Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education
Inorganic Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

סינתזה של קומפלקס קובלט נושא חמצן(II)
 
Click here for the English version

סינתזה של קומפלקס קובלט נושא חמצן(II)

Overview

מקור: דיפיקה דאס, תמרה מ. פאוורס, המחלקה לכימיה, אוניברסיטת טקסס A&M

כימיה ביו-אורגנית היא תחום המחקר שחוקר את התפקיד שמתכות ממלאות בביולוגיה. כמחצית מכל החלבונים מכילים מתכות וההערכה היא כי עד שליש מכל החלבונים מסתמכים על אתרים פעילים המכילים מתכת כדי לתפקד. חלבונים הכוללים מתכות, הנקראות מטאלופרוטאין, ממלאים תפקיד חיוני במגוון פונקציות תאים הנחוצות לחיים. מטלופרוטינים סיקרנו והעניקו השראה לכימאים אנאורגניים סינתטיים במשך עשרות שנים, וקבוצות מחקר רבות הקדישו את תוכניותיהן למידול הכימיה של אתרים פעילים המכילים מתכת בחלבונים באמצעות חקר תרכובות תיאום.

ההובלה של O 2 היאתהליך חיוני עבור אורגניזמים חיים. O2 -תחבורהmetalloproteins אחראים כריכה, הובלה, ושחרור חמצן, אשר לאחר מכן יכול לשמש לתהליכי חיים כגון נשימה. קומפלקס תיאום קובלט נושא חמצן, [N,N'-bis (salicylaldehyde)אתילנדימינו]קובלט(II) [Co(salen)]2 נחקר בהרחבה כדי להבין כיצד מתחמי מתכת קושרים באופן הפיך את O2. 1

בניסוי זה, אנו לסנתז [Co(salen)]2 וללמוד התגובה הההפיכה שלה עם O2 בנוכחות דימתילסולפוקסיד (DMSO). ראשית, אנו לכמת את כמות O2 הנצרך עם החשיפה של [Co(salen)]2 ל- DMSO. לאחר מכן נצפה חזותית את שחרורו של O2 מן [Co(salen)]2-O2 להוסיף על ידי חשיפת מוצק CHCl3.

Principles

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

ישנם שני פולימורפים מוצקים של [Co(salen)]2 (פעיל ולא פעיל), אשר ניתן לבודד מתנאי תגובה שונים. פעיל ולא פעיל [Co(salen)]2 משתנים בצבעם (חום ואדום, בהתאמה), מבנה ותגובה. שני הפולימורפים מורכבים מיחידות דימריק. במקרה של פעיל [Co(salen)]2, המרכזים המשותפים בכל אחת משתי מולקולות Co(salen)2 נמצאים בסמיכות, ויוצרים אינטראקציה חלשה מאוד ואן דר ואלס בין מרכזי המתכת (איור 1). בעוד הצורה הפעילה מציגה אינטראקציה Co-Co חלשה, ההפרדה בין יחידות dimeric מספק מקום O2 להגיב עם מרכזי Co; כתוצאה מכך, הצורה הפעילה של [Co(salen)]2 מגיבה עם O2 במצב מוצק.

בצורה הלא פעילה כביכול של [Co(salen)]2, יש אינטראקציה טיבטיבית בין מרכז Co של מולקולה אחת לבין אטום חמצן מהשנייה(איור 1). שתייחידות Co(salen)קרובות יותר זו לזו בהשוואה לצורה הפעילה, וכתוצאה מכך, הצורה הלא פעילה יציבה באוויר במצב מוצק ומגיבה רק עם O2 בנוכחות ממס מתאם (כגון DMSO), אשר משבש את יחידת dimeric ומייצב את [Co(salen)]2-O2 adduct. לא פעיל [Co(salen)]2 קל יותר להתמודד וללמוד, שכן מוצק יכול להיות מבודד ללא שימוש בטכניקות ללא אוויר. לכן, בניסוי זה אנו לסנתז לא פעיל [Co(salen)]2 וללמוד את התגובה שלה עם O2 בנוכחות DMSO.

