铜配合物的仿生建模:对映选择性催化氧化的研究-(+)儿茶素和-（表儿茶素铜配合物

摘要

双核和三核铜(II)配合物对两种儿茶酚的仿生催化氧化，即:-(+)儿茶素和-（表儿茶素可合成相应的醌类化合物。用亲核试剂3-甲基-2-苯并噻唑啉酮腙(MBTH)捕获了不稳定的醌，并计算了不同醌的摩尔吸光度。根据动力学常数推断，催化效率适中，但配合物对儿茶酚表现出显著的对映体区分能力，尽管对于双核配合物，这种对映体区分能力较低。在所有情况下，首选的对映体底物是-(+)-儿茶酚尊重其他儿茶酚，因为这一基质的空间分布。

1.介绍

在一个简单的合成分子内复制复杂的生物反应是一个具有智力和美学双重目标的挑战。检测生物反应性、创建相似的化学结构、确定模型系统的功能性反应条件的顺序是破译反应性生物密码的过程。在过去的几年中，关于3型铜酶(例如，儿茶酚氧化酶、血青素和酪氨酸酶)的晶体结构的报告[1- - - - - -4]，以及2- 3型铜酶(如抗坏血酸氧化酶、漆酶、铜蓝蛋白)[5- - - - - -8有了新的转变。这种结构信息的更多可用性现在允许合成建模的角色从结构和光谱的努力转变为功能和催化模型的发展。功能模型可以提供一个机会，通过系统和比较研究，在小分子水平详细检查生物反应。虽然建模的一个目标是再现反应性，但将这种反应性扩展到激发系统范围之外可能是一个更重要的目标。完成了与铜蛋白活性位点具有相似结构、光谱和功能特性的足够的合成模型[9- - - - - -13］．这些模型提供了许多选择性和环境良性氧化剂的优雅例子，能够进行有趣的有机转化，其中许多是铜配合物，使用二氧作为终极氧化剂，尤其是在儿茶酚酶活性中[14- - - - - -20.］．我们集团的兴趣主要集中在双核和三核[21- - - - - -28由显示儿茶酚酶活性的十八酸型氮配体衍生的铜配合物。其中一些化合物含有手性中心[24- - - - - -28，我们已经证明了在催化氧化手性儿茶酚，如- - --多巴及其甲酯。在本论文中，我们扩展了我们的手性配合物的研究，使用其他潜在的儿茶酚作为底物，即，-(+)儿茶素和-(-)-表儿茶素，我们发现这些底物的立体选择性催化氧化取决于双核或三核铜化合物的手性，以及儿茶酚的空间配置。

2.实验

2．1．总论

双核和三核铜(II)配合物；； ；；； 如前所述制备[27］．trichiral复合物和 均按标准程序制备[29］．双核的复杂如前所述制备[30.］．所有化合物如图所示1．

2．2.谨慎

虽然在制备高氯酸盐的过程中没有遇到任何问题，但在处理这些潜在的危险化合物时应采取适当的小心。

2．3.材料与物理方法

原料采用商品化原料，无需纯化，反应所用溶剂均为分光光度级。高锰酸钾和碳酸钠蒸馏出乙腈;然后在氢化钙中储存，并在氮气下蒸馏使用。用Amel仪器338测定溶液的pH值。采用HP 8453二极管阵列分光光度计，在温度为C.使用FigSys (BioSoft, Cambridge, UK)商业程序处理数据。在准一级条件下进行了生成动力学研究C。

