Oxidation of Tertiary Amines by Cytochrome P450—Kinetic Isotope Effect as a Spin‐State Reactivity Probe

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作者
Chunsen Li,Wei Wu,Kyung‐Bin Cho,Sason Shaik
出处
期刊:Chemistry: A European Journal [Wiley]
卷期号:15 (34): 8492-8503 被引量:67
标识
DOI:10.1002/chem.200802215
摘要

Two types of tertiary amine oxidation processes, namely, N-dealkylation and N-oxygenation, by compound I (Cpd I) of cytochrome P450 are studied theoretically using hybrid DFT calculations. All the calculations show that both N-dealkylation and N-oxygenation of trimethylamine (TMA) proceed preferentially from the low-spin (LS) state of Cpd I. Indeed, the computed kinetic isotope effects (KIEs) for the rate-controlling hydrogen abstraction step of dealkylation show that only the KIE(LS) fits the experimental datum, whereas the corresponding value for the high-spin (HS) process is much higher. These results second those published before for N,N-dimethylaniline (DMA), and as such, they further confirm the conclusion drawn then that KIEs can be a sensitive probe of spin state reactivity. The ferric-carbinolamine of TMA decomposes most likely in a non-enzymatic reaction since the Fe-O bond dissociation energy (BDE) is negative. The computational results reveal that in the reverse reaction of N-oxygenation, the N-oxide of aromatic amine can serve as a better oxygen donor than that of aliphatic amine to generate Cpd I. This capability of the N-oxo derivatives of aromatic amines to transfer oxygen to the heme, and thereby generate Cpd I, is in good accord with experimental data previously reported.
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