…………………………………………………………………………………………………………. 45

3 – 2. اكسیدان فعال …………………………………………………………………………………………… 46

3 – 3.تأثیر ماهیت لیگاند پورفیرین………………………………………………………………………. 82

3 – 3 – 1.تأثیر ماهیت منگنز پورفیرین بر میزان تشكیل گونه اكسو………………………………….. 82

3 – 3 – 2. تأثیر ماهیت منگنز پورفیرین بر سرعت تشكیل گونه اكسو………………………………. 85

3 – 3 – 3.تأثیر ماهیت منگنز پورفیرین بر پایداری گونه اكسو……………………………………………. 88

3 – 4.تأثیر لیگاند محوری…………………………………………………………………………………………….. 97

3 – 5.تأثیر نسبت مولی لیگاند محوری : منگنز پورفیرین …………………………………………………… 103

3 – 6.تأثیر نسبت مولی اوره-هیدروژن پروکسید : منگنز پورفیرین…………………………………….. 109

3-7. نتیجه گیری …………………………………………………………………………………………………… 115

فهرست منابع …………………………………………………………………………………………… 116

. پیشگفتار

 آنزیم ها ماشین های بیولوژیكی شگفت انگیزی هستند كه طبیعت به منظور كاتالیز كردن تغییر و تبدیلات بیوشیمیایی، آنها را به وجود آورده است. بعضی از واكنش های شیمیایی ساده هستند و بعضی دیگر پیچیده به طوری كه تحت شرایط ملایم و در غیاب كاتالیزورهای آنزیمی به میزان قابل ملاحظه ای انجام نمی شوند. دو ویژگی چشمگیر آنزیم ها قدرت كاتالیزوری و توانایی گزینشی آنها است. آنها كاتالیزورهایی خاص و عاری از خطا هستند كه میزان بازیابی بالایی دارند و در طبیعت، واكنش های اكسیداسیون گزینش پذیر را تحت شرایط ملایم انجام می دهند.^{1، 2} همچنین مشخص شده است كه استفاده های سنتزی مفید زیادی در دارو سازی، كشاورزی و صنایع غذایی دارند.

اكسیداسیون های بیولوژیكی توسط دسته های مختلفی از آنزیم ها كاتالیز می شوند كه شامل دهیدروژناز (dehydrogenase) دی اكسیژناز، (dioxygenase) پراكسیداز  (peroxidase) و مونو-اکسیژناز  (mono-oxygenase) می باشند.^3 – 5 نقش های بیولوژیكی آنها شامل انتقال اكسیژن) هموگلوبین) و ذخیره اکسیژن (میوگلوبین)، ذخیره سازی و انتقال انرژی نور (antenna complex)، تبدیل انرژی خورشید به انرژی شیمیایی (مرکز واکنش فوتوسنتزی)، انتقال الکترون (سیتوکروم)، کاهش اکسیژن (اکسیداز) و تعداد زیادی از واکنش های آنزیمی دیگر است.

مركز فعال در آنها كمپلكس های فلزی هستند كه توانایی فعال كردن اكسیژن مولكولی را دارند. این مراكز فعال، متالوپورفیرین ها هستند كه توسط طبیعت سنتز شده اند و به صورت كاتالیزورهای اكسایش-كاهش بیولوژیكی و كاتالیزورهای ضروری برای حیات، در دامنه وسیعی از فرایندهای بیوشیمیایی نقش دارند.⁶ این كمپلكس های فلزی نقش های شیمیایی متفاوتی دارند. در طبیعت از طریق ملحق شدن كمپلكس ها به پروتئین ها، این نقش ها تنظیم می شوند، زیرا تحت این شرایط محیط های شیمیایی و ساختارهای مختلف زیادی در اطراف این گروه ها فراهم می شوند كه به آن قابلیت های خاص و متفاوتی می بخشند.

پورفیرین ها یکی از اجزای حیاتی برای بسیاری از سیستم های مهم بیولوژیکی هستند. مثلأ هیم، یک آهن پورفیرین  است که جزء اصلی هموگلوبین به شمار می رود.

