La Especialidad de fertilizantes Products Company (SFP) es reconocida por proporcionar los fondos necesarios para este estudio.

1. Muestras Preparación <ol><li> Preparar 2 ml de solución de enzima y 0,5 ml de solución de sustrato para cada prueba experimental. Diluir las soluciones madre concentradas de enzima y sustrato en soluciones tampón que tiene composición idéntica a minimizar el calor de dilución y mezcla durante la adición de sustrato. <ol><li> Elija las condiciones de tampón que sean adecuados para evitar el cambio de pH durante el experimento. Por ejemplo, 20 mM de HEPES pH 7 es adecuado para mediciones a pH neutro. NOTA: Si el intercambio de protones está involucrado, entalpías de protonación de los tampones utilizados deben ser considerados, ya que afectan el delta H medido de la reacción. Posibles efectos específicos de la memoria intermedia o aditivos moléculas en el sistema bajo análisis deben tenerse en cuenta. Si disolventes orgánicos (por ejemplo, DMSO) se incluyen en la solución de enzima, añadirlos a exactamente la misma concentración en la solución de sustrato. </li><li> Para el experimento de M1, comiencecon concentración de la enzima en el rango de nM (por ejemplo, 1 nM) y con una concentración de sustrato al menos tres órdenes de magnitud más alta que la concentración de la enzima y por encima de la K M. </li><li> Para el experimento M2, comience con la concentración de la enzima en la producción de PM-nM (por ejemplo, 15 horas). La concentración de sustrato en la jeringa está en el intervalo mM (por ejemplo 400 mM). NOTA: En la inyección única M1 experimento, las concentraciones deben ser adecuados para lograr la conversión total del sustrato en el producto durante el tiempo de experimentación. Por lo tanto, la concentración de la enzima depende de la velocidad de la enzima: si enzimas con baja kcat están bajo estudio, las concentraciones de enzimas elevadas (hasta 10 m) deben ser utilizados. Por otro lado, las concentraciones de enzima usada en el experimento M2 debe asegurar que el sustrato inyectado es sólo marginalmente (menos de 5%) consumido y que la reacción de la enzima procede en el estado estacionario. Por esta razón, cuanto mayor sea ella eficiencia de la enzima, menor será la concentración de la enzima requerida. Al final del experimento, la concentración de sustrato en la celda de muestra debe ser mayor que K M. </li></ol></li><li> Compruebe cuidadosamente enzima y concentraciones de sustrato con un procedimiento analítico adecuado (por ejemplo, la absorbancia a 280 nm, colorimétricos, ensayos de BCA 11. Esto es necesario para obtener un cálculo preciso y fiable de los parámetros termodinámicos y cinéticos. </li><li> Medir el pH de las soluciones y verificar que el desajuste pH tanto de la enzima y las soluciones de sustrato es mínima en las condiciones experimentales (± 0,05 unidades de pH). </li></ol> 2. Realización del experimento NOTA: El mismo procedimiento debe ser aplicado tanto para el M1 y el experimento M2, que se realizan una después de la otra. <ol><li> Verificar que la celda de muestra y la jeringa de inyección se limpian según el fabricante deinstrucciones. Llene la jeringa de carga proporcionado con el instrumento con agua destilada, insertar suavemente la aguja en la celda de muestra, llenar la célula y eliminar el líquido usando la misma jeringa. Usando este método, se lava la celda de la muestra dos veces con agua destilada y dos veces con el tampón. </li><li> Cargue la cubeta de muestras con 2 ml de solución enzimática utilizando la jeringa de carga, evitando cuidadosamente la formación de burbujas de aire. Inyecte lentamente la solución en la célula hasta que se derrama fuera de la parte superior del tallo celular. Producir un chorro de CA. 0,25 ml de solución en la célula. Repita dos veces. Este paso elimina las burbujas de aire atrapadas en la celda de muestra. </li><li> Coloque la aguja de la jeringa de carga en la repisa entre el vástago de la celda y el puerto celular y retirar cualquier exceso de solución. </li><li> Inicie el programa VP-Viewer y, desde la interfaz de la computadora, equilibrar el instrumento ITC a una temperatura de 3 ° C por debajo de la temperatura deseada experimental. Esto es necesario para evitar el tiempo de equilibrioperíodos antes del experimento, debido a que el dispositivo de refrigeración pasiva instrumentales. </li><li> Llenar la celda de referencia con agua destilada con el mismo procedimiento anterior. Cuando tampones con fuerza iónica alta o alta osmolalidad son en la solución de muestra, el mismo tampón se debe utilizar como una solución de referencia. </li><li> Link a la jeringa de plástico para el puerto de llenado de la jeringa de inyección, usando un tubo de silicio delgada. Llene la jeringa de inyección de colocar la punta de la aguja en agua y elaboración, hasta que el agua salga del puerto de llenado superior, lo que indica que la jeringa se llene. A continuación, mueva la punta de la jeringa de agua y elaborar aire, para vaciar la jeringa de inyección. Con este procedimiento, se lava la jeringa de inyección con tampón, y extraer el aire a través del sistema. Posteriormente, colocar la aguja de inyección en un tubo estrecho que contiene 0,5 ml de solución de sustrato, extraer cuidadosamente y llenar completamente la jeringa de inyección, dejando una pequeña cantidad de solución en la parte inferior del tubo. </li><li> Desdeinterfaz de la computadora, pulse &quot;Cerrar el orificio de llenado&quot;. Retire el tubo de carga de silicio. Pulse el botón &quot;Purgar y volver a llenar&quot; para permitir que la jeringa de inyección para desalojar las burbujas de aire y para expulsarlos de nuevo en la solución a granel. Repita dos veces. </li><li> Mover la jeringa de inyección, limpie en los lados para eliminar cualquier gota y colocar la aguja de la jeringa de inyección en la celda de muestra. </li><li> En el equipo, establezca los