2．4．醌类物质摩尔吸光度的测定

众所周知，双核和三核模型复合物，如酪氨酸酶，具有氧化作用-二酚、三酚和黄酮类化合物，但在所有情况下，产生的醌可能进行非酶自聚合产生彩色化合物。为了防止醌类化合物最初形成的进一步反应，使用了一种亲核试剂，3-甲基-2-苯并噻唑啉酮腙(MBTH)，它捕获醌类化合物并生成色加合物。不幸的是，这些加合物对底物的摩尔吸收率是可用的，所以用分光光度法测定并计算了加合物的摩尔吸光度。一般来说，该方法是基于过量的高碘酸钠氧化底物，在此条件下反应非常快[31，32］．不稳定的醌类化合物被亲核试剂(MBTH)捕获，并与之相关被检测到。在所有实验中，在300 ~ 900 nm范围内只出现了一个与MBTH加合物相对应的波段。根据录音，可以通过实验设计来确定不同醌类化合物的摩尔吸光度，例如在不同底物浓度下进行光谱计算，并通过线性回归将所得数据拟合到Lambert-Beer方程中。根据不同底物浓度得到的吸光度值，可以计算摩尔吸光度。为-(+)-儿茶素(CQ)，实验条件为；50 mM磷酸盐缓冲液(pH 7.0)/甲醇(9:1,v:v)在C;2毫米；1毫米MBTH;基质浓度(CQ)从5M - 40M;石英电池1厘米路径长度;最终体积在细胞2毫升。决定系数为0.998，摩尔吸收率为．为-(−)-表儿茶素(EQ)，实验条件为；50 mM磷酸盐缓冲液(pH 7.0)/甲醇(9:1,v:v)在C;2毫米；1毫米MBTH;底物浓度(EQ)从5米到45M;石英电池1厘米路径长度;最终体积在细胞2毫升。决定系数为0.994，摩尔吸收率为．

2．5．儿茶酚酶活动

催化氧化反应动力学-(+)儿茶素和-(-)-表儿茶素是在磁搅拌和恒温1厘米路径长度的细胞中通过紫外-可见光谱研究的。测量过程中的温度保持不变C.以磷酸水溶液缓冲液(50 mM, pH 7.0)-甲醇9:1 (v:v)的混合物与大气氧饱和作为溶剂。所有的动力学实验都是重复进行的。在底物浓度范围内进行的实验是通过添加几微升的配合物(最终浓度)开始的)到底物的溶液中;MBTH是维护；底物的浓度是不同的和(最终体积2ml)。稳定的形成-(+)儿茶素-quinone-MBTH和-(-)表儿茶素-醌- mbth加合物在459 nm处出现强吸收带为-(+)儿茶素-醌- mbth，在463 nm处有吸收带为-(-)表儿茶素分别-quinone-MBTH。在所有的实验中，通过读取之间的吸光度差来降低噪声和1100 nm，在此吸收仍然可以忽略。通过拟合反应第一秒内的吸光度随时间的变化曲线，得到了初始氧化速率。

3.结果与讨论

3．1.立体选择催化氧化反应

儿茶酚的催化氧化是研究酪氨酸酶和儿茶酚氧化酶模型复合物行为最广泛使用的试验反应。先前的研究[24- - - - - -27的研究表明，手性双核和三核铜配合物能够对具有光活性的儿茶酚表现出立体识别能力，并给出相应的醌类。为了证实这一行为，新的手性儿茶酚被用于这些催化立体选择性氧化。-(+)儿茶素和-(-)表儿茶素(flavan-3-ols)(图2)是一种酚类化合物，普遍存在于植物中，并广泛存在于水果、蔬菜和饮料中[33- - - - - -35］．特别是，它们是葡萄和最终葡萄酒的主要品质因素之一[36，37］．

多酚底物的催化氧化，包括儿茶素，被许多作者研究得很好[38- - - - - -41］．当多酚氧化酶(PPO)和相应的底物同时混合时，这些反应在大气氧气存在下发生。基本的第一步是邻二酚转变为相应的邻醌。邻醌的命运和稳定性有很大的不同，这取决于酚前体和环境因素。特别是邻醌类-(+)儿茶素和-(-)-表儿茶素的稳定性明显低于其他邻醌类化合物。长期的化学或酶的自氧化作用，导致一个分子的芳香环与另一个分子的芳香环重复缩合反应形成聚合物(“头尾”聚合机制)。根据酚类化合物的氧化方式，儿茶素形成的缩合产物可能有所不同。事实上，溶液的pH值对得到的产品有很大的影响[42，43，因为在低pH值下有利于形成无色的缩合产物，而在较高pH值下则倾向于形成黄色化合物。为了避免由于ph依赖性的氧化产物的任何影响，并在醌生成时停止反应，使用了亲核试剂MBTH，它捕获醌并生成变色加合物(方案)1)．

