특수 비료 제품 회사 (SFP)는이 연구에 필요한 자금을 제공하기 위해 인정 받고 있습니다.

1. 준비 샘플 <ol><li> 효소 용액 2 ㎖ 및 각 실험 실행에 대한 기질 용액 0.5 ㎖를 준비합니다. 기판 첨가하는 동안 희석 및 혼합의 열을 최소화하기 위해 동일한 조성물을 갖는 완충 용액에 효소와 기질의 농축 원액을 희석. <ol><li> 실험 기간 동안 pH 변화를 방지하기 위해 적절 버퍼 조건을 선택합니다. 예를 들어, 20 mM의 HEPES 산도 7은 중성 pH의 측정에 적합합니다. NOTE : 양성자 교환이 관여되는 경우 그들이 반응 ΔH 측정에 영향을 줄 수 있기 때문에, 사용 된 버퍼의 양성자 화 엔탈피가 고려되어야한다. 분석중인 시스템의 버퍼 또는 첨가제 분자의 가능한 특정 효과가 고려되어야한다. 유기 용매 (예 : DMSO)가 효소 용액에 포함되는 경우, 기질 용액에 정확히 동일한 농도에 추가. </li><li> M1의 실험 시작nm의 범위에서 효소 농도 (예를 들면 1 NM)와 함께 효소 농도보다와 K M 이상 크기의 적어도 세 순서 높은 기질 농도. </li><li> M2 실험의 경우, PM-nm의 범위에서 효소 농도 (예 : 15시)로 시작합니다. 주사기에서 기질 농도는 mM의 범위 (예를 들면 400 ㎜)이다. 참고 : 단일 주입 M1의 실험에서, 농도는 실험 시간이 지남에 따라 제품에 전체 기판 변환을 달성하기에 적절해야한다. 따라서, 효소의 농도는 효소의 속도에 따라 달라 낮은 K 고양이와 효소 연구 중에있는 경우, 높은 효소 농도 (최대 10 μM)를 사용합니다. 한편, M2의 실험에서 사용 된 효소 농도는 주입 된 기판만을 소폭 (5 % 미만) 소비와 효소 반응이 정상 상태로 진행​​한다 있다는 것을 확신한다. 이 때문에, 높은효소의 효율성, 필요한 효소의 농도가 낮은. 실험의 끝에, 샘플 셀에서 기질 농도는 K M보다 높아야한다. </li></ol></li><li> 조심스럽게 280 nm의, 색채, BCA 분석 실험 11에서 적절한 분석 절차 (예를 들면 흡수와 효소와 기질 농도를 확인합니다. 이것은 열역학 및 운동 매개 변수의 정확하고 신뢰할 수있는 계산을 얻기 위해 필요합니다. </li><li> 용액의 pH를 측정하고, 효소와 기질 용액 모두의 pH 불일치 (0.05의 pH 단위 ±) 실험 조건 하에서 최소인지 확인. </li></ol> 2. 실험 수행 참고 : 같은 절차가 모두 다른 후 하나를 수행하는 M1과 M2의 실험에 적용해야합니다. <ol><li> 시료 셀 및 주입 주사기 제조업체에 따라 청소되어 있는지 확인지침. 증류수로 기기와 함께 제공되는로드 주사기를 채우기, 부드럽게, 샘플 셀에 바늘을 삽입 할 셀을 채우고 같은 주사기를 사용하여 액체를 제거합니다. 이 방법을 사용하면, 완충액으로 두번 증류수로 두 번 샘플 셀 씻어. </li><li> 정중 기포의 형성을 피하는, 로딩 주사기를 사용하여 효소 용액 2 ㎖와 함께 샘플 셀을로드. 그것이 셀 스템의 상부 밖으로 유출까지 천천히 셀로 용액을 주입. 캘리포니아의 스퍼트를 생성합니다. 용액 0.25 ml의 세포로. 두 번 반복합니다. 이 단계는 샘플 셀에 갇힌 공기 방울을 제거한다. </li><li> 셀 스템 셀 포트 사이의 선반에로드 주사기의 바늘을 놓고 초과 솔루션을 제거합니다. </li><li> VP-뷰어 프로그램을 시작하고, 컴퓨터 인터페이스, 원하는 실험 온도 이하의 온도 3 ° C의 ITC 악기를 평형. 