Fotooksigenatsiya

Fotooksigenatsiya – yorugʻlik taʼsirida oksidlanish reaksiyasi boʻlib, unda molekulyar kislorod mahsulot(lar)ga kiritiladi. Fotooksigenatsiya reaksiyalariga boʻlgan dastlabki tadqiqot qiziqishi 1900-yilda Oskar Raabning yorugʻlik, kislorod va fotosensibilizatorlarning kombinatsiyasi hujayralar uchun juda zaharli ekanligi haqidagi kuzatishlaridan kelib chiqqan. Fotooksigenatsiyaning dastlabki tadqiqotlari DNK va aminokislotalarning oksidlovchi shikastlanishiga qaratilgan edi, ammo yaqinda oʻtkazilgan tadqiqotlar fotooksigenatsiyani organik sintez va fotodinamik terapiyada qoʻllashga olib keldi.

Fotooksigenatsiya reaksiyalari fotosensibilizator tomonidan boshlanadi, bu molekula maʼlum bir toʻlqin uzunligidagi yorugʻlik (masalan, boʻyoqlar va pigmentlar) taʼsirida qoʻzgʻaluvchan holatga kiradi. Keyin qoʻzgʻalgan sensibilizator substrat yoki asosiy holatdagi molekulyar kislorod bilan reaksiyaga kirishadi va natijada kislorodli molekulaga olib keladigan energiya almashinuvi kaskadini boshlaydi. Shunday qilib, fotooksigenatsiya reaksiyalari ushbu oraliq mahsulotlarning turi va tartibi boʻyicha toifalarga boʻlinadi (I-toifa, II-turdagi yoki III-turdagiMost of the recent (post-2000) literature includes the „Type III“ classification; however, older articles only recognize Type I and Type II as named classes of photooxygenation reactions. reaksiyalar).

 Terminologiya 
Fotooksigenatsiya reaksiyalari oʻxshash nomlarga ega boʻlgan bir qator jarayonlar (yaʼni, fotosensibilizatsiyalangan oksidlanish) bilan osongina aralashtiriladi. Aniq farqlar uchta xususiyatga asoslangan holda amalga oshirilishi mumkin: oksidlanish, yorugʻlikning ishtiroki va molekulyar kislorodning mahsulotlarga qoʻshilishi:

 Sensibilizatorlar 
alt=Line diagram of porphyrin, chlorin and bacteriochlorin|thumb| Ushbu 3 molekula koʻplab sintetik fotosensibilizatorlarning asosini tashkil qiladi.
Sensibilizatorlar („Sens“ deb nomlanadi) flüoresan boʻyoqlari, metilen koʻk va polisiklik aromatik uglevodorodlar kabi birikmalar boʻlib, ular elektromagnit nurlanishni (odatda spektrning koʻrinadigan diapazonida) oʻzlashtira oladi va oxir-oqibat bu energiyani molekulyar kislorodga yoki kislorodga oʻtkazadi. fotooksigenatsiya jarayonining substrati. Tabiiy va sintetik boʻlgan koʻplab sensibilizatorlar yorugʻlikni koʻrinadigan spektrda singdirish uchun keng aromatik tizimlarga tayanadi.I. J. MacDonald, and T. J. Dougherty (2001). „Basic principles of photodynamic therapy“. Journal of Porphyrins and Phthalocyanines. 5 (2): 105–129. doi:10.1002/jpp.328. Sensibilizatorlar yorugʻlik taʼsirida qoʻzgʻatilganda, ular singl holatiga etadi, 1Sens*. Keyinchalik bu singlet tizimlararo kesishuv orqali uchlik holatiga (bu barqarorroq), 3Sens* ga aylanadi. 3Sens* – bu fotooksigenatsiya reaksiyalarining uchta turida substrat yoki 3O2 bilan reaksiyaga kirishadigan narsa.