然后我们研究了反应速率的pH依赖性，发现在有手性铜配合物存在的情况下，较好的pH值是ph7.0。为了比较本文报道的各种手性配合物的催化活性，我们还研究了在非手性双核配合物存在下儿茶素的催化氧化和MBTH。

假设，对于目前的仿生催化反应，邻苯二酚氧化的两步机制与我们之前的双核研究相同[22和三核的[23]铜(II)配合物，可以假设以下简化的催化方案，其中两分子邻苯二酚每个循环被氧化为醌(Q): 因为，动力学实验显示了单相行为，这是不可能分开的两个步骤。因此，要么这两个步骤具有相似的速率，要么第一个较慢。催化反应的速率与底物浓度的关系在所有情况下都表现出双曲线行为。然而，所有的配合物在高底物浓度下都表现出底物抑制，因此动力学参数如表所示1的估算公式如下:

手性中心铜配合物表现出不同程度的立体选择性1)，用动力学参数计算，公式如下: 在哪里和是-(+)儿茶素和-(-)表儿茶素。

所有配合物的催化活性，除了，表明儿茶酚的优先配位为-(+)儿茶素。这种偏好可能是由联萘或赖氨酸残基的手性决定的，正如我们对相关配合物的研究所显示的[24- - - - - -26，特别是通过邻苯二酚底物的空间分布。事实上，通过对分子能量最小化的简单计算，-(+)-儿茶素呈平面分布，只有羟基在平面外(图)3.(a))。

相反，-(-)-表儿茶素表现出更大的空间结构，因为两个芳香环位于正交的平面上，所以比其同分异构体形式的位阻要大得多(图)3.(b))。

以往对邻苯二酚衍生物催化氧化的研究表明，该反应需要两个紧密铜中心的协同[22以使邻苯二酚作为桥接配体结合，并实现快速的双电子转移过程。在双核铜配合物中，儿茶素底物只能通过将儿茶酚残基与a位点的两个铜离子结合形成生产配合物，迫使分子的静止部分接近光学活性残基，从而实现手性识别(方案)2)．

然而，以1,1-联萘残基为核心的双核配合物表现出刚性和笨重的结构，降低了儿茶素有效手性识别的可能性。在这种情况下，儿茶酚的配位可能发生在配合物的外部(方案2，结构二)有不同的设计。它含有手性-赖氨酸残基作为一个中心单元，它比1,1-联萘基团灵活得多，它通过一对邻木酰基间隔体与两个携带四个苯并咪唑供体的双臂相连。从动力学常数和立体选择性程度(Scheme)可以推断，该间隔体的高灵活性和两条臂的长度允许对底物更好的手性识别2、结构)。

如以前的文件所述[26，27]时，三核配合物呈现出B位Cu(II)中心和a位其中一个中心由双氢氧桥介导的结构(图式)3.在这种情况下，手性识别不仅取决于空间相互作用，还取决于自由脂肪族氢氧根与另一个Cu(II)位的配位(方案3.结构II)，允许对光学活性底物具有显著的对映体区分行为。事实上，考虑到之前在图中报道的两种儿茶素的三维结构3.，人们注意到脂肪族氢氧根-(+)-儿茶素，与两个儿茶酚基团相反，因此能够在A位点的Cu(II)中心协调。的-(-)-表儿茶素显示脂肪族氢氧化物在A位点离Cu(II)中心太远，在这种情况下，需要对配体强张力的配合物的结构进行修饰。

为，实验数据表明对映体分化非常低-(+)儿茶素(见表1)．这种行为可能是由于间二甲苯残基的芳香环与底物中远离邻苯二酚的芳香环之间的堆积相互作用造成的;这种相互作用应该是由二甲苯与底物分子平面的平行配置产生的。

承认

这项工作得到了意大利Ministero dell'Università e della Ricerca (MIUR)的支持，通过finziamenti per l’innovazione, la Ricerca e lo Sviluppo technologico (FIRST)项目。