이것은 긴 평형을 방지하기 위해 필요합니다수동적 수단이 냉각 장치에 의한 실험 전 기간. </li><li> 상기 동일한 방법으로 증류수로 레퍼런스 셀을 채운다. 높은 이온 강도 또는 높은 삼투압을 가진 버퍼를 시료 용액에있을 때, 동일한 완충액은 참조 용액으로 사용한다. </li><li> 얇은 실리콘 튜브를 사용하여 주입 주사기 충진 포트에 플라스틱 주사기를 연결한다. 물이 주입 주사기가 가득 차 있음을 나타내는, 최고 충전 포트 나올 때까지 물에 바늘 끝을 배치하고 최대 그리기 주입 주사기를 채우십시오. 그런 다음 물에서 주사기의 끝을 이동하고 공기를 빨아, 주입 주사기를 비 웁니다. 이 절차를 버퍼로 주입 주사기를 씻어 시스템을 통해 공기를 그립니다. 이어서, 튜브의 저부에 용액의 소량 남게 정중 빨아 완전히 주입 주사기를 채우기 기질 용액 0.5 ㎖를 함유 좁은 튜브에 주사 바늘을 배치. </li><li> 에서컴퓨터 인터페이스를 누르십시오 &quot;닫기 채우기 포트&quot;. 실리콘로드 튜브를 제거합니다. 을 눌러 &quot;퍼지 및 리필&quot;주입 주사기가 공기 방울을 제거하고 대량 솔루션에 다시 추방 할 수 있도록 버튼을 클릭합니다. 두 번 반복합니다. </li><li> 모든 방울을 제거하고 시료 셀에 주입 주사기의 바늘을 배치 측면에 닦아 주입 주사기를 이동합니다. </li><li> 컴퓨터에서 적절한 실행 매개 변수를 설정합니다. 실험 효소와 기질 농도가 표시 될 수있다. <ol><li> M1 실험에서, 재현성을 확인하기 위해 기판의 적어도 두 개의 추가 (5-30 μL)을 설정. 각 주입 사이의 간격 시간을 보장하기에 충분한 크기 (예 : 1000 초)를 설정 그 다음 또한 이전의 기준에 열 신호로 돌아갑니다. </li><li> M2의 실험에서, (예를 들어 15 X 5-10 μL) 주사를 복수로 설정합니다. 시스템의 허용 주사제 (예를 들면 180 초) 간의 간격을 설정각 주입 후 새로운 기준에 화력을 tabilize. NOTE : M2 실험에서 주사 사이 간격 시간 측정은 정상 상태 조건 하에서 수행 될 수 있도록, 기판의 상당한 양의 전환을 방지하기 위해 충분히 짧아야한다. </li><li> M2의 실험에서, 그 대응하는 값 이후의 데이터 분석에서 삭제되는 첫 번째 주입을위한 작은 볼륨 (예를 들어, 2 μL)를 사용합니다. 실제로, 대개 주사기 팁을 통해 초기 기판 확산으로 인한 아티팩트를 제시하고 주사기 바늘에 갇힌 기포의 존재. </li><li> 기준 전력을 설정, 기준이 반응하기 전에 배치 될 수있는 대략 레벨 20의 값으로 시작합니다. 그런 실험 효소 및 기질 농도를 정의하고 실험의 이름을 선택했다. </li><li> 일반적으로 25 ° C에서, 실험 온도를 정의 ITC는 할 수 있습니다 (2)의 작동 온도<html> ° C와 80 ° C. 실험을 실행하기위한 준비가되어 있습니다. 실험을 시작하여 &quot;시작&quot;버튼을 누릅니다. </li></ol></li><li> 실험이 끝난 후에, 제조자의 지시에 따라 시료 셀 및 주사기를 청소한다. </li><li> 적어도 하나 또는 두 번 이상 데이터의 재현성을 확인하는 실험을 반복합니다. </li></ol> 3. 