N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine의 생성 및 분해 반응에 대한 속도론적 연구

Abstract

guanidine유도체들은 methylating agent나 의약으로 널리 사용되고 있으나 그 반응성에 대해서는 별로 연구된 바가 없으므로, 그 중 N-nitroso compound인 N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine(MNNG)를 선정하여 수용액에서와 미셀 용액에서 MNNG의 생성 및 분해 반응에 대해 고찰해 보았다. 산성 수용액에서 MNNG의 분해 반응 실험 결과, 반응 속도는 MNNG와 H^(+)농도에 각각 1차임이 밝혀졌고, 이 때의 이차 속도 상수 k_(-1)'는 5.2(±0.1) x 10^(-4) dm^(3)mol^(-1)s^(-1)으로 얻어졌다. MNNG의 생성 반응 실험 결과는 MNNG의 생성 반응이 가역 과정임을 나타내었으며, 또한 HNO_(2)가 자체 분해 반응에 의해 농도가 감소하므로 일단, 생성된 MNNG의 양이 시간이 지남에 따라 서서히 감소하는 것이 관찰되었다. 따라서 HNO_(2)의 자체 분해 반응에 의해 감소하는 MNNG의 흡광도를 보정하여 반응 속도 상수를 구하였다. 그 결과 MNNG의 생성 반응은 MNG와 아질산에 대해 각각 일차이고, 수소 이온 농도에 의존함을 알 수 있었다. MNNG의 생성 반응에 대한 평형 상수, K는 약 12 dm^(3)mol^(-1)이 얻어졌다. MNNG의 생성 및 분해 반응의 속도 결정 단계를 확인하기 위하여 MNNG의 생성 및 분해 반응에 대하여 각각 친핵체 촉매 반응 효과와 general base나 general acid에 의한 촉매 효과가 나타나는지를 살펴보았다. 그 결과 MNNG의 생성 반응은 친핵체 SCN^(-)에 의한 친핵체 촉매 효과를 나타내는 반면, general base에 의한 효과는 나타내지 않았으므로 속도 결정 단계는 NO^(+)와 MNG가 반응하는 단계이며, MNNG의 분해 반응은 친핵체에 의한 효과는 없고 general acid에 의한 효과를 나타내므로 MNNG가 양성자화되는 단계가 속도 결정 단계임을 확인할 수 있었다. SDS 미셀이 산성 조건에서 MNNG의 생성 및 분해 반응에 미치는 영향을 살펴보기 위해 SDS농도를 변화시켜 가며 유사 일차 반응 속도 상수를 측정하였다. 실험조건 하에서 MNNG의 생성 및 분해 반응 속도는 SDS농도의 증가에 따라 둘 다 비슷하게 증가하다가 감소하는 경향을 보였으며, 증가한 정도는 생성 반응은 약 0.3배, 분해 반응은 약 3배 정도였다. 낮은 SDS농도에서 반응 속도의 증가는 양전하를 띤 반응물 생성 반응에서는 NO^(+), 분해반응에서는 H^(+)이 음으로 하전된 미셀 표면과 정전기적 상호 작용으로, 그리고 MNG와 MNNG는 미셀과의 소수성 상호 작용으로 Stern layer에서 농도가 증가하기 때문으로 생각된다. 또한 높은 SDS농도에서는 반응 속도가 점차 감소하는데 그것은 SDS 농도가 증가되면서 함께 증가되는 짝이온의 이온 교환 효과 때문에 미셀 표면에서의 NO^(+)와 H^(+)의 농도가 감소되어 저해 효과를 나타낸 것으로 생각된다. MNNG의 분해 반응의 경우는 미셀 유사상에서의 이차 반응 속도 상수, k_(m)이 2.9 × 10^(-5)s^(-1), 기질의 미셀에 대한 결합 상수, K_(s)가 150 dm^(3)mol^(-1)임이 얻어졌다. CTAB 미셀이 산성 조건에서 MNNG의 분해 반응에 미치는 영향을 고찰하기 위해 CTAB 농도를 변화시켜가며 반응 속도를 측정하였다. MNNG의 분해반응 속도는 CTAB 농도의 증가에 따라 감소하였다. 그것은 H^(+)가 양으로 하전된 CTAB 미셀 표면과 정전기적 상호작용으로 미셀 주위에서 멀어져 MNNG와 반응하기 어려워지므로 반응이 저해된 것으로 사료된다. CTAB 미셀에서는 기질의 미셀에 대한 결합 상수, K_(s)가 6.0 dm^(3)mol^(-1)임이 얻어졌다.;N-nitroso compounds are of interest from a biological point of view because of their carcinogenic ability. Their formation and decomposition reactions have been studied much in aqueous solutions, but little is known of these reactions in micellar media, which are similar to some biological structures. Both the formation and decomposition reactions of N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine(MNNG) have been studied kinetically in aqueous solution at 25 ℃ at acidities between 0.14 M and 1.5 M HClO_(4). A value of 12.0 dm^(3)mol^(-1) has been obtained for the equilibrium constant for the formation of MNNG from MNG and HNO_(2). The rate constant of forward (nitrosation) reaction increases nonlinearly with the acid concentration. The catalytic effect was observed for MNNG formation reaction by adding nucleophile(SCN^(-)) but no general base catalysis was observed. These results suggest that addition of NO^(+) to MNG is the rate limiting step. The rate constant for the reverse (denitrosation) reaction increases linearly with the acid concentration. For the reverse reaction, no nucleophilic catalysis is observed but general acid catalysis is observed. These suggest that addition of proton to MNNG is rate limiting step. The formation and decomposition of MNNG also has been studied in the presence of sodium dodecylsulfate. Both formation and reverse reaction rates were increased and passed through a maximum as the concentration of sufactant was increased. However, the decomposition of MNNG studed in the presence of cethyltrimethylammonium chloride has shown an inhibition effect. These facts can be understood in terms of the pseudophase ion exchange model, assuming a constancy in the degree of micellar fraction charge neutralized.