parámetros de funcionamiento adecuados. La enzima experimental y concentraciones de sustrato se pueden indicar. <ol><li> En el experimento M1, establecer al menos dos adiciones (5-30 mu l) de sustrato para verificar la reproducibilidad. Ajuste el tiempo de separación entre cada inyección (por ejemplo, 1,000 segundos) lo suficientemente grande para asegurar que la señal vuelve de calor a la línea de base antes de la siguiente adición. </li><li> En el experimento M2, ajuste múltiple (por ejemplo, 15 x 10.5 mu l) inyecciones. Establezca el intervalo entre las inyecciones (por ejemplo, 180 segundos) que permiten que el sistema se stabilize la potencia térmica a la nueva línea de base después de cada inyección. NOTA: El tiempo de separación entre las inyecciones en el experimento M2 debe ser lo suficientemente corto para evitar la conversión de una cantidad significativa de sustrato, permitiendo que las mediciones que se llevan a cabo bajo condiciones de estado estacionario. </li><li> En el experimento M2, utilizar pequeños volúmenes (por ejemplo, 2 l) para la primera inyección, cuyo valor correspondiente se desecha durante el posterior análisis de datos. De hecho, con frecuencia se presenta artefactos debido a la difusión inicial del sustrato a través de la punta de la jeringa, y para la presencia de burbujas de aire atrapadas en la aguja de la jeringa. </li><li> Establecer la potencia de referencia, el nivel aproximado en el que se coloca la línea de base antes de la reacción se inicia, en un valor de 20. A continuación, defina la enzima experimental y concentraciones de sustrato y eligió un nombre para el experimento. </li><li> Definir la temperatura experimental, por lo general a los 25 ° C. ITC permite temperaturas de trabajo entre 2<html> ° C y 80 ° C. El experimento está listo para el funcionamiento. Pulse el botón &quot;Inicio&quot; para iniciar el experimento. </li></ol></li><li> Una vez que el experimento ha terminado, limpiar la celda de muestra y la jeringa de acuerdo con las instrucciones del fabricante. </li><li> Repetir el experimento al menos una o dos veces más para comprobar la reproducibilidad de los datos. </li></ol> 3. Análisis de Datos <ol><li> Desde el programa de análisis, haga clic en el botón &quot;Leer datos&quot;, y vaya a la carpeta donde se encuentra el archivo de itc. Del experimento realizado M2. Haga clic en la flecha de desplazamiento hacia abajo de los &quot;Archivos de tipo&quot; y seleccione &quot;Ensayo de enzimas (que?)&quot;. Posteriormente, haga clic en y abra el archivo itc. Del experimento M2. </li><li> Obtener el delta H de la reacción de la integración de la curva del experimento M1 de acuerdo con la Ecuación 5. &quot;Width =&quot; 126 &quot;/&gt; (5) <ol><li> Haga clic en el botón &quot;Leer datos&quot;, y seleccione el archivo. Itc del experimento M1 realizado. El uso de Origin, dividir la traza en diferentes partes contienen un pico y guardar cada pico como un archivo opj.. Abrir el archivo correspondiente al primer pico, resultante de la desviación de línea de base en el termograma de la inyección única M1 experimento, integrarlo y dividir el valor del área obtenida, expresada en μcal, por la concentración de sustrato final en la celda de muestra, expresado en M, y por el volumen de la celda expresada en litros, determinar, de acuerdo con la Ecuación 5, el delta H de la reacción. </li><li> Repita el mismo procedimiento para el segundo pico del experimento M1 y obtener un valor promedio de las dos mediciones? H. </li></ol></li><li> Determinar dQ / dt en el experimento M2 medir la diferencia entre la línea de base original y la nueva línea de base después de cada inyección. Convertir el correodatos Xperimental a velocidades de reacción de acuerdo con la ecuación 4, utilizando el valor de entalpía obtenidos en el experimento M1 y ajustar los datos a la ecuación de Michaelis-Menten. <ol><li> Desde el programa de análisis, haga clic en el botón &quot;Leer datos&quot;, y seleccione el archivo. Itc del experimento realizado M2. Haga clic en la flecha de desplazamiento hacia abajo de los &quot;Archivos de tipo&quot; y seleccione &quot;Ensayo de enzimas (que?)&quot;. </li><li> Se abre el cuadro de diálogo Ensayo de enzimas, lo que permite la selección de uno de los cuatro modelos. Seleccione &quot;Método 2 - único sustrato&quot; de la ventana. </li><li> En la ventana? H, indicar el valor de? H obtenido en el paso 4.2. </li><li> Haga clic en el botón &quot;Concentración&quot; para comprobar los valores de concentración para ser utilizado en el procedimiento de ajuste. Haga clic en el botón &quot;Tiempo Promedio (P)&quot;. El cuadro de diálogo se abre dando la oportunidad de cambiar o aceptar el valor predeterminado. Este valor representa el tiempo antes de cada inyecciónde iones en el que los promedios de instrumentos la señal de potencia para determinar el nivel de potencia en cada concentración de sustrato. Haga clic en Aceptar para confirmar el valor predeterminado. </li><li> Haga clic en el botón &quot;Zero Eje&quot;. El cursor se convierte en una cruz lo que permite hacer doble clic en un punto, para colocar en y = 0. Haga doble clic justo antes del primer punto de inyección. </li><li> Haga clic en el botón Calcular Cambio. Cambio se representó frente a la concentración de sustrato, derivada dividiendo el sustrato añadido durante la titulación para el volumen de celda de muestra (teniendo en cuenta los efectos de dilución). Esta operación da un típico diagrama de Michaelis-Menten que puede ser instalado para obtener K M y k gato. </li><li> Si se deben eliminar algunos puntos, seleccione el botón &quot;Truncar datos&quot;. Mueva los marcadores de datos para excluir a los puntos de datos malos y hacer doble clic sobre uno de los marcadores o pulse Intro. </li><li> Utilice la función &quot;Ajustar a modelar&quot; para adaptarse a la curva y paraobtener las constantes cinéticas. </li></ol></li></ol>

