CC BY
11
УДК 547.963.332'96:577.113.3+541.14
ИЗУЧЕНИЕ КИНЕТИКИ ФОТОЛИЗА СОЕДИНЕНИЙ, СОДЕРЖАЩИХ АРИЛ(ТРИФТОРМЕТИЛ)ДИАЗИРИНОВУЮ ГРУППУ*
М. В. Тараненко, М. Т. Мчедлидзе
(кафедра химии природных соединений: тапапа [email protected])
Изучены фотохимические превращения соединений, содержащих арил(трифторметил)диази-риновую группу. Показано, что разложение диазиринов под действием УФ-света проходит с высокими квантовыми выходами.
Метод фотоаффинной модификации [1] является одним из наиболее информативных подходов для изучения взаимодействия между биологическими молекулами. Суть метода заключается в следующем: в одну из взаимодействующих молекул вводится фотолабильная группа, под действием излучения определенной длины волны происходит образование высокореакционноспособной частицы, атакующей атомы в макромолекуле с образованием кова-лентной связи. Изучение образующегося продукта позволяет судить о процессах, происходящих в биологической системе, дает информацию о локализации и структуре центров связывания реагирующих молекул [2-4].
Получение фотолабильных лигандов может быть осуществлено с помощью бифункциональных фотоактивиру-емых реагентов. Последние содержат химически активную группу, с помощью которой можно селективно модифицировать природный лиганд и фотолабильную группу, генерирующую высокореакционноспособную частицу под действием излучения.
Наиболее перспективной фотолабильной группой является арил(трифторметил)диазириновая (АТФМД) группа, обладающая рядом преимуществ по сравнению с другими [5-8]. Под действием УФ-излучения с длиной волны около 360 нм молекула диазирина переходит в электронно-возбужденное состояние. Схема дальнейших превращений достаточно сложна, состав продуктов зависит от
Рис. 1. Основные пути превращения арил(трифторметил)диазирина при облучении светом ближней УФ-области
Рис. 2. Спектры поглощения исследуемых соединений в этаноле (номер соединения указан на кривой)
условий проведения фотохимической реакции [9]. Основными процессами, протекающими при фотовозбуждении арил(трифторметил)диазиринов (I) являются два типа превращений: 1) разложение диазирина с образованием кар-бена (II) и выделением азота; 2) изомеризация диазирино-вого цикла в диазосоединение (III) (рис. 1).
Важнейшей характеристикой фотохимической реакции является квантовый выход (ф), равный отношению числа прореагировавших молекул к числу поглощенных квантов. Интенсивность поглощенного света определяют с помощью актинометра, а количество прореагировавших молекул - по величине оптической плотности по закону Буге-ра-Ламберта-Бера:
А = е/с,
где А - оптическая плотность вещества; е - коэффициент экстинкции (М_1см_1); с - концентрация вещества (моль/л), / - толщина поглощающего слоя (см).
Высокие квантовые выходы образования высокореак-ционноспособной частицы - необходимое условие для
* Данная статья написана по материалам доклада, представленного М.В. Тараненко на конференции «Ломоносов 2001» и удостоенного призового места.
Т а б л и ц а 1
Бифункциональные фотоактивируемые реагенты
Соединение Формула
(1) НзС^СЙ ^ СРз
(2) СР3
(3) ^ С^з
(4) СРз 1\Ю2
(5) нссЦ/ У^И ^ СРз
(6) 0
успешного применения реагентов для метода фотоаффинной модификации. Фотохимически активными считаются соединения, обладающие квантовым выходом больше 0,1 [10].
В настоящей работе изучена кинетика фотолиза ряда фотоактивируемых АТФМД-содержащих соединений и накопление соответствующих изомерных диазопроизвод-ных на примере бифункциональных реагентов (1-6) (табл. 1), содержащих различные заместители в бензольном кольце.