هموگلوبین منشأ اصلی رنگ قرمز خون است و در بدن موجودات زنده وظیفه انتقال اکسیژن را به عهده دارد.

طرح 1 – 1. خلاصه  ای از واکنشهای هیم.

از جمله سایر پورفیرین های زیستی مهم که در طبیعت و بدن موجودات زنده وجود دارند می توان به کلروفیل (منگنز پورفیرین) و ویتامین  B₁₂(کبالت پورفیرین) اشاره کرد.

به دلیل نقش اساسی و مهم متالوپورفیرین ها در فعالیت های حیاتی، این دسته از ترکیبات همیشه مورد توجه شیمیدان ها قرار گرفته اند.

پورفیرین ها کریستال های قرمز یا بنفش رنگی هستند که ساختار کلی آن ها متشکل از چهار حلقه پیرول است که به وسیله پل های methine به هم متصل شده اند.

ساختار ماکروسیکلی پورفیرین ها اولین بار توسط Kuster در سال 1912 پیشنهاد شد. اما این ساختار مورد قبول دانشمندان در آن زمان قرار نگرفت. زیرا به نظر آن ها چنین حلقه بزرگی تحت فشار و ناپایدار است. سرانجام در سال 1929  Fischer(پدر شیمی پورفیرین مدرن) آهن پورفیرین را از ماده اولیه پیرول سنتز کرد و از این طریق ساختار پیشنهادی Kuster به اثبات رسید.⁷

جدول 1 – 1. فلزاتی که توانایی اتصال به پورفیرین را دارند.

1 – 2. متالوپورفیرین های سنتزی

نسل دوم از تترا آریل پورفیرین ها، دارای استخلافات حجیم و یا الكترون كشنده بر روی گروه های آریل موقعیت مزو حلقه پورفیرین بود كه شامل:

H₂TPFPP, meso-tetrakis (pentaflouro phenyl) porphyrin  ¹⁰ 

H₂TDCPP, meso‐tetrakis (2,6-di chloro phenyl) porphyrin ^{12، 11}

H₂TMP, meso-tetramesityl porphyrin^{14، 13}

و یا پور فیرین هایی با استخلاف آلكیل یا هالوژن بر روی موقعیت های اورتو، متا و پارا گروه‌های فنیل در موقعیت مزو است.

نسل سوم دنباله ای از نسل دوم بود و بعلاوه شامل اتمهای برم، كلر و فلوئور در موقعیت  β حلقه های پیرولی بودند، (در شکل 1 – 1 موقعیت β مشخص شده است). مثل:

  Meso-tetrakis (2,6-di chloro phenyl)–β-octabromo porphyrin,             H₂Br₈TDCPP ¹⁵

Meso-tetrakis (2,6-di chloro phenyl)–β-octachloro porphyrin,    H₂Cl₈TDCPP¹⁶

Meso-tetramesityl-β-octabromo porphyrin,  ¹⁶H₂Br₈TMP

خرید اینترنتی فایل متن کامل :

 

 

 

 در طی متاله كردن این پورفیرین ها با فلزات مختلف در حالت های اكسایش متفاوت، دو هیدروژن نیتروژن های پیرولی جایگزین می شوند. پروتون زدایی پورفیرین ها منجر به آنیون هایی با دو بار منفی می شود. در نتیجه كئوردینه شدن فلزاتی با عدد اكسایش  III به آن، كمپلكس هایی با یک بار مثبت ایجاد می شود. كمپلكس های جداسازی شده به دلیل وجود آنیون هایی مثل X^– (هالیدها)، OAc^– (استات)،  N₃^– (آزید)، ClO₄^– (پرکلرات)، CN^– (سیانید) و غیره خنثی هستند. MnTPP(N₃)، FeTPFPP(Cl)  و  MnTMP(OAc) مثال هایی از این كمپلكس ها می باشند.

