Raw data on the time-course of absorbance change at 500 nm for a kinetic study of H2O2-based phenol oxidation catalyzed by [Cu(Py2pn)(ClO4)2] complex

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Introduction

This dataset contains the raw data from a kinetic study on the oxidation of phenol (PhOH) —the simplest model system for the phenolic units present in lignin— catalyzed by the Cu(II) complex [Cu(Py₂pn)(ClO₄)₂] (Py₂pn = N,N’-bis(2-pyridinylmethylene)propane-1,3-diamine), which mimics the action of peroxidase enzymes. The reactions were carried out in the presence of 4-aminoantipyrine (4-AAP) and using hydrogen peroxide (H₂O₂) as terminal oxidant.

These data were generated to evaluate the catalytic efficiency of the Cu(II) complex in the oxidation of PhOH, a key model molecule in lignin degradation studies. Their analysis enables a more detailed understanding of the mechanism by which the complex [Cu(Py₂pn)(ClO₄)₂] catalyzes the oxidation of this substrate, providing valuable insights for the rational design of more efficient catalysts in large-scale biorefinery processes.

• 4-AAP: 4-Aminoantipyrine
• AU: Absorbance Units
• Cat: Catalyst
• DMF: Dimethylformamide
• MeCN: Acetonitrile
• PhOH: Phenol
• Py₂pn: N,N’-bis(2- pyridinylmethylen)propane-1,3-diamine

Methodology

The kinetics of PhOH oxidation by H₂O₂ catalyzed by [Cu(Py₂pn)(ClO₄)₂] complex were evaluated at 25°C and 50°C in two different reaction media: phosphate buffer (pH 7):MeCN in a 5:1 ratio, and borate buffer (pH 9):DMF in a 5:1 ratio. In the presence of 4-AAP, the formation of the p-quinoneimide product was monitored over time by following the increase in absorbance at 500 nm. The initial concentration of 4-AAP was kept constant in all experiments ([4-AAP]₀ = 0.68 mM), while the starting concentrations of the catalyst (0–0.045 mM), PhOH (0.05–3 mM), and H₂O₂ (0.17–17 mM) were varied individually.

In a typical experiment, 2.5 mL of buffer solution containing the appropriate amount of PhOH was mixed with 10 μL of an H₂O₂ solution in acetone (the concentration was adjusted as needed). To start the reaction, 0.5 mL of a solution of the complex in MeCN or DMF—whose concentration was adjusted according to the specific kinetic assay—was added, and the mixture was maintained under magnetic stirring, with the absorbance at 500 nm recorded at 10-second intervals.

Quality of data

To ensure reproducibility and quality of data generation and collection, each kinetic assay was performed in duplicate, yielding two independent sets of time-series absorbance data at 500 nm for each experimental condition. Additionally, the procedure included beginning the absorbance recording 30 s after the addition of the catalyst. Consistency between replicates was evaluated using quantitative and visual analyses, and a thorough review was conducted in order to identify any outliers or inconsistencies in the spectrophotometric data.

Table of contents

The kinetic data are stored in individual CSV files, organized in a folder structure based on reaction medium composition and temperature. Within each subfolder corresponding to a specific condition (a combination of reaction medium composition and temperature), each file contains raw, time-series absorbance data at 500 nm for experiments conducted under that condition, in which the starting concentration of one reactant (PhOH, catalyst, or H₂O₂) is varied individually.

The following presents the organization of the dataset files within the folder structure according to the reaction medium composition (phosphate buffer (pH 7):MeCN or borate buffer (pH 9):DMF) and temperature:

