Fotooksigenatsiya

Fotooksigenatsiya – yorugʻlik taʼsirida oksidlanish reaksiyasi boʻlib, unda molekulyar kislorod mahsulot(lar)ga kiritiladi.^[1]^[2] Fotooksigenatsiya reaksiyalariga boʻlgan dastlabki tadqiqot qiziqishi 1900-yilda Oskar Raabning yorugʻlik, kislorod va fotosensibilizatorlarning kombinatsiyasi hujayralar uchun juda zaharli ekanligi haqidagi kuzatishlaridan kelib chiqqan.^[3] Fotooksigenatsiyaning dastlabki tadqiqotlari DNK va aminokislotalarning oksidlovchi shikastlanishiga qaratilgan edi^[2], ammo yaqinda oʻtkazilgan tadqiqotlar fotooksigenatsiyani organik sintez va fotodinamik terapiyada qoʻllashga olib keldi.^[4]

Fotooksigenatsiya reaksiyalari fotosensibilizator tomonidan boshlanadi, bu molekula maʼlum bir toʻlqin uzunligidagi yorugʻlik (masalan, boʻyoqlar va pigmentlar) taʼsirida qoʻzgʻaluvchan holatga kiradi. Keyin qoʻzgʻalgan sensibilizator substrat yoki asosiy holatdagi molekulyar kislorod bilan reaksiyaga kirishadi va natijada kislorodli molekulaga olib keladigan energiya almashinuvi kaskadini boshlaydi. Shunday qilib, fotooksigenatsiya reaksiyalari ushbu oraliq mahsulotlarning turi va tartibi boʻyicha toifalarga boʻlinadi (I-toifa, II-turdagi yoki III-turdagi^[5] reaksiyalar).^[2]^[3]

Terminologiya

Fotooksigenatsiya reaksiyalari oʻxshash nomlarga ega boʻlgan bir qator jarayonlar (yaʼni, fotosensibilizatsiyalangan oksidlanish) bilan osongina aralashtiriladi. Aniq farqlar uchta xususiyatga asoslangan holda amalga oshirilishi mumkin: oksidlanish, yorugʻlikning ishtiroki va molekulyar kislorodning mahsulotlarga qoʻshilishi:

Sensibilizatorlar

Sensibilizatorlar („Sens“ deb nomlanadi) flüoresan boʻyoqlari, metilen koʻk va polisiklik aromatik uglevodorodlar kabi birikmalar boʻlib, ular elektromagnit nurlanishni (odatda spektrning koʻrinadigan diapazonida) oʻzlashtira oladi va oxir-oqibat bu energiyani molekulyar kislorodga yoki kislorodga oʻtkazadi. fotooksigenatsiya jarayonining substrati. Tabiiy va sintetik boʻlgan koʻplab sensibilizatorlar yorugʻlikni koʻrinadigan spektrda singdirish uchun keng aromatik tizimlarga tayanadi.^[4] Sensibilizatorlar yorugʻlik taʼsirida qoʻzgʻatilganda, ular singl holatiga etadi, ¹Sens*. Keyinchalik bu singlet tizimlararo kesishuv orqali uchlik holatiga (bu barqarorroq), ³Sens* ga aylanadi. ³Sens* – bu fotooksigenatsiya reaksiyalarining uchta turida substrat yoki ³O₂ bilan reaksiyaga kirishadigan narsa.^[6]