ישנן מספר דרכים שבהן O2, מולקולה דיאטומית, יכולה לתאם למרכזי מתכת(איור 2). קשירת סוף התוצאות קשר מתכת חמצן לאחד אטומי חמצן ב O2. בכריכה צדדית, שני אטומי החמצן יוצרים קשרים למרכז המתכת. במקרים מסוימים, יחידת O2 מגשרת על שני מתחמי מתכת שבהם נצפים גם כריכות קצה וצד.

לא פעיל [Co(salen)]2 יוצר קובלט 2:1 ל O2 להוסיף בנוכחות ממס תיאום, DMSO. יחידת O2 מגשרת בין שני מרכזי הקובלט באופן גישור קצה -on (איור 3) ומולקולות DMSO מתואמות להשלים את ספירת התיאום octahedral של כל אחד ממרכזי Co. אם ניקח בחשבון את דיאגרמת MO שלO 2 ו- d-דיאגרמת פיצול מסלולית עבור [Co(salen)]2, אנו יכולים להבין מדוע התוספת 2:1 O2 מועדפת (איור 4). O2 מציג מצב קרקע משולש עם שני אלקטרונים לא משולמים π* MOs. [Co(salen)]2 הוא paramagnetic, עם אלקטרון אחד לא מזווג σ * dz2 MO (בהנחה מטען מרובע (D4h), Co2 +, 7 de-). הכריכה של O2 ל [Co(salen)] 2 היאתגובה redox, שבו שתי מולקולות Co (salen) מחומצנות על ידי 1 e- כל למצב חמצון סופי של +3 בקובלט, ואת מולקולת O2 מופחת על ידי 2 e-,וכתוצאה מכך היווצרות של מי חמצן (O2 2-). התוספת 1:1 אינה מועדפת במקרה זה מכיוון ש- Co(III) הוא d6 ולכן, אינו רוצה לוותר על אלקטרון אחר (לסקירה על תיאוריית MO /d- פיצול מסלולי, ראה את הווידאו על תורת הקבוצה ותורת MO של מתחמי מתכת מעבר).

בסרטון זה, אנו נקבע באופן ניסיוני את יחס Co:O2 על תגובה של לא פעיל [Co(salen)]2 עם O2 בנוכחות DMSO על ידי מדידת הנפח של O2 שאבד במערכת סגורה. אנו יכולים להשתמש בחוק הגז האידיאלי (משוואה 1) כדי לחשב את מספר השומות של O2 הנצרך.

PV = nRT (משוואה 1)
P = לחץ = 1 דולר
V = אמצעי אחסון (L)
R = 0.082 ליטר מול-1 K-1
T = טמפרטורה (K)
n = מולים

לאחר מכן נלמד את הפיך של כריכת O2 על ידי חשיפת מוצק וכתוצאה מכך [Co(salen)]2-O2-(DMSO)2 לכלורופורם (CHCl3). תוספת של CHCl3 (ממס שאינו מתואם שאינו יכול לייצב את [Co(salen)]2-O2 adduct) מוביל לירידה בריכוז של DMSO. העיקרון של לה שאטלייה יכול להסביר כי עם ירידה בריכוז DMSO, שיווי המשקל המוצג באיור 3 יעבור לכיוון המגיבים, וכתוצאה מכך שחרור גז O2.

Figure 1
איור 1. צורות פעילות ולא פעילות של [Co(salen)]2.

Figure 2
איור 2. מצבי תיאום של O2 למרכז מתכת, M.

Figure 3
איור 3. תגובה הפיכה של O2 עם [Co(salen)]2.