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Los autores no tienen nada que revelar.

Importancia de las TIC para estudiar la actividad enzimática con respecto a los métodos existentes Además de sus aplicaciones clásicas para estudiar los equilibrios de unión, calorimetría de titulación isotérmica proporciona un método fiable y rápido para caracterizar reacciones enzimáticas en solución utilizando el calor de reacción como una sonda, sin requerir la modificación del sistema o etiquetado. Los parámetros cinéticos k gato y <e...

La determinación cuantitativa de las reacciones bioquímicas proporciona información detallada sobre los procesos biológicos en la base de la vida. Calorimetría ofrece una metodología libre de marca para caracterizar cuantitativamente virtualmente cada reacción química en la solución. Esta técnica mide el calor liberado o absorbido con el tiempo, y por lo tanto es un sistema de detección universal y una metodología muy conveniente para cuantificar la cantidad de moléculas que reaccionan (es decir, la termodinámica de unión), así como para medir la velocidad de reacción (es decir, la cinética). En particular, Calorimetría de titulación isotérmica (ITC) ha sido adoptado como método de elección para caracterizar la termodinámica de los equilibrios biomoleculares, que implica la proteína-ligando, proteína-proteína, proteína de iones metálicos y la proteína-DNA 1.6. Además, la capacidad de CCI para proporcionar información cinética hace que sea un sistema muy potente para medir la catálisis enzimática, aunque el potencial de esta aplicación es todavíasubestimado 7-9. La ecuación de Michaelis-Menten 10 es una descripción cuantitativa de las reacciones enzimáticas, ya que proporciona una relación entre la velocidad de reacción y la concentración de sustrato, dependiendo de dos parámetros cinéticos: la constante de Michaelis (K M) y la constante de velocidad catalítica (kcat) . El k cat / K proporción M se conoce como la eficiencia catalítica de una enzima. En la práctica, la determinación de K M y k gato para una reacción específica proporciona una descripción completa de la catálisis. En una reacción enzimática típica (Figura 1), un sustrato (S) interactúa con la enzima (E) que forma el complejo enzima-sustrato (ES), que se activa posteriormente en el estado de transición (ES *). Este último se convierte en el complejo enzima-producto (EP) que, finalmente, se disocia. Estos pasoss se describen mediante la siguiente reacción. <img fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51487/51487eq1.jpg" width="197" /> (1) donde k 1 es la constante de velocidad para la formación del complejo ES, k -1 es la constante de velocidad para la disociación del complejo ES, mientras que k gato es la constante de velocidad catalítica o número de recambio. De acuerdo con la ecuación de Michaelis-Menten 10, la velocidad de la reacción se puede calcular como: <img fo:content-width="1.5in" src="/files/ftp_upload/51487/51487eq2.jpg" width="144" /> (2) en la que M = K (k -1 + k gato) / k 1 y k cat = V max / [E], con v max siendo la velocidad máxima se alcanza cuando toda la enzima se une al sustrato. El calorímetro de titulación isotérmica es el instrumento utilizado en este estudio para caracterizar la hidrólisis enzimática de la urea. Este instrumento es de un escudo adiabático que contiene dos células en forma de cuño (Figura 1). Estos están conectados al exterior con tubos de acceso estrechos. La celda de muestra (aproximadamente 1,4 ml) se carga con la solución de enzima, mientras que la celda de referencia es generalmente llena con agua o con el disolvente utilizado para el análisis. Una jeringa que gira con una aguja larga y una paleta de agitación adjunta, que normalmente contiene ca. 0,3 ml de solución de sustrato, está montado en la celda de muestra. Un dispositivo termoeléctrico mide la diferencia de temperatura entre la muestra y la celda de referencia y, utilizando una &quot;red de realimentación de células&quot;, mantiene esta diferencia a cero por la adición o sustracción de calor. Durante el experimento, el sustrato se inyecta en la solución de enzima a una temperatura elegida constante. Cuando la lineaenzimáticos reacción tiene lugar, la cantidad de calor liberada o absorbida es proporcional al número de moléculas de sustrato que se convierten en moléculas de producto. Además, la tasa de flujo de calor está directamente relacionada con la velocidad de la reacción. Los datos medidos, que aparece como una desviación de la traza de calor de línea de base inicial (Figura 1), representan la potencia térmica (μcal / seg) suministrado por el instrumento para la celda de muestra, que es proporcional al flujo de calor se produce en la celda de muestra con el tiempo. <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51487/51487fig1highres.jpg" width="500" /> Figura 1. Representación esquemática de calorímetro de titulación isotérmica para estudiar las reacciones enzimáticas. Una reacción enzimática que ocurre durante la titulación del sustrato (en la jeringa de inyección) en la solución de enzima (en la celda de muestra) resulta en un cambio de la Therpoder mal lanzado por el calorímetro, necesaria para mantener la diferencia de temperatura entre la celda de muestra y la constante de celda de referencia. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51487/51487fig1highres.jpg" target="_blank">Haz clic aquí para ver la imagen más grande.