Báo cáo khoa học: First evidence of catalytic mediation by phenolic compounds in the laccase-induced oxidation of lignin models

First Evidence Of Catalytic Mediation By Phenolic Compounds In The Laccase-Induced Oxidation Of Lignin Models

Tác giả: Francesca d’Acunzo and Carlo Galli

Lĩnh vực: Hóa học, Sinh hóa học

Nội dung tài liệu: Nghiên cứu này khám phá vai trò của các hợp chất phenolic như chất xúc tác trung gian (mediator) trong phản ứng oxy hóa các mô hình lignin do enzyme laccase xúc tác. Các hợp chất phenolic, đặc biệt là phenol red, được chứng minh là có khả năng cải thiện đáng kể hiệu quả oxy hóa các phân tử lignin khó phân hủy mà laccase thường khó tác động trực tiếp. Nghiên cứu cũng làm sáng tỏ mối liên hệ giữa cấu trúc hóa học của các hợp chất phenolic, tính axit của chúng (thể hiện qua pKa) và hiệu quả xúc tác trung gian, cũng như ảnh hưởng của độ pH của môi trường phản ứng. Các kết quả chỉ ra rằng phenol red và các hợp chất tương tự có thể đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân hủy lignin trong tự nhiên.

Mục lục chi tiết:

• First evidence of catalytic mediation by phenolic compounds in the laccase-induced oxidation of lignin models
• Francesca d’Acunzo and Carlo Galli
• Dipartimento di Chimica, Università ‘La Sapienza’, Roma, Italy; IMC-CNR Sezione Meccanismi di Reazione
• The sulfonephthalein indicator, phenol red, exhibits an unusually slow rate of oxidation by laccase from Poliporus pinsitus, in spite of the fact that it is a phenol and therefore a natural substrate for this phenoloxidase enzyme.
• Keywords: laccase; phenolic mediators; lignin models; radicals; acidity.
• Laccases (EC 1.10.3.2) are multicopper oxidases, produced by micro-organisms and plants, which participate in nature in both the biosynthesis and degradation of lignin [1].
• Correspondence to C. Galli, Dipartimento di Chimica, Università ‘La Sapienza’, 00185 Roma, Italy.
• Fax: +39 06 490 421, Tel.: +39 06 4991 3386, E-mail: carlo.galli@uniromal.it
• Abbreviations: ABTS, 2,2′-azinobis(3-ethylbenzo-6-thiazolinesulfonic acid); HAA, 3-hydroxyanthranilic acid; HBT, 1-hydroxybenzotriazole.
• Enzyme: laccases (EC 1.10.3.2).
• (Received 19 May 2003, revised 10 July 2003, accepted 14 July 2003)
• Materials and methods
• Laccase
• Reagents
• Kinetics of laccase-catalyzed oxidation of phenol red and 2,4,6-trichlorophenol
• Laccase-catalyzed oxidation of phenol red
• Fig. 3. Degree of conversion of phenol red (thick line) and 2,4,6-tri-chlorophenol (thin line) as a function of time.
• Results and discussion
• Kinetics of the laccase-catalyzed oxidation of phenol red
• Fig. 4. Fragmentation patterns that are diagnostic for o- and p-benzoquinone isomerism [19].
• Oxidation of lignin model compounds by the laccase/phenol red system
• Oxidation of 4-methoxybenzyl alcohol.
• Table 2. Oxidation (%) of 4-methoxybenzyl alcohol and 2,4,6-tri-t-butylphenol by laccase/phenol red, compared with two other laccase-mediator systems.
• Oxidation of 2,4,6-tri-t-butylphenol.
• A mechanistic parallel between N-hydroxy and phenolic mediators
• Fig. 5. The radical mechanism of oxidation of a nonphenolic substrate by a laccase->N-OH mediator system.
• Effect of the pk₂ of the mediator and of solution pH on the laccase-catalyzed oxidation of 4-methoxybenzylalcohol
• Fig. 6. Cyclic voltammetry scans (v = 5 mVs¯¹) for 0.5 mm phenol red at pH 7.4 in 0.5 м NaH2PO4/Na2HPO4 buffer in the presence of 0 mm (▲), 2.5 мм () or 30 мм (■) 4-methoxybenzyl alcohol.
• Conclusions
• Acknowledgements
• References