PA EGYETEM 2,3-DIHID-2,2,2-TIFEIL-FEAT-[9,10-d]-1,3,2λ 5 -XAZAFSZFL KIALAKULÁSA ÉS EAKCIÓJA SZÉ-DIXIDDAL ÉS DIXIGÉEL Doktori (Ph.D) értekezés tézisei Készítette: Bors István okleveles kémia-környezettan tanár Témavezető: Dr. Speier Gábor Professzor Emeritus, a kémiai tudomány doktora Kémiai és Környezettudományi Doktori Iskola Kémia Intézet Szerves Kémia Intézeti Tanszék Veszprém 2015
KIVAT Az értekezésben bemutatandó 2,3-dihidro-2,2,2-trifenil-fenantro-[9,10-d]- 1,3,2λ 5 -oxazafoszfol és 2,7-helyettesített származékai, trifenil-foszfán és a megfelelő fenantrénkinon-monoimin [4+1] cikloaddíciójával képződnek. Az így kialakult vegyület enyhe körülmények közt képes reakcióba vinni a két, talán legjelentősebb kis molekulát, a dioxigént és a szén-dioxidot. A disszertációban ismertetésre kerülő kutatómunka vizsgálja mind magának a vegyületnek a kialakulását, mind reakcióját dioxigénnel és szén-dioxiddal. A keletróp reakcióban kialakult terméket katalitikusan aktívnak találtuk trifenil-foszfán oxigénezési reakciójában. E biomimetikus katalitikus reakció mechanizmusát tekintve hasonlóságot mutat a flavoprotein monoxigenáz enzimekkel. Az elvégzett részletes reakciókinetikai mérésekből és a keletkező köztitermékek és termékek azonosításából (I, UV-vis, röntgen-krisztallográfia, M, GC-MS, CV) javaslatot tettünk a reakciók mechanizmusára.
A disszertáció tézisei 1. Ciklikus voltammetriás mérésekkel alátámasztva, szintetikus kísérleti módszerek segítségével bizonyítottam, hogy 2-amino és 2-dimetilamino-9,10-fenantrénkinon reflux hőmérsékleten nem vihető addíciós-eliminációs reakcióba atmoszférikus nyomású ammóniával. 2. ES és UV-vis spektroszkópiai módszerek segítségével igazoltam, hogy 2,3-dihidro-2,2,2-trifenil-fenantro-[9,10-d]-1,3,2λ 5 -oxazafoszfol származékok kialakulása gyökös köztiterméken keresztül játszódik le. Indirekt kísérletekben az imines hidrogén unikális szerepét állapítottam meg. Matematikai modell segítségével meghatároztam 2,3-dihidro-2,2,2-trifenil-fenantro-[9,10-d]-1,3,2λ 5 - oxazafoszfol keletróp reakcióban történő kialakulásának kinetikai paramétereit és javaslatot tettem a reakció mechanizmusára (T1 ábra). k 2 50 o C CH 3 C, 3h = - H K 2 k 3 * H k 3 H H H = H K 1 H + = t-bu, H, Br, 2 T1 ábra. Trifenil-foszfán és 2,3-dihidro-2,2,2-trifenil-fenantro-[9,10-d]-1,3,2λ 5 -oxazafoszfol között lejátszódó reakció javasolt mechanizmusa (K = 4,19 10-5 exp(55566/t)±3,6; k 2 =1,5 10 2 exp(- 1268/T)±4,7 10-3 / mm -1 h -1 ; k 3 =2,97 10 4 exp(-33585/t)±4,2 10-6 / h -1 )
3. Megállapítottam, hogy 2,3-dihidro-2,2,2-trifenil-fenantro-[9,10-d]-1,3,2λ 5 -oxazafoszfol oxigénezési reakciójában oxazaantimonol és dioxaantimonol típusú vegyületeknél reaktívabb aktív oxigén tartalmú köztitermék alakul ki, mely katalitikus ciklusba vihető szubsztrátummal. ES spektroszkópiás kísérlet alapján a reaktív oxigéntartalmú köztitermék és oxazafoszfolil gyök közti reverzibilis egyensúlyra következtettem. A reaktív köztitermékek jelenlétét folyadékfázisú infravörös spektroszkópiai és jodometriás kísérletek alapján feltételeztem. A köztitermékek megjelenését közvetett módszerekkel (trietil-amin katalízis, reakció kálium-szuperoxid és 2,3-dihidro-2,2,2-trifenil-fenantro-[9,10-d]- 1,3,2λ 5 -oxazafoszfol valamint 9,10-fenantrénkinon monoxim és trifenil-foszfán között) támasztottam alá. 4. Megadtam trifenil-foszfán 2,3-dihidro-2,2,2-trifenil-fenantro-[9,10-d]-1,3,2λ 5 - oxazafoszfol katalizált dioxigénnel történő oxigénezési reakciójának kinetikai paramétereit és javaslatot tettem a reakció mechanizmusára (T2 ábra). H -H + - 2 - - + 2 2 - - 2 H -PPh PPh 3 3 H + - H T2 ábra. Javasolt biomimetikus mechanizmus trifenilfoszfán 2,3-dihidro-2,2,2-trifenil-fenantro- [9,10-d]-1,3,2λ 5 -oxazafoszfol katalizált oxigénezési reakciójára (k 3 = 0,391±0,008 M -2 s -1 ) 5. Trifenil-foszfán 2,3-dihidro-2,2,2-trifenil-fenantro-[9,10-d]-1,3,2λ 5 -oxazafoszfol katalizált dioxigénnel történő oxigénezési reakciója flavoprotein monoxigenáz működésbeli enzimmodellje.
