Desfosforilação de Triéster de Fosfato por Fluoreto

Abstract

Este trabalho investiga a reatividade do íon fluoreto em reações de substituição nucleofílica com o triéster de fosfato paraoxon ou fosfato de dietil (4-nitrofenila), um inseticida. A pesquisa combina métodos experimentais e computacionais para elucidar partes do mecanismo da reação e os fatores que influenciam a sua velocidade e a sua estabilidade termodinâmica. Os resultados indicam que a reatividade do fluoreto é proporcionalmente a mesma entre a faixa de acidez nos valores de 7,5 a 11,0 e não sofre competitividade significativa do íon hidróxido nessa faixa; apresenta ainda uma reatividade similar ao hidróxido. A análise cinética sugere um mecanismo ANDN, tanto pelo baixo valor de ΔH ‡ de 9,7±0,7 kcal mol⁻¹, quanto pela ΔS ‡ de -39,1±2,4 cal mol⁻¹ K⁻¹, o que respectivamente indicam a quebra e formação de ligações com balanço energético similar e uma organização das moléculas do complexo ativado. A modelagem computacional forneceu informações a respeito do caminho da reação, apresentando conformidade de 27,6% (uma diferença de -5,8±1,4 kcal mol⁻¹) com relação ao valor experimental, sendo mais favorável um ataque nucleofílico anti com ΔG ‡ de 15,7 kcal mol⁻¹, comparado ao pela frente com ΔG ‡ de 18,5 kcal mol⁻¹ em concordância com a menor repulsão estérica, enquanto que o ataque ao anel aromático com ΔG ‡ foi de 28,9 kcal mol⁻¹ e formação do metafosfato com ΔG ‡ 75,1 kcal mol⁻¹ também não se mostraram possíveis. Foi constatada a boa reatividade do fluoreto com fosfatos, sendo comparável à de nucleófilos de efeito α, mesmo tendo um valor de pKa 3,18, apresentando uma meia-vida para essa reação em função do nucleófilo de 355 segundos, levando a uma possível formação de fluorofosfato análogo ao fluorofosfato de diisopropila com toxicidade similar à do paraoxon.

This work investigates the reactivity of the fluoride ion in nucleophilic substitution reactions with the phosphate triester paraoxon (diethyl 4‑nitrophenyl phosphate), an insecticide. The research combines experimental and computational methods to elucidate aspects of the reaction mechanism and the factors that influence its rate and thermodynamic stability. The results indicate that fluoride’s reactivity remains essentially constant over the pH range from 7.5 to 11.0 and does not suffer significant competition from the hydroxide ion in this interval; it also exhibits reactivity similar to that of hydroxide. Kinetic analysis suggests an ANDN mechanism, as evidenced by the low ΔH‡ of 9.7 ± 0.7 kcal mol⁻¹ and the ΔS‡ of -39.1 ± 2.4 cal mol⁻¹ K⁻¹, which respectively indicate bond breaking and formation with a similar energetic balance and an organized activated complex. Computational modeling provided information on the reaction pathway, showing a conformity of 27.6% (a difference of 5.8 ± 1.4 kcal mol⁻¹), with an anti nucleophilic attack being more favorable (ΔG‡ = 15.7 kcal mol⁻¹) compared to a frontal attack (ΔG‡ = 18.5 kcal mol⁻¹) in agreement with lower steric repulsion, while an attack on the aromatic ring (ΔG‡ = 28.9 kcal mol⁻¹) and the formation of metaphosphate (ΔG‡ = 75.1 kcal mol⁻¹) were also found to be unlikely. A good reactivity of fluoride with phosphates was confirmed comparable to that of nucleophiles exhibiting an α-effect even though it has a pKa of 3.18, with the reaction showing a half-life of 355 seconds, which may lead to the formation of a fluorophosphate analogous to diisopropyl fluorophosphate with toxicity similar to that of paraoxon.