• pH_7_mecn
  • Temp_25C
    • hydrogen_peroxide_pH7_25C.csv – Contains raw, time-series absorbance data at 500 nm for experiments conducted at pH 7 and 25°C with varying starting H₂O₂ concentrations and constant initial concentrations of PhOH and catalyst.
    • phenol_pH7_25C.csv – Contains raw, time-series absorbance data at 500 nm for experiments conducted at pH 7 and 25°C with varying starting PhOH concentrations and fixed initial concentrations of H₂O₂ and catalyst.
    • catalyst_pH7_25C.csv – Contains raw, time-series absorbance data at 500 nm for experiments conducted at pH 7 and 25°C with varying starting catalyst concentrations and fixed initial concentrations of PhOH and H₂O₂.
  • Temp_50C
    • hydrogen_peroxide_pH7_50C.csv – Contains raw, time-series absorbance data at 500 nm for experiments conducted at pH 7 and 50°C with varying starting H₂O₂ concentrations and constant initial concentrations of PhOH and catalyst.
    • phenol_pH7_50C.csv – Contains raw, time-series absorbance data at 500 nm for experiments conducted at pH 7 and 50°C with varying starting PhOH concentrations and constant initial concentrations of H₂O₂ and catalyst.
    • catalyst_pH7_50C.csv – Contains raw, time-series absorbance data at 500 nm for experiments conducted at pH 7 and 50°C with varying starting catalyst concentrations and fixed initial concentrations of PhOH and H₂O₂.
• pH_9_dmf
  • Temp_25C
    • hydrogen_peroxide_pH9_25C.csv – Contains raw, time-series absorbance data at 500 nm for experiments conducted at pH 9 and 25°C with varying starting H₂O₂ concentrations and fixed initial concentrations of PhOH and catalyst.
    • phenol_pH9_25C.csv – Contains raw, time-series absorbance data at 500 nm for experiments conducted at pH 9 and 25°C with varying starting PhOH concentrations and constant initial concentrations of H₂O₂ and catalyst.
    • catalyst_pH9_25C.csv – Contains raw, time-series absorbance data at 500 nm for experiments conducted at pH 9 and 25°C with varying starting catalyst concentrations and constant initial concentrations of PhOH and H₂O₂.
  • Temp_50C
    • hydrogen_peroxide_pH9_50C.csv – Contains raw, time-series absorbance data at 500 nm for experiments conducted at pH 9 and 50°C with varying starting H₂O₂ concentrations and fixed initial concentrations of PhOH and catalyst.
    • phenol_pH9_50C.csv – Contains raw, time-series absorbance data at 500 nm for experiments conducted at pH 9 and 50°C with varying starting PhOH concentrations and constant initial concentrations of H₂O₂ and catalyst.
    • catalyst_pH9_50C.csv – Contains raw, time-series absorbance data at 500 nm for experiments conducted at pH 9 and 50°C with varying starting catalyst concentrations and fixed initial concentrations of PhOH and H₂O₂.

• abs500: Absorbance recorded at 500 nm (UA)
• conc_cat_mM: Starting concentration of catalyst (mM)
• conc_h2o2_mM: Starting concentration of H₂O₂ (mM)
• conc_phoh_mM: Starting concentration of PhOH (mM)
• time_s: Time since the start of the reaction (s)

Value of the data

These raw kinetic data can be used to determine the initial rates of p-quinoneimide adduct formation, which is responsible for the monitored absorption maximum at 500 nm. Subsequently, the results for each experimental condition can be analyzed collectively to model the rate law of p-quinoneimide formation, which provides valuable information to gain mechanistic insight into the catalytic activity of the peroxidase mimic complex [Cu(Py₂pn)(ClO₄)₂].

The value of these data lies in their contribution to the rational design of more efficient catalysts for the oxidation of phenolic compounds, which may have implications for the development of sustainable strategies for lignin valorization. Since the conversion of lignin into high-value chemicals remains a major challenge in biorefinery chemistry, this information is crucial for optimizing catalytic systems with the ability of transforming this biopolymer into precursors for functional materials, fuels, and industrially relevant compounds.

Introducción

Este dataset reúne los datos crudos del estudio cinético de la oxidación de fenol (PhOH) —el sistema modelo más simple de las unidades fenólicas de la lignina— catalizada por el complejo de Cu(II) [Cu(Py₂pn)(ClO₄)₂] (Py₂pn = N,N’-bis(2-piridinilmetilen)propano-1,3-diamina), un mimético funcional de las enzimas peroxidasas. Las reacciones se realizaron en presencia de 4 aminoantipirina (4 AAP) y utilizando peróxido de hidrógeno (H₂O₂) como oxidante terminal.

Estos datos fueron generados con el objetivo de evaluar la eficiencia catalítica del complejo de Cu(II) en la oxidación de PhOH, una molécula modelo clave en estudios sobre degradación de lignina. Su análisis permite comprender con mayor detalle el mecanismo a través del cual el complejo [Cu(Py₂pn)(ClO₄)₂] cataliza la oxidación de dicho sustrato, información valiosa para el diseño racional de catalizadores más eficientes en procesos de biorrefinería a gran escala.