参考文献

1. T. Klabunde, C. Eicken, J. C. Sacchettini, B. Krebs， "含有dicopper中心的植物儿茶酚氧化酶的晶体结构"自然结构生物学，第5卷，第5期。12，第1084-1090页，1998。视图:谷歌学者
2. M. E. Cuff, K. I. Miller, K. E. van Holde, and W. a . Hendrickson， "功能单元的晶体结构章鱼血蓝蛋白”,分子生物学杂志第278期4，第855-870页，1998。视图:出版商的网站|谷歌学者
3. K. A. Magnus, B. Hazes, H. Ton-That, C. Bonaventura, J. Bonaventura，和W. G. J. Hol，“节肢动物血色素蛋白的含氧和脱氧状态的晶体学分析显示出不同寻常的差异，”蛋白质:结构、功能和遗传学第19卷第2期4，第302-309页，1994。视图:出版商的网站|谷歌学者
4. Y. Matoba, T. Kumagai, A. Yamamoto, H. Yoshitsu, M. Sugiyama，“酪氨酸酶的双核铜中心在催化过程中是灵活的晶体学证据”，生物化学杂志号，第281卷。13，页8981-8990,2006。视图:出版商的网站|谷歌学者
5. A. Messerschmidt, R. Ladenstein, R. Huber等，“在1.9 Å分辨率下抗坏血酸氧化酶的精炼晶体结构”，分子生物学杂志第224期1，页179-205,1992。视图:出版商的网站|谷歌学者
6. K. Piontek, M. Antorini, T. Choinowski，《真菌漆酶的晶体结构》栓菌属多色的在1.90-Å分辨率包含完整的铜，”生物化学杂志第277期40, pp. 37663-37669, 2002。视图:出版商的网站|谷歌学者
7. n . Hakulinen l l。一种漆酶的晶体结构Melanocarpus albomyces一个完整的三核铜基地，”自然结构生物学，第9卷，第5期。8，页601-605,2002。视图:出版商的网站|谷歌学者
8. I. Zaitseva, V. Zaitsev, G. Card等，“人类血清铜蓝蛋白3.1 Å的x射线结构:铜中心的性质”，生物无机化学学报， vol. 1, no. 11，第15-23页，1996。视图:谷歌学者
9. 仿生学双核配合物对二氧的活化作用>，刊于铜的生物无机化学卡琳(K. D. Karlin)和泰克拉(Z. Tyeklar)。，pp. 292–305, Chapman & Hall, New York, NY, USA, 1993.视图:谷歌学者
10. N.北岛和Y. Moro-oka，“铜-二氧复合物”。无机和生物无机的观点，”化学评论，第94卷，第94期第3页，737-757页，1994。视图:谷歌学者
11. E. I. Solomon, U. M. Sundaram和T. E. Machonkin，《多铜氧化酶和加氧酶》，化学评论，第96卷，第2期7，第2563-2605页，1996。视图:谷歌学者
12. H.-C。Liang, M. Dahan, K. D. Karlin，“二氧活化生物无机模型复合物”，化学生物学的最新观点，第3卷，第2期。2，页168 - 175,1999。视图:出版商的网站|谷歌学者
13. 5 . Mahadevan, R. J. M. K. Gebbink, T. D. P. Stack，“铜氧化酶活性的仿生建模”，化学生物学的最新观点，第4卷，第4期。2，页228 - 234,2000。视图:出版商的网站|谷歌学者
14. J. Manzur, A. M. Garcia, V. Rivas, A. M. Atria, J. Valenzuela, and E. Spodine，“氧化3,5-ditert铜(II)配合物催化-丁基邻苯二酚。动力学研究”,多面体，第16卷，第5期。13，第2299-2305页，1997。视图:谷歌学者
15. M. R. Malachowski, H. B. Huynh, L. J. Tomlinson, R. S. Kelly, J. W. Furbee J.，“三脚配体铜(II)配合物催化氧化儿茶酚的比较研究”，化学学会杂志，道尔顿学报,没有。1，第31-36页，1995。视图:出版商的网站|谷歌学者
16. 学术界。花王,h。魏,中州。刘,G.-H。李，王颖，和c.j。氧桥双核铜(II)配合物类儿茶酚酶活性的结构相关性无机生物化学杂志(第84卷)3-4，页171 - 178,2001。视图:谷歌学者