<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><semantics><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mstyle displaystyle="true" scriptlevel="0"><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mtext> Failed to parse (sintaktik xato): {\displaystyle \ce{Sens ->[hv] {^1Sens^\ast} -> {³Sens^\ast}}} </mtext><mrow class="MJX-TeXAtom-REL"><mover><mo> Failed to parse (sintaktik xato): {\displaystyle \ce{Sens ->[hv] {^1Sens^\ast} -> {³Sens^\ast}}} </mo><mpadded lspace="0.278em" voffset=".15em" width="+0.611em"><mi> Failed to parse (SVG (MathML can be enabled via browser plugin): Invalid response ("Math extension cannot connect to Restbase.") from server "http://localhost:6011/uz.wikipedia.org/v1/":): {\displaystyle \ce{Sens ->[hv] {^1Sens^\ast} -> {³Sens^\ast}}} </mi><mi> Failed to parse (sintaktik xato): {\displaystyle \ce{Sens ->[hv] {^1Sens^\ast} -> {³Sens^\ast}}} </mi></mpadded></mover></mrow><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mmultiscripts><mtext> Failed to parse (sintaktik xato): {\displaystyle \ce{Sens ->[hv] {^1Sens^\ast} -> {³Sens^\ast}}} </mtext><mo> Failed to parse (sintaktik xato): {\displaystyle \ce{Sens ->[hv] {^1Sens^\ast} -> {³Sens^\ast}}} </mo><mn> Failed to parse (sintaktik xato): {\displaystyle \ce{Sens ->[hv] {^1Sens^\ast} -> {³Sens^\ast}}} </mn></mmultiscripts></mrow><mo stretchy="false"> Failed to parse (sintaktik xato): {\displaystyle \ce{Sens ->[hv] {^1Sens^\ast} -> {³Sens^\ast}}} </mo><mrow class="MJX-TeXAtom-ORD"><mmultiscripts><mtext> Failed to parse (sintaktik xato): {\displaystyle \ce{Sens ->[hv] {^1Sens^\ast} -> {³Sens^\ast}}} </mtext><mo> Failed to parse (sintaktik xato): {\displaystyle \ce{Sens ->[hv] {^1Sens^\ast} -> {³Sens^\ast}}} </mo><mn> Failed to parse (sintaktik xato): {\displaystyle \ce{Sens ->[hv] {^1Sens^\ast} -> {³Sens^\ast}}} </mn></mmultiscripts></mrow></mrow></mstyle></mrow><annotation encoding="application/x-tex"> </annotation></semantics></math>Failed to parse (sintaktik xato): {\displaystyle \ce{Sens ->[hv] {^1Sens^\ast} -> {³Sens^\ast}}} </img>

Molekulyar kislorod holatlari

Klassik Lyuis tuzilmalarida molekulyar kislorod O₂ ikkita kislorod atomi oʻrtasida qoʻsh bogʻlanish sifatida tasvirlangan. Biroq, O₂ ning molekulyar orbitallari aslida Lyuis tuzilmalari taklif qilgandan koʻra murakkabroqdir. O₂ ning eng yuqori egallagan molekulyar orbitali (HOMO) bir juft degeneratsiyaga uchragan antibogʻlanish $\pi$ orbitallari, $\pi$ _2px * va $\pi$ _2py * boʻlib, ularning ikkalasi ham spinli juftlashtirilmagan elektronlar bilan birma-bir band boʻladi.^[4] Bu elektronlar O₂ ning asosiy holatda (³O₂ sifatida koʻrsatilgan) triplet diradikal boʻlishiga sabab boʻladi.

Koʻpgina barqaror molekulalarning HOMOʻlari molekulyar orbitallarni bogʻlashdan iborat boʻlsa va shuning uchun birinchi qoʻzgʻatilgan holatga erishish uchun bogʻlanishdan antibogʻlanishga oʻrtacha energiya sakrashini talab qilsa-da, molekulyar kislorodning HOMO ning antibogʻlanish tabiati uning asosiy holati va birinchi qoʻzgʻatilgan holati oʻrtasidagi energiya boʻshligʻini kamaytirishga imkon beradi.. Bu O₂ qoʻzgʻalishini kamroq energiya cheklovchi jarayonga aylantiradi. O₂ ning birinchi qoʻzgʻaluvchan holatida asosiy holatdan 22 kkal/mol energiya ortadi, antibogʻlovchi orbitallardagi har ikkala elektron degeneratsiyalangan $\pi$ * orbitalni egallaydi va kislorod endi yagona holatda (¹O₂ sifatida koʻrsatilgan).^[3] ¹O₂ juda reaktiv boʻlib, umri 10-100 $\mu$ s.^[4]

