Utilização de macromoléculas contendo o grupo funcional ácido hidroxâmico como modelos miméticos na clivagem de ésteres de fosfato e acetato: avaliando o efeito da cooperatividade entre grupos funcionais

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Química, Florianópolis, 2010Um polímero contendo os grupos funcionais ácido hidroxâmico e ácido carboxílico foi preparado (PHA) e apresentou capacidade de acelerar reações de clivagem de ésteres. A metodologia aplicada favoreceu o posicionamento dos grupos funcionais presentes no PHA vizinhos um ao outro, o que permitiu a cooperatividade entre eles, ideal quando se quer desenvolver uma enzima artificial. A caracterização do PHA foi realizada através de titulação potenciométrica, IV, RMN, ESI-MS e TGA. O PHA foi testado nas reações de clivagem dos ésteres: ácido 1-acetoxi-2-naftóico (1-Ac), ácido 2-acetoxi-1-naftóico (2-Ac), ácido 3-acetoxi-2-naftóico (3-Ac), bis(2,4-dinitrofenil) fostato (BDNPP) e dietil 2,4-dinitrofenil fosfato (DEDNPP), e p-nitrofenil acetato, butirato e octanoato (PNPA, PNPB, PNPC). De fato, o PHA foi muito eficiente e pode ser considerado promíscuo, uma vez que acelerou a reação de clivagem de todos os ésteres estudados, com incrementos catalíticos de até 1010 vezes. Quando se agregou o surfactante CTABr ao PHA, observou-se um incremento na velocidade de reação de clivagem do BDNPP (cerca de 15 vezes), quando comparado com a reação na presença de somente polímero. Porém, quando se adicionou SDS e SB3-14, as constantes de velocidade observadas praticamente não variaram no primeiro caso e inibição da reação ocorreu com SB3-14. Na segunda parte deste trabalho, utilizaram-se co-micelas, que também contêm o grupo hidroxâmico (LHA), na clivagem do BDNPP e analisou-se o mecanismo de reação; As micelas mistas de LHA/CTABr aceleraram efetivamente essa reação de desfosforilação devido provavelmente à sua habilidade em concentrar ambos substrato e nucleófilo . na pseudo-fase micelar. A constante de velocidade observada para a desfosforilação do BDNPP, na fração molar do nucleófilo de 0,1, é aproximadamente 104 vezes mais rápida que a reação em água desse substrato. As reações de ambos LHA e ABH (ácido benzoidroxâmico) foram monitoradas por ESI-MS e EI-MS e os mecanismos de reações foram propostos. Por analogia, propôs-se também o mecanismo no caso do PHA com os mesmos substratos.A polymer (PHA) containing the functional groups hydroxamic acid and carboxylic acid was developed, which showed the ability to accelerate several reactions of ester cleavage. The methodology used to prepare this polymer favored the position of the two functional groups next to each other, which allows the cooperativity between these groups. This cooperativity has an important role when one wants to mimic enzymes. The polymer was characterized through potenciometric titration, IR, NMR, ESI-MS e TGA. The catalytic effect promoted by the polymer was evaluated on the cleavage of the following esters: 1-acetoxy-2-naphthoic acid (1-Ac), 2-acetoxy-1-naphthoic acid (2-Ac), 3-acetoxy-2-naphthoic acid (3-Ac), bis(2,4-dinitrophenyl) phosphate (BDNPP), diethyl 2,4-dinitrophenyl phosphate (DEDNPP), e p-nitrophenyl acetate, butyrate e octanoate (PNPA, PNPB, PNPC). Indeed, PHA was very efficient and promiscuous since it increased the rate of all reactions by a factor of up to 1010-fold. The effect of surfactants on the dephosphorylation of BDNPP by PHA was also investigated. It was observed that adding CTABr to PHA, the reaction is 15-fold faster compared to the reaction when only PHA is present. However, adding SDS almost has no effect on the observed rate constants, and adding SB3-14 inhibits the reaction. In the second part of this Thesis, mixed micelles of lauryl hydroxamic and LHA and CTABr were used on the dephosphorylation of BDNPP and in fact, they accelerate effectively this reaction by concentrating both, the .-nucleophile and the substrate, in the micellar pseudophase. When the nucleophilic mole fraction is 0.1, the dephosphorylation of BDNPP is approximately 104-fold faster than spontaneous hydrolysis. The reactions of LHA and BHA (benzohydroxamic acid) were monitored by ESI-MS and EI-MS and the mechanism of the reactions were proposed. By analogy, it was also proposed the mechanism of the reaction of PHA and all the substrates used in this study