شکل 1 – 1. ساختار لیگاندهای مختلف پورفیرینی هیدروفوب سنتزی

1 – 3. واكنش های اكسیداسیون كاتالیز شده توسط متالوپورفیرین ها

1 – 3 – 1. اپوكسیداسیون آلكن ها

اپوكسیداسیون اولفین ها معمولاً توسط پراسیدهای آلی مثل متا-  كلرو پربنزوئیک اسید و یا ترکیبی از کاتالیزورهای فلزات واسطه همراه با اکسیدان های کمکی مثل H₂O₂ ،PhIO ،  NaOCl و یا حتی اکسیژن انجام می گیرد.²⁴

همچنین مشخص شده است كه خصوصیات الكترونی و فضایی آلكن ها نیز بر روی راندمان، گزینش پذیری و سرعت اپوكسیداسیون تاثیر دارد. آلكن های غنی از الكترون كه ممانعت فضایی كمتری حول باند دوگانه دارند، واكنش پذیری بسیار بیشتری را نسبت به آلكن‌های دارای ممانعت فضایی و كمبود الكترونی نشان می دهند.²⁵

از متالوپورفیرین های دیگری مثل آهن، تیتانیم، كروم، روتینم و كبالت پورفیرین نیز برای اپوكسیداسیون استفاده كرده اند. به طور مثال تبدیل استایرن به استایرن اكسید توسط سدیم هیپوكلریت در حضور   Co^IIITPP(Br) كاتالیز می شود، ولی فعالیت كاتالیزوری كمپلكس كبالت در مقایسه با كمپلكس منگنز مشابه پایین تر است.²⁹

1 – 4. حدواسط های اكسید كننده در متالو پورفیرین ها

 گرووز ((Groves و همكارانش اولین كمپلكس آهن-اکسو-پورفیرین را در اثراكسیداسیون Fe(TMP)Cl با متا-كلروپربنزوئیک اسید در دمای پایین جداسازی كردند.³⁰

1 – 4 – 1. منگنز-اکسو-پورفیرین

هر دو كمپلكس منگنز-(IV)اكسو و منگنز-(V)اكسو-پورفیرین شناسایی شده اند.³¹ كمپلكس (Por)Mn(IV)=O توسط اسپكتروسكوپی جذب X-ray شناسایی شده است.³² طول پیوند Mn−O برابر با 69/1 آنگستروم بود و كمپلكس دارای حالت اسپین 2/3  S= بود كه مربوط به آرایش d³ پر اسپین است. سپس كمپلكس منگنز-(V)اكسو-پورفیرین كه توسط هیپوكلریت و مونوپرسولفات تولید شده بود، از طریق اسپكتروفوتومتری stopped-flow شناسایی شد.

گرووز و همكارانش تولید و شناسایی اولین كمپلكس های منگنز-(V)اكسو-پورفیرین در حلال آبی و واكنش پذیری آنها در اپوكسیداسیون اولفین ها را گزارش كردند.³³ نم (Nam) و همکارانش نشان دادند كه منگنز-(V)اكسو-پورفیرین می تواند توسط اكسیدان بیولوژیكی H₂O₂، در حلال آبی تولید شود. در این مورد تشكیل حدواسط به مقدار قابل ملاحظه ای به  pHمحلول واكنش بستگی داشت.³⁴

همین گروه اخیراً تولید و شناسایی كمپلكس های منگنز(V)-اكسو-پورفیرینی را گزارش كردند كه در دمای اتاق و در حضور باز در حلال های آلی پایدار بودند.³⁵

در اكسیدان های كاتالیز شده توسط[Mn^III Por] چندین حد واسط دخالت دارندكه شامل منگنز(IV)-اكسو-پورفیرین ، کاتیون–πرادیكال منگنز(IV)-اكسو-پورفیرین ^+.[PorMnIV(O)] و حدواسط پیچیده و مهم منگنز-(V)اكسو-پورفیرین [PorMnV(O)]، هستند. در این سیستم ها، محصول افزایشی[Mn^III (oxidant)] نیز تولید می شود كه در بعضی موارد مستقیماً آلكن ها را اكسید می كند. ولی کمپلکس های منگنز-(V)اكسو-پورفیرین، گونه هایی بسیار واكنش پذیر برای تولید محصولات اپوكسید از آلكن ها هستند، طرح 1 – 2. گونه هایMn ^IV –oxo كه از طریق كاهش منگنز-(V)اكسو تولید می شوند، واكنش پذیری كمتری برای اپوكسیداسیون آلكن ها دارند.

