Kuparibipyridiinin ja -terpyridiinin katalysoima fosfodiesterisidoksen pilkkoutuminen : nukleofiilin vaikutus reaktionopeuteen

Abstract

Tässä tutkielmassa käsitellään RNA:n ja DNA:n fosfoesterisidosten metallikatalyyttistä pilkkoutumista ja keinotekoisia nukleaaseja. RNA- ja DNA-malliyhdisteiden katalysoimattomia ja metallikatalyyttisiä reaktioita tutkittiin neutraaleissa olosuhteissa. Fosfodiesterien hajoaminen eli transesterifikaatio voi nopeutua emäs- ja happokatalyyttisesti. Metallikatalyytit voivat lisäksi koordinoitua fosfaatin non-bridging happeen ja tehostaa siten fosfaatin elektrofiilisyyttä tai 2’-hydroksidiryhmään tehostaen sen nukleofiilisyyttä. Intermolekulaarisessa katalyysireaktiossa kompleksin metalli koordinoituu fosfaattiin, metallin hydroksiligandi toimii yleisenä emäskatalyyttinä tai nukleofiilinä ja vesiligandi puolestaan yleisenä happokatalyyttinä, joka protonoi lähtevän ryhmän. Keinotekoisia nukleaaseja on kehitetty metalloentyymien katalyysimenetelmien tutkimista varten sekä lääkkeiksi patogeenejä ja syöpää vastaan. On tutkittu monenlaisia metallikomplekseja, kuten makrosyklisiä sinkkiatsakruunuja, lantanidikomplekseja sekä bifunktionaalisia metallikomplekseja. Kuparibipyridiini (CuBiPy) ja -terpyridiini (CuTerPy) ovat suosittuja komplekseja fosfodiesterien transesterifikaation tutkimuksessa. Tämän tutkimuksen aiheena oli nukleofiilin vaikutus fosfodiesterien metalli-ionikatalyyttisen hajoamisen nopeuteen. Tutkimukseen valittiin substraateiksi 2-hydroksipropyyli-(p-nitrofenyyli)fosfaatti (HPNP), uridiini 3’-(p-nitrofenyyli)fosfaatti (UPNP) ja bis-(p-nitrofenyyli)fosfaatti (BPNP), joilla on reaktiivinen lähtevä ryhmä. Katalyyteiksi valittiin CuBiPy ja CuTerPy. Tutkimuksen tulosten perusteella katalyyttien paremmuus toisiinsa nähden sekä katalyyttiset mekanismit riippuvat substraatin ominaisuuksista ja olosuhteista. CuBiPy on parempi katalyytti, kun reaktioon osallistuva nukleofiili on intermolekulaarinen tai ei-nukleosidinen, kuten HPNP:n 2-OH. Katalyytit ovat yhtä tehokkaita, kun nukleofiili on parempi, kuten UPNP:n 2’-OH. Tulokset viittaavat myös siihen, että CuBiPy:n tehokkuutta heikentää sen dimeroituminen. Lisäksi liuoksen [OH–] vaikuttaa HPNP:n ja erityisesti BPNP:n reaktioon merkittävästi.