Fotooksigenatsiya turlari

Fotooksigenatsiya reaksiyalarining uchta turi oʻzlarining mexanizmlari bilan ajralib turadi, chunki ular atrof-muhit sharoitlariga qarab turli xil yoki oʻxshash mahsulotlarni berishga qodir. I va II-turdagi reaksiyalar neytral oraliq moddalar orqali, III turdagi reaksiyalar esa zaryadlangan turlar orqali boradi. ¹O₂ ning yoʻqligi yoki mavjudligi mos ravishda I va II-turdagi reaksiyalarni ajratib turadi.^[1]

Fotooksigenatsiya turi diagrammasi

I-turi

I-turdagi reaksiyalarda fotoaktivlangan ³Sens* substrat bilan oʻzaro taʼsirlanib, radikal substrat hosil qiladi, odatda substratdagi vodorod bogʻining gomolitik bogʻlanishini buzish orqali. Keyinchalik bu substrat radikali ³O₂ (asosiy holat) bilan oʻzaro taʼsirlanib, substrat-O₂ radikalini hosil qiladi. Bunday radikal odatda boshqa substrat molekulasidan yoki erituvchidan vodorodni olish yoʻli bilan soʻndiriladi. Bu jarayon reaksiyaning zanjirli tarqalishiga imkon beradi.

Misol: diradikal oraliq moddalarning kislorodni ushlab turishi

I-turdagi fotooksigenatsiya reaksiyalari diradikal turlarni shakllantirish va ushlab turish jarayonida tez-tez qoʻllanadi. Mirbach va boshqalar. azo birikmasi diradikal uglevodorodni hosil qilish uchun fotoliz orqali parchalanadi va keyin molekulyar kislorod tomonidan bosqichma-bosqich tutiladi:^[7]

Azid fotolizi kislorodni ushlab turish

II-tur

II-turdagi reaksiyalarda ³Sens* oʻz energiyasini ¹O₂ hosil qilish uchun nurlanishsiz oʻtish orqali toʻgʻridan-toʻgʻri ³O₂ bilan uzatadi. Keyin ¹O₂ substratga turli yoʻllar bilan qoʻshiladi, jumladan: siklik yuklanishlar (koʻpincha [4+2]), 1,2-dioksetanlarni hosil qilish uchun qoʻsh bogʻlanishlarga qoʻshilish va olefinlar bilan ene reaksiyalari.^[2]

Misol: prostaglandin sintezining kashshofi

Sis −2-siklopenten-1,4-diol hosil qilish uchun singlet kislorodning siklopentadienga [4+2] siklo yuklanishi prostaglandinlar sintezida ishtirok etadigan keng tarqalgan bosqichdir.^[8] Singlet kislorodning dastlabki qoʻshilishi kelishilgan [4+2] sikl yuklanishi orqali beqaror endoperoksid hosil qiladi. Peroksidning keyingi qisqarishi ikki alkogol guruhini hosil qiladi.

4+2 siklopentadien O2 siklopentatsiyasi

III-tur

III-turdagi reaksiyalarda ³Sens* va substrat oʻrtasida sodir boʻladigan elektron almashinuvi mavjud boʻlib, natijada anion Sens va katyonik substrat hosil boʻladi. Anion Sens elektronni ³O₂ ga oʻtkazib, superoksid anioni O<sub id="mwpQ">2</sub> <sup id="mwpg">-</sup> hosil boʻlgan joyda yana bir elektron oʻtkazish sodir boʻladi. Bu uzatish Sensni asosiy holatiga qaytaradi. Keyin superoksid anioni va katyonik substrat kislorodli mahsulot hosil qilish uchun oʻzaro taʼsir qiladi.

