A kinetic study on the nitrosation of methylurea and 2,6-dimethylphenol

Abstract

Methylurea는 음식이나 약품 등에 들어있어 체내에 있는 nitrite와 반응하여 유독한 N-nitroso 화합물을 만들어 작은창자나 림프구에 암을 유발하는 물질로 알려져 있다. phenol과 다양한 phenol 유도체들은 이러한 N-nitroso 화합물의 생성에 억제차 역할을 하기도 하고 촉매 역할을 하기도 하여 많은 관심의 대상이 되어 왔다. 이러한 연구들을 토대로 methylurea의 nitrosation 반응과 2,6-dimethylphenol 의 nitrosation 반응을 각각 실행해보고 methylurea가 2,6-dimethylphenol의 nitrosation 반응의 속도에 어떤 영향을 주는지 고찰해 보았다. Methylurea의 nitrosation 반응은 242nm의 파장에서 나타나는 nitrosation 반응의 생성물인 N-methyl -N -nitrosourea의 흡광도 변화를 통해 관찰되었다. methylurea의 nitrosation 반응은 nitrite와 methylurea, 수소 이온 농도에 대해 각각 일차반응이었다. 실험을 통해 얻은 삼차 속도 상수 k₃= 27.7M^(-2)s^(-1)이었고 이 값은 Casado 등의 선행연구에서 얻어진 26.5M^(-2)s^(-1)와 거의 일치하였다. methylurea의 nitrosation 반응에서 속도 결정 단계는 protonated nitrosomethylurea 로부터 proton이 이동하여 최종 생성물로 가는 단계였다. 2,6-dimethylphenol의 nitrosation에서는 308nm와 422nm. 두 파장에서 흡광도의 뚜렷한 변화를 볼 수 있었다. 308nm에서 발견되는 생성물은 2,6-dimethylphenol이 nitrosation 될 때 얻어지는 주 생성물인 4-nitroso- 2,6-dimethyl phenol로 볼 수 있다. 308nm에서 흡광도는 반응이 진행됨에 따라 빠르게 증가하다가 시간이 지나면 아주 서서히 증가하여 거의 일정해지는 모습을 보인다. 반응 속도는 nitrite와 2.6-dimethylphenol에 대해 각각 일차 반응이었다. 422nm에서 흡광도는 반응 시작 후 빠르게 증가하다가 최대 흡광도에 이른 후 다시 감소하는 경향을 보였다. 이 때 422nm의 흡광도가 감소하는 동안 308nm의 홉광도는 조금씩 증가함을 스펙트럼을 통해서 볼 수 있다. 422nm에서 생성되는 물질에 대해서는 보고된 바가 없으나 이 물질은 308nm에서 생성되는 생성물과는 다른 물질이며 일단 만들어진 뒤 분해되어 다시 308nm의 생성물을 만드는데 쓰이는 것으로 보인다. 422nm에서 흡광도가 증가하는 반응의 속도식은 nitrite와 2,6-dimethylphenol에 대해 각각 일차 반응이었다. 흡광도가 감소하는 반응에서도 nitrite와 2,6-dimethylphenol에 대해 각각 일차 반응임을 알 수 있었다. 흡광도가 증가하는 반응에서의 이차 속도 상수는 0.92M^-1s^-1, 감소하는 반응에서의 이차 속도 상수는 0.38M^-1s^-1 였다. Methylurea는 2,6-dimethylphenol의 nitrosation 반응 속도를 빠르게 하는 것으로 나타났다. methylurea가 존재 할 때는 methylurea가 없을 때와는 달리 반응속도가 2,6-dimethylphenol의 농도에 대하여 유사 일차 속도 상수를 도시했을 때의 직선이 절편을 가지는 것으로 나타났다. 또한 methylurea의 농도가 높아지면 반응속도가 증가하는 경향을 나타내었다. 이러한 결과로부터 methylurea는 2,6-dimethylphenol이 nitrosation되는 반응에서 2,6-dime thylphenol과 경쟁적으로 반응을 하고 또한 2,6-dimethylphenol의 nitrosation 반응에 general base catalyst로 작용하고 있다는 것을 알 수 있다. 422nm에서 흡광도가 감소하는 속도는 methylurea를 처음부터 동시에 넣고 관찰하면 methylurea의 농도가 커질수록 감소하는 속도가 느려졌다. 그러나 2,6-dimethylphenol에 의한 nitrosation 생성물이 최대 흡광도에 다다른 후 methyl urea를 넣어주면 흡광도가 감소하는 속도가 증가하였는데, 그 증가하는 정도는 methylurea의 농도에 따라 거의 변화가 없었다. 이러한 결과로부터 methylurea의 역할을 설명하기는 어려웠으며 422nm에서 생성되는 물질을 밝히고 그 생성물이 생성되고 분해되는 반응에 methylurea가 어떤 역할을 하는지 알아내기 위해서는 좀 더 세부적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.;Nitroso compound have attracted wide interest in recent years due to the fact that most of them are toxic, carcinogenic, and mutagenic. Among those compounds the alkylnitrosoureas have been extensively studied because of their varied organ-specific carcinogenic activity. Ntrosation of phenolic compounds also have been widely examined owing to their mutagenic activity. Despite of the biochemical significance of the nitrosation of alkylureas and penolic compounds little research has been done on the mechanism of these reactions. In this work, the nitrosation of methylurea and 2,6-dimethylphenol by sodium nitrite have been investigated at 25℃, at acidities between 0.005M-0.2M HClO₄. The kinetic study on the reaction of methylurea and sodium nitrite shows the result of first order with respect to both the methylurea and the nitrite. The rate-controlling step is involved proton transfer from the intermediate. As a result of nitrosation reaction of 2,6-dimethylphenol two peaks have been found at 308nm and 422nm. The peak found at 308nm is due to the main product, 4-nitroso-2,6-dimethylphenol. The reaction monitored at 308nm is first order with respect to both the nitrite and the 2,6-dimethylphenol. The product found at 422nm has not been identified. Its absorbance is decreased after reaching the maximum absrobance and during the decrease of absrobance at 308m, the absorbance at 308nm is increased very slowly. The kinetic study on the reaction of 2,6-dimethylphenol with nitrite monitored at 422nm shows the result of first order with respect to both the 2,6-dimethylphenol and the nitrite. The reaction of methylurea, 2,6-dimethylphenol and nitrite also has been studied. The nitrosation reaction of 2,6-dimethylphenol is stimulated at the presence of methylurea. Methylurea acts as a general base- catalyst in the reaction of 2,6-dimethylphenol with nitrite as well as reacts with nitrite competitively.