Figure 4
איור 4. דיאגרמת MO שלO 2 ו- d- דיאגרמת פיצול מסלולית של Co(salen) (נגזרת מתיאוריית הקבוצה, בהנחה גיאומטריה מלוכדת מרובעת).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Procedure

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. סינתזה של לא פעיל [Co(salen)]2

  1. טען בקבוקון עגול 3 צווארים 250 מ"ל עם 120 מ"ל של 95% EtOH ו 2.20 גרם (0.192 מ"ל, 0.018 מול) של סליציללדהיד.
  2. התאם את הצוואר המרכזי עם מחזק המחובר ל- N2. להתאים את שני הצווארים האחרים עם מחיצת גומי משפך נוסף מצויד במחיצת גומי.
  3. מערבבים את התגובה באמבט מים ומחממים את הפתרון לרפלוקס (80 מעלות צלזיוס).
  4. הוסף אתילן דיאמין (0.52 גרם, 0.58 מ"ל, 0.0087 מול) באמצעות מזרק דרך מחיצת הבקבוקון העגולה.
  5. בבקבוקון עגול 50 מ"ל, להכין פתרון של Co(OAc)2·4H2O (2.17 גרם, 0.0087 מול) ב 15 מ"ל של מים מזוקקים. מחממים את התמיסה באותה אמבטיית מים המכילה את הבקבוקון בעל 3 הצווארים כדי להבטיח שכל הקובלט אצטט יתמוסס.
  6. מוסיפים את פתרון קובלט אצטט למשפך התוספת.
  7. Degas פתרון קובלט אצטט על ידי מבעבע N 2 דרך הנוזל במשפך תוספת במשך 10 דקות (ראה "סינתזה של Ti(III) Metallocene באמצעות טכניקת קו Schlenk" וידאו עבורהליך מפורט יותר על טיהור נוזלים). ייתכן שיהיה צורך לסגור את מתאם המרוכז N2 כדי לאפשר ל- N2 לבעבע דרך פתרון הקובלט אצטט.
    הערה: לעולם אל תחמם מערכת סגורה! הקפד לפרוק את המערכת במהלך סילוק גיסות.
  8. מוסיפים לאט את תמיסת הקובלט(II) אצטט (~ 1 טיפה/s), תוך ערבוב נמרץ של תערובת האתנול. ללא ערבוב מספיק, ייווצר מזרז גושי שיכול לשבש את מוט הערבוב.
  9. לאחר כל קובלט אצטט הוסיף, לעורר את התגובה ב reflux במשך 1 שעה.
  10. כבה את הצלחת החמה והוציא את הבקבוקון העגול בעל 3 הצווארים מאמבט המים.
  11. מוציאים את המנסרה ומשפך התוספת מהבקבוקון. שקועים בבקבוקון באמבט קרח כדי להקל על משקעים של [Co(salen)]2.
  12. מסננים את הפתרון תחת ואקום כדי לבודד את המוצק ולשטוף את אדום מוצק וכתוצאה מכך עם אתנול קר.
  13. לבודד את המוצק. חשב את התשואה של התגובה ולאסוף IR של [Co(salen)]2. ודא כי [Co(salen)]2 יבש לפני השימוש בו בתגובת ספיגת O2.

2. הגדרת מנגנון לספיגת O2 (איור 5)1

הערה: חשוב מאוד שהמערכת לא תדלוף. דליפה במערכת תוביל ליחס Co:O2 נמוך מהצפוי.