데이터 분석 <ol><li> 분석 프로그램에서 &quot;데이터 읽기&quot;버튼을 클릭하고 수행 M2 실험. ITC 파일이있는 폴더로 이동합니다. &quot;파일 형식&quot;의 아래로 스크롤 화살표를 클릭하고 &quot;효소 분석 (그것을?)&quot;를 선택합니다. 그 후, 클릭하고 M2 실험. ITC 파일을 엽니 다. </li><li> 수학 식 5에 따라 M1 실험 곡선을 적분에서 반응 ΔH를 얻었다. &quot;폭 =&quot;126 &quot;/&gt; (5) <ol><li> &quot;데이터 읽기&quot;버튼을 클릭하고 수행 M1 실험의 파일. ITC를 선택합니다. 원산지를 사용하여, 하나의 피크를 각각 포함하는 다른 부분에서 추적을 나누고. OPJ 파일로 각각의 피크를 저장합니다. 단일 사출 M1 실험 해 통합하고, 얻어진 면적 값을 분할의 열상의 기준선 어긋남으로 인해, 첫번째 피크에 대응하는 파일을 열고 μcal 표현, 샘플 셀의 최종 기질 농도에 의해, μM 표현 및 셀의 용량에 식 5, 반응 ΔH에 따라 결정 리터 표현. </li><li> M1 실험의 두 번째 피크에 대한 동일한 절차를 반복하고이 ΔH 측정 평균값을 얻었다. </li></ol></li><li> 각 주입 다음 원래 기준과 새로운 기준의 차이를 측정 M2 실험에서 dQ를 / DT를 결정합니다. 전자 변환수학 식 4에 따른 반응 속도로 xperimental 데이터 M1 실험에서 얻어진 엔탈피 값을 이용하여 미카엘리스 - 멘텐 방정식에 데이터 피트. <ol><li> 분석 프로그램에서 &quot;데이터 읽기&quot;버튼을 클릭하고 수행 M2 실험의 파일. ITC를 선택합니다. &quot;파일 형식&quot;의 아래로 스크롤 화살표를 클릭하고 &quot;효소 분석 (그것을?)&quot;를 선택합니다. </li><li> 효소 분석 대화 상자가 4 가지 모델 중 하나를 선택 수 있도록 열립니다. 창에서 - &quot;만 기질 방법 2&quot;를 선택합니다. </li><li> ΔH 창에서 4.2 단계에서 얻은 ΔH의 값을 나타냅니다. </li><li> 피팅 절차에 사용되는 농도 값을 확인 &quot;집중&quot;버튼을 클릭. &quot;평균 시간 (P)&quot;버튼을 클릭합니다. 대화 상자의 기본값을 변경하거나 받아 들일 수있는 기회를 제공 열립니다. 이 값은 각각의 분사 전에 시간을 나타낸다이온있는 악기의 평균 각 기질 농도에서 전력 레벨을 결정하는 전력 신호. 기본 값을 확인하기 위해 확인을 클릭합니다. </li><li> &quot;제로 Y 축&quot;버튼을 클릭합니다. 커서는 Y = 0에 배치 할 점을 두 번 클릭 할 수 있도록 크로스 헤어로 변합니다. 단지 첫 번째 주입 지점 전에 두 번 클릭합니다. </li><li> 계산 속도 버튼을 클릭합니다. 환율 (계정 희석 효과를 고려하여) 샘플 셀 볼륨에 대한 적정 중에 추가 기판을 분할함으로써 유도 기질 농도, 대 플롯. 이 작업은 K M과 K 고양이를 얻기 위해 장착 할 수있는 일반적인 미카엘 - 멘텐 플롯을 제공합니다. </li><li> 몇 가지 포인트가 삭제해야하는 경우, &quot;자르기 데이터&quot;버튼을 선택합니다. 잘못된 데이터 점을 입력 마커를 누르거나 중 하나를 두 번 클릭을 제외 할 데이터 마커를 이동합니다. </li><li> 곡선에 맞게하고하는 &quot;모델에 맞춤&quot;기능을 사용하여운동 상수를 구하십시오. </li></ol></li></ol>