• 4-AAP: 4-Aminoantipirina
• Cat: Catalizador
• DMF: N,N'-Dimetilformamida
• MeCN: Acetonitrilo
• PhOH: Fenol
• Py₂pn: N,N’-bis(2- piridinilmetilen)propano-1,3-diamina
• UA: Unidades de absorbancia

Metodología

La cinética de la oxidación de fenol por H₂O₂ catalizada por el complejo [Cu(Py₂pn)(ClO₄)₂] fue evaluada a 25 y 50°C en dos medios de reacción diferentes: buffer fosfato (pH 7):MeCN 5:1 y buffer borato (pH 9):DMF 5:1. En presencia de 4-AAP, la formación del producto p-quinonaimida fue monitoreado en el tiempo siguiendo el incremento en la absorbancia a 500 nm. La concentración inicial de 4-AAP se mantuvo constante en todos los experimentos ([4-AAP]₀ = 0.68 mM), mientras que las concentraciones de partida del catalizador (0–0.045 mM), PhOH (0.05–3 mM) y H₂O₂ (0.17–17 mM) fueron variadas individualmente.

En un experimento típico, se mezclaron 2.5 mL de solución buffer conteniendo la cantidad correspondiente de PhOH con 10 μL de una solución de H₂O₂ en acetona (la concentración se ajustó según el caso). Para iniciar la reacción, se adicionaron 0.5 mL de una solución del complejo en MeCN o DMF, cuya concentración se ajustó según el ensayo cinético particular, y la mezcla se mantuvo bajo agitación magnética, registrándose la absorbancia a 500 nm a intervalos de 10 s.

Calidad de los datos

Para asegurar la reproducibilidad y la calidad en la generación y recolección de los datos, cada ensayo cinético se realizó por duplicado, obteniéndose dos series independientes de datos de absorbancia a 500 nm en función del tiempo para cada condición experimental. Adicionalmente, se adoptó la medida de iniciar el registro de la absorbancia 30 s después de la adición del catalizador. La consistencia entre las réplicas se evaluó mediante análisis cuantitativos y visuales, y se realizaron controles para detectar valores atípicos o inconsistencias en las lecturas realizadas por el espectrofotómetro.

Tabla de contenidos

Los datos cinéticos están almacenados en archivos CSV individuales, organizados en una estructura de carpetas según la composición del medio de reacción y la temperatura. Dentro de cada subcarpeta correspondiente a una condición particular (combinación de composición del medio de reacción y temperatura), cada archivo contiene los datos crudos de absorbancia a 500 nm en función del tiempo obtenidos en experimentos realizados bajo esa condición, en los que la concentración inicial de un único reactivo (PhOH, catalizador o H₂O₂) se varió de manera independiente.

A continuación, se presenta la organización de los archivos de datos incluidos en el presente dataset en la estructura de carpetas según la composición del medio de reacción (buffer fosfato (pH 7):MeCN o buffer borato (pH 9):DMF) y la temperatura:

• pH_7_mecn
  • Temp_25C
    • hydrogen_peroxide_pH7_25C.csv – Contiene los datos crudos de absorbancia a 500 nm en función del tiempo para los experimentos realizados a pH 7 y 25°C en los que se varió la concentración inicial de H₂O₂, manteniendo constantes las concentraciones iniciales de PhOH y catalizador.
    • phenol_pH7_25C.csv – Contiene los datos crudos de absorbancia a 500 nm para los experimentos realizados a pH 7 y 25°C en los que se varió la concentración inicial de PhOH, manteniendo constantes las concentraciones iniciales de H₂O₂ y catalizador.
    • catalyst_pH7_25C.csv – Contiene los datos crudos de absorbancia a 500 nm en función del tiempo para los experimentos realizados a pH 7 y 25°C en los que se varió la concentración inicial del catalizador, mientras que las concentraciones iniciales de PhOH y H₂O₂ se mantuvieron constantes.
  • Temp_50C
    • hydrogen_peroxide_pH7_50C.csv – Contiene los datos crudos de absorbancia a 500 nm en función del tiempo para los experimentos realizados a pH 7 y 50°C en los que se varió la concentración inicial de H₂O₂, manteniendo constantes las concentraciones iniciales de PhOH y catalizador.
    • phenol_pH7_50C.csv – Contiene los datos crudos de absorbancia a 500 nm en función del tiempo para los experimentos realizados a pH 7 y 50°C en los que se varió la concentración inicial de PhOH, manteniendo constantes las concentraciones iniciales de H₂O₂ y catalizador.
    • catalyst_pH7_50C.csv – Contiene los datos crudos de absorbancia a 500 nm en función del tiempo para los experimentos realizados a pH 7 y 50°C en los que se varió la concentración inicial del catalizador, mientras que las concentraciones iniciales de PhOH y H₂O₂ se mantuvieron constantes.
• pH_9_dmf
  • Temp_25C
    • hydrogen_peroxide_pH9_25C.csv – Contiene los datos crudos de absorbancia a 500 nm en función del tiempo para los experimentos realizados a pH 9 y 25°C en los que se varió la concentración inicial de H₂O₂, manteniendo constantes las concentraciones iniciales de PhOH y catalizador.
    • phenol_pH9_25C.csv – Contiene los datos crudos de absorbancia a 500 nm en función del tiempo para los experimentos realizados a pH 9 y 25°C en los que se varió la concentración inicial de PhOH, manteniendo constantes las concentraciones iniciales de H₂O₂ y catalizador.
    • catalyst_pH9_25C.csv – Contiene los datos crudos de absorbancia a 500 nm en función del tiempo para los experimentos realizados a pH 9 y 25°C en los que se varió la concentración inicial del catalizador, mientras que las concentraciones iniciales de PhOH y H₂O₂ se mantuvieron constantes.
  • Temp_50C
    • hydrogen_peroxide_pH9_50C.csv – Contiene los datos crudos de absorbancia a 500 nm en función del tiempo para los experimentos realizados a pH 9 y 50°C en los que se varió la concentración inicial de H₂O₂, manteniendo constantes las concentraciones iniciales de PhOH y catalizador.
    • phenol_pH9_50C.csv – Contiene los datos crudos de absorbancia a 500 nm en función del tiempo para los experimentos realizados a pH 9 y 50°C en los que se varió la concentración inicial de PhOH, manteniendo constantes las concentraciones iniciales de H₂O₂ y catalizador.
    • catalyst_pH9_50C.csv – Contiene los datos crudos de absorbancia a 500 nm en función del tiempo para los experimentos realizados a pH 9 y 50°C en los que se varió la concentración inicial del catalizador, mientras que las concentraciones iniciales de PhOH y H₂O₂ se mantuvieron constantes.

• abs500: Absorbancia registrada a 500 nm (UA)
• conc_cat_mM: Concentración inicial de catalizador (mM)
• conc_h2o2_mM: Concentración inicial de H₂O₂ (mM)
• conc_phoh_mM: Concentración inicial de PhOH (mM)
• time_s: Tiempo transcurrido desde el inicio de la reacción (s)

Valor de los datos

Los datos cinéticos crudos de absorbancia a 500 nm en función del tiempo presentados aquí pueden ser utilizados para determinar las velocidades iniciales de formación del aducto p-quinonaimida, compuesto responsable del máximo de absorción monitoreado espectrofotométricamente. Posteriormente, los resultados para cada condición experimental pueden analizarse en forma conjunta con el propósito de modelar la ley de velocidad de formación de p-quinonaimida y arribar a una propuesta mecanística completa que permita explicar la actividad catalítica del complejo mimético de peroxidasas [Cu(Py₂pn)(ClO₄)₂].

El valor de estos datos radica en su contribución al diseño racional de catalizadores más eficientes para la oxidación por H₂O₂ de compuestos fenólicos, lo que puede tener implicancias en el desarrollo de estrategias sostenibles para la valorización de la lignina. Dado que la conversión de la lignina en productos químicos de alto valor agregado sigue siendo un desafío en el contexto de los procesos de biorrefinería a gran escala, esta información resulta clave para optimizar sistemas catalíticos que permitan transformar este biopolímero en precursores de materiales funcionales, combustibles y compuestos de interés industrial.