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S-亚硝基-N-乙酰基-D,L-青霉胺二肽分子中S—NO键断裂能的测定

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维普资讯 http://www.cqvip.com V01.29 高等学校化学学报 No.8 2008年8月 CHEMICAL JOURNAL 0F CHINESE UNIVERSITIES 1569~1572 S.亚硝基.Ⅳ.乙酰基-D, -青霉胺二肽分子中 S—No键断裂能的测定 李鑫,程津培 (元素有机国家重点实验室,南开大学化学系,天津300071) 摘要利用滴定量热技术并结合适当的热力学循环测定了乙腈溶液中7个s一亚硝基一Ⅳ-乙酰基一D, 一青霉胺 二肽化合物中s—NO键的异裂能和均裂能,其能量范围分别为234.5~246.2 kJ/mol和101.6~122.1 kJ/too1.结果表明,所研究的亚硝基硫醇化合物更容易通过s—NO键的均裂释放NO自由基(NO’).通过热 力学循环对7个亚硝基硫醇化合物自由基负离子中s—NO键的异裂能和均裂能进行估算,能量范围分别为 19.2~35.5 kJ/tool和一4.2~22.6 kJ/mol,表明这些自由基负离子在室温下不稳定,容易通过s—NO键的 异裂释放出NO一. 关键词S一亚硝基.Ⅳ-乙酰基一D, .青霉胺;s—NO键能;自由基阴离子;滴定量热 中图分类号0621.1 文献标识码A 文章编号0251-0790【2008)08—1569-04 s一亚硝基硫醇(以下简写为RSNOs)是生物体内贮存、转移和释放NO的重要载体¨ .研究发现, RSNOs不仅对于体内NO的合成起着重要作用,而且还控制着一系列重要的生理功能.RSNOs是人体 呼吸道中主要的支气管扩张剂 ,并且是有效的抗血小板凝聚剂,其作为NO供体还可能是治疗血液 循环疾病的一类潜在药物.到目前为止,已有大量关于RSNOs在不同条件下分解都会释放出一氧化氮 的文献报道 ,4 ,RSNOs众多的生理功能也都与其释放N0有关.而NO的释放可以用s—N0键的断 裂能来定量的衡量,所以s—N0键断裂能的大小就成为理解RSNOs类化合物生物生理功能的重要参 数.然而,RSNOs很不稳定,很容易自发分解生成相应的二硫化物和NO,所以给用实验的方法对s— NO键断裂能的测定带来一定的困难.而到目前为止只有少数关于s—N0键断裂能的报道,其中包括 本研究组利用含有s—H键pKa的热力学循环得到的苯硫酚类S一亚硝基硫醇化合物s—N0键的异裂能 和均裂能 ’。 ,Grossi等 采用动力学方法得到的RSNOs类化合物s—N0键断裂的活化能,以及一些 理论计算方法得到的s—N0键在气相和液相的均裂能 j.关于具有生物活性的RSNOs分子中s— NO键的断裂能的研究还未见文献报道. S一亚硝基一Ⅳ一乙酰基一D,£一青霉胺二肽(SNAP一二肽,结构见图1),是一系列以SNAP为骨架的二肽 分子,具有RSNOs的化学通性.由于其本身具有生物活性二肽分子的主体结构,而成为一类具有潜在 药用价值的NO释放剂u。’¨ .研究结果表明,因为其可以分解释放出NO,这些二肽分子通常表现出许 多和一氧化氮相同的生理功能 . 本文采用滴定量热和电化学方法测定了这类 SNAP一二肽在乙腈介质中S—N0键的异裂能和均裂 O 能,并通过热力学循环,并结合电化学方法,对这 H3Cj上L A \ 些生物二肽分子自由基阴离子中S—N0键的异裂 能和均裂能进行了估算.相信这些键能数据必将有 Fig:1 Structure of S—nitroso-dipeptides 助于理解生物RSNO分子分解释放NO的机理以及 A=Phe,Asp,Met,Gly,Iso,Leu,Ala. 生命体内发生的NO转移反应. 收稿日期:2008-01—11. 基金项目:国家自然科学基金(批准号:20332020,20472038)资助. 联系人简介:程律培,男,教授,博士生导师,中国科学院醛士,主要从事物理有机化学研究.E-m il:chengjp@ ost.cn 维普资讯 http://www.cqvip.com