 <math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> Sens ->[hv] {^1Sens^\ast} -> {³Sens^\ast} Sens ->[hv] {^1Sens^\ast} -> {³Sens^\ast} Sens ->[hv] {^1Sens^\ast} -> {³Sens^\ast} Sens ->[hv] {^1Sens^\ast} -> {³Sens^\ast} Sens ->[hv] {^1Sens^\ast} -> {³Sens^\ast} Sens ->[hv] {^1Sens^\ast} -> {³Sens^\ast} Sens ->[hv] {^1Sens^\ast} -> {³Sens^\ast} Sens ->[hv] {^1Sens^\ast} -> {³Sens^\ast} Sens ->[hv] {^1Sens^\ast} -> {³Sens^\ast} Sens ->[hv] {^1Sens^\ast} -> {³Sens^\ast} Sens ->[hv] {^1Sens^\ast} -> {³Sens^\ast} </math>Sens ->[hv] {^1Sens^\ast} -> {³Sens^\ast}

 Molekulyar kislorod holatlari 
Klassik Lyuis tuzilmalarida molekulyar kislorod O2 ikkita kislorod atomi oʻrtasida qoʻsh bogʻlanish sifatida tasvirlangan. Biroq, O2 ning molekulyar orbitallari aslida Lyuis tuzilmalari taklif qilgandan koʻra murakkabroqdir. O2 ning eng yuqori egallagan molekulyar orbitali (HOMO) bir juft degeneratsiyaga uchragan antibogʻlanish  orbitallari, 2px * va  2py * boʻlib, ularning ikkalasi ham spinli juftlashtirilmagan elektronlar bilan birma-bir band boʻladi.I. J. MacDonald, and T. J. Dougherty (2001). „Basic principles of photodynamic therapy“. Journal of Porphyrins and Phthalocyanines. 5 (2): 105–129. doi:10.1002/jpp.328. Bu elektronlar O2 ning asosiy holatda (3O2 sifatida koʻrsatilgan) triplet diradikal boʻlishiga sabab boʻladi.

Koʻpgina barqaror molekulalarning HOMOʻlari molekulyar orbitallarni bogʻlashdan iborat boʻlsa va shuning uchun birinchi qoʻzgʻatilgan holatga erishish uchun bogʻlanishdan antibogʻlanishga oʻrtacha energiya sakrashini talab qilsa-da, molekulyar kislorodning HOMO ning antibogʻlanish tabiati uning asosiy holati va birinchi qoʻzgʻatilgan holati oʻrtasidagi energiya boʻshligʻini kamaytirishga imkon beradi.. Bu O2 qoʻzgʻalishini kamroq energiya cheklovchi jarayonga aylantiradi. O2 ning birinchi qoʻzgʻaluvchan holatida asosiy holatdan 22 kkal/mol energiya ortadi, antibogʻlovchi orbitallardagi har ikkala elektron degeneratsiyalangan * orbitalni egallaydi va kislorod endi yagona holatda (1O2 sifatida koʻrsatilgan).C. S. Foote (1968). „Mechanisms of Photosensitized Oxidation“. Science. 162 (3857): 963–970. Bibcode:1968Sci…162..963F. doi:10.1126/science.162.3857.963. 1O2 juda reaktiv boʻlib, umri 10-100 s.I. J. MacDonald, and T. J. Dougherty (2001). „Basic principles of photodynamic therapy“. Journal of Porphyrins and Phthalocyanines. 5 (2): 105–129. doi:10.1002/jpp.328.

 Fotooksigenatsiya turlari 
Fotooksigenatsiya reaksiyalarining uchta turi oʻzlarining mexanizmlari bilan ajralib turadi, chunki ular atrof-muhit sharoitlariga qarab turli xil yoki oʻxshash mahsulotlarni berishga qodir. I va II-turdagi reaksiyalar neytral oraliq moddalar orqali, III turdagi reaksiyalar esa zaryadlangan turlar orqali boradi. 1O2 ning yoʻqligi yoki mavjudligi mos ravishda I va II-turdagi reaksiyalarni ajratib turadi.IUPAC (1997). A. D. McNaught and A. Wilkinson (ed.). Compendium of Chemical Terminology. Blackwell Scientific Publications, Oxford. doi:10.1351/goldbook. ISBN 978-0-9678550-9-7.