Изучение фотохимических превращений исследуемых соединений проводили по скорости исчезновения исходных диазиринов, а также по скорости накопления в системе диазоизомеров. В электронных спектрах поглощения диазиринов наблюдается характерная полоса в области
330-370 нм (е 200-400 М-1см-1, этанол) (рис. 2). При облучении УФ-светом с длиной волны 365 нм происходит уменьшение оптической плотности, свидетельствующее о фотолизе диазиринов (рис. 3). Концентрационные зависимости оптической плотности исследуемых соединений в интервале концентраций от 10 4 до 103 прямолинейны и подчиняются закону Бугера-Ламберта-Бера. Реакция фотолиза описывается кинетическим уравнением первого порядка (рис. 4).
Квантовые выходы разложения исследуемых соединений составляют величины от 0,15 до 1, периоды полураспада -от 2,6 до 6,3 мин, константы скорости - от 1,81-10-3 - до 4,43-10-3 с1 (табл. 2).
Образующемуся в системе диазопроизводному соответствуют два максимума поглощения при —300 нм
Т а б л и ц а 2
Физико-химические параметры исследуемых соединений
Соединение Со, мМ ^макс, нм е, М 1см 1 I -10 16 ^погл 5 квант/с ¿•103, с 1 т1/2, мин Ф
(1) 1,9 363 432 1,23 2,32±0,16 5,0±0,3 0,15±0,06
(2) 2,8 355 345 1,45 1,81±0,05 6,3±0,2 0,28±0,05
(3) 0,7 355 320 0,34 2,52±0,13 4,6±0,2 0,76±0,04
(4) 2,3 355 371 1,28 2,95±0,20 3,9±0,3 0,45±0,04
(5) 2,2 349 320 1,06 4,43±0,25 2,6±0,3 1,00±0,06
(6) 2,0 344 364 1,09 2,40±0,08 5,0±0,2 0,65±0,09
(е ~ 2-105 ) и 450 нм (е ~ 70) [11]. Детекцию образования диазоизомеров вели по полосе поглощения в области 450 нм. Процент накопления диазопроизводных в реакции фотолиза соединений (1, 2, 4, 5) составил 20-30 % (табл. 3, рис. 5), что хорошо согласуется с литературными данными [11].
Таким образом, показано, что исследуемые арил(три-фторметил)диазирины подвергаются фотохимическим превращениям с высокими квантовыми выходами. Полученные физико-химические параметры характеризуют соединения в качестве перспективных реагентов для метода фотоаффинной модификации.
Экспериментальная часть
Бифункциональные реагенты, содержащие арил(триф-торметил)диазириновую группу, были получены по мето-
дикам, приведенным в [11-14]. Поглощение исследуемых соединений в УФ-области исследовали с помощью спектрофотометра «Aminco DW 2000». Спектры снимали в од-нолучевом режиме при скорости сканирования 3 нм/с в интервале длин волн 200-550 нм. Использовали кварцевые кюветы с длиной оптического пути 1 см. В качестве источника облучения для определения квантовых выходов и кинетических характеристик фотолиза применяли ртутную лампу «Mineralight» (модель «UVGL-58» со встроенным фильтром), излучающую монохроматический свет с длиной волны 365 нм, интенсивностью 700 мкВ/см2. Необходимую для определения квантового выхода интенсивность падающего света, выраженную в единицах квант/с, определяли с помощью актинометрии ферриоксалат-фенант-ролиновым методом [15]. Интенсивность (!0) составила
Рис. 3. Фотолитическое разложение диазиринового цикла соединения 4 при различном времени облучения: время облучения (мин) приведено над соответствующей кривой
Рис. 4. Зависимость логарифма оптической плотности в максимумах поглощения диазиринов от времени облучения для соединений 1-6
Рис. 5. Кривые накопления диазоизомеров соединений
l , 2, 4, 5
величину 1,5-1016 квант/с. Текущую концентрацию диази-ринов и соответствующих диазопроизводных контролировали по величине поглощения в максимумах при 350 и 450 нм соответственно (рис. 3).