</a> En general, el cambio de calor (Q) es proporcional a la entalpía molar de la reacción (H) y el número de moles de producto generado (N), que a su vez viene dada por los tiempos totales de volumen de la concentración: <img fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51487/51487eq3.jpg" width="200" /> (3) La formación de producto a través del tiempo (dP / dt), que corresponde a la velocidad de reacción, puede por lo tanto estar relacionado con la cantidad de calor generado durante el mismo tiempo (dQ / dt) a través de la relación: <img fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51487/51487eq4.jpg" width="150" /> (4) De acuerdo con esta ecuación, a fin de obtener una de Michaelis-Menten trazar es necesario medir i) el total delta H entalpía molar, y ii) el flujo de calor dQ / dt en diferentes concentraciones de sustrato. Por lo general, esto se realiza en dos experimentos diferentes: en el primer experimento (Método 1, M1), el sustrato se inyecta en la solución de enzima y se mide el calor para la conversión completa del sustrato; en el segundo experimento (Método 2, M2), múltiples inyecciones de sustrato se llevan a cabo y la tasa de producción de calor se mide a diferentes concentraciones de sustrato. Estos dos conjuntos de datos son suficientes para derivar los parámetros cinéticos K M y K gato. En el presente artículo, un protocolo general para determinar los parámetros cinéticos de las reacciones enzimáticas realizadas utilizando ITC se describe. Se aplicó el método de hidrólisis de la urea con urea Canavalia ensiformisse, como un sistema de referencia. La buena concordancia entre los resultados obtenidos con este método y los datos reportados en la literatura demuestra la fiabilidad de este enfoque.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="796">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:245px;">HEPES</td>
			<td style="width:111px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">H3375</td>
			<td style="width:323px;">dissolving in water and adjusting pH with NaOH</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:245px;">TRIZMA-Base</td>
			<td style="width:111px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">T1503</td>
			<td>dissolving in water and adjusting pH with HCl</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:245px;">Sodium dihydrogen phosphate</td>
			<td style="width:111px;">Riedel-de-Haen</td>
			<td style="width:119px;">4270</td>
			<td>dissolving in water</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:245px;">Sodium phosphate dibasic</td>
			<td style="width:111px;">Riedel-de-Haen</td>
			<td style="width:119px;">30427</td>
			<td>dissolving in water</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:245px;">Urea</td>
			<td style="width:111px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">U4128</td>
			<td>dissolving in water at 40 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:245px;">Canavalia ensiformis urease (type C-3)</td>
			<td style="width:111px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">U0251</td>
			<td>dissolving in 20 mM HEPES pH 7 and stored at -80 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:245px;"></td>
			<td style="width:111px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:245px;">VP-ITC on Origin 7.0</td>
			<td style="width:111px;">MicroCal (GE Healthcare)</td>
			<td style="width:119px;">SYS13901</td>
			<td>instrument&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:245px;">VPViewer2000 1.30.00 on Origin 7.0</td>
			<td style="width:111px;">MicroCal (GE Healthcare)</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>data acquisition software supplied with the instrument</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

hot biological catalysis: isothermal titration calorimetry to characterize enzymatic reactions

Calorimetría de titulación isotérmica (ITC) es una técnica bien descrito que mide el calor liberado o absorbido durante una reacción química, utilizando como una sonda intrínseca para caracterizar prácticamente todos los procesos químicos. Hoy en día, esta técnica se aplica ampliamente para determinar los parámetros termodinámicos de los equilibrios de unión biomoleculares. Además, el CCI se ha demostrado ser capaz de medir directamente la cinética y los parámetros termodinámicos (k gato, K M,? H) de las reacciones enzimáticas, a pesar de que esta aplicación es aún sin explotar. Como los cambios de calor se producen de forma espontánea durante la catálisis enzimática, el CCI no requiere ninguna modificación o etiquetado del sistema bajo análisis y se puede realizar en solución. Por otra parte, el método necesita poca cantidad de material. Estas propiedades hacen que el CCI una herramienta inestimable, poderosa y única para estudiar la cinética de enzimas en varias aplicaciones, tales como, por ejemplo, el descubrimiento de fármacos. <p class = &quot;jove_content&quot;&gt; En este trabajo un método basado en la ITC experimental para cuantificar la cinética y termodinámica de las reacciones enzimáticas se describe a fondo. Este método se aplica para determinar k gato y K M de la hidrólisis enzimática de la urea por Canavalia ensiformis (canavalia) ureasa. Se realiza Cálculo de la entalpía molar intrínseca (H int) de la reacción. Los valores así obtenidos son consistentes con los datos anteriores reportados en la literatura, lo que demuestra la fiabilidad de la metodología.