6. A termékek I és MS elemzésével, izotópjelzett kísérletekkel igazoltam, hogy 2,3- dihidro-2,2,2-trifenil-fenantro-[9,10-d]-1,3,2λ 5 -oxazafoszfol és szén-dioxid enyhe körülmények között lejátszódó reakciójakor a szén-dioxid az oxigénforrás. észletes kinetikai méréseket végeztem és megállapítottam, hogy bázis hozzáadása növeli a reakciósebességet, majd a kísérleti eredmények alapján javaslatot tettem a reakció mechanizmusára (T3 ábra). - + C - -H + H + H H = H, t-bu T3 ábra. Javasolt mechanizmus szén-dioxid és 2,3-dihidro-2,2,2-trifenil-fenantro-[9,10-d]-1,3,2λ 5 - oxazafoszfol között (k 2 = 6,81 10-5 0,12 10-5 M -1 s -1 ) 7. Egy ismert vegyület (fenantro[9,10-d][1,3]oxazol-2(3h)-on) új szintézisútját írtam le kétféle, környezetbarát eljárással, mellyel e vegyület eddig le nem írt származékát (2,7-di-terc-butil-fenantro[9,10-d][1,3]oxazol-2(3H)-on) is előállítottam.
A munkából megjelent publikációk és elhangzott előadások listája Publikációk: 1. I. Bors, J. Kaizer, G. Speier, Michel Giorgi, Carbon dioxide as a primary oxidant and a C1 building block. SC. Adv. 2014, 11, (86), 45969. 2. I. Bors, J. Kaizer, G. Speier, Kinetics and mechanism of oxygenation with 3 2 catalyzed by a 1,3,2-oxazaphosphole as flavin mimic. SC. Adv. 2014, 4, (33), 16928. Angol nyelven tartott előadások: 1. G. Székely, I. Bors,. Bagi, J. Kaizer, G. Speier, xygenation and oxidation of and phenols by 3 2 catalyzed by a 1,3,2-oxazaphosphole as organic cofactor mimic. WG4/WG1 Meeting CST Action CM1201 Biomimetic adical Chemistry, Tenerife, 1-3 ctober, 2014, pp. 60. 2. I. Bors,. Bagi, J. Kaizer, G. Speier, adical Chemistry in the Activation of 3 2. CST CM 1201 Meeting, Paris, 21-22 ovember, 2013, pp. 21. 3. I. Bors, G. Speier, J. Kaizer, xidation by -P- ing Containing rganocatalysts: Formation and Kinetic Studies. XXIV. International Conference on Coordination and Bioinorganic Chemistry, Smolenice, 2-7 June, 2013, pp. 56. 4. I. Bors, G. Speier, J. Kaizer, J. S. Pap, rganocatalytic xygenation with Triplet Dioxygen. CA Meeting, Marseilles, 29-30 March, 2012, pp. 22. Angol nyelvű poszter prezentáció: 1. I. Bors,. Bagi, G. Speier, J. Kaizer, Mimicking the ole of Flavin by an Artificial rganocatalyst. 6 th European Young Investigator Conference, Słubice, 26-30 June, 2013, pp. 51.
Magyar nyelven tartott előadások: 1. Bors I., Kaizer J., Speier G., Kis molekulák aktiválása 1,3,2-oxazafoszfolokkal. XIX. emzetközi Vegyészkonferencia, agybánya, 2013. november 21-24., 21 old. 2. Bors I., Kaizer J., Speier G., rganokatalitikus oxidáció új heterociklusos katalizátorral. Kialakulás és kinetikai vizsgálatok. XVIII. emzetközi Vegyészkonferencia, Félixfürdő, 2012. november 22-25., 34. old. KÜLÖDÍJ 3. Bors I., Kaizer J., Pap J. S., Speier G., A fémes enzimkofaktortól a szerves kofaktorig. XLVI. Komplexkémiai Kollokvium, Mátraháza, 2012. május 21-23. 7. old.
Az értekezés tárgykörén kívül eső publikációk és elhangzott előadások listája Publikációk: 1. Bors I., Kaizer J., Pap J. S., Speier G., éhány szelénvegyület viselkedése standard antioxidáns tesztekben. Magy. Kém. Foly., 2012, 118, 17. 2. J. S. Pap, B. Kripli, I. Bors, D. Bogáth, M. Giorgi, J. Kaizer, G. Speier, Transition metal complexes bearing flexible 3 or 3 donor ligands: eactivity toward superoxide radical anion and hydrogen peroxide J. Inorg. Biochem., 2012, 117, 60. Előadások: 1. Speier G., Bagi., Bors I., Kaizer J., Tiofenol katalitikus oxidációja dioxigénnel. XVIII. emzetközi Vegyészkonferencia, Félixfürdő, 2012. november 22-25., 30. old. 2. Kaizer J., Pap J. S., Kripli B., Bors I., Bogáth D., Speier G., Cu-,Mn-,Fe-,Co- és i- tartalmú SD és kataláz enzimmodellek előállítása és vizsgálata. XLVI. Komplexkémiai Kollokvium, Mátraháza, 2012. május 21-23., 47. old. 3. Bors I., Kaizer J., Pap J. S., Speier G., éhány fitokemikália és szelénvegyület antioxidációs hatásának vizsgálata. XLV. Komplexkémiai Kollokvium, Mátraháza, 2010. május 26-28., 22. old. Poszterek: 1. Zs. Pintér, I. Bors, P. Slama, M. eglier, G. Speier, ew Dicopper Complexes as Catalysts in Catechol xidation. CST Action WG2 Meeting, Göttingen, 19-20 April, 2012 2. Bors I., Speier G.: éhány szelénorganikus vegyület antioxidatív hatásának vizsgálata standardizált módszerekkel. MKE 1. emzeti Konferencia, Sopron, 2011. május 22-25.