Σύνθεση, χαρακτηρισμός και μελέτη συμπλόκων ενώσεων καρνοσίνης με στοιχεία μετάπτωσης και λανθανίδες

Abstract

The purpose of this study was the characterization and general study of the very important for human dipeptide “carnosine” and its complex compounds with transition metals nickel and manganese and to a lesser extent with gadolinium. DFT theoretical calculations at B3LYP/TZVP or LANL2DZ level of theory, for neutral, zwitterions, protonated and anionic carnosine, were performed. Energies, the structural and spectroscopic parameters were calculated in the gas phase and aqueous medium. Additional H-bonds stabilize the ionized forms of carnosine, creating "nests" into which metal ions or bio-molecules may be sheltered. Based on Fukui functions, the reactivity of the abovementioned forms of carnosine, with 1O2, may lead to oxygenated species. The theoretical spectroscopic parameters have been correlated to our experimental results. The effect of H2O2 and the electrochemistry of aqueous carnosine solutions were examined. In this study, the reaction of nickel ion in carnosine’s solution have been also described in detail and the produced and isolated solids by varying the metal-ligand ratio, the pH and the initial nickel salt have been studied. The experimental data related to these solids have been associated with a plurality of theoretical models designed concerning the best approximation of their structures. Also manganese-carnosine complexes have been synthesized and analyzed by analogous methods. One of these shows a poly-oxo-complex of MnII, carnosine being linked from the imidazole, from the terminal amino group, the carboxyl and the amide N. The presence of trivalent manganese or / and oxidized carnosine is highly probable.The effect of the stable free radicals semiquinone 2,3-DHBA and 3,4-DHBA on both the carnosine and its complexes with manganese has also been studied.

Σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν ο χαρακτηρισμός και η γενικότερη μελέτη του σημαντικού για τον άνθρωπο διπεπτιδίου της καρνοσίνης και των συμπλόκων ενώσεων αυτής με τα στοιχεία μετάπτωσης νικέλιο και μαγγάνιο και λιγότερο με το γαδολίνιο. Αρχικά χρησιμοποιήθηκαν οι θεωρίες επιπέδου B3LYP/TZVP ή LANL2DZ για τον προσδιορισμό και τη μελέτη της ουδέτερης αλλά και διαφόρων αμφιτεριονικών, πρωτονιωμένων και ανιονικών μορφών της καρνοσίνης. Υπολογίστηκαν για το σκοπό αυτό οι ενέργειες, φασματοσκοπικές παράμετροι και παράμετροι δομής στην αέρια φάση καθώς και κάτω από την επίδραση υδατικού μέσου. Οι δεσμοί υδρογόνου σταθεροποιούν τις διάφορες μορφές της καρνοσίνης και σχηματίζουν «φωλιές» μέσα στις οποίες μπορεί να προστατεύονται μεταλλικά ιόντα ή βιομόρια. Βασιζόμενη στις συναρτήσεις Fukui, η δραστικότητα των διαφόρων μορφών του υποκαταστάτη με 1O2, μπορεί να οδηγήσει σε οξυγονωμένα είδη. Τα θεωρητικά φασματοσκοπικά δεδομένα συσχετίζονται με τα πειραματικά. Εξετάζεται επίσης η επίδραση του H2O2 και η ηλεκτροχημεία υδατικών διαλυμάτων καρνοσίνης. Στην παρούσα μελέτη επίσης περιγράφεται αναλυτικά η αντίδραση του ιόντος νικελίου με την καρνοσίνη σε διάλυμα και μελετώνται τα διάφορα στερεά που παράγονται και απομονώνονται με μεταβολή της αναλογίας μετάλλου-υποκαταστάτη, του pH και του αρχικού άλατος νικελίου. Τα πειραματικά δεδομένα που σχετίζονται με αυτά τα στερεά συσχετίζονται με πληθώρα κατασκευασμένων θεωρητικών μοντέλων που σκοπό έχουν την όσο το δυνατόν καλύτερη προσέγγιση δομής. Συνθέτονται και αναλύονται με ανάλογες μεθόδους σύμπλοκες ενώσεις μαγγανίου-καρνοσίνης. Μία από αυτές δείχνει να είναι ένα πολυ-όξο-σύμπλοκο του MnII που συνδέεται με την καρνοσίνη από το ιμιδαζόλιο, από την ακραία αμινομάδα, το καρβοξύλιο και το αμιδικό Ν. Η παρουσία τρισθενούς μαγγανίου είτε/ και οξειδωμένης καρνοσίνης είναι ιδιαιτέρως πιθανή. Επίσης μελετάται η επίδραση των ημικινονών των 2,3-DHBA και 3,4-DHBA τόσο στην καρνοσίνη όσο και στα σύμπλοκά της με μαγγάνιο.