  1. חבר מחט לבלון גז O2 (טוהר גבוה במיוחד) עם צינורות טייגון. בועה בעדינות O2 עד 5 מ"ל של DMSO לפחות 10 דקות.
  2. בעוד DMSO הוא להיות רווי עם O 2 ,להתאיםאת שני הקצוות של פיפטה זכוכית 10 מ"ל מדורג עם צינורות טייגון (כל 1.5 רגל אורך).
  3. חבר משפך זכוכית לאחד מחתיכות הצינורות של טייגון.
  4. מהדקים את פיפטת הזכוכית ואת המשפך לעמדת טבעת כך שהמשפך פונה כלפי מעלה והצינורות יוצרים צורת U (איור 5).
  5. ממלאים את הפיפטה ומשפך בשמן מינרלי. מוסיפים את השמן דרך המשפך, מוודאים שהשמן גם ממלא את הצינורות המחוברים לפיפטה. ממשיכים להוסיף את השמן עד שהמשפך מתמלא בערך באמצע הדרך במעלה המשפך. אל תתנו לשמן להתקרב יותר מדי לחלק העליון של המשפך, כמו O2 מבעבע דרך המשפך יכול לגרום להתיז אם המשפך מלא מדי.
  6. לקצה הפתוח של הצינורות, חבר מבחן יד צדדית (מבחנה A).
  7. הוסף 50 מ"ג (0.077 mmol) של לא פעיל [Co(salen)]2 למבחנה הזרוע הצדדית A מחובר pipette זכוכית.
  8. הוסף 2 מ"ל של DMSO רווי O2 כדי 3 מ"ל מבחנה (מבחנה B).
  9. השתמש זוג פינצטה בעדינות להוריד מבחנה B לתוך מבחנה A, נזהר לא לשפוך כל DMSO. חשוב לא לחשוף את [Co(salen)]2 ל- DMSO בשלב זה.
  10. מבחנה א' עם מחיצת גומי. חוט המחיצה כדי למנוע דליפות.
  11. הכנס את המחט מחוברת למיכל הדלק O2 לתוך המחיצה לטהר את המערכת עם O2 במשך 10 דקות.
  12. הסר את מחט O2 ולשמן את החלק העליון של מחיצת גומי כדי למנוע דליפות.
  13. ייתכן שיהיה צורך לשחרר חלק מהלחץ בתוך ההתקנה כדי להכניס שמן לצינור הזכוכית. כדי לעשות זאת, להכניס מחט חינם לתוך מחיצת גומי במבחנה A. לכסות את הפתח עם אצבע לאט לשחרר את הלחץ בתוך ההתקנה. אל תשכח לכסות את החור החדש עם שומן כדי למנוע דליפות.
  14. הזז את פיפטת הזכוכית ואת משפך כך רמות השמן בשורה בשתי חתיכות של כלי זכוכית.
  15. הקלט את עוצמת השמן בתוך פיפטת הזכוכית.

Figure 5
איור 5. מערך ספיגת O2.

3. תגובת ספיגה O2

  1. הוסף את DMSO למוצק [Co(salen)]2 על ידי בעדינות מפנה את המבחנות, מוודא כי אף אחד מהפתרון נכנס לזרוע הצדדית של מבחנה A.
  2. לאחר שכל DMSO נוספה, להחזיק את החלק העליון של המבחנה ולערבב בעדינות את הפתרון על ידי ניעור המבחנה הלוך ושוב.
    הערה: אין להשתמש בתנועת ניעור מעלה ומטה. דפיקות שתי המבחנות יחד באלימות רבה מדי יכול להוביל לשבירת מבחנה A.
  3. ממשיכים לנער בעדינות את המבחנות ביד עד שרמת השמן בפיפטה מפסיקה לעלות (כ-15-20 דקות).
  4. לאחר צריכת O2 מפסיק, להזיז את pipette ואת משפך, כך רמות השמן בשורה.
  5. להקליט את רמת הנפח החדשה של השמן בצינור זכוכית. ההבדל בנפח הוא הנפח של O2 הנצרך במהלך התגובה בלחץ אטמוספרי (1 atm).
  6. תיעד את טמפרטורת החדר.

4. O2 שחרור מ [Co(salen)]2 - O2 אדוק

  1. העבר את פתרון DMSO המתקבל מצינור צנטריפוגה 15 מ"ל.
  2. מלא מבחנה שנייה בכמות שווה ערך של מים.
  3. הכנס את המבחנות אחד מול השני לתוך צנטריפוגה.
  4. צנטריפוגה הדגימה לפחות 15 דקות. איכות הכדור המוצק וכתוצאה מכך משתפרת עם הגדלת זמן הצנטריפוגה.
  5. הסר בעדינות את המבחנה עם [Co(salen)]2-O2 תוספת מדגם, כדי לא להפריע לכדור.
  6. בזהירות decant פתרון DMSO מעל הכדור.
  7. מחזיק את צינור הצנטריפוגה בזווית של 45 מעלות עם הכדור פונה כלפי מעלה, לאט להוסיף 1 מ"ל של CHCl3 עם pipette, על ידי מתן פתרון לטפטף במורד הצד של צינור הצנטריפוגה. הזהירות הקיצונית לא להפריע מוצק [Co(salen)]2-O2 להוסיף.
  8. שים לב לשינויים פיזיים המתרחשים.