17. M. Gupta, P. Mathur, R. J. Butcher，“Synthesis, crystal structure, spectral studies, and儿茶酚氧化酶活性的三角双锥体铜(II)配合物的合成，晶体结构，光谱研究，和儿茶酚氧化酶活性的四齿二胺双苯并咪唑配体，”无机化学，第40卷，第5期。5，第878-885页，2001。视图:出版商的网站|谷歌学者
18. P. Gentschev, N. Möller，和B. Krebs，“儿茶酚氧化酶的新功能模型”，Inorganica Chimica学报， 2000，第442-452页。视图:出版商的网站|谷歌学者
19. C. Fernandes, A. Neves, A. J. Bortoluzzi等人，“一种新的双核不对称铜(II)复合物作为儿茶酚氧化酶活性位点的模型，”Inorganica Chimica学报号，第320卷。1-2，第12-21页，2001。视图:出版商的网站|谷歌学者
20. I. a . Koval, K. Selmeczi, C. Belle等，“大环配体铜(II)配合物的儿茶酚酶活性:分解催化机制，”Chemistry-A欧洲杂志，第12卷，第2期23，页6138-6150,2006。视图:出版商的网站|谷歌学者
21. E. Monzani, L. Quinti, A. Perotti等人，“酪氨酸酶模型。由三氨基五苯并咪唑配体衍生的双核铜配合物的合成、结构、儿茶酚氧化酶活性和酚单加氧酶活性"无机化学，第37卷，第2期3, 1998。视图:出版商的网站|谷歌学者
22. E. Monzani, G. Battaini, a . Perotti等，“双氧体铜配合物儿茶酚酶活性的机理、结构和光谱研究”，无机化学第38卷第2期23，第5359-5369页，1999。视图:出版商的网站|谷歌学者
23. E. Monzani, L. Casella, G. Zoppellaro等，“生物三核铜簇的合成模型。来自十八酸四胺四苯并咪唑配体的三核和双核配合物，”Inorganica Chimica学报第282期第2页，180 - 192,1998。视图:出版商的网站|谷歌学者
24. l -组氨酸残基的仿生三核铜配合物对对构的催化氧化化学通讯，第9卷，第5期。17，页2186-2187,2003。视图:出版商的网站|谷歌学者
25. M. C. Mimmi, M. Gullotti, L. Santagostini等，“1,1-联萘衍生的手性三核配体仿生铜配合物的立体选择性催化氧化”，分子催化学报，第204-205卷，第381-389页，2003年。视图:出版商的网站|谷歌学者
26. M. C. Mimmi, M. Gullotti, L. Santagostini等，“生物三核铜簇的模型。手性配体铜(II)配合物对邻苯二酚的表征及对映选择性催化氧化$-$) 1,$1^{＇}$-binaphthyl-2,$2^{＇}$二胺”,道尔顿事务,没有。14，页2192-2201,2004。视图:出版商的网站|谷歌学者
27. “新型手性八酸二氮配体及其铜(II)配合物的合成与表征”，高分子材料科学与工程，2017,36(4):559 - 563。分子催化学报号，第235卷。1-2，页271-284,2005。视图:出版商的网站|谷歌学者
28. G. Battaini, A. Granata, E. Monzani, M. Gullotti, L. Casella，“双核和三核铜配合物的仿生氧化”，刊于无机化学进展，第58卷， R. van Eldik和J. Reedijk, Eds。，pp. 185–233, Academic Press, New York, NY, USA, 2006.视图:谷歌学者
29. F. G. Mutti, M. Gullotti, L. Santagostini等，“铜酶的仿生建模:合成，表征，EPR分析和对映选择性催化氧化的一个新的手性三核铜(II)配合物”，提交欧洲无机化学杂志．视图:谷歌学者
30. L. Casella, O. Carugo, M. Gullotti, S. Garofani, and P. Zanello，“血色素苷和酪氨酸酶模型”。与聚(苯并咪唑)配体的双核铜(II)配合物的合成、叠氮化物结合和电化学模拟蛋白质的met形式无机化学，第32卷，第2期10，第2056-2067页，1993。视图:出版商的网站|谷歌学者
