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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.46.2008.tde-24072008-135509
Document
Author
Full name
Luiz Francisco Monteiro Leite Ciscato
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2008
Supervisor
Committee
Baader, Josef Wilhelm (President)
Bechara, Etelvino José Henriques
Coelho, Fernando Antônio Santos
Hioka, Noboru
Sumodjo, Paulo Teng An
Title in Portuguese
Síntese de novos 1,2-dioxetanos estáveis e observação direta da etapa de quimiexcitação no sistema peróxi-oxalato
Keywords in Portuguese
1,2-dioxetanos
Barton-Kellogg
Peróxi- oxalato
Quimiexcitação
Quimiluminescência
Abstract in Portuguese
Neste trabalho foram sintetizados, purificados e caracterizados (RMN 1H e 13C) três 1,2-dioxetanos contendo como substituinte o grupo spiro- fenchílico (2-spiro(1,3,3-trimetil-biciclo[2.2.1]heptil), sendo dois destes inéditos. Para a obtenção dos precursores destes 1,2-dioxetanos foi desenvolvida uma nova metodologia para a síntese de enóis-éteres altamente impedidos, através de um procedimento modificado envolvendo a olefinação de Barton-Kellogg. Este procedimento envolveu a reação entre um tionoéster e um composto diazo, formando, após a extrusão de nitrogênio e enxofre, enóis-éteres altamente impedidos em altos rendimentos em comparação com outros métodos. Os parâmetros de ativação para estes 1,2-dioxetanos foram determinados, demonstrando a alta estabilidade destes peróxidos cíclicos, apesar de menor do que a dos análogos spiro-adamantil-substituídos. A decomposição induzida por fluoreto do derivado contendo um substituinte 3-sililóxi-fenila ocorre com altos rendimentos quânticos de quimiluminescência e os parâmetros de quimiluminescência deste derivado spiro-adamantil-substituídos. Sendo são comparáveis aos dos análogos assim, derivados dioxetânicos fenchil-substituídos poderão ser utilizados como detectores em imunoensaios. Na segunda parte desse trabalho, a interação entre o ativador e o intermediário de alta energia (IAE) do sistema peróxi-oxalato foi observada diretamente, pela primeira vez, através da metodologia de adição do ativador com retardo à mistura de reação, contendo cloreto de oxalila e peróxido de hidrogênio. Por esta metodologia, foram determinadas as constantes de velocidade para a decomposição unimolecular (kD ~ 0,023 s-1 ) e catalisada (kCAT = 64 a 170000 M-1 .s-1 ) do intermediário de alta energia para vários CAT ativadores. Além disso, foi possível determinar os parâmetros de ativação da reação entre o ativador e o intermediário de alta energia (ΔH = 11,1 kcal.mol-1, ΔS = -3,14 cal.K-1 .mol-1, ΔG = 12,1 kcal.mol-1) e estimar a concentração deste intermediário acumulado no sistema na ausência do ativador ([IAE]max ~ 2 µM). A correlação de energia livre entre os valores de KCAT e o potencial de oxidação do ativador utilizado mostrou-se linear e CAT permitiu a obtenção do coeficiente de transferência de elétron (α = 0,2), indicando claramente a ocorrência de uma transferência de elétron do ativador para o IAE no passo de quimiexcitação da reação peróxi-oxalato, de acordo com o mecanismo CIEEL postulado para este sistema.
Title in English
Synthesis of new stable 1,2-dioxetanes and direct observation of the chemiexcitation step in the peroxyoxalate reaction.
Keywords in English
1,2-dioxetanes
Barton-Kellogg
Chemiexcitation
Chemiluminescence
Peroxyoxalate
Abstract in English
In this work, the synthesis, purification and characterization by 1H and 13C NMR spectroscopy of three 1,2-dioxetanes, including two new derivatives, containing the spiro-fenchyl (2-spiro-1,3,3-trimethyl- bicyclo[2.2.1]heptyl) moiety as substituent is reported. The precursor enol- ethers to these 1,2-dioxetanes were prepared by a new synthetic pathway (a modification of the Barton-Kellogg coupling procedure), based on the reaction between a thionoester and a diazo-compound, producing a heterocyclic intermediate which, after a two-fold extrusion of nitrogen and sulfur, yields highly encumbered enol-ethers in high yields when compared to other classical methods. The activation parameters of these 1,2-dioxetanes were determined, showing their elevated thermal stability, which is, however, lower than that of the analog spiro-adamantyl-substituted derivatives. The fluoride induced decomposition of the 1,2-dioxetane bearing a 3-silyloxyphenyl moiety occurs with high chemiluminescence quantum yields and activation parameters, comparable to those of the corresponding spiro-adamantyl- substituted analogous. Thus, fenchyl-substituted 1,2-dioxetanes could be useful as substrates in immunoassays. Furthermore, the direct observation of the interaction between an activator and the high-energy intermediate (HEI) in the peroxyoxalate system, is reported here for the first time, using delayed addition of the activator to the reaction mixture containing oxalyl chloride and hydrogen peroxide. This methodology allows the determination of rate constants for -1 - the unimolecular (kD = 0,023 s-1 ) and catalyzed (kCAT = 63,5 to 172000 M-1.s-1 decomposition of the high-energy intermediate for several activators. Additionally, it was possible to determine the activation parameters for the reaction between the activator and the high-energy intermediate (ΔH = 11.1 kcal.mol-1, ΔS = -3.14 cal.K-1.mol-1 , ΔG = 12.1 kcal.mol-1) and estimate the concentration of this high-energy intermediate accumulated in the system in the absence of activator ([HEI]max = 2 µM). The free-energy relationship between the kCAT values and the oxidation potential of the activator showed CAT to be linear, with an electron-transfer coefficient of α = 0,2, showing the occurrence of an electron transfer from the activator to the HEI, in agreement with the CIEEL mechanism postulated for this system.
 
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Publishing Date
2008-08-04
 
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