La activación del oxígeno por complejos de hierro no hemo (II): carboxilato alfa-ceto versus carboxilato

Área de la Ciencia:

• Química bioorgánica Química bioorgánica.
• Química organometálica Química orgánica de los metales.
• El mimetismo de la enzima.

Sus antecedentes:

• Las oxigenasas de hierro no hemo son enzimas cruciales en las reacciones de oxidación biológica.
• Comprender sus sitios activos requiere modelos sintéticos.
• Los ligandos estéricamente impedidos como Tp(Ph2) se utilizan para controlar los entornos de coordinación de los metales.

Objetivo del estudio:

• Para sintetizar y caracterizar el hierro mononuclear (II) alfa-ceto carboxilato y los complejos de carboxilato como modelos para los sitios activos de la oxigenasa de hierro no hemo.
• Investigar la reacción de estos complejos modelo con el dioxígeno.
• Para dilucidar el mecanismo de la activación del oxígeno y la hidroxilación del sustrato.

Principales métodos:

• Síntesis de complejos de hierro (II) con el ligando Tp (Ph2) y los ligandos alfa-ceto carboxilato/carboxilato.
• Difracción de rayos X monocristalino para la determinación estructural.
• Caracterización espectroscópica (RMN, UV-Vis). para el análisis de las partículas.
• Estudios de etiquetado de isótopos con (18) O.
• Estudios cinéticos (parámetros de activación, análisis de Hammett).

Principales resultados:

• Se caracterizaron estructuralmente los complejos de hierro ((II) de cinco coordenadas con carboxilato alfa-ceto y ligandos carboxilatos.
• Ambos tipos de complejos reaccionan con O(2) para hidroxilar el ligando Tp(Ph2) y se someten a descarboxilación oxidativa.
• Los estudios de isótopos confirmaron la incorporación de oxígeno de O(2) en el ligando hidroxilado y el carboxilato.
• Los datos cinéticos revelaron una dependencia de primer orden en el complejo y el O2, con un mecanismo propuesto que involucra el intermediario de superóxido de hierro.
• Los complejos carboxilados alfa-ceto reaccionan significativamente más rápido que los complejos carboxilados.

Conclusiones:

• Los complejos de hierro sintetizados modelan eficazmente los sitios activos de la oxigenasa de hierro no hemo.
• La funcionalidad alfa-ceto es crítica para la activación eficiente del oxígeno y la hidroxilación.
• La reacción procede a través de un mecanismo nucleófilo que incluye un ataque de superóxido y descarboxilación oxidativa.
• Estos hallazgos proporcionan información sobre los mecanismos catalíticos de las enzimas de hierro dependientes del ácido alfa-ceto.