اسم الباحث : زينب عادل جاسم
اسم المشرف : أ.م.د. ثائر مهدي مدلول أ.د. زيد حسن عبود
الكلمات المفتاحية :
الكلية : كلية العلوم
الاختصاص : علوم الكيمياء
سنة نشر البحث : 2024
تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث
الخلاصــــــــــــــــــــــــة
تفاعل ديلز-ألدر (D-A) هو أحد أهم التحولات الكيميائية بين الديين والديينوفيل في تفاعل حراري حلقي منسق لإنشاء روابط C–C مع انتقائية إقليمية ومساحة فراغية متوقعة، مما يؤدي إلى تكوين جزيئات عضوية كبيرة. وعلى الرغم من الجهود الكبيرة في هذا المجال، إلا أن التحكم في الانتقائية الفراغية لتفاعلات ديلز-ألدر لا يزال صعبًا للغاية.
الإنزيمات الحيوية، ديلز-ألدراز هي إنزيمات مميزة وظيفيًا تحفز عمليات الإضافة الحلقية [4 + 2]. يوفر تصميم تفاعلات ديلز-ألدر الأنزيمية للعلماء ميزة كبيرة في زيادة انتقائية منتجات تفاعل ديلز-ألدر.
Morus alba Diels-Alderase لديه القدرة على تحفيز تفاعلات ديلز-الدر غير المؤكسدة والاختزالية لمختلف الديينوفيلات وأنواع مختلفة من الديينات المتعددة الفينول الطبيعية والاصطناعية. إن إنزيم Morus alba Diels-Alderase له انتقائية داخلية فقط. وعلاوة على ذلك، فقد تبين أن إنزيم Morus alba Diels-Alderase له انتقائية داخلية كبيرة عندما يتعلق الأمر بتحفيز تفاعل Diels-Alder، حيث ينتج فقط منتجات نقية داخليًا ذات انتقائية داخلية عالية.
ركز هذا العمل على تطبيق الطريقة الصديقة للبيئة والتي تتضمن تطبيق النهج الحالي في تفاعلات D-A الأنزيمية من خلال تكوين مركبات عضوية جديدة من خلال تفاعلات D-A الأنزيمية بين مشتقات الأنثراسين كداينات ومشتقات البيرول كداينوفيلات. بالإضافة إلى التحكم في الانتقائية الداخلية للمنتجات النهائية. علاوة على ذلك، مراقبة التفاعل الأنزيمي لإنزيم Morus alba Diels-Alderase.
تم إجراء جميع تفاعلات D-A في بيئة خاملة باستخدام غاز النيتروجين. تم تشخيص المركبات المحضرة باستخدام تقنيات مختلفة بما في ذلك مطيافية الكتلة والرنين المغناطيسي النووي والأشعة تحت الحمراء .
كانت المنتجات النهائية لتفاعل ديلز-ألدر هي Meso 9-(hydroxymethyl)-13-methyl-9,10-dihydro-12H,14H-9,10- (epiethane[1,1,2]triylazanoethane[1,2,2]triyl)anthracene-12,14-dione (P1), Meso9-(hydroxymethyl)-13-propyl-9,10-dihydro-12H,14H-9,10- (epiethane[1,1,2]triylazanoethane[1,2,2]triyl)anthracene-12,14-dione (P2), Meso(9-(hydroxymethyl)-12,14-dioxo-9,10-dihydro-13H-9,10- (epiethane[1,1,2]triylazanoethane[1,2,2]triyl)anthracen-13- yl)acetic acid (P3),Meso(13-methyl-12,14-dioxo-9,10- (epiethane[1,1,2]triylazanoethane[1,2,2]triyl)anthracen-9(10H)- yl)boronic acid(P4),Meso(12,14-dioxo-13-propyl-9,10- (epiethane[1,1,2]triylazanoethane[1,2,2]triyl)anthracen-9(10H)- yl)boronic acid (P5), Meso (9-(dihydroxyboranyl)-12,14-dioxo-9,10-dihydro-13H-9,10- (epiethane[1,1,2]triylazanoethane[1,2,2]triyl)anthracen-13- yl)acetic acid (P6).
بناءً على النتائج، تم اقتراح آليات تفاعل ديلز-ألدر الأنزيمي.
تمت دراسة حركية تحضير هذه المنتجات في وجود ديلز-ألدراز موروس ألبا من خلال تطبيق معادلة ميكايليس-مينتن. تم تحديد أقصى سرعة (Vmax) وثابت ميكايليس-مينتن (Km) لجميع تفاعلات ديلز-ألدر الأنزيمية. تم العثور على أقل تقارب بين الديين والإنزيم في Meso(13-methyl-12,14-dioxo-9,10- (epiethane[1,1,2]triylazanoethane[1,2,2]triyl)anthracen-9(10H)- yl)boronic acid (P4) لأنه كان له أعلى قيمة Km وهي 0.3527. بينما حقق Meso (9-(dihydroxyboranyl)-12,14-dioxo-9,10-dihydro-13H-9,10- (epiethane[1,1,2]triylazanoethane[1,2,2]triyl)anthracen-13- yl)acetic acid (P6) أعلى تقارب من خلال الحصول على أقل قيمة Km وهي0.2292.
بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء تحسين تفاعلات ديلز ألدر الأنزيمية والتي تضمنت تركيز الركيزة والنشاط الأنزيمي ودرجة الحرارة لتحديد أفضل تركيز لكل ركيزة بالإضافة إلى أفضل نشاط إنزيمي عند درجة الحرارة المثلى. والتي وجدت في P2 باستخدام anthracen-9-ylmethanol كديين وفي P6 باستخدام anthracen-9-ylboronic acid كديين عند 25 درجة مئوية.
