Nghiên cứu cơ chế của quá trình peroxydasa trong hệ h2o-Ni2+-hco3--lm-h2o2 (1) - Vũ Thị Kim Loan

TẠP CHÍ HÓA HỌC 54(3) 280-283 THÁNG 6 NĂM 2016 DOI: 10.15625/0866-7144.2016-305 280 NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ CỦA QUÁ TRÌNH PEROXYDASA TRONG HỆ H2O-Ni 2+-HCO3 --Lm-H2O2 (1) Vũ Thị Kim Loan Đại học Y – Dược Hải Phòng Đến Tòa soạn 23-3-2015; Chấp nhận đăng 10-6-2016 Abstract By using method of using inhibitor, it was found that the catalytic process of indigocarmine (Ind) oxidation take place according to the radical chain mechanism with a generation of free active OH * radical reacting with Ind, H4L, In (Lumomagnezone - Lm, Hydroquinon - Hq, Paranitrozodimetylanilin - Pa) in the systems: H2O - Ni 2+ - HCO3 - - Lm - Ac -H2O2 (2) H2O - Ni 2+ - HCO3 - - Lm - Hq -H2O2 (3) H2O - Ni 2+ - HCO3 - - Lm - Pa -H2O2 (4) This article presents our results of calculating the rate constant k(Ind+OH*) of oxidizing reaction of Indigocarmine by hydroxyl radicals OH*. k(Ind + OH*) was calculated by using Turbopascal programming languages. Keywords. Inhibitor, indigocarmine, hydroxyl radicals. 1. MỞ ĐẦU Trong công trình [1] đã chỉ ra trong hệ phản ứng gồm H2O, Ni 2+ , HCO3 - , Lumomagnezon (Lm), H2O2 xảy ra quá trình peroxydasa tạo ra gốc tự do * OH. Tuy nhiên ở đây chưa chỉ rõ phần cơ chế của quá trình này. Để tiếp tục nghiên cứu, làm rõ cơ chế phản ứng peroxydasa trong hệ (1), trong công trình này đã sử dụng phương pháp các chất ức chế để nghiên cứu cơ chế phản ứng perosydasa bằng cách sử dụng các chất có tương tác đặc thù với gốc tự do ●OH như axit ascorbic (AC), hydroquinon (Hq) và paranitrozodimetylanilin (Pa). Kết quả thu được đã khẳng định cơ chế phản ứng peroxydasa trong hệ (1) là cơ chế mạch gốc với sự phát sinh và huỷ diệt gốc tự do .OH. Dựa trên các phản ứng cạnh tranh giành gốc ●OH trong hệ (1) đã tính được hằng số tốc độ tương tác giữa Lumomagnezon (Lm) với gốc tự do ●OH có giá trị rất lớn kLm+OH ≈ 7.109 LM -1 S -1, điều đó chứng tỏ gốc tự do ●OH là tác nhân oxi hoá mạnh. Các kết quả thu được cho phép thiết lập được sơ đồ cơ chế mạch gốc của phản ứng peroxydasa trong hệ nghiên cứu. 2. THỰC NGHIỆM Cách tiến hành thực nghiệm được trình bày trong [2, 3]. Các phản ứng khi sử dụng chất ức chế, được tiến hành ở nhiệt độ (300,2oC) và pH = 8 với thể tích mẫu 30ml. Các hoá chất sử dụng trong phản ứng là loại PA. Thông số động học được xác định trên các thiết bị: pH5i/SET (CHLB Đức), UV-VIS 752M (TQ). Mỗi thí nghiệm được làm 3 lần để chọn kết quả. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Xác định sự phát sinh các gốc tự do 3.1.1. Ảnh hưởng của Ac đến WLm trong hệ: H2O - Ni 2+ - HCO3 - - Lm - Ac - H2O2 (2) Hình 1 cho biết kết quả nghiên cứu sự phụ thuộc của DLm495 vào nồng độ của Ac. Ở đây Ac có tác dụng ức chế quá trình peroxydasa trong hệ (2). Khi nồng độ Ac càng cao thì tác dụng ức chế càng mạnh. Mặt khác trong thời gian bị ức chế, nồng độ Ac giảm dần (hình 2), chứng tỏ đã sinh ra .OH trong quá trình phản ứng với điều kiện: [Ni2+]0 = 10 -6 M; [HCO3 - ]0 = 10 -1 M; [Lm]0 = 8×10 -5 M; [H2O2]0 = 10 -1 M; pH = 8. 3.1.2. Ảnh hưởng của Hq đến WLm trong hệ: H2O - Ni 2+ - HCO3 - - Lm - Hq - H2O2 (3) Hình 3 cho biết kết quả nghiên cứu sự phụ thuộc TCHH, 54(3), 2016 Vũ Thị Kim Loan 281 của DLm495 vào nồng độ của Hq. Ở đây Hq có tác dụng ức chế quá trình peroxydasa trong hệ (3). Khi nồng độ Hq càng cao thì tác dụng ức chế càng mạnh. Mặt khác trong thời gian bị ức chế, nồng độ Hq giảm dần (hình 4), chứng tỏ đã sinh ra ●OH trong quá trình phản ứng với điều kiện: [Ni2+]0 = 10 -6 M; [Lm]0 = 8×10 -5 M; [HCO3 - ]0 = 10 -1 M; [H2O2]0 = 10 -1 M; pH = 8. Hình 1: Ảnh hưởng của Ac trong hệ (2), [Ac]0 = [0, 1, 2, 3, 5, 7, 8, 10, 15, 20, 25, 25]×10 -5 M ứng với các đường 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 Hình 2: Sự giảm của Ac trong hệ (2) [Ac]0 = 1×10 -4 M Hình 3: Ảnh hưởng của chất ức chế Hq trong hệ (3) [Hq]0 = (0; 0,5; 1,0; 2,0; 3; 5; 7,0; 10; 12)×10 -6 M ứng với các đường 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 Hình 4: Sự giảm của Hq trong hệ (3), [Hq]0 = 1×10 -5 M 3.1.3. Ảnh hưởng của Pa đến WLm trong hệ: H2O - Ni 2+ - HCO3 - - Lm - Pa - H2O2 (4) Kết quả ở hình 5 và 6 hoàn toàn phù hợp với kết quả nghiên cứu với Ac trong hệ (2). Kết quả này một lần nữa cho phép khẳng định rằng cơ chế phản ứng ôxi hoá Lm bằng H2O2 trong hệ (1) là cơ chế mạch gốc sinh gốc tự do ●OH ứng với điều kiện: [Ni2+]0 = 10 -6 M; [Lm]0 =8×10 -5 M; [HCO3 - ]0 = 10 -1 M; [H2O2]0 = 10 -1 M; pH = 8. Hình 5: Ảnh hưởng của chất ức chế Pa trong hệ (4) [Pa]0 = (0; 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3, 6; 8)×10 -6 M ứng với các đường 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 Hình 6: Sự giảm của Pa trong hệ (4) [Pa]0 = 0,5×10 -5 M TCHH, 54(3), 2016 Nghiên cứu cơ chế của quá trình 282 3.2. Tính kLm+*OH 3.2.1. Xác định kLm+*OH dựa vào hệ (2) Đối với hệ (2) có các phản ứng cạnh tranh gốc .OH như các phản ứng xảy ra sau: Lm + . OH  1k P1 W1 = k1 [Lm][OH]; k1 = kLm+OH = ? (1) Ac + . OH  2k P2 W2 = k2[Ac][OH]; k2 = 7,2x10 9 l.M -1 .s -1 (2) HCO3 - + . OH  3k P3 W3 = k3 [HCO3 - ][OH]; k3 =1,5x10 7 l.M -1 .s -1 (3) H2O2 + . OH  4k P4 W4 = k4 [H2O2 ][OH]; k4 = 3x10 7 l.M -1 .s -1 (4) Theo phương pháp sử dụng các phản ứng cạnh tranh có thể xác định được k1 theo biểu thức: 0 022403302 11 ]Lm[ ]OH.