[N,N'-Bis (salicylaldehyde)אתילנדימינו]קובלט(II), מקוצר [Co(salen)]2, הוא קומפלקס organometallic, אשר משמש כדי לחקור מטאלופרוטאין הובלת חמצן.

Metalloproteins כגון המוגלובין יכול לאגד באופן הפיך O2 ולהבין מנגנון זה, מתחמים כגון [Co(salen)]2 נחקרים.

[Co(salen)] 2 קיים בשתי צורות: פעיל ולא פעיל. הצורה הפעילה מורכבת מהטרודימר, שבו שני מרכזי קובלט יוצרים אינטראקציה חלשה מאוד של ואן-דר-ואלס, המספקים מספיק מקום להכנסת Oמולקולרי 2 במצב מוצק.

בצורה הלא פעילה של [Co(salen)]2 מרכזי הקובלט של כל מולקולה יוצרים קשר דיאט עם אטום חמצן על מולקולה אחרת. פעולה זו מקטינה את הרווח בין היחידות לבין Oמולקולרי 2 לא יכול להתאים יותר, אלא אם כן ממס מתאם, כגון DMSO, משמש, אשר מקל על היציבות של adduct.

וידאו זה ימחיש את העקרונות של [Co(salen)]2, הסינתזה של צורתו הלא פעילה, וניתוח של כריכה הפיכה למולקולרית O2.

מולקולרית O2 יכולה לתאם מעבר מתחמי מתכת במספר דרכים: צד-על, גישור צדדי, סיום וגישור קצה. ב- [Co(salen)]2, O2 קואורדינטות לשני מרכזי קובלט באופן גישור קצה-און ודיאגרמת הפיצול התיאום של D-orbitalשל [Co(salen)]2.

לחמצן יש שני אלקטרונים לא מזווגים במסלול המולקולרי π*, המסמלים מצב קרקע משולש, בעוד של-Co(salen)]2 יש אלקטרון אחד לא מזווג במסלול המולקולרי σ* שלו.

הכריכה של O2 ל[Co(salen)] 2 היאתגובה אדומה, שבה שני מרכזי קובלט מאבדים אלקטרון כל אחד, ומולקולת O2 זוכה בשני אלקטרונים ויוצרת מי חמצן (O22-).

היחס של Co:O2 בתגובה יכול להיקבע על ידי מדידת הנפח של O2 הנצרך במערכת סגורה. באמצעות חוק הגז האידיאלי, ניתן לחשב את השומות של O2 הנצרך.

יתר על כן, הפיך של כריכת O2 ניתן ללמוד על ידי תוספת של CHCl3 למוצר. CHCl3 הוא ממס שאינו מתואם, אשר לא יכול לייצב את תוספת O2. לכן, תוספת של CHCl 3 ל[Co(salen)]2-O2 להוסיף מוביל לירידה בריכוז של DMSO ודוחף את התגובהבכיוון ההפוך, וכתוצאה מכך שחרור O2.

עכשיו כשדיברנו על העקרונות של [Co(salen)]2, בואו נבחן הליך לסינתזה של צורתו הלא פעילה, והשימוש בו בצריכת Oמולקולרי 2.

במכסה המנוע של האדים, טענו בקבוקון תלת-צווארי מהודק בגודל 250 מ"ל עם מוט מוקפץ, 95% אתנול וסליסילדהיד. חברו מנדר לצוואר המרכזי ומשפך נוסף המצויד במחיצה על הצוואר החיצוני.