تم تحديد المعلمات الديناميكية الحرارية والتي تتضمن التغير في الانثالبي (H∆) وتغير طاقة جيبس الحرة (G∆) وتغير الإنتروبيا (S∆). جميع النواتج تلقائية ومفضلة ثرموديناميكيًا، في حين أن الأكثر ملاءمة هو P2. بالإضافة إلى ذلك، فإن جميع النواتج ماصة للحرارة باستثناء P3 باعث للحرارة
ومع ذلك، هناك ثلاثة مركبات أخرى تم تحضيرها باستخدام 9,10-diphenylanthraceneكديين لكنها لم تعطي النتيجة المتوقعة بناءً على تحليل FTIR و NMR و مطيافية الكتلة.
.
Synthesis and Characterization of Novel Compounds: Kinetic Study of Enzymatically Catalyzed Diels-Alder Reactions
Summary
Diels-Alder (D-A) reaction is one of the important chemical transformations between diene and dienophile in a coordinated thermal pericyclic reaction to create the C–C bonds with predicted regio- and stereo-selectivity, which lead to the forming of bulk organic molecules. Despite of the significant efforts in this filed, the control of the stereoselectivity of Diels-Alder reactions remain so difficult. Despite the significant efforts in this field, controlling of stereoselectivity of Diels-Alder reactions remains so difficult.
Biosynthetic enzymes, Diels-Alderases are functionally distinct enzymes that catalyze [4 + 2] cycloaddition processes. The design of the enzymatic Diels-Alder reactions provides scientists with a huge advantage in increasing the selectivity of Diels-Alder reaction products.
Morus alba Diels-Alderase has ability to catalyze non-redox D-A reactions of different dinophiles and different types of natural and artificial polyphenolic dienes. Morus alba Diels-Alderase only have endo-selectivity. Moreover, it was shown that the Morus alba Diels-Alderase had great enantioselectivity when it came to catalyzing the Diels–Alder reaction, producing only enantiopure products with high stereoselectivity.
This work focused on applying the friendly environmental method includes the application of the current approach in enzymatic D-A reactions by formation the new organic compounds through the enzymatic D-A reactions between anthracene derivatives as dines and pyrrole derivatives as dienophiles. in addition to control the stereoselectivity of the final products. Furthermore, monitoring the enzymatic reaction of Morus alba Diels-Alderase.
All D-A reactions were carried out in the inert environment using the nitrogen gas. The prepared compounds were characterized using various techniques including mass spectroscopy, nuclear magnetic resonance, and Fourier transform infrared.
The final products of Diels-Alder reaction were Meso 9-(hydroxymethyl)-13-methyl-9,10-dihydro-12H,14H-9,10- (epiethane[1,1,2]triylazanoethane[1,2,2]triyl)anthracene-12,14-dione (P1), Meso9-(hydroxymethyl)-13-propyl-9,10-dihydro-12H,14H-9,10- (epiethane[1,1,2]triylazanoethane[1,2,2]triyl)anthracene-12,14-dione (P2), Meso(9-(hydroxymethyl)-12,14-dioxo-9,10-dihydro-13H-9,10- (epiethane[1,1,2]triylazanoethane[1,2,2]triyl)anthracen-13- yl)acetic acid (P3),Meso(13-methyl-12,14-dioxo-9,10- (epiethane[1,1,2]triylazanoethane[1,2,2]triyl)anthracen-9(10H)- yl)boronic acid(P4),Meso(12,14-dioxo-13-propyl-9,10- (epiethane[1,1,2]triylazanoethane[1,2,2]triyl)anthracen-9(10H)- yl)boronic acid (P5), Meso (9-(dihydroxyboranyl)-12,14-dioxo-9,10-dihydro-13H-9,10- (epiethane[1,1,2]triylazanoethane[1,2,2]triyl)anthracen-13- yl)acetic acid (P6).
Depending on the results, the mechanisms of enzymatic Diels-Alder reaction was suggested.
The kinetics of preparation of these products in presence of Morus alba Diels-Alderase were studied by applying the Michaelis-Menten equation. The maximum velocity (Vmax) and the Michaelis-Menten constant (Km) for all the enzymatic Diels Alder reaction. The least affinity between diene and enzyme found in Meso(13-methyl-12,14-dioxo-9,10- (epiethane[1,1,2]triylazanoethane[1,2,2]triyl)anthracen-9(10H)- yl)boronic acid (P4) because it had the highest Km value 0.3527. while, 2 Meso (9-(dihydroxyboranyl)-12,14-dioxo-9,10-dihydro-13H-9,10- (epiethane[1,1,2]triylazanoethane[1,2,2]triyl)anthracen-13- yl)acetic acid (P6) achieved the highest affinity by having the lowest Km value 0.2292.
In addition, the optimization of the enzymatic Diels Alder reactions which were included the concentration of the substrate, the enzymatic activity, and the temperature were performed to determine the best concentration of each substrate in addition to best enzyme activity at the optimum temperature. which found in P2 by using anthracen-9-ylmethanol as diene and in P6 by using anthracen-9-ylboronic acid as diene at 25°C
The thermodynamic parameters, which include enthalpy change (∆H), Gibbs free energy change (∆G) and entropy change (∆S) were determined. All of the products are spontaneous and thermodynamically favorable, While the most favorable is P2. in addition, all the products are endothermic except P3 is exothermic
However, there are other three compounds have been prepared by using 9,10-diphenylanthracene as diene but didn’t give the expected result based on FTIR, NMR, and Mass spectroscopy analysis.