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저자가 공개하는 게 없다.

기존의 방법과 관련하여 효소 활성을 연구하는 ITC의 의의 결합 평형을 연구의 고전 어플리케이션 이외에, 등온 적정 열량 측정 시스템 수정 또는 라벨링을 요구하지 않고, 프로브로서, 반응의 열을 사용하여 용액의 효소 반응의 특성을 안정적이고 빠른 방법을 제공한다. 운동 파라미터는 고양이 K와 K M은 보통 제품의 형성 (또는 기판 소비...

생화학 반응의 정량은 삶의 기초에서 생물학적 과정에 대한 통찰력을 제공합니다. 열량은 양적 솔루션의 거의 모든 화학 반응의 특성에 레이블이없는 방법을 제공합니다. 이러한 기술은 열을 방출 또는 시간에 걸쳐 흡수 계측하고, 따라서 보편적 검출 시스템과 반응 분자 (즉, 결합 열역학)뿐만 아니라, 반응 속도 (즉, 반응 속도)을 측정하기위한 양을 정량화하는 매우 편리한 방법이다. 특히, 등온 적정 열량계 (ITC)는 단백질 - 리간드, 단백질 - 단백질, 단백질 - 금속 이온과 단백질-DNA 상호 작용 1-6을 포함, 생명 평형의 열역학 특성에 선택의 방법으로 채택하고있다. 본 출원의 전위가있을지라도 또, 운동 정보를 제공하기 위해 ITC의 능력은 그것의 효소 촉매 작용을 측정하는 매우 강력한 시스템 만든다7-9을 과소 평가. 미카엘리스 상수 (K M) 및 촉매 속도 상수 (k 고양이)는이 운동 매개 변수에 따라, 반응 속도와 기질의 농도 간의 관계를 제공하는 등 미카엘 - 멘텐 방정식 (10)은 효소 반응의 정량적 인 설명이다 . K 고양이는 / K M 비율은 효소의 촉매 효율로 언급된다. 실제로, 특정 반응에 대한 K M의 의지와 K 고양이는 촉매에 대한 자세한 설명을 제공합니다. 전형적인 효소 반응 (도 1)에서, 기판 (S)을 연속적으로 전이 상태로 활성화되는 효소 - 기질 (ES) 복합체를 형성하는 효소 (E), (ES *)와 상호 작용한다. 후자는 결국 해리 효소 제품 (EP) 단지로 변환됩니다. 이 단계(S)는 다음과 같은 반응에 의해 설명된다. <img fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51487/51487eq1.jpg" width="197" /> (1) K 1은 ES 단지, K -1의 형성 속도 상수입니다 K 고양이 촉매 속도 상수 또는 회전율 수있는 동안, ES 복합체의 해리에 대한 속도 상수이다. : 미카엘리스 - 멘텐 방정식 10에 따르면, 반응의 속도는 다음과 같이 계산 될 수있다 <img fo:content-width="1.5in" src="/files/ftp_upload/51487/51487eq2.jpg" width="144" /> (2) 하는 K M = (K -1 + K 고양이) / K 1과 K 고양이 = V 최대 / [E], V 최대 모든 효소가 기판에 ​​바인딩 될 때 도달 최대 속도 인과. 등온 적정 열량계는 우레아의 가수 분해 효소의 특성을 본 연구에서 사용 된 수단이다. 이 기기는 두 개의 만들어 낸 모양의 세포 (그림 1)를 포함하는 단열 차폐 만든다. 이러한 좁은 프리 튜브와 외부에 접속된다. 기준 셀은 일반적으로 물 또는 분석을 위해 사용 된 용매로 충진되는 동안 샘플 셀 (약 1.4 ml)을, 효소 용액과 함께로드된다. 