 I-turi 
I-turdagi reaksiyalarda fotoaktivlangan 3Sens* substrat bilan oʻzaro taʼsirlanib, radikal substrat hosil qiladi, odatda substratdagi vodorod bogʻining gomolitik bogʻlanishini buzish orqali. Keyinchalik bu substrat radikali 3O2 (asosiy holat) bilan oʻzaro taʼsirlanib, substrat-O2 radikalini hosil qiladi. Bunday radikal odatda boshqa substrat molekulasidan yoki erituvchidan vodorodni olish yoʻli bilan soʻndiriladi. Bu jarayon reaksiyaning zanjirli tarqalishiga imkon beradi.

 Misol: diradikal oraliq moddalarning kislorodni ushlab turishi 
I-turdagi fotooksigenatsiya reaksiyalari diradikal turlarni shakllantirish va ushlab turish jarayonida tez-tez qoʻllanadi. Mirbach va boshqalar. azo birikmasi diradikal uglevodorodni hosil qilish uchun fotoliz orqali parchalanadi va keyin molekulyar kislorod tomonidan bosqichma-bosqich tutiladi:

 II-tur 
II-turdagi reaksiyalarda 3Sens* oʻz energiyasini 1O2 hosil qilish uchun nurlanishsiz oʻtish orqali toʻgʻridan-toʻgʻri 3O2 bilan uzatadi. Keyin 1O2 substratga turli yoʻllar bilan qoʻshiladi, jumladan: siklik yuklanishlar (koʻpincha [4+2]), 1,2-dioksetanlarni hosil qilish uchun qoʻsh bogʻlanishlarga qoʻshilish va olefinlar bilan ene reaksiyalari.M. R. Iesce; et al. (2005). „Photooxygenation of Heterocycles“. Curr. Org. Chem. 9 (2): 109–139. doi:10.2174/1385272053369222.

 Misol: prostaglandin sintezining kashshofi 
Sis −2-siklopenten-1,4-diol hosil qilish uchun singlet kislorodning siklopentadienga [4+2] siklo yuklanishi prostaglandinlar sintezida ishtirok etadigan keng tarqalgan bosqichdir. Singlet kislorodning dastlabki qoʻshilishi kelishilgan [4+2] sikl yuklanishi orqali beqaror endoperoksid hosil qiladi. Peroksidning keyingi qisqarishi ikki alkogol guruhini hosil qiladi.

 III-tur 
III-turdagi reaksiyalarda 3Sens* va substrat oʻrtasida sodir boʻladigan elektron almashinuvi mavjud boʻlib, natijada anion Sens va katyonik substrat hosil boʻladi. Anion Sens elektronni 3O2 ga oʻtkazib, superoksid anioni O<sub id="mwpQ">2</sub> <sup id="mwpg">-</sup> hosil boʻlgan joyda yana bir elektron oʻtkazish sodir boʻladi. Bu uzatish Sensni asosiy holatiga qaytaradi. Keyin superoksid anioni va katyonik substrat kislorodli mahsulot hosil qilish uchun oʻzaro taʼsir qiladi.