La ureasa (CE 3.5.1.5; amidohidrolasa de urea) es una enzima que contiene níquel de múltiples subunidades que se encuentra en Archea, bacterias, eucariotas y plantas unicelulares. Actos esta proteína en el último paso de la mineralización de nitrógeno orgánico, que catalizan la hidrólisis de urea a amoniaco y carbamato, que se descompone espontáneamente para dar una segunda molécula de amoniaco y bicarbonato (Ecuación 6) 12. <img fo:content-width="4in" s...

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Hot Biological Catalysis: Isothermal Titration Calorimetry to Characterize Enzymatic Reactions

Medidas de calorimetría de titulación isotérmica flujo de calor liberado o absorbido en las reacciones químicas. Este método se puede utilizar para cuantificar la enzima-catálisis. En este trabajo, el protocolo para la configuración instrumental, experimento en marcha, y el análisis de datos se describe generalmente, y se aplica a la caracterización de la hidrólisis enzimática de la urea por la ureasa jack bean.

Hot Catálisis Biológica: Calorimetría de titulación isotérmica para caracterizar las reacciones enzimáticas

Isothermal titration calorimetry (ITC) is a well-described technique that measures the heat released or absorbed during a chemical reaction, using it as ...

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20.4K vistas.  University of Bologna.  Medidas de calorimetría de titulación isotérmica flujo de calor liberado o absorbido en las reacciones químicas. Este método se puede utilizar para cuantificar la enzima-catálisis. En este trabajo, el protocolo para la configuración instrumental, experimento en marcha, y el análisis de datos se describe generalmente, y se aplica a la caracterización de la hidrólisis enzimática de la urea por la ureasa jack bean. 

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Preparation of Silica Nanoparticles Through Microwave-assisted Acid-catalysis

Microwave-assisted synthetic techniques were used to quickly and reproducibly produce silica nanoparticle sols using an acid catalyst with nanoparticle diameters ranging from 30-250 nm by varying the reaction conditions. Through the selection of a microwave compatible solvent, silicic acid precursor, catalyst, and microwave irradiation time, these microwave-assisted methods were capable of overcoming the previously reported shortcomings associated with synthesis of silica nanoparticles using microwave reactors. The siloxane precursor was hydrolyzed using the acid catalyst, HCl. Acetone, a low-tan &#948; solvent, mediates the condensation reactions and has minimal interaction with the electromagnetic field. Condensation reactions begin when the silicic acid precursor couples with the microwave radiation, leading to silica nanoparticle sol formation. The silica nanoparticles were characterized by dynamic light scattering data and scanning electron microscopy, which show the materials&#39; morphology and size to be dependent on the reaction conditions. Microwave-assisted reactions produce silica nanoparticles with roughened textured surfaces that are atypical for silica sols produced by St&#246;ber&#39;s methods, which have smooth surfaces.

Silica nanoparticles were prepared using acid-catalysis of a siloxane precursor and microwave-assisted synthetic techniques resulting in the controlled growth of nanomaterials ranging from 30-250 nm in diameter. The growth dynamics can be controlled by varying the initial silicic acid concentration, time of the reaction, and temperature of reaction.

Microwave-assisted synthetic techniques were used to quickly and reproducibly produce silica nanoparticle sols using an acid catalyst with nanoparticle ...

Investigación

Química

Retropinacol/Cross-pinacol Coupling Reactions - A Catalytic Access to 1,2-Unsymmetrical Diols

Unsymmetrical 1,2-diols are hardly accessible by reductive pinacol coupling processes. A successful execution of such a transformation is bound to a clear recognition and strict differentiation of two similar carbonyl compounds (aldehydes &#8594; secondary 1,2-diols or ketones &#8594; tertiary 1,2-diols). This fine-tuning is still a challenge and an unsolved problem for an organic chemist. There exist several reports on successful execution of this transformation but they cannot be generalized. Herein we describe a catalytic direct pinacol coupling process which proceeds via a retropinacol/cross-pinacol coupling sequence. Thus, unsymmetrical substituted 1,2-diols can be accessed with almost quantitative yields by means of an&#160;operationally simple performance under very mild conditions. Artificial techniques, such as syringe-pump techniques or delayed additions of reactants are not necessary. The procedure we describe provides a very rapid access to cross-pinacol products (1,2-diols, vicinal diols). A further extension of this new process, e.g. an enantioselective performance could provide a very useful tool for the synthesis of unsymmetrical chiral 1,2-diols.

A novel account for the synthesis of unsymmetrical 1,2-diols based on a retropinacol/cross-pinacol coupling mechanism is described. Due to the catalytic execution of this reaction a considerable improvement compared to conventional cross-pinacol couplings is achieved.