일반적으로 기질 용액 캘리포니아. 0.3 ML를 포함하는 긴 바늘과 연결된 교반 패들과 회전 주사기, 시료 셀에 장착된다. 열전 장치가 &quot;셀 피드백 네트워크&quot;를 사용하여, 시료 및 참조 셀 사이의 온도차를 측정하고, 그 열을 추가하거나 감산함으로써 제로의 차이를 유지한다. 실험하는 동안, 기판은 일정한 온도에서 선택된 효소 용액에 주입된다. 때 엔zymatic 반응물 방출 또는 흡수되는 열량이 상품 분자로 변환된다 기질 분자의 수에 비례하여, 일어난다. 또, 열 흐름의 속도를 직접 반응의 속도에 관한 것이다. 측정 된 데이터는, 초기 기준선에서 열 트레이스의 편차 (도 1)으로 나타나는 (μcal / 초) 샘플 셀에서 발생하는 열 유량에 비례하는 샘플 셀에 기기에 의해 공급 화력을 나타낸다 시간이 지남에. <img alt="그림 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51487/51487fig1highres.jpg" width="500" /> 그림 1. 효소 반응을 연구 등온 적정 열량계의 개략도. (샘플 셀에서) 거기의 변화의 결과로 효소 용액 (주입 주사기) 기판의 적정시 발생하는 효소 반응시료 셀과 기준 셀 상수 사이의 온도 차이를 유지하는 데 필요한 칼로리, 발표 한 말의 힘. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51487/51487fig1highres.jpg" target="_blank">더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 전반적으로, 열 변화 (Q)을 반응 (ΔH)와 교대로 합계 양 배 농도 주어진다 (N), 생성 된 생성물의 몰수의 몰 엔탈피에 비례한다 : <img fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51487/51487eq3.jpg" width="200" /> (3) 생성물 형성은 시간이 지남에 따라 반응 속도에 대응한다 (DP / DT)는, 이와 관련하여 통해 동시에 (dQ를 / DT) 위에 발열량 관련 될 수있다 : <img fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51487/51487eq4.jpg" width="150" /> (4) 이 식에 따르면, 미카엘리스 - 멘텐를 얻기 위해는) 전체 몰 엔탈피 ΔH를 I를 측정하는 것이 필요하다 플롯 상이한 기질 농도에서 ⅱ) 열 흐름 dQ를 / DT. 일반적으로이 두 개의 상이한 실험에서 수행된다 : 첫 번째 실험 (방법 1, M1)에서, 기판이 효소 용액에 주입하고 완전한 기판 변환 용 히트가 측정된다; 두 번째 실험 (방법 2, M2)에서, 기판의 체류 주사가 수행되고, 열 생성 속도가 상이한 기질 농도에서 측정된다. 2 개의 데이터 세트는 운동 매개 변수 K M과 K 고양이를 유도하기에 충분하다. 본 기사에서는 ITC를 사용하여 수행 효소 반응에 대한 운동 매개 변수를 결정하는 일반적인 프로토콜이 설명되어 있습니다. 우리는 Canavalia ensiformis 요소에 의해 요소의 가수 분해 방법을 적용SE, 참조 시스템과 같은. 이 방법을 사용하여 얻은 결과와 문헌에보고 된 데이터와 잘 일치하는이 방법의 신뢰성을 보여줍니다.

