Tổng quan về phản ứng hoàn nguyên phi đối xứng một số hợp chất Carbinil

Tổng quan về phản ứng hoàn nguyên phi đối xứng một số hợp chất Carbinil

TONG QUAN

LUAN VAN THAC ST KHOA HOC HOA HOC TONG QUAN,

1.1 HỢP CHẤT PHI ĐỐI XỨNG VÀ SỰ ĐIỀU CHẾ !"*!

hế giới tự nhiên xung quanh chúng ta nhất là các sinh vật sống đều hàm chứa một sự phi đối xứng trong cấu trúc Ngay cả bản thân cơ thé con người cũng là một tổ chức phi đối xứng : tim nằm bên trái, gan nằm bên phải trung tâm cơ thể Một số loài thực vật day leo cũng có tính phi đối xứng trong cách chúng quấn quanh thân cây như : cây kim ngân quấn quanh cây về bên trái trong khi cây bìm bìm lại quấn về bên phải Da số các quá trình chuyển hóa quan trọng trong cơ thể sống đều dựa trên tính chọn lọc đối phân Nguồn gốc sâu xa của các hiện tượng này là do hầu hết các hợp chất đóng vai trò nền tang tao nên cơ thể sinh vật đều có tính phi đối xứng : carbohidrat (thường ở dang D), acid amin (dang L) rồi đến protein, ADN, Nói chung, cơ thể sống là một tổ chức thống nhất mà cả sự sống và hoạt động đều được xây dựng dựa trên tinh phi đối xứng trong cấu trúc Cho nên, đễ thấy rằng trong môi trường thủ tính

của cơ thể sinh vật nói chung và cơ thể người nói riêng thì các đối phân sẽ có hoạt tính sinh học khác nhau, chúng ta có thể thấy được diéu này qua rất nhiều

ví dụ thực tế như : đối phân đ-limonen có mùi cam trong khi /-limonen lại có mùi chanh, (R)-asparagin có vị ngọt nhưng (S)-asparagin lại có vị đắng, (S)-ibuprofen

có tính gây đông máu còn (R)-ibuprofen lại không có hoạt tính, một ví dụ khác được nhiều người biết đến là talidomid : vào những năm 60, hỗn hợp tiêu triển của hợp chất này được dùng để chữa ốm nghén cho phụ nữ mang thai Nhưng thật đáng tiếc, mãi đến gần đây người ta mới phát hiện rằng chỉ có dạng # là có tác dụng chữa bệnh trong khi đó dạng Š (cũng tổn tại trong thuốc bằng với lượng

&) lại là nguyên nhân gây ra nhiều dị tật ở tay va chân cho các đứa trẻ được sinh ra, Do đó nhu cầu điều chế các đối phân tỉnh khiết ngày càng gia tăng trong sản xuất dược phẩm

Ngày nay, các hợp chất phí đối xứng còn đóng vai trò nền tảng của một

ngành khoa học mới đang phát triển rất nhanh đó là ngành khoa học vật liệu Trong việc tìm kiếm các vật liệu mới với nhiễu tính năng ưu việt nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội thì không thể thiếu các hợp chất phi đối xứng (ví dụ như hợp chất (S)-1-pheniletanol được dùng để tổng hợp các polimer tỉnh thể lỏng hướng nhiệt dùng trong một số ngành kĩ thuật cao)

Nhưng thật không may là đa số các phản ứng hoá học hữu cơ thông thường đều không có tính chọn lọc lập thể (nếu có thì độ chọn lọc cũng không cao), các sản phẩm tổng hợp nếu là hợp chất thủ tính thì thường ở dạng hỗn hợp tiêu triển nên không đáp ứng được các yêu cầu thực tế Trước tình hình đó vấn

—————————

ae LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC 3 TỔNG QUAN

phi đối xứng phi đối xứng vật lí (kết tỉnh) hóa học

Phân giải qua Phân giải Ì | Sac ki phi

xuyên lập thể phân động học đổi xứng

Dũng tác chất Dũng xúc tác phi đổi xứng phi đối xứng

Hình 1.1 : Sơ đồ các phương pháp điều chế hợp chất phi đối xứng

Q DIEU CHE HỢP CHẤT PHI ĐỐI XỨNG BẰNG PHƯƠNG PHAP

PHAN GIAI HON HOP TIEU TRIỂN : Vì xuất phát từ hỗn hợp tiêu triển nên

hiệu suất tối đa của một đối phân điều chế theo phương pháp này chỉ là 50% do

đó hiệu quả không cao mặc dù trong một số trường hợp có thể khắc phục bằng

cách thực hiện sự tiêu triển hóa Sự phân giải có thể thực hiện bằng phương

pháp vật lí hoặc hóa học

> Phương pháp vật lí : Chỉ áp dụng được cho các hợp chất kết tỉnh và

tỉnh thể của hai dối phân phải có hình dạng khác nhau (đôi khi có thể đáp ứng

yêu cầu này bằng cách tạo ra các dẫn xuất của hỗn hợp ban đầu) cho nên phạm

vi 4p dụng rất hạn chế Sự phân giải có thể thực hiện bằng phương pháp cơ học : dùng tay để tách các tính thể có hình đạng khác nhau hoặc bằng phương pháp kết tinh ưu đãi : tạo ra một dung dịch quá bão hòa của hỗn hợp tiêu triển sau đó

thêm một ít mầm tỉnh thể của đối phân mong muốn sẽ xảy ra sự kết tỉnh ưu đãi của đối phân này

=ca_-ằẰ.

SS TT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC _ 4 TONG QUAN

> Phương pháp hóa học : Có thể thực hiện với hầu hết các hỗn hợp tiêu triển nên được sử dụng rộng rãi hơn phương pháp vật lí Gồm ba phương pháp chính : dùng sắc kí phi đối xứng, phân giải qua các xuyên lập thể phân, phân giải động học (mà thực chất cũng dựa trên sự khác nhau của các xuyên lập thể

phân trạng thái chuyển tiếp)

Phương pháp phân giải hỗn hợp tiêu triển vẫn có nhược điểm lớn nhất như đã nói ở trên là hiệu suất bị giới hạn tối đa 50%, điểu này gây trở ngại rất lớn nhất là trong sản xuất dược phẩm khi đa số trường hợp chỉ có một đối phân

là có giá trị thương mại Chính vì vậy mà trong sản xuất thường sử dụng phương pháp tổng hợp phi đối xứng hơn là phân giải hỗn hợp tiêu triển

TỔNG HỢP PHI ĐỐI XỨNG : Tổng hợp phi đối xứng hay còn gọi tổng hợp chọn lọc lập thể là một quá trình biến đổi một tâm tiễn thủ tính của một hợp chất thành tâm thủ tính, kết quả thu được là một hỗn hợp đông phân lập thể, trong đó

Để đáp ứng các yêu cầu của sản xuất thì chỉ có phương pháp dùng xúc tác phi đối xứng là thích hợp (vì một phân tử xúc tác có thé tao ra hang triệu phân tử sản phẩm) Trong thực tế các nghiên cứu về tổng hợp phi đối xứng thường tập trung vào việc tìm kiếm các xúc tác có hiệu quả nhất, điển hình là gần đây, giải Nobel hóa học năm 2001 đã được trao cho ba nhà hóa học có nhiều đóng góp

trong tổng hợp phi đối xứng cụ thể là đã tìm ra các xúc tác có hiệu quả cho một

số phản ứng Khả năng chọn lọc của xúc tác phi đối xứng có thể được giải thích một cách đơn giản qua hình 1.2

LUAN VAN THAC SI KHOA HOCHOAHOC & TONG QUAN

Hình 1.2 : Minh họa hoạt động của xúc tác phi đối xứng

Nhiều phản ứng hữu cơ có thể được dùng trong tổng hợp phi đối xứng Trong để tài này, chúng tôi nghiên cứu phẩn ứng hoàn nguyên phi đối xứng nối đôi C=O của một số hợp chất carbonil tiền thủ tính thành các alcol quang hoạt tương ứng có nhiều ứng dụng trong thực tế Sau đây là sơ lược về phần ứng hoàn nguyên hợp chất carbonil

1.2 PHAN UNG HOÀN NGUYÊN HỢP CHẤT CARBONIL

1.2.1 ĐỊNH NGHĨA “!

Một cách tổng quát, phần ứng hoàn nguyên là quá trình thu nhận điện tử

làm giảm trạng thái oxid hóa Trong hóa học hữu cơ thì phần ứng hoàn nguyên

thường là phần ứng cộng hidrogen vào một chất

hay cộng H,

Phan ứng hoàn nguyên giữ vai trò rất quan trọng trong hóa học hữu cơ, nó

có thể xảy ra với nhiều loại hợp chất khác nhau, ở đây chúng ta chỉ quan tâm đến phản ứng hoàn nguyên hợp chất carbonil thành alcol tương ứng

12.2 MỘT SỐ TÁC NHÂN HOÀN NGUYÊN HỢP CHẤT CARBONIL THUONG DUNG “!

1.2.2.1 Hon héng Hg-Na

Tác nhân này có thể hoàn nguyên dễ dàng aldehid và ceton thành alcol Khả năng phản ứng của hỗn hống phụ thuộc chủ yếu vào độ tỉnh khiết của nó

hy, pr? Jee ‘eon ~“

1.2.2.3 Phản ứng Meerwein - Pondorf - Verley

Nguồn cung cấp H là các alkoxid, thường dùng isopropoxid nhôm :

AI(OP',)›, cả aldehid và ceton đều cho phần ứng nhất là aldehid

R

2 pe Trụ RCH,OH

1.2.2.4 Các hidrur kim loại LiAIH„, NaBH,„, KBH,

Đây là tác nhân hoàn nguyên rất tốt cho hợp chất carbonil Độ phần ứng theo thứ tự : LiAIH¿ > KBH¿ > NaBH, LiAIH, có hoạt tính mạnh nhất, có thể hoàn nguyên acid, dẫn xuất của acid, nitril, carbonil, NaBH, có hoạt tính yếu hơn nên chỉ hoàn nguyên được aldehid và ceton

\ 1 LiAIH, hoa NaBH, \

1.2.2.5 Hidrogen hóa xúc tác Ni Raney

Phản ứng xảy ra khó khăn hơn sự hoàn nguyên nối đôi C=C nên phải thực hiện ở nhiệt độ cao và áp suất cao Phản ứng không có tính chọn lọc vì nếu phân

tử carbonil có nối đôi C=C thì nó cũng sẽ bị hoàn nguyên

123 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP HOÀN NGUYÊN PHI ĐỐI XỨNG CETON 8#!

1.2.3.1 Dùng tác nhân phi đối xứng

Nhiều tác nhân phi đối xứng đã được điều chế và sử dụng để hoàn nguyên phi đối xứng ceton Hầu hết đều dựa trên các tác nhân đã để cập ở trên

có đưa vào các nhóm phi đối xứng

> Các tác nhân hidrur : Chủ yếu là các dẫn xuất của LiAIH, và NaBH‹ LiAIH¿ phần ứng với một số alcol phi đối xứng để tạo thành các dẫn xuất LiAIH¿„(OR”)„, được sử dụng để hoàn nguyên phi đối xứng ceton Các alcol

thường dùng là : (+)-borneol, (-)-mentol, (-)-quinin, (-)-ephedrin,

không cao

——ƑẼỄễễễễễ—=

Các phương pháp hóa học trên có nhược điểm là sử dụng nhiều loại hóa

chất độc hại với môi trường, đắt tiền, phân ứng khó thực hiện và có tính chọn lọc

lập thể thấp (chưa kể chọn lọc hóa học và chọn lọc vùng) Trong khi đó những phan ting tương tự hay thậm chí còn phức tạp hơn nhiều của các quá trình trao đổi chất trong tự nhiên lại được thực hiện dễ dàng nhờ các xúc tác sinh học (enzim) 6 điều kiện thường với độ chọn lọc rất cao kể cả chọn lọc lập thể, chọn lọc hóa học, chọn lọc vùng, Cho nên thời gian gần đây, các nhà hóa học đã đặc biệt quan tâm sử dụng xúc tác sinh học vào trong các phản ứng hóa học và đã thu được nhiều thành tựu đáng kể Những hiệu quả mà xúc tác enzim mang lại

đã thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của lĩnh vực nghiên cứu này

LUAN VAN THAC SIKHOA HOC HOAHOC 9 TONG QUAN

Việc sử dụng enzim trong tổng hợp hữu cơ có một số ưu điểm l6” ;

- Làm tăng mạnh tốc độ phần ứng (10Ỷ-10!! lần) so với khi không có xúc

tác

- Có thể sử dụng cho nhiễu loại phản ứng khác nhau

- Có thể thực hiện được những phan ứng mà các xúc tác hóa học thông thường không thực hiện được

- Làm việc ở nồng độ xúc tác thấp (0,001-0,00001%)

- Điều kiện phản ứng êm địu : pH : 5-8, nhiệt độ : 20-40 °C Da số các phản ứng do enzim xúc tác được thực hiện ở điều kiện thường nên không hao tốn năng lượng và không đòi hỏi thiết bị phức tạp

- Có tính chọn lọc cao : chọn lọc hóa học, chon lọc lập thể và chọn lọc

vàng mà điều này rất khó đạt được bằng các xúc tác hóa học, đây cũng là ưu điểm quan trọng nhất của xúc tác enzim

- Các chất thải enzim dễ phân hủy nên không gây ô nhiễm môi trường

Cho đến nay hầu hết các phản ứng thường gặp đều đã được nghiên cứu sử dụng xúc tác enzim với hiệu quả rất tốt trong đó có phản ứng hoàn nguyên phi đối xứng ceton

Enzim có thể được sử dụng dưới nhiều dạng :

LUẬN VĂN THAC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC _ 10 TONG QUAN

a

1.3 ĐẠI CƯƠNG VỀ XÚC TÁC ENZIM

1.3.1 CÁCH GỌI TÊN VÀ PHÂN LOẠI ENZIM '®

Trước đây, enzim thường được gọi tên một cách tùy tiện theo tác giả im

ra Hiện nay, theo qui ước quốc tế, tên hệ thống của enzim được gọi theo tên

chất nên đặc hiệu của nó cùng với tên kiểu phản ứng mà nó xúc tác cộng thêm

dudi “az”

Vi du : alcol dehidrogenaz : enzim xúc tác cho phản ứng dehidrogen trên alcol

Enzim được phân loại thành 6 lớp : đánh số từ 1 đến 6 :

1: Oxidoreductaz : các enzim xúc tác cho phần ứng oxid hóa khử

2: Transferaz : cdc enzim xúc tác cho phản ứng chuyển vị

3: Hidrolaz : các enzim xúc tác cho phan ứng thủy giải

4: Liaz : các enzim xúc tác cho phản ứng phân cắt không cần nước, khử nước hoặc cộng nước vào nối đôi

5: Isomeraz : các enzim xúc tác cho phan ứng đồng phân hóa

6: Ligaz : các enzim xúc tác cho phản ứng tổng hợp có sử dụng nối cao năng của ATP (adenosin triphosphat)

Mỗi lớp lại chia thành nhiễu tổ, mỗi tổ lại chia thành nhiều nhóm Do đó đứng trước tên của enzim thường có 4 con số : số thứ nhất chỉ lớp, số thứ hai chỉ

1.3.2 CẤU TẠO HÓA HỌC CỦA ENZIM 1523!)

Enzim có bản chất là các protid đặc hiệu có cơ cấu rất phức tạp và phân

tử lượng lớn từ 20.000-1.000.000 được tạo thành từ khoảng 20 loại acid amin (tất

cả các acid amin tạo nên enzim đều có cấu hình Z nên phân tử enzim có tính phi đối xứng, điều này giải thích tính chọn lọc lập thể của enzim) Ngoài ra nó còn

tử enzim hai cấu tử phần protein gọi là feron hoặc apoenzim, phần không phải protein gọi là nhóm ngoại hay agon, nếu nhóm ngoại có thể tách rời và tổn tại độc lập với phần apoenzim thì nó còn có tên riêng là coenzim (cofactor)

Apoenzim thường quyết định tính đặc hiệu cho enzim và làm tăng hoạt tính xúc tác của coenzim Phần agon quyết định kiểu phản ứng mà enzim xúc tác, nó trực tiếp tham gia trong phản ứng và làm tăng độ bền của apoenzim đối với các yếu

tố gây biến tính, trong thành phần của nhóm ngoại thường có vitamin hòa tan

trong nuớc Ví dụ : alcol dehidrogenaz có coenzim là NAD hoặc NADP,

Enzim được tổng hợp trong tế bào dưới sự điều khiển của gen, nó có cấu tạo và hình thức hoạt động rất đa dạng Có những enzim sau khi tổng hợp có hoạt tính ngay nhưng cũng có enzim chỉ được tạo ra dưới dạng các tiền chất của enzim (gọi là proenzim hay zimogen) phải qua một quá trình biến đổi sắp xếp lại cơ cấu phân tử nó mới có hoạt tính enzim và thường có phân tử lượng nhỏ hơn ban đầu

Đa số enzim thuộc loại enzim hai cấu tử Hiện nay người ta cũng xác định được là phần lớn các enzim trong tế bào là những protein có cơ cấu bậc bốn

> Cơ cấu bậc 1 : Cho biết thành phân và thứ tự sắp xếp các ø-amino acid trong chuỗi polipeptid Với 20 amino acid có thể tạo nên một số rất lớn các phân

tử protein

> Cơ cấu bậc 2 : Sự sắp xếp thích hợp trong không gian của một chuỗi polipeptid tạo ra cơ cấu bậc hai Do các nguyên tử Cụ có thể quay tự do quanh nối đơn nên làm cho chuỗi polipeptid có rất nhiều hình thể Tuy nhiên, trong các protein người ta nhận thấy có hai cơ cấu chủ yếu : xoắn ø và gấp nếp Ø

Cơ cấu xoắn ø có trật tự, rất bền vững, giống như lò xo (mỗi vòng xoắn khoảng 3,6 đơn vị acid amin) Các nguyên tử Cạ nằm trên đường sinh của hình trụ, các đây nhánh R hướng ra ngoài Cơ cấu xoắn ø được giữ chặt bởi một số nối hidrogen tối đa, các nối hidrogen gần như song song với trục của xoắn ốc Cơ cấu xoắn ø rất phổ biến trong mọi protein và độ bển của nó cũng phụ thuộc vào các đơn vị acid amin (Ví dụ : alanin, leucin, có khả năng tạo cơ cấu xoắn ø bền)

> Cơ cấu bậc 3 : Chuỗi polipeptid với các vùng có cơ cấu bậc hai xác định (xoắn ø hoặc gấp nếp /) và kém xác định (xoắn ngẫu nhiên) sắp xếp lại thành cơ cấu ba chiéu sé tạo ra một dạng cơ cấu gọi là cơ cấu bậc ba Cơ cấu bậc ba được giữ ổn định chủ yếu nhờ các tương tác kị nước rồi đến nối hidrogen

> Cơ cấu bậc 4 : Các phần dưới đơn vị (protomer) của cơ cấu bậc ba liên hợp lại với nhau bằng các nối hidrogen, tương tác tĩnh điện, lưỡng cực, kị nước tạo ra một cơ cấu gọi là cơ cấu bậc bốn Các phần dưới đơn vị này có thể giống nhau hoặc không giống nhau và sự sắp xếp của chúng không bắt buộc phải đối xứng

Hình 1.3 : Cơ cấu bậc 4 của một loại alcol dehidrogenaz

Nói chung, enzim là những phân tử có cơ cấu phức tạp : với những nhóm định chức đặc biệt cùng với một cơ cấu tỉnh vi tạo thành một thể thống nhất phối hợp ăn khớp, nhịp nhàng tạo nên những tính chất kì điệu cho enzim và đó cũng

là một khó khăn lớn cho các nhà khoa học trong việc tìm hiểu cơ chế hoạt động

để điều khiển phần ứng theo ý muốn của mình.

1.3.3 TINH CHAT CUA ENZIM “!

Enzim có mặt trong hầu hết các cơ thể sống và là nhân tố quan trọng tao nên sự tiến hóa của sự sống Nó đóng vai trò xúc tác cho các quá trình chuyển hóa trong cơ thể ngay ở nhiệt độ và áp suất thường Hiệu lực xúc tác của enzim rất lớn : tốc độ phản ứng thường lớn hơn 10°-10`" lần so với khi không có enzim hoặc khi dùng xúc tác khác Ví dụ : khi thdy gidi sacaroz ding enzim invertaz

của men rượu thì tốc độ phản ứng nhanh hơn 2,5x10!? lần so với khi dùng xúc tác acid Ngoài ra enzim cồn có tính đặc hiệu rất cao :

> Đặc hiệu phẩn ứng : đa số enzim chỉ xúc tác cho một loại phẩn ứng

nhất định

> Đặc hiệu chất nên : mỗi enzim chỉ xúc tác cho một hoặc một loại chất nền nhất định Mếu chất nên là một hỗn hợp các đông phân lập thể thì nhờ tính đặc hiệu chất nền mà enzim chỉ xúc tác cho sự biến đổi một đồng phân nhất định nên nó có tính chọn lọc rất cao

Enzim có bản chất là các protein nên có những tính chất của protein :

~ Tan trong nước hoặc dung dịch muối loãng

- Bị biến tính và mất tác dụng xúc tác trong các dung dịch acid, kiểm, muối đậm đặc, muối kim loại nặng, nhiệt độ cao,

- Bị biến tính và kết tủa trong các dung môi hữu cơ : rượu, aceton,

- Thay đổi một số tính chất hóa lí khi kết hợp với chất nền, coenzim, ion

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC _ 14 TONG QUAN

=———————-

đẳng điện và nó chỉ bển vững trong một khoảng pH nhất định, thường là vùng trung tính Enzim rất nhạy cảm với pH môi trường nên nó chỉ có hoạt tính cao nhất ở một pH nhất định (thường ở pH của điểm đẳng điện) và giá trị này cũng tùy thuộc vào nhiều yếu tố : nhiệt độ, loại dung dịch đệm, bản chất và nông độ

1.3.4 CƠ CHẾ HOẠT DONG CUA ENZIM 64991

Mặc dù phân tử enzim rất lớn nhưng chỉ có vài vị trí trên phân tử trực tiếp tham gia vào cơ chế xúc tác gọi là các trung tâm hoạt động (TTHĐ) Phần còn

lại của phân tử được xem như cái khung cấu trúc thích hợp để duy trì hình dạng không gian cần thiết cho tính đặc hiệu và hiệu lực xúc tác của enzim Có những enzim chỉ có một TTHĐ nhưng cũng có enzim có nhiều TTHĐ TTHĐ bao gồm những nhóm định chức và các nối peptid tiếp xúc trực tiếp với chất nền (hoặc qua trung gian phân tử H;O) Các nhóm định chức này với cơ cấu và khả năng phần ứng đặc biệt của mình có thể tham gia vào hoạt động xúc tác hoặc có nhiệm vụ kết hợp và định hướng cho chất nén va coenzim tao nên bộ phận tiếp xúc cho enzim TTHĐ của các enzim hai cấu tử thường bao gồm nhóm ngoại agon và một số nhóm định chức của apoenzim, các nhóm này thường được chia

thành hai loại : các nhóm của tâm xúc tác và các nhóm của miền tiếp xúc TTHĐ có cấu hình không gian rất tương ứng với cơ cấu của chất nền và thường, được hình thành trong quá trình enzim tiếp xúc với chất nền

Hình 1.4 : TTHD cia lactat dehidrogenaz

Với các enzim alosteric (enzim điều hòa) thì trong phân tử của chúng ngoài TTHĐ còn có một số vị trí khác có thể tương tác với các chất khác gọi là trung tâm alosteric Khi các chất điều hòa kết hợp vào enzim làm thay đổi cơ cấu không gian của enzim, của TTHĐ, do đó làm thay đổi hoạt tính xúc tác của enzim, Nếu làm tăng hoạt tính gọi là chất điều hòa dương, ngược lại gọi là chất

điều hòa âm

Cơ chế hoạt động của enzim do tác dụng tổng hợp của nhiều yếu tố, đối với từng loại enzim cụ thể rất phức tạp và có những đặc điểm riêng Ở đây chúng ta chỉ tìm hiểu cơ chế chung cho nhiều enzim Các nghiên cứu thực nghiệm cho thấy phản ứng xúc tác enzim thường diễn ra theo sơ đồ sau :

> Giai doan 1 : Dau tién enzim kết hợp rất nhanh với chất nên tạo thành phức enzim - chất nên không bên Để giải thích tính đặc hiệu không gian của enzim người ta cho rằng sự kết hợp được thực hiện qua nhiều điểm tiếp xúc giữa enzim và chất nền Trong quá trình tiếp cận đã gây ra những tương tác cảm ứng tức thời giữa enzim và chất nền Cơ cấu enzim luôn bị biến đổi để đắm bảo cho các nhóm hoạt động của nó được định hướng chính xác và tiếp xúc thuận lợi với chất nên cũng đang trong quá trình biến đổi liên tục

» Giai đoạn 2 : Phân tử chất nền khi nối vào enzim sẽ bị phân cực, làm chuyển dịch điện tử và biến dang các nối tham gia vào phản ứng vì thế năng lượng tăng lên, phân tử sẽ hoạt động hơn và dễ dàng tham gia phản ứng

> Giai đoạn 3 : Tạo thành sản phẩm, enzim được giải phóng dưới dạng tự

do

es

Tin sen TONG QUAN

eee

Trong các trường hợp cụ thể nhất là những phần ứng có sự tham gia của nhiều chất nền thì phản ứng có thể xảy ra theo ba cơ chế sau :

Q Cơ chế tuần tự : tất cả chất nền gắn vào enzim theo một trật tự xác định trước khi sản phẩm đâu tiên rời khỏi enzim Các sản phẩm cũng được giải phóng ra với một trật tự xác định

Một ví dụ điển hình cho cơ chế này là phản ứng xúc tác bởi alcol dehidrogenaz, hai chất nền là etanol và NAD'

& + NAD‘ =" E.NAD* E.NAD*.CH;,CH,OH ——" E.NADH.CH;CHO, ENADHC—~ ENADH + Ht

C1 Cơ chế ngẫu nhiên : hai chất nền A, B được cộng vào enzim theo một trật tự ngẫu nhiên và hai sản phẩm P, Q cũng rời khỏi enzim một cách ngẫu nhiên

1.3.5 CAC YEU T6 ANH HUGNG DEN VAN TOC PHAN UNG ©!)

Phan ting do enzim xiic tac phu thudc vào nhiều yếu tố như : nông độ enzim, nông độ chất nên, nhiệt độ, pH, các ion kìm loại, các chất vô cơ, các yếu tố hóa lí không chỉ ảnh hưởng đến enzim như các phẩn ứng hóa học thông thường mà còn ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng thông qua tác dụng của chúng đối với cơ cấu của phân tử enzim

1.3.5.2 Nông độ chất nền, phương trình Michaelis-Menten

Trong trường hợp đơn giản nhất, phản ứng xây ra theo sơ đồ :

Hình 1.6 : Đường biễu diễn vận tốc phản ứng theo néng độ chất nền

Lúc đầu vận tốc phản ứng tăng theo nông độ chất nền nhưng khi [S] tiếp tục tăng thì vận tốc đạt đến giá trị giới hạn và không tăng nữa Tính phổ biến của phương trình Michaelis-Menten thể hiện ở chỗ nó không chỉ đúng trong

trường hợp đơn giản như trên mà cũng đúng trong những trường hợp phức tạp hơn

1.3.5.3 Các chất ức chế

Là các chất làm giảm hoạt tính của enzim nhưng không bị enzim biến đổi Các chất ức chế tham gia trong việc điều hòa, kiểm tra các quá trình trao đổi chất trong hệ thống sống Sự ức chế có thể xảy ra theo các cơ chế sau :

> Các chất ức chế cạnh tranh : là những chất ức chế thuận nghịch, có cơ cấu tương tự với cơ cấu của chất nền do đó có khả năng kết hợp vào trung tâm hoạt động của enzìm chiếm chỗ kết hợp của chất nên, tức là làm giảm số phân

—————————=———=——ễ—— =———

do thừa chất nên cũng có thể gây ức chế không cạnh tranh trên enzim

Các chất hoạt hóa làm tăng hoạt tính xúc tác của enzim Tuy nhiên tác

dụng hoạt hóa chỉ ở những nồng độ xác định, vượt quá giới hạn này có thể làm giảm hoạt tính của enzim

1.3.5.5 Nhiệt độ

Vận tốc phần ứng do enzim xúc tác chỉ tăng theo nhiệt độ trong một giới hạn nhất định mà ở đó phân tử enzim chưa bị biến tính Đa số enzim có nhiệt độ tối ưu khoảng 40-50 °C Khi vượt quá nhiệt độ tới hạn (khoảng 70 °C) enzim bị biến tính và mất hoạt tính xúc tác

————————

% Có nhiều enzim có thể xúc tác cho phản ứng hoàn nguyên hợp chất carbonil trong đó quan trọng nhất là enzim afcøi dehidrogenaz Vi dé tai này nghiên cứu phản ứng hoàn nguyên phi đối xứng một số hợp chất carbonil nên có liên quan trực tiếp đến alcol dehidrogenaz do đó chúng tôi giới thiệu sơ lược về enzim này

1.4 GIỚI THIỆU ENZIM ALCOL DEHIDROGENAZ (ADH)

1.4.1 GIỚI THIỆU CHUNG 19%

Enzim này thuộc hệ thống các enzim xúc tác cho các phản ứng oxid hóa- khử sinh học có vai trò rất quan trọng trong các quá trình chuyển hóa như : quá

trình lên men, hô hấp,

Alcol dehidrogenaz (1.1.1.1) là enzim đầu tiên của nhóm I (nhóm có coenzim là NAD hoặc NADP) thuộc tổ 1 (tác dụng lên nhóm >CH-OH) và thuộc

loại 1 (xúc tác cho phản ứng oxid hóa-khử) AÐ#ƒ thuộc loại enzim hai cấu tử với

coenzim là NAD hoặc NADP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC 21 TỔNG QUAN

NAD và NADP dù khá giống nhau về cấu tạo nhưng trong một số trường hợp không thể thay thế được cho nhau Các coenzim này néi vdi enzim ADH

qua trung gian ion Zn",

Enzim ADH xúc tác cho phản ứng oxid hóa alcol và hoàn nguyên aldehid

và có thể tác dụng lên nhiễu chất nền khác nhau

(acid etilendiamintetraacetic) va bị ức chế bởi các ion kim loại nặng, có pH tối

ưu là 8,6-9,0, điểm đẳng điện là 5,4 ADH từ nấm men có trọng lượng phân tử khoảng 141.000

1.4.2 UNG DUNG CUA ALCOL DEHIDROGENAZ TRONG TONG HOP HỮU Cơ ?!

Mặc dù là enzim xúc tác cho phan ting dehidrogen của alcol nhưng trong thực tế, ADH được dùng trong tổng hợp hữu cơ để xúc tác cho phản ứng hidrogen hóa hợp chất carbonil thành alcol Điều này dường như mâu thuẫn nhưng thực ra rất hợp lí vì như chúng ta thấy phản ứng loại hidrogen từ alcol là phản ứng thuận nghịch do đó A2H cũng xúc tác cho phẩn ứng ngược lại là phản ứng hidrogen

hóa nối đôi C=O và đây cũng là phản ứng mà thực tế AĐ## xúc tác trong một số quá trình trao đổi chất của sinh vật như quá trình lên men

a