Квантовый выход разложения диазиринов вычисляли по формуле
ф = Am/An,
где An - количество квантов света, поглощенных за определенное время (An = 1погл■ t = I zlc-t, где I - интенсивность света, падающего на реакционный сосуд; 1пош - интенсивность света, поглощенного веществом; е - коэффициент экстинкции вещества, М_1см-1; с - концентрация
вещества, моль/л, I - толщина поглощающего слоя, см; ( - время облучения, с); Ат - число молей прореагировавшего за то же время диазирина (Ат = Ас-Ык-Ур = АА/ еЫ„ •V , где АА - изменение оптической плотности, N. -
А р ' 'Л
число Авогадро, моль1; Vр - объем раствора, мл).
Процент изомеризации в реакции фотолиза (а) вычисляли по формуле:
а = АА е / -АА е ,
диазо диазирин диазирин диазо7
где АА и АА - изменение оптической плотнос-
диазо диазирин
ти на частоте поглощения диазо- и диазириновой группы соответственно, е и е - коэффициенты эк-
диазирин диазо
стинкции, М "'см-1.
Авторы благодарят сотрудника НИИ ФХБ им. Белозерского д.х.н. Г.А. Коршунову за предоставление темы исследования, сотрудников химического факультета Московского государственного университета к.х.н. Н.В. Сумбатян за помощь в освоении метода и научное руководство, д.х.н. М.Я. Мельникова, к.х.н. В.М. Ковбу и сотрудника НИИ ПХФ РАН д.х.н. М.Ф. Будыку за ценные консультации.
Т а б л и ц а 3 Накопление изомерных диазосоединений
Диазоизомер соединения С мМ Xnax, нм e, М"1см"1 а, %
(1) 0,40 469 70 20,9±0,9
(2) 0,74 465 70 19,7±0,8
(4) 0,65 449 70 33,9±0,9
(5) 0,37 449 70 21,3±0,9
Работа выполнена при поддержке РФФИ (проекты 00-04-48312 и 00-04-48253).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Singh A., Thornton E.R., Westheimer F.H. // J. Biol. Chem. 1962.
237. P. 3006.
2. Bay ley H. / Photogenerated Reagents in Biochemistry and
Molecular Biology. N.Y., Oxford, 1983. P. 187.
3. Brunner J. // Annu. Rev. Biochem. 1993. 62. P. 483.
4. Kotzyba-Hilbert F. Kapfer I. // Angew. Chem. Int. 1995. 34.
P. 1 296.
5. Dolder M., Michel H. // J. Protein Chem. 1990. 9. P. 407.
6. Fang K., Hashimoto M., Jockusch S. // J. Am. Chem. Soc. 1998.
120. P. 8543.
7. Bayley H., Staros J. V. // Azides and nitrenes. 1984. P. 481.
8. Buterbauhg J.S., Toscano J.P., Weaver W.L. // J. Am. Chem. Soc.
1997. 119. P. 3580.
9. Исаев C.Д., Шерстюк В. П., Козлов О.Ф. // Теорет. и эксперим.
химия. l99l. № 2. С. 2ll.
10. Будыка М.Ф., Зюбина Т.С., Кантор М.М. // ЖФХ. 2000. 74. С. lll5.
11. Nassal M. // Liebigs. Ann. Chem. l983. P. l5l0.
12. Nassal M. //J. Am. Chem. Soc. l984. 106. P. 1540.
13. Brunner J. , Senn H., Richards F.M. // J. Biol. Chem. l980. 255. P. 33l3.
14. Топин А.Н., Коршунова Г.А. // Вестн. Моск. ун-та. 1995. Сер. 2. Химия. З6. С. 583.
15. Экспериментальные методы химической кинетики / Под ред. Н.М. Эмануэля, Г.Б. Сергеева. М, 1980. С. 132.
Поступила в редакцию 28.06.0l