Retropinacol / Cross-pinacol reacciones de acoplamiento - Un acceso catalítica a 1,2-dioles asimétricos

Unsymmetrical 1,2-diols are hardly accessible by reductive pinacol coupling processes. A successful execution of such a transformation is bound to a clear ...

Mizoroki-Heck Cross-coupling Reactions Catalyzed by Dichloro{bis[1,1',1''-(phosphinetriyl)tripiperidine]}palladium Under Mild Reaction Conditions

Dichloro-bis(aminophosphine) complexes of palladium with the general formula of [(P{(NC5H10)3-n(C6H11)n})2Pd(Cl)2] (where n = 0-2), belong to a new family of easy accessible, very cheap, and air stable, but highly active and universally applicable C-C cross-coupling catalysts with an excellent functional group tolerance. Dichloro{bis[1,1',1''-(phosphinetriyl)tripiperidine]}palladium [(P(NC5H10)3)2Pd(Cl)2] (1), the least stable complex within this series towards protons; e.g. in the form of water, allows an eased nanoparticle formation and hence, proved to be the most active Heck catalyst within this series at 100 &#176;C and is a very rare example of an effective and versatile catalyst system that efficiently operates under mild reaction conditions. Rapid and complete catalyst degradation under work-up conditions into phosphonates, piperidinium salts and other, palladium-containing decomposition products assure an easy separation of the coupling products from catalyst and ligands. The facile, cheap, and rapid synthesis of 1,1',1"-(phosphinetriyl)tripiperidine and 1 respectively, the simple and convenient use as well as its excellent catalytic performance in the Heck reaction at 100 &#176;C make 1 to one of the most attractive and greenest Heck catalysts available.
We provide here the visualized protocols for the ligand and catalyst syntheses as well as the reaction protocol for Heck reactions performed at 10 mmol scale at 100 &#176;C and show that this catalyst is suitable for its use in organic syntheses.

Mizoroki-Heck Cross-coupling Reactions Catalyzed by Dichloro{bis[1,1&#039;,1&#039;&#039;-phosphinetriyltripiperidine]}palladium Under Mild Reaction Conditions

Dichloro{bis[1,1',1''-(phosphinetriyl)tripiperidine]}palladium [(P(NC5H10)3)2Pd(Cl)2] (1) is an easy accessible, cheap, and air stable, but highly active Heck catalyst with an excellent functional group tolerance that efficiently operates under mild reaction conditions to give the coupling products in very high yields.

Mizoroki-Heck reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por dicloro bis {[1,1 &#39;, 1&#39;&#39; - (phosphinetriyl) tripiperidine]} paladio en condiciones de reacción suaves

Dichloro-bis(aminophosphine) complexes of palladium with the general formula of [(P{(NC5H10)3-n(C6H11)n})2Pd(Cl)2] (where n = 0-2), belong to a new family ...

Light-driven Enzymatic Decarboxylation

Oxidoreductases belong to the most-applied industrial enzymes. Nevertheless, they need external electrons whose supply is often costly and challenging. Recycling of the electron donors NADH or NADPH requires the use of additional enzymes and sacrificial substrates. Interestingly, several oxidoreductases accept hydrogen peroxide as electron donor. While being inexpensive, this reagent often reduces the stability of enzymes. A solution to this problem is the in situ generation of the cofactor. The continuous supply of the cofactor at low concentration drives the reaction without impairing enzyme stability. This paper demonstrates a method for the light-catalyzed in situ generation of hydrogen peroxide with the example of the heme-dependent fatty acid decarboxylase OleTJE. The fatty acid decarboxylase OleTJE was discovered due to its unique ability to produce long-chain 1-alkenes from fatty acids, a hitherto unknown enzymatic reaction. 1-alkenes are widely used additives for plasticizers and lubricants. OleTJE has been shown to accept electrons from hydrogen peroxide for the oxidative decarboxylation. While addition of hydrogen peroxide damages the enzyme and results in low yields, in situ generation of the cofactor circumvents this problem. The photobiocatalytic system shows clear advantages regarding enzyme activity and yield, resulting in a simple and efficient system for fatty acid decarboxylation.

We describe a protocol for the light-catalyzed generation of hydrogen peroxide &#8212; a cofactor for oxidative transformations.

Impulsada por la luz enzimática descarboxilación

Oxidoreductases belong to the most-applied industrial enzymes. Nevertheless, they need external electrons whose supply is often costly and challenging. ...

Dissolution Dynamic Nuclear Polarization Instrumentation for Real-time Enzymatic Reaction Rate Measurements by NMR

The main limitation of NMR-based investigations is low sensitivity. This prompts for long acquisition times, thus preventing real-time NMR measurements of metabolic transformations. Hyperpolarization via dissolution DNP circumvents part of the sensitivity issues thanks to the large out-of-equilibrium nuclear magnetization stemming from the electron-to-nucleus spin polarization transfer. The high NMR signal obtained can be used to monitor chemical reactions in real time. The downside of hyperpolarized NMR resides in the limited time window available for signal acquisition, which is usually on the order of the nuclear spin longitudinal relaxation time constant, T1, or, in favorable cases, on the order of the relaxation time constant associated with the singlet-state of coupled nuclei, TLLS. Cellular uptake of endogenous molecules and metabolic rates can provide essential information on tumor development and drug response. Numerous previous hyperpolarized NMR studies have demonstrated the relevancy of pyruvate as a metabolic substrate for monitoring enzymatic activity in vivo. This work provides a detailed description of the experimental setup and methods required for the study of enzymatic reactions, in particular the pyruvate-to-lactate conversion rate in presence of lactate dehydrogenase (LDH), by hyperpolarized NMR.

