A Kinetic study on the nitrosation reaction of phenylurea

Abstract

N-nitrosourea와 유사 화합물들은 강력한 발암물질이며 돌연변이를 유발하는 등의 유독성을 지닌 것으로 알려져 여러 연구자들에 의해 연구되어 왔다. 그러나 이들 반응의 속도론적, 메카니즘적 연구는 미비하므로 본인은 여러 물질 중 동물의 체내에서 발암물질로 작용하는 N-nitrosophenylurea를 형성하는 phenylurea에 대하여 그 반응 메카니즘을 고찰해보기 위하여 속도론적인 연구를 수행하였다. phenylurea와 nitrous acid 사이의 반응속도를 25℃, 수용액에서 수소이온의 농도범위 0.01M - 2.OM에서 분광학적으로 살펴보았다. 반응속도 측정은 phenylurea에 비해 nitrous acid를 과량으로 사용하여 유사 일차 반응 조건에서 생성물의 시간에 따른 흡광도의 증가를 관찰하였으며, 그 결과 반응초기를 제외하면 반응속도는 phenylurea와 nitrous acid의 농도에 대하여 각각 일차임을 확인하였다. 반응초기 부분은 induction period를 가지며 생성물의 시간에 따른 흡광도 증가현상이 수소 이온 농도에 따라 달라짐이 관찰되었다. 이러한 현상은 반응 중간체가 관련되어 있음을 시사하며, phenylurea가 nitrosating agent와 반응하여 O-nitroso compound (Ⅰ)를 형성한 다음, 각기 다른 반응경로를 가지는 두 개의 conjugate base가 잇달아 생성되는 반응 메카니즘에 의한 것으로 생각된다. O-nitroso compound (Ⅰ)로부터 만들어진 두 개의 conjugate base 중 하나는 secondary N-nitrosophenylurea (Ⅱ)로 rearrangement가 일어나며, 다른 하나는 생성물인 benzenediazonium 이온을 형성하는 primary N-nitrosophenylurea (Ⅲ)로 전환된다. 이 메카니즘에서 수소이온의 농도가 높을 때는 (Ⅰ)이 양성자를 잃어버리므로써 (Ⅲ)을 형성하는 단계가 반응 속도 결정 단계인 반면, 수소이온의 농도가 낮아지면 (Ⅱ)가 다시 (Ⅰ)로 되돌아가는 단계가 속도 결정 단계인 것으로 추정된다.;N-nitrosourea and its analogues have been widely studied due to their powerful carcinogenic and mutagenic properties. Nevertheless, in spite of undoubted interdisciplinary interest in the reactions by which N-nitrosoureas were formed, their kinetics have been much less thoroughly examined than those of N-nitrosoamines because their mechanisms assumed to be analogous to those of the latter. This paper reports a study of the reaction between nitrous acid and phenylurea(PhU), which is known to be carcinogenic to animals. The rates of the nitrosation reaction of phenylurea have been determined spectrophotometrically in the range of 0.01M - 2.OM HClO_(4) in aqueous solution at 25℃. Except the beginning part of the reaction, the reaction appeared to be the first order for Phenylurea, HNO_(2) and h_(o). The proposed mechanism for 0.01M - 2.0M acid media involves the rapid formation of an O-nitroso compound (Ⅰ) followed by two separate reaction paths. (Ⅰ) is transformed to either of two conjugate bases, one of which subsequently undergoes rearrangement to secondary N-nitrosophenylurea(Ⅲ) and the other to primary N-nitrosophenylurea(Ⅲ), which is converted into benzenediazonium ion. Deprotonation of (Ⅰ) to form (Ⅲ) is thought to be the rate determining step in the high acid concentration( > 0.5M) while protonation of (Ⅱ) to form (Ⅰ) is rate determining step in the low acid concentration( < 0.1M).