高等学校化学学报 V01.29 1 实验部分 1.1仪器与试剂 CSC-4200型微量热仪(美国);BAS.100B型电化学分析仪(美国). Ⅳ.乙酰基.D,£.青霉胺购自Aldrich公司(美国);所有化合物使用前均经纯化干燥处理;乙腈的无 蜀 水无氧处理和NO C102盐的制备和保存参照文献[13~17]中方法进行. + № + 1.2实验过程 SNAP.二肽的合成方法参见文献[12];实验测定方法参见文献[13—17]. O 2结果与讨论 2.1 S.亚硝基-Ⅳ.乙酰基 , 一青霉胺二肽分子中S—No键的异裂能和均裂能 s—NO键的异裂能[△ (s—NO)]是通过滴定量热法直接测量7个硫负离子与NO 正离子反应 的焓变(△ )所获得的.将异裂能和测得的硫负离子的氧化还原电势代入经热力学循环(见Scheme 1 和Scheme 2)导出的公式,并结合 (NO十/。)=0.863 V和 l/2(NO )=一0.287 V,可间地接获得 二肽分子中s—NO键的均裂能[△巩…(s—NO)],以及自由基阴离子中s—N0键的异裂能 [△巩 (s—NO)一 ]和均裂能[△ …(s—NO)一‘].在测定异裂能过程中所采用的热力学循环不同于 本研究组以前所报道的s.亚硝基苯硫酚中s—NO键断裂能所采用的含有s—H键pKa的循环 ,这 是因为本工作所研究的RSNOs的 位碳上连有2个甲基,这种具有较大位阻结构的RSNOs可以稳定 一 _∽ 地存在于测定体系中,避免了正负离子对接生成的RSNOs的自发分解.所得的结果列于表1中. △H t(S—-NO) NO十 N Scheme 1 Thermodynamic cycle 1 A/[-het(S--NO) ,、 AHhomo(S--NO) I s.+N d(s--NO) m(NO ){I;l △ 一(S—NO)“ R—s.+NCr Scheme 2 Thermodynamic cycle 2 由热力学循环导出的计算异裂能和均裂能的公式如下: △ (s—NO)=一A (1) △ 。m0(s—NO)=A巩 (s—NO)一F[E /2(NO 。)一E: (s 一)] (2) △巩…(s—NO)~=A巩 (s—NO)一F[E /2(NO 。)一E (s—NO)] (3) △ (s—NO)~=A巩…(s—NO)+ E。ed(s—NO)一E /2(NO )] (4) 表1中的数据显示,中性二肽分子中的s—NO键异裂能△ (s—NO)在234.5—246.2 kJ/mol之 间,均裂能△ 。 (s—NO)在101.6—122.1 kJ/mol之间,△日h (s—NO)远大于△ …(s—NO),说明 这些RSNOs中的s—N0键在断裂时更倾向于生成NO 而不是NO .这是因为,硫负离子的氧化电势 (一0.532一一0.407 V Va.Fc“ )远负于NO 的还原电势(O.863 V VS.Fc+/。).这一结果和本研究组之 前研究的一些N—NO_1 'H, 、0一NO[" 键的断裂比较相似.通过进一步观察中性分子s—NO键的异 裂能数据还发现,△ (s—N0)都在240.4 kJ/mol附近,最多也只偏差了11.3 kJ/tool,这应当归因于 这些二肽分子相似的结构:即这一系列化合物都是以Ⅳ-乙酰基青霉胺为主体骨架,而与之相连接的氨 基酸基团对其主体结构中的s—NO键的性质影响并不大. 文献[8]曾报道溶剂化作用对s—NO键均裂能的影响很小(在8.3 kJ/mol以内).作为对实验结果 m O 维普资讯 http://www.cqvip.com N0.8 李 鑫等:S-亚硝基.N.乙酰基.D,L.青霉胺二肽分子中s—N0键断裂能的测定 1571 。.Measured in CH3CN at 25 qC by titration calorimetry;b.measured by cyclic voltamety(cv)in CH3CN atr 25 ,reprod“。 bility u・005 V;c.deftved from equation(1);d.derived from equation(2),taking El/2(NO )=0.863 V.Estimated uncertainties BEe 8 kJ/mol;e・com‘ puted resu1t is。btained at UB3LYP/6.311+g //UB3LYP/6—31g level;/=derived from equati。n(3),taking El/2(NO ):0.863 V. Estimated uncertainties are 8 kJ/mol;g.derived from equation(4),taking EI/2(NO0/一) 一0.287 V.Estimated uncertainties are 8 kJ/mol・ 的理论支持,本文应用密度泛函的方法对这些二肽分子中s—NO键在气态下的均裂能进行了计算,并 与实验值进行了比较,发现计算得到的s—NO键均裂能数值(表1中第7列)与实验结果得到的溶液 相的数值很接近. 