A model for detoxification of organophosphates: the effect of micelles and vesicles in oximolysis of p-nitrophenydiphenyphosphate

Oximas têm sido extensivamente usadas como antídoto para envenenamento por organofosforados e como desontaminante. Micelas e vesículas, utilizadas como catalisadores e transportadores de drogas, constituem agentes potenciais para tratamento e descontaminação. Neste trabalho descrevemos a reação de p-Nitrofenildifenilfosfato (PNPDPP), um substrato modelo para organofosforado, com: acetofenoxima (I); ácido 10- fenil-10-hidroxiiminodecanóico (II); 4-(9-carboxinonanil)-1-(9-carboxi-1-hidroiimino nonanil) benzeno (III); cloreto de N-dodecilpiridina (IV); cloreto N-metilpiridina 2-aldoxima (V), na presença de micelas catiônicas e zwitteriônicas de cloreto de hexadeciltrimetilamônio, CTAC e N-Hexadecil-N,N-dimetil-1-propano sulfonato, HPS, respectivamente, e vesículas catiônicas de dioctadecildimetilamônio, DODAC. O pKa aparente, pKap, das oximas em agregados de anfifilicos, a constante de velocidade de segunda ordem de oximólise em micelas ou vesículas, km, e as constantes de velocidade observadas para a oximólise de PNPDPP, kobs, foram determinadas espectrofotometricamente, a pH constante, variando-se a concentração dos anfifílicos. Os resultados foram analisados usando as teorias: modelo de pseudofase (PP) e modelo de pseudofase com considerações de troca iônica (PIE), descrita na literatura pelo nosso grupo. As constantes de segunda ordem para oximólise de PNPDPP em água, kox, determinadas foram 6,5 M^-1 min^-1 (I, II e III) e 2,8 M^-1 min^-1 (IV e V). O kobs máximo em micelas e vesículas, kobsmax, e o kobs em água, kw, no mesmo pH, foram utilizadas para calcular o fator de aceleração máxima, AF, para cada anfifílico (AF = kobsmax/kw). Os agregados catalisam a decomposição de PNPDPP e os valores de AF (e km) foram da ordem de 10^4 (32 min^-1), 10^4 (125 min^-1) e 10^6 (80 min^-1) para a reação da oxima IV com CTAC, HPS e DODAC, respectivamente. A análise quantitativa da dependência da concentração de agregados anfifílicos na oximólise mostrou um considerável aumento da constante de velocidade da reação produzido por micelas e vesículas (maior que 8 x 10^6 vezes). Esse efeito é parcialmente devido a: concentração local dos reagentes, efeitos nos pKas dos nucleófilos e, mais importante, mudança na reatividade intrínseca das oximas.Oximes have been extensively used as antidotes and decontaminants of organophosphates. Micelles and vesicles, catalysts and drug transport agents, constitute potential vehicles for Oxime treatment. Here we describe the reaction of p-nitrophenyldiphenylphosphate (PNPDPP) with: acetophenoxime (I); 10-phenyl-10-hydroxyiminodecanoic acid (II); 4-(9-carboxynonanyl)-1-(9-carboxy-1-hydroyiminononanyl) benzene (III); N-dodecylpyridinium chloride (IV); N-methylpyridinium 2-aldoxime chloride (V), in the presence of cationic and zwitterionic micelles, hexadecyltrimethylammonium chloride, CTAC and N-Hexadecyl-N,N-dimethyl-1-propanesulfate, HPS, respectively, and cationic vesicles of dioctadecyldimethylammonium, DODAC. The apparent pKa, pKap, of the oximes in the amphiphile aggregates, the second order rate constants of oximolysis in micelles and vesicles, km, and the observed rate constants for PNPDPP oximolysis, kobs, were determined spectrophotometrically at constant varying amphiphilic concentrations. The results were analyzed using the pseudo-phase theory (PP) and pseudo-phase / ion exchange (PIE). The second order rate constant for (uncatalyzed) oximolysis of PNPDPP were 6.5 M^-1 min^-1 (I, II and III) and 2.77 M^-1 min^-1 (IV and V). From the maximum value of kobs in micelles and vesicles, kobsmax, and the value of kobs in water, kox, at the same pH, the maximum acceleration factor, AF, were calculated (AF = kobsmax / kw). The amphiphiles catalyzed the oximolysis of PNPDPP and the values of AF (and km) were ca 10^4 (32 min^-1), 10^4 (125 min^-1) and 10^6 (80 min^-1) for the reactions of Oxime IV in CTAC, HPS and DODAC, respectively. Quantitative analysis of the amphiphile concentration-dependence of rates demonstrated that the considerable rate increase produced by micelles and vesicles on the rate of oximolysis (up to 8 x 10^6 fold) is partly due to reagent concentration in the aggregate, effects on the pKas of the nucleophiles and, more importantly, catalysis