התאימו את הצוואר השלישי של הבקבוקון בעל 3 הצווארים במחיצה והצמידו קו N2 למחזק. תחת אטמוספרת N2, מערבבים את התגובה באמבט מים ב 80 °C (80 °F), ולהוסיף אתילן דיאמין על ידי מזרק.

בבקבוקון התחתון העגול העגול הנפרד של 50 מ"ל המכיל מוט ערבוב, הוסיפו Co(OAc)2·4H2O, והתמוססו במים מזוקקים של 15 מ"ל.

לאחר מומס לחלוטין, להעביר את פתרון אצטט קובלט משפך תוספת, ו degas על ידי מבעבע N2 דרכו במשך 10 דקות.

כאשר degassing הושלם, לאט להוסיף את פתרון אצטט קובלט לתערובת salicaldehyde מעורבב במרץ. ואז מערבבים ב reflux במשך 1 שעה.

בסיום, להסיר את הבקבוק מאמבט החימום, ולהסיר את המדחוס ואת משפך תוספת. ואז להטביע את הבקבוק באמבט מי קרח כדי להקל על משקעים של [Co (salen)]2.

מסננים את המשקעים על משפך בוכנר בנייר מסנן, ושטפים את המוצק האדום באתנול קר. לייבש את המוצק לחלוטין, לשקול אותו, ולחשב את התשואה אחוז.

חבר מחט לצילינדר O2-גזעם צינורות טייגון. לאחר מכן בועה בעדינות O2 עד 5 מ"ל DMSO במשך 10 דקות.

צרף שני חלקים בגודל 18 אינץ' של צינורות טייגון לשני קצות של פיפטה זכוכית 10 מ"ל מדורגת. מהדקים את הפיפטה לדוכן טבעתי עם סיום הלימודים הנמוך ביותר הפונה כלפי מעלה. לאחר מכן, חברו משפך זכוכית ארוך גבעול לחתיכת הצינורות התחתונה, ומהדקים את המשפך לדוכן הטבעת עם המשפך הפונה כלפי מעלה.

ודא כי הצינורות המחברים את הפיפטה ואת המשפך יוצרים צורת U. מוסיפים שמן מינרלי למשפך ולצינורות, עד שהמשפך מלא למחצה.

חבר מבחנה יד צדדית צינורות על גבי pipette ולהוסיף [Co(salen)]2 אליו.

העבר 2 מ"ל של O2- DMSO רווי לתוך מבחנה 3 מ"ל, באמצעות זוג פינצטה, מבחנה נמוכה B לתוך מבחנה A מבלי לשפוך.

מבחנה חותם A עם מחיצת גומי מהודק עם חוט נחושת. הכנס מחט מחוברת למיכל O2 לתוך המחיצה לטהר במשך 10 דקות. לאחר מכן להסיר את המחט לשמן את החלק העליון של המחיצה כדי למנוע דליפות.

הכנס מחט חופשית לתוך המחיצה של מבחנה A כדי לאפשר שמן מינרלי להגיע pipette זכוכית, תוך כיסוי הפתח עם אצבע לאט לשחרר לחץ. לאחר מכן להסיר את המחט ולכסות מחדש את החלק העליון של המחיצה עם שומן.

התאימו את גבהים המשפך והפפטה כך שרמות השמן יתייצבו בשתי חתיכות כלי הזכוכית, ותקליטו את רמת השמן בתוך הפיפטה.

שחרר את DMSO מבחנה B על ידי angling הזרוע הצדדית של מבחנה A לכיוון התקרה. לאחר שכל DMSO נוספה, החזק את המבחנה זקופה והסתובב אותה בעדינות.

המשך לנער את המבחנות עד שרמת השמן בפיפטה מפסיקה לעלות, מה שאומר O2 כבר לא נצרך. לאחר מכן, להתאים את גובה המשפך כך שרמת השמן בו בשורה עם רמת השמן בפיפטה. להקליט את הרמה החדשה של שמן בפיפטה ואת הטמפרטורה של החדר.

