介紹

O-對硝基苯甲?；u胺通過在氨基端引入酰基、肽基等取代基（如乙?；⒈滨?- 丙氨?；?、叔丁氧羰基 - 丙氨酰 - 脯氨?；龋?，可衍生出一系列功能各異的衍生物，作為機(jī)制型不可逆蛋白酶抑制劑。核心結(jié)構(gòu)中的-NH-O-CO-鍵（即 N-O - 酯鍵）是其化學(xué)活性的關(guān)鍵位點(diǎn)，也是降解反應(yīng)的核心區(qū)域。解離常數(shù)（pKa）約為 5-6，在中性 pH 環(huán)境下主要以單陰離子形式存在

圖一 O-對硝基苯甲?；u胺

水溶液中的降解機(jī)制

中性 pH 條件下，O-對硝基苯甲?；u胺的水溶液降解是其應(yīng)用過程中不可忽視的化學(xué)行為。通過對比兩種候選機(jī)制（酯水解機(jī)制與氮烯生成的 α- 消除機(jī)制），闡明機(jī)制。酯水解機(jī)制認(rèn)為水分子親核進(jìn)攻酯羰基（-CO-），斷裂 C-O 鍵生成對硝基苯甲酸與異羥肟酸，該機(jī)制預(yù)測產(chǎn)物中會(huì)摻入溶劑水中的氧原子，且存在較大的溶劑同位素效應(yīng)（k_H/k_D≈2-10）。氮烯生成的 α- 消除機(jī)制認(rèn)為反應(yīng)的決速步是 N-O 鍵異裂，生成對硝基苯甲酸根離子與?；┲虚g體，氮烯快速與水分子反應(yīng)生成異羥肟酸（初級產(chǎn)物），肽基取代的衍生物還會(huì)進(jìn)一步環(huán)化生成二酮哌嗪等次級產(chǎn)物。該機(jī)制預(yù)測產(chǎn)物不會(huì)摻入溶劑氧，且存在氮同位素效應(yīng)與特定的活化參數(shù)。

圖二 O-對硝基苯甲酰基羥胺的水溶液降解機(jī)制

機(jī)制驗(yàn)證

O-對硝基苯甲?；u胺在 50% H?1?O 與 50% H?1?O 的混合體系中進(jìn)行降解反應(yīng)，產(chǎn)物對硝基苯甲酸中 1?O 含量低于 2%（肽基衍生物最高僅 6%），遠(yuǎn)低于酯水解機(jī)制的理論摻入量，直接排除了水分子對酯羰基的親核進(jìn)攻路徑。對 N-O 鍵上標(biāo)記 1?N 的丙氨酰 - 脯氨?；苌镞M(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，測得 k??/k??=1.092±0.056，表明N-O鍵斷裂過程中涉及氮原子的電子云重排，證實(shí)該步驟為反應(yīng)的決速步。所有衍生物的活化焓（ΔH*）為 24-27 kcal/mol，活化熵（ΔS*）為 + 4-7 eu。較高的 ΔH與 N-O 鍵的異裂能相符，而正的 ΔS反映了單分子斷裂過程中體系混亂度的增加，與 α- 消除機(jī)制的預(yù)測完全一致。在 H?O 與 D?O 中測定的降解速率比（kH/kD）為 1.02-1.15，接近1，與酯水解機(jī)制預(yù)期的2-10相差顯著。

完整降解路徑

O-對硝基苯甲?；u胺的水溶液降解路徑可明確為：中性 pH 下以單陰離子形式存在的化合物首先發(fā)生 N-O 鍵異裂，生成對硝基苯甲酸根離子與?；坏┲虚g體極具反應(yīng)活性，迅速與水分子發(fā)生親核進(jìn)攻生成異羥肟酸；若 R 為肽基（如丙氨酰 - 脯氨?；?，異羥肟酸會(huì)進(jìn)一步環(huán)化形成二酮哌嗪等次級產(chǎn)物，而簡單?；苌飫t主要以異羥肟酸穩(wěn)定存在[1]。

參考文獻(xiàn)

[1]Demuth U H ,Fischer G ,Barth A , et al.Nitrogen-oxygen bond fission as the rate-determining step in the aqueous conversion of N-peptidyl-O-(p-nitrobenzoyl)hydroxylamines to p-nitrobenzoic acid and peptidylhydroxamic acids[J].J. Org. Chem.,2002,54(25):5880-5883.DOI:10.1021/jo00286a017.