2。2 S.亚硝基-Ⅳ.乙酰基 ,L.青霉胺二肽自由基阴离子中S—No键的异裂能和均裂能 电子转移是在化学和生物学反应中广泛存在的过程,它对活化化学键有很强的影响 -20].为了 定量地估计得失一个电子对s—NO键的活化程度,我们利用热力学循环2(见Scheme 2)对.s・亚硝基‘ Ⅳ.乙酰基.D, .青霉胺二肽分子自由基阴离子中s—NO键的异裂能和均裂能进行了估算. 从表1中的结果可见,SNAP.二肽自由基阴离子中s—N0键均裂能△ …(s—N0)一‘在 19.2~35.5 kJ/tool之间,异裂能△ (s—NO)一‘在一4.2~22.6 kJ/tool之间,与中性分子的s—NO 键的键能相比,无论是均裂能还是异裂能都降低了很多,这说明单电子还原对于s—NO键的弱化作用 是非常明显的.而造成这一结果的主要原因是在乙腈溶液中这些SNAP.二肽类化合物都具有很负的还 原电势. 将△ …(s—NO)一‘和我们以前曾经研究过的N—NO自由基阴离子键的断裂能相比较可以看 出,△日h…(S~NO)一‘(19.2~35.5 kJ/too1)比二苯胺衍生物的△日h…(N—NO)一 (8.8~16.5 kJ/ oto1)要小一些,而比~.甲基.~.亚硝基苯磺酰胺的△日h…(N—NO)一 巧 (一53.9~一66.0 kJ/too1)要 大.这一结果表明,本文所研究的这些s—NO键自由基阴离子释放NO‘的能力介于二苯胺衍生物 (N—NO)一‘和Ⅳ.甲基.Ⅳ.亚硝基苯磺酰胺(N—NO)一‘之间. 进一步考察表1中的数据不难看出,与中性分子一样,氨基酸基团的变化对于自由基阴离子中 s~NO键断裂能的影响也不明显.由于所有的(s一_NO)一‘键的断裂能要么为很小正值,要么为负值, 因此SNAP.二肽自由基负离子在室温下很不稳定,很容易通过异裂释放出NO一,这主要是由于 △ (S—NO)一‘要比相应的△日h…(S—NO)一’更小所致. 参考文献 l 1]Stamler J.S.,Jaraki O.,Osborne J.,et a1..Proc.Nail.Acad.Sci.,USA[J],1992,89:7674・—7676 [2]Gaston B.,Drazen J.M.,Loscalzo J.,et a1..Am.J.Respir.Crit.Care Med.【J],1994,149(2 Pt 1):538 43 l 3]Wang P.G.,Xian M.,Tang X.,et a1..Chem.Rev.[J],2002,102:1091—1134 [4]Williams D.L.H..Acc.Chem.Res.【J],1999:32:869・一_876 [5]L0 Jian・Ming(吕健明),ZHU Xiao・Qing(朱晓晴),LI Qian(李倩),et a1..Chem.J.Chinese Universities(高等学校化学学报)[J], 2000,21(4):570—572 [6]Lu J.M.,Wittbrodt J.M.,Wang K.,et a1..J.Am.Chem.Soc.[J],2001,123:2903--2904 [7]Gmssl L.,Montevecchi P.C..Chem.Eur.J.[J],2002,8:380・_386 [8]FuY.,MouY.,Lin B.L.,et a1..J.Phys.Chem.A[J],2002,106:12386--12392 [9]Bartberger M.D.,Mannlon J.D.,Power S.C.,et a1..J.Am.Chem.Soe.[J],2001,123:8868--8869 维普资讯 http://www.cqvip.com

1572 州… 吲 高等学校化学学报 驯 Vol_29 Bulter A.R.,A1一Sa doni H.H.,Meg ̄n I.L.,et a1..Nitric.Oxide[J],1998,2(3):193_202 A1.Sa doni H.H.,Khau I.Y.,Poston L.,et a1..Nitric.Oxide[J],2000,4(6):550--560 Schrammel A.,P ̄ifer S.,Schmidt K.,et a1..Mo1.Pharmaco1.