The kinetics and reactivity of several polyatomic free radicals in reactions with NO2, O2, Cl2, and HCl

In this thesis, the kinetics of several alkyl, halogenated alkyl, and alkenyl free radical reactions with NO2, O2, Cl2, and HCl reactants were studied over a wide temperature range in time resolved conditions. Laser photolysis photoionisation mass spectrometer coupled to a flow reactor was the experimental method employed and this thesis present the first measurements performed with the experimental system constructed. During this thesis a great amount of work was devoted to the designing, building, testing, and improving the experimental apparatus. Carbon-centred free radicals were generated by the pulsed 193 or 248 nm photolysis of suitable precursors along the tubular reactor. The kinetics was studied under pseudo-first-order conditions using either He or N2 buffer gas. The temperature and pressure ranges employed were between 190 and 500 K, and 0.5 45 torr, respectively. The possible role of heterogeneous wall reactions was investigated employing reactor tubes with different sizes, i.e. to significantly vary the surface to volume ratio. In this thesis, significant new contributions to the kinetics of carbon-centred free radical reactions with nitrogen dioxide were obtained. Altogether eight substituted alkyl (CH2Cl, CHCl2, CCl3, CH2I, CH2Br, CHBr2, CHBrCl, and CHBrCH3) and two alkenyl (C2H3, C3H3) free radical reactions with NO2 were investigated as a function of temperature. The bimolecular rate coefficients of all these reactions were observed to possess negative temperature dependencies, while pressure dependencies were not noticed for any of these reactions. Halogen substitution was observed to moderately reduce the reactivity of substituted alkyl radicals in the reaction with NO2, while the resonance stabilisation of the alkenyl radical lowers its reactivity with respect to NO2 only slightly. Two reactions relevant to atmospheric chemistry, CH2Br + O2 and CH2I + O2, were also investigated. It was noticed that while CH2Br + O2 reaction shows pronounced pressure dependence, characteristic of peroxy radical formation, no such dependence was observed for the CH2I + O2 reaction. Observed primary products of the CH2I + O2 reaction were the I-atom and the IO radical. Kinetics of CH3 + HCl, CD3 + HCl, CH3 + DCl, and CD3 + DCl reactions were also studied. While all these reactions possess positive activation energies, in contrast to the other systems investigated in this thesis, the CH3 + HCl and CD3 + HCl reactions show a non-linear temperature dependency on the Arrhenius plot. The reactivity of substituted methyl radicals toward NO2 was observed to increase with decreasing electron affinity of the radical. The same trend was observed for the reactions of substituted methyl radicals with Cl2. It is proposed that interactions of frontier orbitals are responsible to these observations and Frontier Orbital Theory could be used to explain the observed reactivity trends of these highly exothermic reactions having reactant-like transition states.

Medetomidiinin glukuronidaation inhibitio

Lääkeainemetabolialla tarkoitetaan entsymaattisia reaktioita, jotka muuttavat lääkeaineita paremmin elimistöstä poistuvaan muotoon. Lääkeaineet voivat vaikuttaa toistensa metaboliaan inhiboimalla tai indusoimalla metaboloivia entsyymejä. Tällaisten interaktioiden seurauksena lääkeaineen pitoisuus elimistössä voi kasvaa jopa toksiseksi tai vähentyä merkittävästi. Tämä on erityisesti ongelmana silloin, kun käytössä on useita lääkkeitä samanaikaisesti. Lääketutkimuksessa onkin keskitytty tällaisten interaktioiden ennustamiseen ja niitä yritetään välttää tai ainakin vähentää. Työssä tutkittiin medetomidiinia, jonka on äskettäin havaittu metaboloituvan UDP-glukuronosyylitransferaasien (UGT) välityksellä. Työn tarkoituksena oli löytää medetomidiinin glukuronidaatiota inhiboivia yhdisteitä. Lisäksi haluttiin selvittää mahdollisen inhibition mekanismeja. On yleistä tutkia tietyn entsyymin substraatin interaktioita muiden saman perheen entsyymien kanssa. On kuitenkin harvinaisempaa tutkia tällaisia interaktioita kahden eri entsyymiperheen välillä. Tässä työssä tutkittiin inhiboivatko mahdolliset sytokromi P450 -entsyymiä (CYP) inhiboivat yhdisteet myös medetomidiinia glukuronoivia UDP-glukuronosyylitransferaaseja. Glukuronidaation inhibitiota tutkittiin HPLC-menetelmällä, joka on kehitetty aiemmin medetomidiinin glukuronidaation tutkimiseen. Aluksi glukuronidaatiota tutkittiin ilman inhibiittoreita. Tämän jälkeen tutkittiin kolmen mahdollisen inhibiittoriyhdisteen vaikutuksia medetomidiinin glukuronidaatioon ja tuloksia verrattiin ilman inhibiittoria saatuihin tuloksiin. Kolmen tutkitun yhdisteen havaittiin inhiboivan medetomidiinin glukuronidaatiota. Tutkimuksessa havaittiin myös mielenkiintoinen ilmiö, jossa inhibiittoriyhdisteen sitoutuminen aiheutti entsyymikineettisiä muutoksia UDP-glukuronosyylitransferaasin toiminnassa. On mielenkiintoista, että samat yhdisteet inhiboivat sekä CYP- että UGT-metaboliaa. Tulosten perusteella voidaan päätellä, että jos CYP ja UGT metaboloivat samaa yhdistettä, on mahdollista että yhdisteen rakenteelliset analogit aiheuttavat interaktioita molempien entsyymien kanssa. Uusia lääkeaineita kehitettäessä onkin otettava huomioon yleisesti tunnettujen CYP-entsyymien lisäksi myös UGT:t ja niiden mahdolliset yhteisvaikutukset.