Misol: indolizin fotooksigenatsiyasi

Indolizinlarning (indolning geterotsiklik aromatik hosilalari) fotooksigenatsiyasi ham mexanik, ham sintetik kontekstda oʻrganilgan. I yoki II-turdagi fotooksigenatsiya mexanizmidan oʻtish oʻrniga, baʼzi tadqiqotchilar 9,10-disiyanoantraken (DCA) dan fotosensitator sifatida foydalanishni tanladilar, bu esa indolizin hosilasining superoksid anion radikali bilan reaksiyasiga olib keldi. Eʼtibor bering, reaksiya ajratilmagan (va shuning uchun tasvirlanmagan) indolizin radikal kation oraliq mahsuloti orqali boradi:^[9]

Indolizin superoksid fotooksigenatsiyasi

Ilovalar

Organik sintez

Fotooksigenatsiyaning barcha 3 turi organik sintez sharoitida qoʻllanilgan. Xususan, II-turdagi fotooksigenatsiyalar eng koʻp qoʻllanilgani isbotlangan (singl kislorod hosil qilish uchun kam energiya talab qilinganligi sababli) va „organik birikmalarni fotokimyoviy oksifunksionalizatsiya qilishning eng kuchli usullaridan biri“ sifatida tavsiflangan.^[10] Bu reaksiyalar barcha umumiy erituvchilarda va sensibilizatorlarning keng doirasi bilan borishi mumkin.

Organik sintezda II-turdagi fotooksigenatsiyalarning koʻp qoʻllanilishi Valdemar Adamning asiklik alkenlar bilan singl kislorodning ene-reaksiyasiga oid tadqiqotlaridan kelib chiqadi.^[10] Sis effekti va tegishli boshqaruv guruhlari mavjudligi tufayli reaksiya hatto yuqori regioselektiv va diasteroselektivlikni ikkita qimmatli stereokimyoviy nazorat.^[11] taʼminlashi mumkin -

Yagona kislorod en-reaksiyasi stereoyoʻnalishi

Fotodinamik terapiya

Fotodinamik terapiya (PDT) saraton toʻqimasini yoʻq qilish uchun fotooksigenatsiyadan foydalanadi.^[12] Oʻsimta ichiga fotosensibilizator yuboriladi, soʻngra Sensni qoʻzgʻatish uchun toʻqimalarga oʻziga xos toʻlqin uzunlikdagi yorugʻlik taʼsir qiladi. Qoʻzgʻatilgan Sens odatda hujayralarga oksidlovchi zarar etkazish uchun I yoki II turdagi fotooksigenatsiya mexanizmiga amal qiladi. Oʻsimta hujayralariga keng oksidlovchi shikastlanish oʻsimta hujayralarini oʻldiradi. Shuningdek, yaqin atrofdagi qon tomirlarining oksidlovchi shikastlanishi mahalliy aglomeratsiyaga olib keladi va oʻsimtaning ozuqaviy taʼminotini toʻxtatadi va shu bilan oʻsimta och qoladi.^[13]

PDTda ishlatiladigan Sensni tanlashda muhim eʼtibor – bu Sens qoʻzgʻatilgan holatga erishish uchun yutadigan yorugʻlikning oʻziga xos toʻlqin uzunligi. Chunki toʻqimalarning maksimal kirib borishi 800 nm, toʻlqin uzunligi atrofida erishiladi bu diapazon atrofida soʻriladigan Sensni tanlash foydalidir, chunki bu PDTning dermisning eng tashqi qatlami ostidagi oʻsmalarga taʼsir qilishiga imkon beradi. 800 nm oynasi yorugʻlik toʻqimalarga kirib borishda eng samarali hisoblanadi, chunki toʻlqin uzunligi 800. nm dan qisqaroq yorugʻlik hujayralarning makromolekulalari tomonidan va 800. nm dan ortiq toʻlqin uzunliklarida tarqala boshlaydi suv molekulalari yorugʻlikni oʻzlashtira boshlaydi va uni issiqlikka aylantiradi.^[4]