הסר את המחיצה מן המבחנה A ולהעביר את התוכן לצינור צנטריפוגה 15 מ"ל. מניחים את הצינור בצנטריפוגה במיקום מול צינור הנושא כמות שווה ערך של מים.

צנטריפוגות הדגימות לפחות 15 דקות, ולאחר מכן בעדינות להסיר את הצינור המכיל [Co(salen)]2 גלולה. בזהירות decant את הנוזל מבלי להפריע לכדור.

החזק את צינור הצנטריפוגה המכיל את הכדור בזווית של 45 מעלות, ושימוש במזרק מטפטף לאט 1 מ"ל של CHCl3 בצד הצינור. שים לב לשינויים פיזיים המתרחשים.

עכשיו בואו נעריך את התוצאות. התשואה של הלא פעיל מסונתז [Co(salen)]2 היא 2.4 גרם, שהיא 85%. ספקטרום ה- IR מראה שיא ב 1528 ס"מ-1, אשר מעיד על מתיחה CN. יתר על כן, היעדר מתיחה O-H מציין כי אין ליגנד חינם נוכח.

59.2 מ"ג של [Co(salen)]2, אשר שווה 0.090 mmol, נצרך 2 מ"ל של O2. באמצעות חוק הגז האידיאלי, לחץ סטנדרטי, וטמפרטורה נרשם, מספר מולים של 2 מ"ל O2 נקבע להיות 0.082 mmol. לבסוף, מספר mmol של Co ב [Co(salen)]2 נקבע, מחולק במספר mmol של O2 כדי לקבל את היחס של Co:O2, שהוא 2:0.91.

הפיך של כריכת O2 הודגם באמצעות CHCl3, שם עם תוספת של הממס ריכוז DMSO ירד, ושיווי המשקל התגובה עבר מגיבים, וכתוצאה מכך שחרור O2, כפי שנצפה מבעבע של התגובה ואת שינוי הצבע לאדום.

מתחמי תיאום יכולים לשמש בתחום הכימיה והכימיה הביואורגנית לחקר מטלופרוטאין שונים.

לדוגמה, המוגלובין metalloprotein מורכב מארבע יחידות תת חלבון כדורי עם קבוצת heme מוטבע בכל אחד, מה שמקשה על חקר האתר הפעיל של החלבון. כימאים אנאורגניים סינתטיים משתמשים במינים מולקולריים, כגון [Co(salen)] 2 , כדי לדגמן אתרים פעילים במתלופרוטאינים, עם זאת, שכפול של מבנה ותגובה הוא לעתים קרובות קשה, בשל הבדלים ברורים במבנים אלקטרוניים ביןתרכובותתיאום פשוטות ומבני-על של חלבונים מוקפי מתכת.

Epichlorohydrin הוא ריאגנט כימי המורכב אפוקסיד ואלקיל כלוריד. הוא משמש בייצור של צפים אפוקסי ואלסטומרים אחרים. עם זאת, למרות הרבגוניות שלה, קשה לייצר enantiopure epichlorohydrin.

כדי להפריד תערובות racemic של epichlorohydrin, מתחמי כיראלי סאלן ניתן להשתמש. לדוגמה, ברזולוציה קינטית הידרוליטית של אפוקסידות, epichlorohydrin racemic מטופל עם ליגנד כיראלי סאלן הנתמך על ידי פוליסטירן בנוכחות מים, מה שמוביל הידרוליזה של אחד האננטיומרים. ניתן להפריד את האננטיומר וניתן לסנן את הזרז הנתמך על ידי פולימר מתערובת התגובה, וייעשה בו שימוש חוזר.

הרגע צפית בהקדמה של JoVE ל-Co(salen)]2. כעת עליך להבין את עקרונותיו, את ההליך וחלק מיישומיו. תודה שצפיתם!

