Estudio del mecanismo de reacciones modelo de procesos enzimáticoscatálisis electrófila en la desprotonación de la glicina en el carbono alfa

Resumo

Los estudios realizados en esta tesis doctoral se encuadran dentro del objetivo general de caracterizar las barreras cinética y termodinámica para la desprotonación del carbono en posición alfa al grupo amino de aminoácidos en agua Se determinaron, en primer lugar, constantes de equilibrio en D2O para la formación de una imina / ion iminio por reacción de la glicina con el fenilglioxilato, utilizando para ello la espectroscopia RMN 1H. Se empleó esta misma técnica para medir constantes de velocidad de primer orden para el intercambio de deuterio entre el disolvente D2O y el carbono alfa de la glicina en presencia de diferentes concentraciones de cetona y bases de Brønsted. Estas constantes de velocidad y equilibrio se utilizaron para calcular constantes de velocidad de segundo orden para la desprotonación por DO-y bases de Brønsted del carbono alfa del ion iminio. Los resultados experimentales se utilizaron para determinar un valor de pKCH = 14 para este aducto, el cual es 15 unidades menor que el pKCH = 21 para la glicina. El efecto de la formación de los iones iminio del fenilglioxilato y 5¿-deoxipiridoxal (análogo del cofactor enzimático piridoxal 5¿-fosfato) sobre la acidez del carbono de la glicina es similar (Toth, K.; Richard, J. P. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 3013-3021), Sin embargo, el 5¿-deoxipiridoxal es mucho mejor catalizador de la desprotonación de la glicina que el fenilglioxilato debido a que la constante de formación de la imina con el 5¿-deoxipiridoxal es mucho más favorable. En un segundo estudio, se utilizó la técnica de RMN 1H para medir las constantes de equilibrio para la adición de la glicina a benzaldehídos sustituidos para formar las correspondientes iminas y los valores de pKa para la ionización de los iones iminio en D2O. La adición de un sustituyente fenóxido en el anillo aromático produce un aumento en el valor del pKa del ión iminio desde 6,3 a 10,2 para el p-hidroxibenzaldehído y a 12,1 para el salicilaldehído. Un análisis del efecto diferencial de la sustitución en orto y para muestra que el ión iminio del salicilaldehído es estabilizado por un enlace de hidrógeno intramolecular en disolución acuosa, con un valor energético estimado de aproximadamente 3 kcal/mol, mayor que el efecto encontrado para una simple interacción electrostática. En tercer lugar se determinaron por RMN 1H las constantes de velocidad de primer orden para el intercambio por deuterio entre el disolvente D2O y el carbono en alfa de la glicina en presencia de diferentes concentraciones de compuestos carbonílicos (acetona, benzaldehído y salicilaldehído). Estas constantes de velocidad y las constantes de equilibrio en D2O para la formación de una imina / ion iminio por reacción de la glicina con el compuesto carbonílico respectivo, nos proporcionan las constantes de velocidad de segundo orden, kDO, para la desprotonación del carbono en posición alfa al grupo imino por DO¿. Los valores estimados de pKa fueron obtenidos suponiendo que los valores de estas constantes de velocidad de segundo orden caen sobre la relación lineal estructura ¿ reactividad entre kOL y pKa, 22 pKa para el ión iminio glicina-acetona, 27 pKa para la imina glicina-benzaldehído, aproximadamente 23 pKa para el ión iminio glicina-benzaldehído, y 25 pKa para el ión iminio glicina-salicilaldehído. El valor de 17 de pKa para la desprotonación del aducto formado por 5¿-deoxipiridoxal y glicina (Toth, K.; Richard, J. P. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 3013-3021) muestra la necesidad de un grupo fuertemente retirador de carga como el ión piridinio para favorecer la delocalización de carga del carbono en posición alfa al grupo amino, y causar una disminución mayor en el valor de pKa del ión iminio.