[J],1998,54:207_215 Cheng J.P.,Xian M.,Wang K.,et a1..J.Am.Chem.Soc_[J],1998,120:10266--10267 Zhu X.Q.,He J.,Xian M.,et a1..J.Org.Chem_[J],2000,65:6729--6735 Zhu X.Q.,Hao W.F.,Tang H.et a1..J.Am.Chem.Soc-[J],2005,127:2696--2708 LI Xin(李鑫),ZHU Xiao—Qing(朱晓晴),WANG Xiao—Xiao(王小小),et a1..Chem.J.Chinese Universities(高等学校化学学报) [J],2007,28(12):2295--2298 LI Xin(李鑫),ZHU Xiao—Qing(朱晓晴),CHENG Jin-Pei(程津培).Chem.J.Chinese Universiites(高等学校化学学报)[J], 2007,28(12):2327--2329 Cheng J.P.,Zheng Z..Tetrahedron Lett.[J],1996,37:1457—1460 Zhang X.M.,Cheng J.P..Trends Org.Chem.[J],1998,7:172—175 Parker V.D..Acta Chem.Scand.[J],1992,46:307—308 Determination of S—NO Bond Dissociation Energies of S—Nitroso-N—acetyl-D.L—penicillamine Dipeptides LI Xin,CHENG Jin—Pei (State Key Laboratory ofElemento—Organic Chemistry, Department fo Chemistyr,Nankai University,Tianjin 300071,China) Abstract S-Nitrosodipeptides are generally believed to be good NO donors,and many NO—related biological functions have been directly associated with S-nitrosodipeptides,especially in the processes of NO—storage, transport and delivery.In this work.the heterolytic and homolytic S~NO bond dissociation energies of seven S-nitrosodipeptides were evaluated via titration calorimetyr and relative thermodynamic cycles.The energetic scales of hte heterolytic and homolytic S—NO bond dissociation energies of these RSNOs covered the ranges 234.5—246.2 and 101.6—122.1 kJ/mol,respectively,which indicated that the studied S-nitrosodipeptides were much easier to release a NO radical(NO’)rather than a NO cation(NO ).The esitmation of the heter- olytic and homolytic(S—NO)一‘bond dissociation ener ̄es of the S-nitrosodipeptides radical anions gave the energetic ranges of 19.2—35.5 and 4.2—22.6 kJ/mol for hte(S—NO)~bond homolysis and heterolysis, respectively,which meant that S—nitrosodipeptides radical anions were unstable at room temperature and favored to releasing a NO anion(NO一)by heterolysis cleavage. Keywords S-Ni ̄oso—N—acetyl—D,L—penicillamine;S—NO bond energy;Radical anions:Titration calorime— try (Ed.:H,J,Z) 

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