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

אפיון של לא פעיל [Co(salen)]2:

Figure 1

IR (ס"מ-1) שנאסף על קובץ מצורף ATR: 2357 (w), 1626 (w), 1602 (m), 1542 (w), 1528 (m), 1454 (w), 1448 (מ '), 1429 (מ '), 1348 (w), 1327 (w), 1323 (מ '), 12 1248 (מ'), 1248 (w), 1236 (w), 1197 (מ'), 1140 (מ'), 1124 (מ'), 1089 (w), 1053 (מ'), 1026 (w), 970 (w), 952 (w), 947 (w), 902 (מ'), 878 (w), 845 (w), 813 (w), 794 (w), 750 (s), 730 (s).

O2 ספיגה:

59.2 מ"ג (0.090 mmol) של [Co(salen)]2 נצרך 0.002 L של O2. באמצעות לחץ סטנדרטי והטמפרטורה שנרשמה בשלב 3.6, מספר השומות של O2 נצרך היה:

Equation 1

השומות המחושב של Co ב 0.090 mmol של [Co(salen)]2:

Equation 2

לכן יחס Co:O2 היה:

0.180 mmol Co : 0.082 mmol O2

שווה ערך ליחס של 2:0.91 של Co ל- O2.

תוספת של CHCl3 ל[Co(salen)]2–O2 Adduct:

עם תוספת של CHCl3, פתרון CHCl3 הפך אדום וזרם של בועות שוחרר מן מוצק, המציין שחרור של גז O2 היווצרות של לא פעיל [Co(salen)]2.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Applications and Summary

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

בסרטון זה הסברנו את הדרכים השונות שבהן חמצן דיאטומי יכול לתאם למרכזי מתכת. סינתזנו את קומפלקס הקובלט נושא החמצן [Co(salen)]2 ולמדנו את הכריכה ההפיכה שלו עם O2. באופן ניסיוני הדגמנו כי לא פעיל [Co(salen)]2 קושר באופן הפיך O2 ויוצר 2:1 Co:O2 להוסיף בנוכחות DMSO.

כל בעלי החוליות תלויים בהמוגלובין, מטאלופרוטאין שנמצא בתאי דם אדומים, כדי להעביר חמצן לאיברים נשימתיים כמו גם לרקמות אחרות. בהמוגלובין, החמצן נקשר באופן הפיך לקבוצת heme הכוללת מרכז Fe יחיד המתואם לטבעת הטרוציקלית הנקראת פורפירין(איור 6a). המוגלובין אינו המתכת היחידה נושאת חמצן ואחסון. לדוגמה, רכיכות מחזיקות בחלבון הנקרא המוציאנין, הכולל אתר פעיל של דיקופפר האחראי על הובלת חמצן (איור 6b).

שימוש במינים מולקולריים סינתטיים כדי לדגמן אתרים פעילים במתכת הוא מאתגר בשל ההבדלים המובהקים במבנה האלקטרוני של תרכובת תיאום פשוטה בהשוואה לזה של מתכת מוקפת מבנה-על של חלבונים. כתוצאה מכך, לעתים קרובות קשה לשכפל במדויק את המבנה של האתר הפעיל מטאלופרוטאין. אמנם יש דוגמאות של מתחמי מודל המחקים מבנית אתרים פעילים מתכת, יש פחות דוגמאות של מתחמי מודל דומים מבחינה מבנית המציגים תגובתיות הטבועה metalloenzyme המקומי.

Figure 6
איור 6. (א)מרכז Fe בהמוגלובין נקשר ל- O2 באופן קצה, ואילו (ב)הנחושת המכילה אתר פעיל בהמוסינין נקשרת ל- O2 בכיוון גישור צדדי.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

References

  1. Niederhoffer, E. C., Timmons, J. H., Martell, A. E. Thermodynamics of Oxygen Binding in Natural and Synthetic Dioxygen Complexes. Chem Rev. 84, 137-203 (1984).
  2. Appleton, T. G. Oxygen uptake by cobalt(II) complex. An undergraduate experiment. J Chem Educ. 54 (7), 443 (1977).
  3. Ueno, K., Martell, A. E. Infrared Studies on Synthetic Oxygen Carriers. J Phys Chem.60, 1270–1275 (1956).

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter