Neste trabalho foi investigado o potencial de modelos metaloporfirínicos em mimetizar a ação do citocromo P450 na oxidação de um herbicida, a atrazina. Foram utilizadas as metaloporfirinas comerciais de segunda geração solúveis em solvente orgânico, cloreto de 5,10,15,20-tetrakis(2,6-diclorofenil)porfirina metal(III) [M(TDCPP)Cl] e cloreto de 5,10,15,20-tetrakis(pentafluorofenil) porfirina metal(III) [M(TFPP)Cl] (metal = ferro e manganês), tanto em solução homogênea como suportadas em montmorilonita K-10 aminofuncionalizadas; e metaloporfirinas solúveis em água, como a cloreto de 5,10,15,20-tetrakis-(N-metil-4-piridil) porfirina ferro(III), [Fe(TMPy)Cl], e cloreto de [5,10,15,20-tetra(4-carboxifenil)porfirina] ferro(III), [Fe(TCPP)Cl]. Os oxidantes testados foram iodosilbenzeno, ácido metacloroperbenzóico e peróxido de hidrogênio em água, metanol e acetonitrila. Os produtos de oxidação da atrazina foram identificados por cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE). Os resultados mostraram que as metaloporfirinas foram capazes de oxidar a atrazina, um herbicida com características de persistência no meio ambiente, e mimetizar a ação da enzima in vivo e in vitro com formação de dois metabólitos: DEA e DIA, resultado da N-desalquilação das cadeias etila e propila do substrato, respectivamente. O DEA correspondeu a um dos principais produtos da reação, e formou-se apenas traços de DIA, mostrando a preferência das metaloporfirinas em oxidar a cadeia etila da atrazina. Verificou-se também a formação de cinco produtos desconhecidos, sendo possível a identificação de apenas um deles por espectrometria de massas, devido à baixa concentração dos demais, o qual corresponde à formação de uma amida na cadeia etila da atrazina (COA). Esse composto correspondeu ao produto de maior rendimento na maioria das reações. O monitoramento das reações em diferentes intervalos de tempo e a variação nas condições reacionais mostraram que os principais produtos de oxidação do herbicida, DEA e COA, são formados por mecanismos independentes e por espécies catalíticas distintas. O DEA é formado via espécie ativa Me(V)OP [Mn(V)OP ou Fe(IV)OP+], enquanto o COA é originado via Me(IV)OP [Mn(IV)OP ou Fe(IV)OP]. Estudos de intermediários por UV-Vis e EPR mostraram que a espécie ferril predomina como intermediário de reação para os sistemas Fe(TFPP)Cl/ACN com os dois oxidantes, iodosilbenzeno e ácido metacloroperbenzóico. Para as metaloporfirinas Fe(TCPP)Cl e Fe(TMPy)Cl o estudo da oxidação do herbicida ficou comprometido devido à baixa solubilidade da atrazina em água, o que provocava sua precipitação e destruição do catalisador. Para as metaloporfirinas suportadas em montmorilonita K-10 aminofuncionalizada também não foi observada formação de produtos, resultado atribuído à dificuldade do substrato, considerado bastante inerte, atingir o sítio catalítico. Todos esses resultados mostraram o potencial de aplicação desses modelos biomiméticos em estudos que buscam elucidar o metabolismo de herbicidas in vivo, tendo em vista a dificuldade de se trabalhar com as enzimas in vitro, e resultaram na proposição de um esquema de reação da oxidação da atrazina catalisada pelas metaloporfirinas nas condições estudadas. / In this work we investigated the ability of metalloporphyrin model systems to mimic the action of cytochrome P450 in the oxidation of a herbicide, atrazine. To this end, we employed the second generation commercially available metalloporphyrins metal (III) 5,10,15,20-tetrakis(2,6-dichlorophenyl)porphyrin chloride [M(TDCPP)Cl] and metal (III) 5,10,15,20- tetrakis(pentafluorophenyl)porphyrin chloride [M(TFPP)Cl] (metal = iron or manganese), all soluble in organic solvents, as well as the water soluble metalloporphyrins iron (III) 5,10,15,20-tetrakis(N-methyl-4-pyridyl)porphyrin chloride [Fe(TMPy)Cl] and iron (III) 5,10,15,20-tetrakis(4-carboxyphenyl)porphyrin chloride [Fe(TCPP)Cl]. These metalloporphyrins were used both in homogeneous solution and supported on montmorillonite K-10. Iodosylbenzene, metachloroperbenzoic acid, and hydrogen peroxide were tested as oxidants, using one of the following reaction media: water, methanol, and acetonitrile. Products generated during atrazine oxidation were identified by high performance liquid chromatography. Our results show that the metalloporphyrins are able to oxidize atrazine, a highly persistent herbicide in the environment, as well as mimic the action of P450 enzymes both in vivo and in vitro, with formation of two metabolites, namely DEA and DIA, which result from the N-dealkylation of the ethyl and propyl chains of the substrate, respectively. We also detected the formation of five unknown products, and we were able to identify only one of them by means of mass spectrometry, which corresponds to the formation of an amide on the atrazine ethyl chain (COA) and was the compound obtained in highest yields in most of the reactions. The other four unknown products were obtained in very low concentrations, which prevented us from determining their structures. By monitoring the reactions at different time intervals and varying the reactional conditions, we were able to see that the main herbicide oxidation products, DEA and COA, are generated via distinct mechanisms and different active catalytic species. DEA is formed via the species Me(V)OP [Mn(V)OP or Fe(IV)OP.+], while COA results from the action of the species Me(IV)OP [Mn(IV)OP or Fe(IV)OP]. Studies of the reaction intermediates by UV-VIS and EPR showed that the ferryl species is the main reaction intermediate in the case of Fe(TFPP)Cl/ACN systems and the oxidants, iodosylbenzene and metachloroperbenzoic acid. Studies of herbicide oxidation were difficult to carry out in the case of the metalloporphyrins Fe(TCPP)Cl and Fe(TMPy)Cl due to the low solubility of atrazine in water, which led to its precipitation and catalyst destruction. With respect to the metalloporphyrins supported on montmorillonite K-10, no reaction products were obseved because of the difficult diffusion of the inert substrate into the catalytic site. All these results demonstrate the potential application of these biomimetic model systems in studies that pursue the elucidation of herbicide metabolism in vivo, especially when one bears in mind the difficulty in working with enzymes in vitro. Our data enabled the proposition of a scheme for metalloporphyrin-catalyzed atrazine oxidation under the conditions used herein.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-26052009-165537 |
| Date | 29 August 2006 |
| Creators | Maria Carolina Alves de Freitas Gotardo |
| Contributors | Marilda das Dores de Assis, Pierina Sueli Bonato, Yassuko Iamamoto, Ynara Marina Idemori, Ieda Lucia Viana Rosa |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Química, USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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