The secondary α-deuterium isotope effect at the site of the enzyme-catalyzed cis-trans isomerization of maleylacetone. Mechanistic implications

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Abstract

An equal mixture of monodeuterated isotopomers of maleylacetone, viz., 4-hydroxy-6-oxo-2,4-heptadienoic-2-d1 acid (1) and 4-hydroxy-6-oxo-2,4-heptadienoic-3-d1 acid (2) was synthesized and subjected to catalyzed cis-trans isomerization by the maleylacetoacetate cis-trans isomerase-glutathione system. These studies were designed to probe the detailed mechanism of enzyme-catalyzed cis-trans isomerization about the C-2—C-3 bond of the substrate. In the competitive reaction, 2 accumulates with respect to 1at high extent of reaction.1H NMR analysis indicates that 1 reacts 15% faster than 2 in line with a nucleophilic addition mechanism at C-2 rather than a conjugate addition mechanism at C-2 and C-3, to convert the C-2—C-3 double bond to a single bond to allow facile internal rotation.

On a synthétisé un mélange égal des isotopomères monodeutérés de la maléylacétone, soit l'acide 4-hydroxy-6-oxohepta-2,4-diénoique-2-d1 (1) et l'acide 4-hydroxy-6-oxohepta-2,4-diénoïque-3-d1 (2) et on l'a soumis à une isomérisation cis-trans catalysée par le système glutathion-isomérase cis-trans du maléylacétoacétate. Ces études avaient pour but d'étudier en détail le mécanisme de l'isomérisation cis-trans, catalysée par les enzymes, autour de la liaison C-2—C-3 du substrat. Lors de réactions compétitives au cours desquelles on laisse aller la réaction pendant longtemps, le produit 2 s'accumule par rapport à 1. Une analyse des spectres RMN du 1H indique que le composé 1 réagit à une vitesse qui est de 15% supérieure à celle du composé 2; ces résultats suggèrent que la conversion de la double liaison C-2—C-3 en liaison simple, qui permet une rotation interne facile, se fait par un mécanisme d'addition nucléophile en C-2 plutôt que par un mécanisme d'addition conjuguée en C-2 et en C-3.

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