical generation by nitric oxide synthase. J Chem Soc, Perkin Trans, 2: 983-988, 2000.) 3 + 12 M -1 s -1 (Et) 2 P 1 2 + 60 M -1 s -1 (Et) 2 P 3 4 + 5 6 Σχήμα 8.1. Δεσμευτές-νιτρόνες για το υπεροξειδικό ανιόν(ο 2 ), spin traps. hv - C 60 M -1 s -1 7 8 9 C 6 4 C 2 1.6 X 10 5 M -1 s -1 C 6 4 C 2 10 11 R R 1 S S Fe S S 12 R-C 3 and R 1 =C 2 C 2 R R 1 1.5 X 10 6 M -1 s -1 R R 1 S Fe S 13 S S R R 1 Σχήμα 8.2. Νέα κλάση δεσμευτών ελευθέρων ριζών. Ειδικοί για τη δέσμευση ΝΟ. 170
Σχήμα 8.3. Αντιπροσωπευτικά φάσματα ΗΠΣ της δεύσμευσης ΝΟ και 2 με τους δεσμευτές ελευθέρων ριζών (spin traps). Σχήμα 8.4. Αντιπροσωπευτικά φάσματα ΗΠΣ της δέσμευσης ΝΟ και 2 με τις νέες ενώσεις-δεσμευτές που παρασκευάσθηκαν. Παράδειγμα 14 Μελέτη με ΗΠΣ του μηχανισμού μεταφοράς-ηλεκτρονίων και εκκαθάρισης ριζών από συνθετικό μοντέλο βιταμίνης Ε σε ισχυρό οξικό διάλυμα. (akanishi I, Kawanishi T, hkubo K, et al. Electron-tranfer mechanism in radical-scavenging reactions by a vitamin E model in a protic medium. rg Biomol Chem, 3: 626-629, 2005.) 171
6 5 4 + R k T Me 7 8 + R 1 1 2 2 R : 2 DPP G Σχήμα 8.5. Με την προσθήκη του 1 Η σε διάλυμα DPP σε μεθανόλη (Me) η απορρόφηση (UV/VIS) στα 516 nm εξαφανίζεται και η νέα απορρόφηση στα 427 nm, που είναι χαρακτηριστική της ρίζας φαινοξυλίου (1 ). Προσδιορίσθηκε η σχετική ταχύτητα της αντίδρασης με stopped-flow τεχνικές. Παρόμοιες μετρήσεις έγιναν με την άλλη σταθερή ρίζα G σε μεθανόλη.(1η : 2,2,5,7,8-πενταμεθυλοχρωμαν-6-όλης, μοντέλο-μόριο για τη βιταμίνη Ε, R : ελεύθερη ρίζα, DPP : ελεύθερη ρίζα, σταθερή, 2,2-διφαινυλο-1-πικρυλοϋδραζύλιο, G : ρίζα γαλβινοξυλίου, galvinoxyl radical). Σχήμα 8.6. (α) Το φάσμα ΗΠΣ της ελεύθερης ρίζας (1 ) που δημιουργήθηκε από την αντίδραση 1Η με DPP σε διάλυμα μεθανόλης σε θερμοκρασία 25 C, (b) προσομοίωση του παραπάνω φάσματος με τιμές g=2.0040, α(3η 5 )=0.577, α(3η 7 )=0.423, α(3η 8 )=0.073, α(3η 4 )=0.126mT. 172