Dihydronicotinamide의 산화 및 수화반응에 미치는 금속이온의 영향

Abstract

Reduced form of Nicotinamide adenine dinucleotide (NAD^(+)), NADH, as well as NAD^(+) itself is the most important coenzyme involved in biological oxidation- reduction reactions. To understand the reaction mechanism involving NADH/NAD^(+) in biological systems and to utilize the novel characteristics of NADH in practical chemistry, the chemistry of NADH model compounds bearing dihydronicotinamide moiety has been extensively investigated. In this thesis, I report the results of spectroscopic investigations on the oxidation of dihydronicotinamides by Cu^(2+), and on the effects of Zn^(2+) and Mg^(2+) on the hydration reactions of dihydronicotinamides, which would be the major inactivation process of NADH and its analogs. In acidic aqueous media, dihydronicotinamides undergo the proton catalyzed hydration reaction and oxidation reaction by Cu^(2+). These two reactions were found to be independent and parallel, and obey the pseudo first order kinetics with respect to dihydronicotinamide in air-saturated solutions. The good linearity between hydration and oxidation rate constants was observed. Also the two reaction rate constants are greater as the 1-substituent in dihydronicotinamide ring is more electron-donating. This implied that the oxidation of dihydronicotinamides by Cu^(2+) is initiated by one-electron transfer process to Cu^(2+) and the process is slow and rate-determining step. The reduced Cu^(+) seemed to be regenerated oxygen. Unlike in aqueous media, the hydration reactions of dihydronicotinamides were strongly inhibited by the presence of Mg^(2+) and Zn^(2+) in 95%CH_(3)CN-5%H_(2)O media. The effect of Zn^(2+) was greater than that of Mg^(2+). The complex formation constants of l-benzyl-1, 4-dihydro-nicotinamides with Zn^(2+) and Mg^(2+) in the 95%CH_(3)CN-5%H_(2)O media were determined to be 307 and 56M^(-1), respectively. This suggests that the metal ions exert synergetic effects on the reduction reactions by dihydronicotinamides by catalyzing the reduction reactions while inhibiting the hydration reactions through dihydronicotinamide-metal ion interaction.;Nicotinamide adenine dinucleotide(NAD^(+))의 환원형인 NADH는 NAD^(+)와 더불어 가장 중요한 조효소이다. 이들의 생체내 작용 기구를 이해하고, 이를 실험실에서 모방하여 유용하계 이용하기 위해 NADH의 활성 부분인 dihydronicotinamide을 포함하는 여러 NADH 모형 화합물에 대한 연구가 활발하게 수행되고 있다. 본 연구에서는 dihydronicotinamide 화합물의 Cu^(2+)에 의한 산화 반응과 이의 불활성화 반응인 수화 반응에 대한 Zn^(2+)과 Mg^(2+)의 영향을 분광광도법으로 조사하였다. 산성 수용액에서,dihydronnicotinamide는 H^(+) 촉매로 수화됨과 동시에 Cu^(2+)에 의해 산화된다. 전체 반응은 공기가 포화된 용액에서는 pseudo 일차 반응 속도식을 잘 만족하였다. 반응 속도 실험 결과의 분석은 두 반응은 서로 독립적으로 일어나며, 수화 반응 속도 상수와 Cu^(2+)에 의한 산화 반응 속도 상수는 상호 비례함을 보였다. 이들 반응은 dihydronicotinamide의 고리에 치환된 치환기의 전자 공여 능력이 커질수록 그 반응 속도가 빨라졌다. Cu^(2+)에 의한 dihydronicotinamide의 산화는 dihydronicotinamide에서 Cu^(2+)로 전자 한 개가 이동함으로써 시작되며, 이 과정이 전체 반응 속도를 지배하는 느린 반응으로 해석되었다. 또한 환원된 Cu^(+)는 용액중의 산소에 의해 Cu^(2+)로 다시 산화되는 것으로 나타났다. 수용액에서와는 달리, 95%CH_(3)CN-5%H_(2)O용매에서는 dihydronicotinamide의 수화 반응은 Zn^(2+)와 Mg^(2+)에 의해 크게 저하되었으며, 그 정도는 Zn^(2+)경우에 더 크게 나타났다. 1-Benzyl-1,4-dihydronicotinamide와 금속 이온간의 착물 형성 상수는 95%CH_(3)CN-5%H_(2)O용매조건에서 Zn^(2+)는 307M^(-), Mg^(2+)는 56M^(-)이었다. 이 결과는 금속 이온이 dihydronicotinamide-금속 이온 상호작용을 통해 dihydronicotinamide에 의한 환원 반응에 상승작용을 나타낼 것으로 여겨진다. 즉 금속 이온은 화원 반응을 촉진시키는 동시에 수화 반응을 저해하는 이중의 효과를 나타내는 것으로 기대된다.