31. S. W. Weidman和E. T. Kaiser，“芳香族体系的高碘酸盐氧化机理。3邻苯二酚的高碘酸盐氧化动力学研究美国化学学会杂志第88期24，第5820-5827页，1966。视图:谷歌学者
32. J. L. Muñoz, F. García-Molina, R. Varón, J. N. Rodriguez-Lopez, F. García-Cánovas, and J. Tudela， "计算醌的摩尔吸光度:应用于测定酪氨酸酶活性"，分析生物化学，第351卷，第2期。1，页128 - 138,2006。视图:出版商的网站|谷歌学者
33. J. B. Harborne和H. Baxter(编辑)，Wiley, Chichester, 1999, volume 1: xii+889 pp.， volume 2: xvi+879 pp.， ISBN 0-471-95893-X，£950.00(两人)。”Talanta第54卷第5期1, p. 207, 2001。视图:出版商的网站|谷歌学者
34. F. C.理查德。Rouet-Mayer, P. M. Goupy, J. Philippon, and J. J. Nicolas，“苹果多酚氧化酶对模型溶液中绿原酸、儿茶素和4-甲基儿茶酚的氧化作用”，农业与食品化学杂志，第40卷，第5期。11，页2114-2122,1992。视图:出版商的网站|谷歌学者
35. I. C. W. Arts, B. van de Putte, P. C. H. Hollman， "在荷兰普遍消费的食物中儿茶素的含量。茶、葡萄酒、果汁和巧克力牛奶。”农业与食品化学杂志，第48卷，第48期5，页1752-1757,2000。视图:出版商的网站|谷歌学者
36. M. Monagas, C. Gómez-Cordovés, B. Bartolomé， O. Laureano，和J. M. Ricardo da Silva，“葡萄酒和葡萄的单体、低聚体和聚合物黄烷-3-醇组成葡萄l .简历。格雷西亚诺，坦帕尼洛，赤霞珠，”农业与食品化学杂志第51卷第1期22，第6475-6481页，2003。视图:出版商的网站|谷歌学者
37. S. Pérez-Magariño和M. L. González-San José，“黄烷醇、花青素及其衍生物在红葡萄酒陈酿过程中的演变，这些都是由在不同成熟阶段收获的葡萄酿制而成的，”农业与食品化学杂志号，第52卷。5、2004年。视图:出版商的网站|谷歌学者
38. J. Oszmianski和C. Y. Lee，“模型系统中儿茶素和绿原酸的酶促氧化反应”，农业与食品化学杂志第38卷第2期5，第1202-1204页，1990。视图:出版商的网站|谷歌学者
39. S. Guyot, J. Vercauteren，和V. Cheynier，“葡萄多酚氧化酶催化的(+)-儿茶素耦合产生的无色和黄色二聚体的结构测定”植物化学，第42卷，第2期5，页1279-1288,1996。视图:出版商的网站|谷歌学者
40. F. C. Richard-Forget和F. A. Gauillard，“模型溶液中绿原酸、儿茶素和4-甲基儿茶酚通过梨(Pyrus普通的简历。多酚氧化酶和过氧化物酶:过氧化物酶可能参与酶褐变。”农业与食品化学杂志第45卷第5期7，第2472-2476页，1997。视图:出版商的网站|谷歌学者
41. M. López-Serrano和A. R. Barceló， "过氧化物酶催化和多酚氧化酶催化(+)儿茶素氧化产物的比较研究。它们在草莓(草莓属 $\times$ananassa褐变反应。”农业与食品化学杂志，第50卷，第5期。5，页1218-1224,2002。视图:出版商的网站|谷歌学者
42. S. Guyot, V. Cheynier, j - m。Souquet，和M. mouounet，“pH对模型系统中(+)-儿茶素酶氧化的影响”农业与食品化学杂志号，第43卷。9，第2458-2462页，1995。视图:出版商的网站|谷歌学者
43. M. Jiménez-Atiénzar, J. Cabanes, F. Gandía-Herrero，和F. García-Carmona，“中性pH下多酚氧化酶氧化儿茶素的动力学分析”，生物化学与生物物理研究通讯第319卷3，页902-910,2004。视图:出版商的网站|谷歌学者

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