Manbalar

↑ ^1,0 ^1,1 IUPAC. Compendium of Chemical Terminology A. D. McNaught and A. Wilkinson: . Blackwell Scientific Publications, Oxford, 1997. DOI:10.1351/goldbook. ISBN 978-0-9678550-9-7. Manba xatosi: Invalid <ref> tag; name "IUPAC-1997" defined multiple times with different content
↑ ^2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 M. R. Iesce; et al. (2005). „Photooxygenation of Heterocycles“. Curr. Org. Chem. 9-jild, № 2. 109–139-bet. doi:10.2174/1385272053369222. Manba xatosi: Invalid <ref> tag; name "iesce-2005" defined multiple times with different content
↑ ^3,0 ^3,1 ^3,2 C.S. Foote (1968). „Mechanisms of Photosensitized Oxidation“. Science. 162-jild, № 3857. 963–970-bet. Bibcode:1968Sci...162..963F. doi:10.1126/science.162.3857.963. Manba xatosi: Invalid <ref> tag; name "foote-1968" defined multiple times with different content
↑ ^4,0 ^4,1 ^4,2 ^4,3 ^4,4 I. J. MacDonald, and T. J. Dougherty (2001). „Basic principles of photodynamic therapy“. Journal of Porphyrins and Phthalocyanines. 5-jild, № 2. 105–129-bet. doi:10.1002/jpp.328. Manba xatosi: Invalid <ref> tag; name "macdonald-2001" defined multiple times with different content
↑ Most of the recent (post-2000) literature includes the „Type III“ classification; however, older articles only recognize Type I and Type II as named classes of photooxygenation reactions.
↑ C.S. Foote. Type I and Type II Mechanisms of Photodynamic Action, 1987 — 22–38-bet. DOI:10.1021/bk-1987-0339.ch002. ISBN 978-0-8412-1026-4.
↑ Mirbach, Marlis; M. Manfred; A. Saus (1982). „High-pressure photochemistry and ultraviolet spectroscopy in gas–liquid systems“. Chemical Reviews. 82-jild, № 1. 59–76-bet. doi:10.1021/cr00047a003.
↑ Stork, Gilbert; P. Sher; H. Chen (October 1986). „Radical Cyclization-Trapping in the Synthesis of Natural Products. A Simple, Stereocontrolled Route to Prostaglandin Fza“. J. Am. Chem. Soc. 108-jild, № 20. 6384–6385-bet. doi:10.1021/ja00280a043.
↑ Li, Yun; H. Hu; J. Ye; H. Fun; H. Hu; J. Xu (2004). „Reaction modes and mechanism in indolizine photooxygenation reactions“. Journal of Organic Chemistry. 69-jild, № 7. 2332–2339-bet. doi:10.1021/jo035070d.
↑ ^10,0 ^10,1 Rumbach, edited by Jochen Mattay and Axel G. Griesbeck in cooperation with Christian Stammel, Joachim Hirt and Thomas. Photochemical key steps in organic synthesis : an experimental course book Jochen Mattay and Axel Griesbeck: . Weinheim: VCH, 1994. ISBN 978-3-527-29214-1. Manba xatosi: Invalid <ref> tag; name "rumbach-1994" defined multiple times with different content
↑ Adam, Waldemar; W. Bruenker (1993). „Diastereoselective and regioselective photooxygenation of a chiral allylic amine and its acyl derivatives: stereochemical evidence for a steering effect by the amino group in the ene reaction of singlet oxygen“. J. Am. Chem. Soc. 115-jild, № 7. 3008–3009-bet. doi:10.1021/ja00060a072.
↑ Dougherty, Thomas (May 1987). „Photosensitizers: therapy and detection of malignant tumors“. Photochemistry and Photobiology. 45-jild, № 445. 879–889-bet. doi:10.1111/j.1751-1097.1987.tb07898.x.
↑ Chen, Qun; Z. Huang; H. Chen; H. Shapiro; J. Beckers; F. Hetzel (August 2002). „Improvement of Tumor Response by Manipulation of Tumor Oxygenation During Photodynamic Therapy“. Photochemistry and Photobiology. 76-jild, № 2. 197–203-bet. doi:10.1562/0031-8655(2002)0760197IOTRBM2.0.CO2.

