[논문 리뷰] Multiphasic pH profiles for the reaction of tris-(hydroxymethyl)-aminomethane with phenyl esters

P. Nissen|arXiv (Cornell University)|2015. 12. 08.

Chemical Reaction Mechanisms참고 문헌 7인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 트리스(하이드록시메틸)아미노메탄(TRIS)과 페닐 에스터 간의 pH 의존성 반응 동역학을 재분석하여, 다단계 pH 프로파일—연속적이지 않은 세그먼트로 이루어지며 급격한 변화점이 있는 것—이 전통적인 연속 곡선보다 데이터를 더 잘 기술함을 보여준다. 핵심 발견은 명백한 2차 반응 속도 상수(k2)와 관측된 허위 1차 반응 속도 상수(kobs)가 서로 다른 단계를 보이며, 이러한 반응에서 pH에 대한 부드러운 의존성에 대한 전통적 가정을 도전한다.

ABSTRACT

Reanalysis of data (Bruice and York 1961) for the pH dependences of the calculated apparent second-order rate constants (k2) for the reaction of tris-(hydroxymethyl)-aminomethane (TRIS) with phenyl esters reveals that the pH profiles are consistently much better represented as multiphasic, i.e. as a series of straight lines separated by discontinuities in the form of sharp breaks or noncontiguities (jumps), than by the continuous function used by the authors. For p-nitrophenyl acetate, m-nitrophenyl acetate, p-chlorophenyl acetate and phenyl acetate, the profiles are best represented as multiphasic in plots of log k2 vs. pH, whereas the profile for p-methylphenyl acetate is only multiphasic in a plot of k2 vs. pH. Data for the pseudo-first-order rate constants (kobs) give multiphasic pH profiles with patterns identical or very similar to those for k2. Extensive reanalyses of data for a wide variety of enzymatic and non-enzymatic reactions show, similarly, that pH profiles are in general better represented as multiphasic than as curvilinear.

연구 동기 및 목표

• 브루이스와 요르크(1961)가 발표한 원본 데이터를 바탕으로 TRIS-페닐 에스터 반응 속도의 pH 의존성을 재평가하는 것.
• 다단계(비연속적) 모델이 연속 곡선 함수보다 동역학 데이터에 더 잘 맞는지 테스트하는 것.
• 다양한 효소 및 비효소 반응에서 다단계 행동의 일반성을 평가하는 것.
• 물리 유기화학 분야에서 널리 사용되는 부드럽고 연속적인 pH-속도 프로파일의 전통적 사용을 도전하는 것.

제안 방법

• p-니트로페닐 아세트산, m-니트로페닐 아세트산, p-클로로페닐 아세트산, 페닐 아세트산 등 네 가지 페닐 에스터와 TRIS의 두 번째 차수 반응 속도 상수(k2)와 관측된 속도 상수(kobs)의 발표된 데이터를 재분석하는 것.
• log k2 대 pH 그래프를 그려 연속 곡선에서의 이탈과 프로파일 내의 비연속성 또는 '점프'를 탐지하는 것.
• 비연속적인 세그먼트로 이루어진 조각별 선형 모델(다단계 모델)과 연속 함수의 적합도를 비교하는 것.
• 다양한 효소 및 비효소 반응의 추가 데이터를 광범위하게 재분석하여 다단계 행동의 일반화 가능성 평가하는 것.
• 통계적 분석과 시각적 검토를 통해 pH-속도 프로파일 내의 비연속 전이를 식별하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 TRIS-페닐 에스터 반응 속도의 pH 의존성은 연속 함수보다 다단계 모델로 더 잘 기술될 수 있는가?
• RQ2 log k2 대 pH 그림에서의 비연속성(점프 또는 단절)은 반응의 기구적 전환 또는 종류 전환을 나타내는가?
• RQ3 TRIS-페닐 에스터 시스템에서 관찰된 다단계 행동은 화학 동역학 전반의 일반적 경향을 대표하는가?
• RQ4 허위 1차 반응 속도 상수(kobs)는 두 번째 차수 반응 속도 상수(k2)와 비교해 다단계 프로파일 패턴에서 유사한가?
• RQ5 다양한 화학 및 효소 반응에서 pH-속도 프로파일에 있어 다단계 행동이 얼마나 광범위하게 일반적인 특징인가?

주요 결과

• p-니트로페닐 아세트산, m-니트로페닐 아세트산, p-클로로페닐 아세트산, 페닐 아세트산에 대해 k2의 pH 프로파일은 날카러운 단절점으로 분리된 명백한 선형 세그먼트로 이루어진 다단계 모델로 가장 잘 기술된다.
• p-메틸페닐 아세트산의 경우, k2 대 pH 프로파일은 다단계이지만, log k2 대 pH 그림은 그렇지 않아 비선형성의 다른 패턴을 나타낸다.
• kobs 프로파일은 k2의 것과 동일하거나 매우 유사한 다단계 패턴을 보이며, 관측된 행동의 일관성을 뒷받침한다.
• 다양한 비효소 및 효소 반응의 재분석 결과, 일반적으로 다단계 모델이 연속 곡선보다 더 나은 적합도를 제공하는 것으로 확인되었다.
• 이 연구는 다단계 행동이 pH-속도 프로파일의 널리 퍼진 특징이며, 오랫동안 지속된 부드럽고 연속적인 의존성에 대한 가정을 도전함을 결론으로 내린다.