<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

등온 적정 열량 측정 (ITC)는 열이 거의 모든 화학적 프로세스를 특성화하기 위해 극한 프로브로서 사용하여, 화학 반응 동안 방출 또는 흡수 측정 잘 설명 된 기술이다. 현재에는,이 기술은 광범위 생체 분자 결합 평형의 열역학적 파라미터를 결정하기 위해 적용된다. 또한, ITC가 직접 응용 프로그램이 여전히 underexploited에도 불구하고, 효소 ​​반응의 역학 및 열역학 매개 변수 (K 고양이, K M, ΔH)을 측정 할 수 있도록 입증되었습니다. 열 변화가 자발적 효소 촉매 반응 중에 발생하는 바와 같이, ITC는 분석중인 시스템의 변경이나 표시를 필요로하지 않고, 용액에서 수행 될 수있다. 또한,이 방법은 재료의 작은 금액을 필요로한다. 이러한 속성은 ITC로 다음과 같은 다양한 응용 프로그램, 예를 들어, 약물 발견에 효소 반응 속도를 연구하는, 귀중한 강력하고 독특한 도구합니다. K 고양이를 결정하기 위해 적용되는 Canavalia의 ensiformis (잭 콩) 요소 분해 효소에 의한 요소의 효소 가수 분해의 K M. 반응의 고유 몰 엔탈피 (ΔH의 INT)의 계산이 수행된다. 얻어진 값은 방법론의 신뢰성을 보여주는, 문헌에보고 이전의 데이터와 일치한다.

요소 분해 효소 (EC 3.5.1.5, 요소 amidohydrolase는) archea, 박테리아, 단세포 진핵 생물과 식물에서 발견 multisubunit 니켈 함유 효소이다. 자발적으로 암모니아 및 수소 나트륨 (식 6) (12)의 두 번째 분자를 제공하기 위해 분해 암모니아, 카르 바 메이트에 요소의 가수 분해를 촉매 유기 질소 광물의 마지막 단계에있는이 단백질의 역할,,. <img fo:content-width="4in" src="/fil...

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Hot Biological Catalysis: Isothermal Titration Calorimetry to Characterize Enzymatic Reactions

등온 적정 열량 측정 열 흐름이 방출 또는 화학 반응에 흡수. 이 방법은 효소 - 촉매 반응을 정량화하는데 사용될 수있다. 본 논문에서는 악기 설정을위한 프로토콜, 실험 실행 및 데이터 분석은 일반적으로 기술되고, 잭 콩 요소 분해 효소에 의해 가수 분해 효소 요소의 특성에 적용.

핫 생물 촉매 : 등온 적정 열량 효소 반응의 특성을

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 조회수.  University of Bologna.  등온 적정 열량 측정 열 흐름이 방출 또는 화학 반응에 흡수. 이 방법은 효소 - 촉매 반응을 정량화하는데 사용될 수있다. 본 논문에서는 악기 설정을위한 프로토콜, 실험 실행 및 데이터 분석은 일반적으로 기술되고, 잭 콩 요소 분해 효소에 의해 가수 분해 효소 요소의 특성에 적용. 

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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.

전자 레인지를 이용한 산 - 촉매 반응을 통해 실리카 나노 입자의 제조

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

연구

화학

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 / 크로스 피나 커플 링 반응 - 1,2 - 비대칭 디올에 촉매 액세스

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.

온화한 반응 조건 하에서 팔라듐 - 디클로로 {비스 [(phosphinetriyl) tripiperidine 1,1 &#39;, 1 &#39;&#39;]} 의해 촉매 Mizoroki-헥 크로스 커플 링 반응

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.

라이트 기반 효소 탈 카르 복 실화

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.

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.

유기 리튬 시약을 사용하여 안전 리튬 화의 반응을위한 프로토콜

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.

패-리 신에서 랄 아미노 알콜의 합성을 위한 효소 캐스케이드 반응

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.

가압된 열 수 추출 학부 실험실에서 천연물 화학 탐구 (PHWE) 채용

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.

표면 유기 금속 화학의 방법론을 사용하여 실리카 지원 촉매에 의해 이민 대사

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.

전이 금속 촉매를 이용한 케톤 전자레인지 보조 직접 이질화

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