The sensitivity enhancement provided by dissolution dynamic nuclear polarization (DNP) enables following metabolic processes in real time by NMR and MRI. The characteristics and performances of a dedicated dissolution DNP setup designed for study enzymatic reactions are discussed.

Disolución dinámica de polarización nuclear Instrumentación para el tiempo real enzimática reacción de la tasa mediciones realizadas por RMN

The main limitation of NMR-based investigations is low sensitivity. This prompts for long acquisition times, thus preventing real-time NMR measurements of ...

A Protocol for Safe Lithiation Reactions Using Organolithium Reagents

Organolithium reagents are powerful tools in the synthetic chemist&#39;s toolbox. However, the extreme pyrophoric nature of the most reactive reagents warrants proper technique, thorough training, and proper personal protective equipment. To aid in the training of researchers using organolithium reagents, a thorough, step-by-step protocol for the safe and effective use of tert-butyllithium on an inert gas line or within a glovebox is described. As a model reaction, preparation of lithium tert-butyl amide by the reaction of tert-butyl amine with one equivalent of tert-butyl lithium is presented.

The safe and proper use of organolithium reagents is described.

Un protocolo para las reacciones de litiación segura usando reactivos orgánicos de litio

Organolithium reagents are powerful tools in the synthetic chemist&#39;s toolbox. However, the extreme pyrophoric nature of the most reactive reagents ...

Enzymatic Cascade Reactions for the Synthesis of Chiral Amino Alcohols from L-lysine

Amino alcohols are versatile compounds with a wide range of applications. For instance, they have been used as chiral scaffolds in organic synthesis. Their synthesis by conventional organic chemistry often requires tedious multi-step synthesis processes, with difficult control of the stereochemical outcome. We present a protocol to enzymatically synthetize amino alcohols starting from the readily available L-lysine in 48 h. This protocol combines two chemical reactions that are very difficult to conduct by conventional organic synthesis. In the first step, the regio- and diastereoselective oxidation of an unactivated C-H bond of the lysine side-chain is catalyzed by a dioxygenase; a second regio- and diastereoselective oxidation catalyzed by a regiodivergent dioxygenase can lead to the formation of the 1,2-diols. In the last step, the carboxylic group of the alpha amino acid is cleaved by a pyridoxal-phosphate (PLP) decarboxylase (DC). This decarboxylative step only affects the alpha carbon of the amino acid, retaining the hydroxy-substituted stereogenic center in a beta/gamma position. The resulting amino alcohols are therefore optically enriched. The protocol was successfully applied to the semipreparative-scale synthesis of four amino alcohols. Monitoring of the reactions was conducted by high performance liquid chromatography (HPLC) after derivatization by 1-fluoro-2,4-dinitrobenzene. Straightforward purification by solid-phase extraction (SPE) afforded the amino alcohols with excellent yields (93% to &#62;95%).

Chiral amino alcohols are versatile molecules for use as scaffolds in organic synthesis. Starting from L-lysine, we synthesize amino alcohols by an enzymatic cascade reaction combining diastereoselective C-H oxidation catalyzed by dioxygenase followed by cleavage of the carboxylic acid moiety of the corresponding hydroxyl amino acid by a decarboxylase.

Reacciones de la cascada enzimática para la síntesis de aminoalcoholes quirales de L-lisina

Amino alcohols are versatile compounds with a wide range of applications. For instance, they have been used as chiral scaffolds in organic synthesis. ...

Employing Pressurized Hot Water Extraction (PHWE) to Explore Natural Products Chemistry in the Undergraduate Laboratory

A recently developed pressurized hot water extraction (PHWE) method which utilizes an unmodified household espresso machine to facilitate natural products research has also found applications as an effective teaching tool. Specifically, this technique has been used to introduce second- and third-year undergraduates to aspects of natural products chemistry in the laboratory. In this report, two experiments are presented: the PHWE of eugenol and acetyleugenol from cloves and the PHWE of seselin and (+)-epoxysuberosin from the endemic Australian plant species Correa reflexa. By employing PHWE in these experiments, the crude clove extract, enriched in eugenol and acetyleugenol, was obtained in 4-9% w/w from cloves by second-year undergraduates and seselin and (+)-epoxysuberosin were isolated in yields of up to 1.1% w/w and 0.9% w/w from C. reflexa by third-year students. The former exercise was developed as a replacement for the traditional steam distillation experiment providing an introduction to extraction and separation techniques, while the latter activity featured guided-inquiry teaching methods in an effort to simulate natural products bioprospecting. This primarily derives from the rapid nature of this PHWE technique relative to traditional extraction methods that are often incompatible with the time constraints associated with undergraduate laboratory experiments. This rapid and practical PHWE method can be used to efficiently isolate various classes of organic molecules from a range of plant species. The complementary nature of this technique relative to more traditional methods has also been demonstrated previously.