[IUPAC-1997-1] 1,0 ^1,1 IUPAC. Compendium of Chemical Terminology A. D. McNaught and A. Wilkinson: . Blackwell Scientific Publications, Oxford, 1997. DOI:10.1351/goldbook. ISBN 978-0-9678550-9-7. Manba xatosi: Invalid <ref> tag; name "IUPAC-1997" defined multiple times with different content

[iesce-2005-2] 2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 M. R. Iesce; et al. (2005). „Photooxygenation of Heterocycles“. Curr. Org. Chem. 9-jild, № 2. 109–139-bet. doi:10.2174/1385272053369222. Manba xatosi: Invalid <ref> tag; name "iesce-2005" defined multiple times with different content

[foote-1968-3] 3,0 ^3,1 ^3,2 C.S. Foote (1968). „Mechanisms of Photosensitized Oxidation“. Science. 162-jild, № 3857. 963–970-bet. Bibcode:1968Sci...162..963F. doi:10.1126/science.162.3857.963. Manba xatosi: Invalid <ref> tag; name "foote-1968" defined multiple times with different content

[macdonald-2001-4] 4,0 ^4,1 ^4,2 ^4,3 ^4,4 I. J. MacDonald, and T. J. Dougherty (2001). „Basic principles of photodynamic therapy“. Journal of Porphyrins and Phthalocyanines. 5-jild, № 2. 105–129-bet. doi:10.1002/jpp.328. Manba xatosi: Invalid <ref> tag; name "macdonald-2001" defined multiple times with different content

[5] Most of the recent (post-2000) literature includes the „Type III“ classification; however, older articles only recognize Type I and Type II as named classes of photooxygenation reactions.

[foote-1970-6] C.S. Foote. Type I and Type II Mechanisms of Photodynamic Action, 1987 — 22–38-bet. DOI:10.1021/bk-1987-0339.ch002. ISBN 978-0-8412-1026-4.

[7] Mirbach, Marlis; M. Manfred; A. Saus (1982). „High-pressure photochemistry and ultraviolet spectroscopy in gas–liquid systems“. Chemical Reviews. 82-jild, № 1. 59–76-bet. doi:10.1021/cr00047a003.

[8] Stork, Gilbert; P. Sher; H. Chen (October 1986). „Radical Cyclization-Trapping in the Synthesis of Natural Products. A Simple, Stereocontrolled Route to Prostaglandin Fza“. J. Am. Chem. Soc. 108-jild, № 20. 6384–6385-bet. doi:10.1021/ja00280a043.

[9] Li, Yun; H. Hu; J. Ye; H. Fun; H. Hu; J. Xu (2004). „Reaction modes and mechanism in indolizine photooxygenation reactions“. Journal of Organic Chemistry. 69-jild, № 7. 2332–2339-bet. doi:10.1021/jo035070d.

[rumbach-1994-10] 10,0 ^10,1 Rumbach, edited by Jochen Mattay and Axel G. Griesbeck in cooperation with Christian Stammel, Joachim Hirt and Thomas. Photochemical key steps in organic synthesis : an experimental course book Jochen Mattay and Axel Griesbeck: . Weinheim: VCH, 1994. ISBN 978-3-527-29214-1. Manba xatosi: Invalid <ref> tag; name "rumbach-1994" defined multiple times with different content

[11] Adam, Waldemar; W. Bruenker (1993). „Diastereoselective and regioselective photooxygenation of a chiral allylic amine and its acyl derivatives: stereochemical evidence for a steering effect by the amino group in the ene reaction of singlet oxygen“. J. Am. Chem. Soc. 115-jild, № 7. 3008–3009-bet. doi:10.1021/ja00060a072.

[Dougherty-1987-12] Dougherty, Thomas (May 1987). „Photosensitizers: therapy and detection of malignant tumors“. Photochemistry and Photobiology. 45-jild, № 445. 879–889-bet. doi:10.1111/j.1751-1097.1987.tb07898.x.

[Chen-2002-13] Chen, Qun; Z. Huang; H. Chen; H. Shapiro; J. Beckers; F. Hetzel (August 2002). „Improvement of Tumor Response by Manipulation of Tumor Oxygenation During Photodynamic Therapy“. Photochemistry and Photobiology. 76-jild, № 2. 197–203-bet. doi:10.1562/0031-8655(2002)0760197IOTRBM2.0.CO2.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]