 Misol: indolizin fotooksigenatsiyasi 
Indolizinlarning (indolning geterotsiklik aromatik hosilalari) fotooksigenatsiyasi ham mexanik, ham sintetik kontekstda oʻrganilgan. I yoki II-turdagi fotooksigenatsiya mexanizmidan oʻtish oʻrniga, baʼzi tadqiqotchilar 9,10-disiyanoantraken (DCA) dan fotosensitator sifatida foydalanishni tanladilar, bu esa indolizin hosilasining superoksid anion radikali bilan reaksiyasiga olib keldi. Eʼtibor bering, reaksiya ajratilmagan (va shuning uchun tasvirlanmagan) indolizin radikal kation oraliq mahsuloti orqali boradi:

 Ilovalar 

 Organik sintez 
Fotooksigenatsiyaning barcha 3 turi organik sintez sharoitida qoʻllanilgan. Xususan, II-turdagi fotooksigenatsiyalar eng koʻp qoʻllanilgani isbotlangan (singl kislorod hosil qilish uchun kam energiya talab qilinganligi sababli) va „organik birikmalarni fotokimyoviy oksifunksionalizatsiya qilishning eng kuchli usullaridan biri“ sifatida tavsiflangan. Bu reaksiyalar barcha umumiy erituvchilarda va sensibilizatorlarning keng doirasi bilan borishi mumkin.

Organik sintezda II-turdagi fotooksigenatsiyalarning koʻp qoʻllanilishi Valdemar Adamning asiklik alkenlar bilan singl kislorodning ene-reaksiyasiga oid tadqiqotlaridan kelib chiqadi.Rumbach, edited by Jochen Mattay and Axel G. Griesbeck in cooperation with Christian Stammel, Joachim Hirt and Thomas (1994). Jochen Mattay and Axel Griesbeck (ed.). Photochemical key steps in organic synthesis : an experimental course book. Weinheim: VCH. ISBN 978-3-527-29214-1. {{cite book}}: |first= has generic name (help)
Turkum:CS1 errors: generic name Sis effekti va tegishli boshqaruv guruhlari mavjudligi tufayli reaksiya hatto yuqori regioselektiv va diasteroselektivlikni ikkita qimmatli stereokimyoviy nazorat. taʼminlashi mumkin -

 Fotodinamik terapiya 
Fotodinamik terapiya (PDT) saraton toʻqimasini yoʻq qilish uchun fotooksigenatsiyadan foydalanadi. Oʻsimta ichiga fotosensibilizator yuboriladi, soʻngra Sensni qoʻzgʻatish uchun toʻqimalarga oʻziga xos toʻlqin uzunlikdagi yorugʻlik taʼsir qiladi. Qoʻzgʻatilgan Sens odatda hujayralarga oksidlovchi zarar etkazish uchun I yoki II turdagi fotooksigenatsiya mexanizmiga amal qiladi. Oʻsimta hujayralariga keng oksidlovchi shikastlanish oʻsimta hujayralarini oʻldiradi. Shuningdek, yaqin atrofdagi qon tomirlarining oksidlovchi shikastlanishi mahalliy aglomeratsiyaga olib keladi va oʻsimtaning ozuqaviy taʼminotini toʻxtatadi va shu bilan oʻsimta och qoladi.

PDTda ishlatiladigan Sensni tanlashda muhim eʼtibor – bu Sens qoʻzgʻatilgan holatga erishish uchun yutadigan yorugʻlikning oʻziga xos toʻlqin uzunligi. Chunki toʻqimalarning maksimal kirib borishi 800  nm, toʻlqin uzunligi atrofida erishiladi bu diapazon atrofida soʻriladigan Sensni tanlash foydalidir, chunki bu PDTning dermisning eng tashqi qatlami ostidagi oʻsmalarga taʼsir qilishiga imkon beradi. 800 nm oynasi yorugʻlik toʻqimalarga kirib borishda eng samarali hisoblanadi, chunki toʻlqin uzunligi 800. nm dan qisqaroq yorugʻlik hujayralarning makromolekulalari tomonidan va 800. nm dan ortiq toʻlqin uzunliklarida tarqala boshlaydi suv molekulalari yorugʻlikni oʻzlashtira boshlaydi va uni issiqlikka aylantiradi.

 Manbalar 

Turkum:Organik reaksiyalar
Turkum:Reaksiya mexanizmi
Turkum:Pages with unreviewed translations