Employing Pressurized Hot Water Extraction PHWE to Explore Natural Products Chemistry in the Undergraduate Laboratory

Here, we employ a pressurized hot water extraction (PHWE) method, which utilizes an unmodified household espresso machine to introduce undergraduates to natural products chemistry in the laboratory. Two experiments are presented: PHWE of eugenol and acetyleugenol from cloves and PHWE of seselin and (+)-epoxysuberosin from the Australian plant Correa reflexa.

Extracción de agua caliente a presión empleando (PHWE) para explorar la química de productos naturales en el laboratorio de pregrado

A recently developed pressurized hot water extraction (PHWE) method which utilizes an unmodified household espresso machine to facilitate natural products ...

Imine Metathesis by Silica-Supported Catalysts Using the Methodology of Surface Organometallic Chemistry

With this protocol, a well-defined singlesite silica-supported heterogeneous catalyst [(&#8801;Si-O-)Hf(=NMe)(&#951;1-NMe2)] is designed and prepared according to the methodology developed by surface organometallic chemistry (SOMC). In this framework, catalytic cycles can be determined by isolating crucial intermediates. All air-sensitive materials are handled under inert atmosphere (using gloveboxes or a Schlenk line) or high vacuum lines (HVLs, &#60;10-5 mbar). The preparation of SiO2-700 (silica dehydroxylated at 700 &#176;C) and subsequent applications (the grafting of complexes and catalytic runs) requires the use of HVLs and double-Schlenk techniques. Several well-known characterization methods are used, such as Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), elemental microanalysis, solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy (SSNMR), and state-of-the-art dynamic nuclear polarization surface enhanced NMR spectroscopy (DNP-SENS). FTIR and elemental microanalysis permit scientists to establish the grafting and its stoichiometry. 1H and 13C SSNMR allows the structural determination of the hydrocarbon ligands coordination sphere. DNP SENS is an emerging powerful technique in solid characterization for the detection of poorly sensitive nuclei (15N, in our case). SiO2-700 is treated with about one equivalent of the metal precursor compared to the amount of surface silanol (0.30 mmol&#183;g-1) in pentane at room temperature. Then, volatiles are removed, and the powder samples are dried under dynamic high vacuum to afford the desired materials [(&#8801;Si-O-)Hf(&#951;2&#960;-MeNCH2)(&#951;1-NMe2)(&#951;1-HNMe2)]. After a thermal treatment under high vacuum, the grafted complex is converted into metal imido silica complex [(&#8801;Si-O-)Hf(=NMe)(&#951;1-NMe2)]. [(&#8801;Si-O-)Hf(=NMe)(&#951;1-NMe2)] effectively promotes the metathesis of imines, using the combination of two imine substrates, N-(4-phenylbenzylidene)benzylamine, or N-(4-fluorobenzylidene)-4-fluoroaniline, with N-benzylidenetert-butylamine as substrates. A significantly lower conversion is observed with the blank runs; thus, the presence of the imido group in [(&#8801;Si-O-)Hf(=NMe)(&#951;1-NMe2)] is correlated to the catalytic performance.

A new group IV metal catalyst for imine metathesis is prepared by grafting amine metal complex onto dehydroxylated silica. Surface metal fragments are characterized using FT-IR, elemental microanalysis, and solid-state NMR spectroscopy. Further dynamic nuclear polarization surface enhanced NMR spectroscopy experiments complement the determination of the coordination sphere.

Imine Metathesis de Silica-Supported Catalysts Using the Methodology of Surface Organometallic Chemistry

With this protocol, a well-defined singlesite silica-supported heterogeneous catalyst [(&#8801;Si-O-)Hf(=NMe)(&#951;1-NMe2)] is designed and prepared ...

A Microwave-Assisted Direct Heteroarylation of Ketones Using Transition Metal Catalysis

Heteroarylation introduces heteroaryl fragments to organic molecules. Despite the numerous available reactions reported for arylation via transition metal catalysis, the literature on direct heteroarylation is scarce. The presence of heteroatoms such as nitrogen, sulfur and oxygen often make heteroarylation a challenging research field due to catalyst poisoning, product decomposition and the rest. This protocol details a highly efficient direct &#945;-C(sp3) heteroarylation of ketones under microwave irradiation. Key factors for successful heteroarylation include the use of XPhos Palladacycle Gen. 4 Catalyst, excess base to suppress side reactions and the high temperature and pressure achieved in a sealed reaction vial under microwave irradiation. The heteroarylation compounds prepared by this method were fully characterized by proton nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H NMR), carbon nuclear magnetic resonance spectroscopy (13C NMR) and high-resolution mass spectrometry (HRMS). This methodology has several advantages over literature precedents including broad substrate scope, rapid reaction time, greener procedure and operational simplicity by eliminating the preparation of intermediates such as silyl enol ether. Possible applications for this protocol include, but are not limited to, diversity-oriented synthesis for the discovery of biologically active small molecules, domino synthesis for the preparation of natural products and ligand development for new transition metal catalytic systems.

Heteroaryl compounds are important molecules utilized in organic synthesis, medicinal and biological chemistry. A microwave-assisted heteroarylation using palladium catalysis provides a rapid and efficient method to attach heteroaryl moieties directly to ketone substrates.

Una heterolación directa asistida por microondas de cetonas mediante la catálisis de metal de transición

Heteroarylation introduces heteroaryl fragments to organic molecules. Despite the numerous available reactions reported for arylation via transition metal ...