[k]HCO.[k]Ac.[k x k a a C 1     (1) Trong đó: C1 là biến thiên nồng độ của Lm ứng với mỗi giá trị nồng độ đầu [Ac]0 sau mỗi khoảng thời gian t = 30s; C1 được xác định theo công thức: Trong đó: D1 là độ giảm mật độ quang của Lm.  = 2,47x104 l.M-1.cm-1 là hệ số hấp thụ phân tử của Lm. d = 1cm, chiều dày của Cuvet. Đặt: Ta sẽ được phương trình dạng y = bx + a, trong đó a, b được xác định theo phương pháp bình phương bé nhất [1, 2]. Từ các dữ liệu thu được trên hình 1, các hằng số tốc độ ở biểu thức (1)-(4) và theo các công thức (1)-(3) ta có thể tính được các cặp giá trị x và y tương ứng với mỗi nồng độ [Ac]0. Các giá trị x, y được tính theo số liệu ghi ở bảng 1. Sau đó tính kLm+.OH theo chương trình PC, kết quả: kLm + .OH = 6,71×10 9 l.M -1 .s -1 Bảng 1: Các giá trị của x và y trong phương trình: y = bx + a của hệ (2) 3.2.2. Xác định kLm+*OH dựa vào hệ (3) Đối với hệ (3) có các phản ứng cạnh tranh gốc .OH tưong tự như các phản ứng từ (1)-(4). Từ các số liệu thu được trên hình 3, các hằng số tốc độ ở phản ứng từ (1)-(4) nhưng thay k2 = 12×10 9 l.M -1 .S -1 ta có thể tính được k1 theo các công thức từ (1)–(3), kết quả nhận được trên bảng 2. Bảng 2: Các giá trị của x và y trong phương trình: y =bx + a của hệ (3) Sau đó tính kLm+ .OH theo chương trình PC, kết quả: kLm+.OH = 7,58×10 9 l.M -1 .s -1 3.2.3. Xác định kLm+*OH dựa vào hệ (4) Đối với hệ (4) có các phản ứng cạnh tranh gốc ●OH tưong tự như các phản ứng từ (1)–(4). Từ các số liệu thu được trên hình 5, các hằng số tốc độ ở phản ứng từ (1)–(4) nhưng thay k2 = 18×10 9 l.M -1 S -1 ta có thể tính được k1 theo các công thức từ (1)–(3), kết quả nhận được trên bảng 3. Sau đó tính kLm+.OH theo chương trình PC, kết quả: kLm+.OH = 7,46×10 9 l.M -1 .s -1 . Khi sử dụng cả 3 chất ức chế Ac, Hq và Pa đều thấy xuất hiện: Quá trình kìm hãm Wlm, tiêu hao chất ức chế và giá trị kLm+.OH khá lớn vì vậy có thể kết luận quá trình peroxydasa trong hệ (1) sinh ra gốc ●OH có khả năng oxi hóa cao. Từ các số liệu thu được trong phần tạo phức xúc tác, động học và cơ chế của quá trình xúc tác oxi hoá hợp chất hữu cơ bởi H2O2 [4-6] có thể giả thiết sơ đồ cơ chế oxi hoá Lm bởi H2O2 trong hệ (1) như sau: TCHH, 54(3), 2016 Vũ Thị Kim Loan 283 Bảng 3: Các giá trị x và y trong phương trình: y = bx +a của hệ (4) Sinh mạch: 1. Ni 2+ + HL - ⇌ [NiHL]+ 2. [NiHL] + + HCO3 - ⇌ [Ni(HL)HCO3] 3. [Ni(HL)HCO3] + H2O2 ⇌ [Ni(HL)(HCO3)H2O2] 4. [Ni(HL)(HCO3)H2O2]  [Ni(HL)HCO3] + + . OH + OH - Phát triển mạch: 5. ● OH + H2O2  HO2 ● + H2O 6. HO2 ●  O2 ●- + H + 7. [Ni(HL)HCO3] + + O2 ●-  [Ni(HL)HCO3] + O2 Đứt mạch: 8. ● OH + Lm  P 9. ● OH + [Ni(HL)HCO3]  [Ni(HL)HCO3] + + OH - 10. HO2 ● + [Ni(HL)HCO3]  [Ni(HL)HCO3] + + HO2 - 11. HO2 ● + HO2 ●  H2O2 + O2 Khi có chất ức chế In (Ac, Hq, Pa) giai đoạn đứt mạch còn có thêm phản ứng: In + ● OH  P’ 4. KẾT LUẬN + Chứng minh quá trình peroxydasa trong hệ nghiên cứu diễn ra theo cơ chế mạch gốc với sự phát sinh và huỷ diệt gốc tự do ●OH có hoạt tính oxi hoá cao. + Trên cơ sở ngôn ngữ lập trình Pascal, đã xác định được hằng số tốc độ của phản ứng oxi hoá cơ chất Lm bởi gốc ●OH [4] tuỳ theo từng chất ức chế khác nhau. Kết quả thu được như sau: kLm+OH. = 6,71×10 9 l.M -1 .s -1 (với chất ức chế là Ac); kLm+OH. = 7,58×10 9 l.M -1 .s -1 (với chất ức chế là Hq); kLm+OH. = 7, 46×10 9 l.M -1 .s -1 (với chất ức chế là Pa). Điều đó chứng tỏ gốc tự do .OH có khả năng oxy hoá mạnh các hợp chất hữu cơ. + Tổng hợp các kết quả nghiên cứu, chúng tôi đã đề ra sơ đồ cơ chế nguyên tắc của quá trình peroxydasa trong hệ (1). TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Vũ Thị Kim Loan. Luận án tiến sĩ hoá học, Hà Nội (2009). 2. Vũ Thị Kim Loan, Ngô Kim Định, Nguyễn Văn Xuyến. Cơ chế nguyên tắc của quá trình xúc tác oxi hoá Lumomagnezon (Lm) trong hệ: H2O- Mn 2+ - Lm- HCO3 2- -H2O2, Tạp chí Hoá học, 44(2), 200-203 (2006). 3. Vũ Thị Kim Loan, Ngô Kim Định, Nguyễn Văn Xuyến. Nghiên cứu sự tạo phức, động học và cơ chế quá trình xúc tác oxi hoá Lumomagnezon (Lm) bằng H2O2 trong hệ H2O-Fe 2+ -Lm-HCO3 - -H2O2. Hội nghị Khoa học lần thứ 20 - Đại học Bách khoa Hà Nội, phân ban: Công nghệ Hoá học, 384-390, Nxb. Bách khoa Hà Nội (2006). 4. Nguyễn Văn Xuyến, Trần Quang Huân, Trần Xuân Hoàng, Trần Thị Minh Nguyệt. Xác định hằng số tốc độ của gốc OH* với hợp chất hữu cơ S trên cơ sở lập trình bằng ngôn ngữ Foxpro và Pascal, Tuyển tập báo cáo khoa học tại hội nghị toàn quốc về Hoá lý và hoá lý thuyết, tr. 245-252 (1999). 5. Nguyễn Thị Thanh Thúy. Nghiên cứu tính chất xúc tác oxi hóa – khử của phức chất Cu(II) với ligan và hỗn hợp ligan. Luận án tiến sĩ hóa học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội (2013). 6. Zhimin Tao, Ryan A. Raffle, Abdul-Kader Souid, Jerry Goodisman. Kinetic Studies on Enzyme- Catalyzed Reactions: Oxidation of Glucose, Decomposition of Hydrogen Peroxide and Their Combination, Biophysical Journal, 96(7), 2977-2088 (2009). Liên hệ: Vũ Thị Kim Loan Đại học Y - Dược Hải Phòng Số 72A, Nguyễn Bỉnh Khiêm, Ngô Quyền, Hải Phòng E-mail: vtkloan@hpmu.edu.vn; Điện thoại: 01276950872.