 طرح 1 – 2. مکانیسم پیشنهادی اپوکسیداسیون آلکن ها

 1 – 5. تأثیر استخلافات بر روی فعالیت و پایداری تترا آریل پورفیرین ها

 توسعه متالوپورفیرین های جدیدی كه هم كاتالیزورهایی پایدار و هم كارا باشند، یک هدف مهم بوده و بررسی ها و كارهای زیادی در مورد آن انجام شده است.

در اكسیداسیون هیدروكربن ها هر نوع كاتالیزوری كه مورد استفاده قرار می گیرد باید نسبت به جزء مورد واكنش در برابر اكسید شدن مقاوم تر باشد.^{40 – 36} متأسفانه متالوپورفیرین‌های ساده تحت شرایط اكسایشی سریعاً تجزیه می شوند، كه این تخریب در موقعیت مزو حلقه (کربنmethene) روی می دهد. ولی با دستكاری و تغییر فاكتورهای فضایی و الكترونی، می توان مقاومت متالوپورفیرین ها را در برابر اكسید شدن بهبود بخشید.

مشخص شده است كه قرار دادن استخلافات الكترون كشنده روی حلقه پورفیرینی باعث ایجاد كاتالیزورهایی مقاوم می شود، بطور مثال پورفیرین  H₂TPFPPدر واكنش های اكسیژن داركردن نسبت به  H₂TPPبسیار موثرتر است.⁴¹ همچنین قرار گرفتن این استخلافات الكترون كشنده روی حلقه، سبب حفاظت فضایی موقعیت مزو می شود. بعلاوه قرار دادن استخلافات حجیم و مناسب روی موقعیت های اورتو حلقه های فنیل از تشكیل دایمرهای (M–O–M) متالوپورفیرین كه از لحاظ كاتالیزوری غیر فعال هستند، جلوگیری می كند و با ایجاد یک حفاظ فضایی حول پورفیرین در مقابل حمله های اكسایشی، سبب افزایش كارآیی كاتالیزور می شود.

مواردی مثل نوع فلز كئوردینه شده، لیگاند محوری و استخلافات حلقه پورفیرینی فاكتورهایی هستند كه تأثیرات عمده ای روی ساختار الكترونی متالوپورفیرین ها دارند، ولی در كنار اینها موارد دیگری نیز هستند كه تأثیرات كمتری دارند .از جمله این فاكتورها، اثر حلال، انبوهگی و پلیمریزاسیون را می توان نام برد .

 1 – 6. اثرات حلال

نم و همكارانش از طریق بررسی اپوكسیداسیون آلكن ها در دو حلال متفاوت پروتیک (مخلوطی از CH₃OH و CH₂Cl₂) و اپروتیک (مخلوطی ازCH₃CN و(CH₂Cl₂  نتیجه گیری كردند كه گونه های فعال و واكنش پذیر تولید شده در حلال های پروتیك، كمپلكس های كاتیون رادیكال آهن(IV)-اكسو-پورفیرین است در حالیكه گونه های واكنش پذیر تولید شده در حلال های اپروتیك، محصول افزایشی حد واسط اكسیدان-آهن پورفیرین است. در حلال های اپروتیک و یا در غیاب كاتالیزورهای اسیدی، سرعت شكست پیوند  O–O در محصول افزایشی كند می شود و محصول افزایشی قبل از اینكه به گونه های اكسو تبدیل شود، اكسیژن خود را به آلكن ها می دهد. بعلاوه بررسی واكنش در حلال شامل الكل/CH₂Cl₂، با الکل هایی با مقادیر pKa متفاوت، نشان داد كه میزان تولید محصول به قدرت اسیدی حلال بستگی دارد.⁴⁶