Vitamin B12 og dets Modelforbindelser

Vitamin B12 eller cyanocobalamin blev først isoleret som en anti-perniciøs anæmi faktor. Det har længe fascineret kemikere på grund af sin unikke komplekse struktur og forskellige katalytiske aktiviteter. Vitamin B12 er biologisk inaktivt, og dets aktive former er kendt som B12-coensymer eller cofaktorer, der spiller vigtige roller i de essentielle reaktioner relateret til nukleinsyre, protein og lipidsynteser. Vitamin B12 produceres af mikroorganisme (bakterier/svampe), og dette er kun vitamin, der indeholder metal (kobolt). Planter producerer eller indeholder ikke vitamin B12, og fødekilder inkluderer æg, kød, fisk, mælk og andre mejeriprodukter.

Lenhert og krage-Hodgkin i 1961 opdagede, at B12-Coen indeholder en adenosyl-gruppe, der er knyttet til koboltcentret ved en direkte C-kur-Co-binding, hvilket for første gang indikerede tilstedeværelsen af en metal-carbonbinding i de biologiske systemer (Fig. 1). Co-C-bindingen i B12 anses for at være en af de mest stabile karrus-organocobaltbindinger, der nogensinde er rapporteret. Det blev set, at det makrocykliske ligandsystem i vitamin B12 faktisk påvirker og ændrer koboltets egenskaber betydeligt, hvilket gør det muligt at danne en meget stabil Co–C-binding. Hodgkin blev belønnet med Nobelprisen i kemi (1964) for at bestemme den komplekse faststofstruktur af vitamin B12 (sammen med strukturerne af andre molekyler af biologisk betydning, som penicillin og kolesterol) ved hjælp af Røntgendiffraktionsspektroskopi.

de kendte B12-cofaktorer er alkylcobalaminer (RCbl), der består af et koboltkompleks af tetrapyrrol makrocyklisk ligand (corrinring) med et hængende nukleotid (intra-molekylært bundet 5,6-dimethylbensimidat), der indtager det fem koordinationssted for en oktaedrisk Co(III), og den sjette position besættes af forskellige R-grupper i forskellige cofaktorer, methylcobalamin (MeCbl, R = CH3) og B12 (5′ – deoksyadenosylcobalamin, Adocbl, r = 5′ – deoksyadenosyl). I vitamin B12 er den sjette position optaget af en CN-ligand (cyanocobalamin, CNCbl, R = CN), og det er en biologisk inaktiv Art. Corrin-ringsystemet i vitamin B12 er nogenlunde plan, og de korte sidekæder (acetamid) strækker sig over corrin-ringplanet, mens de lange sidekæder (propionamid) strækker sig under ringplanet. Fra det kemiske synspunkt er alkylcobalaminer stabile og syrefaste, men termo – og fotolabile organocobaltkomplekser. Vitamin B12-coensymer viser kun høj reaktivitet i nærvær af tilsvarende apoensymer, og deres labiliseringshastighed for Co–C–binding kunne øges med en faktor 1013, hvilket indikerer, at proteinkonformationsændringer spiller en vigtig rolle i retning af Co-C-bindingsstabilitet og reaktivitet.

alle kendte reaktioner af B12-afhængige bindinger involverer fremstilling og brud på Co–C-bindingen. De forskellige former for spaltning af Co-C-bindingerne er blevet postuleret for de to vitamin B12-coensymer, AdoCbl og MeCbl. Co-C–binding, hvilket resulterer i dannelse af cob(II)alamin og 5′-deoksyadenosyl-radikal, f.eks. isomerase og mutasemutaser, som katalyserer det intramolekylære 1,2-skift af et hydrogenatom og en elektronegativ gruppe.

Metylcobalamin(MeCbl) er en cofaktor, der kræver heterolytisk spaltning af Co–C-binding, hvilket efterlader begge elektroner på kobolt, hvilket resulterer i dannelse af methylcarbocation og Co (i)alamin. Disse stoffer deltager i methyloverførselsreaktionerne, f.eks. methioninsyntase. (Fig. 3).

efter Hodgkins pionerarbejde er der rapporteret om et stort antal organocobaltforbindelser, og nogle af disse forbindelser er blevet foreslået som modeller af vitamin B12. G. N. Schrauser og Kohnle i 1964 rapporterede, at reaktionen af B12-Coen kan simuleres med meget enklere Co(III) komplekser af den monoanioniske dimethylglyoksim (dmgH), R-gruppe og B. (Fig. 4).

her er R en organisk gruppe, der er bundet til kobolt, f.eks. alkyler, og B er en neutral aksial base ligand trans til Co-C binding, f. eks. pyridin, H2O osv. Disse forbindelser er blevet navngivet som” cobaloksimer ” for at understrege deres lighed med cobalaminer. Talrige cobaloksimer med forskellige ækvatoriale dioksimer og aksiale ligander (R og B) er blevet syntetiseret for at undersøge effekten af sterisk og elektronisk karakter af ligander på Co–C-bindingsstabiliteten. Derudover er adskillige andre vitamin B12-analoger blevet syntetiseret med forskellige Schiff-base-ligander, f.eks. 5a og 5b). Komplekser af typen + (Fig. 5c) med en monoanionisk tetradentatligand blev rapporteret af Costa, et al. Koboltkomplekser med porfyriner og tetraasa makrocykliske ligander (1,4,8,11-tetraasacyclotetradecan) (Fig. 5d) er også blevet undersøgt som B12-modelforbindelser.

Cobaloksim som bedre Model af B12-Coensym

selvom der rapporteres om mange modelforbindelser, er det blevet observeret, at de enkle cobaloksimer simulerer reaktionerne af vitamin B12-coensymer nærmere. Ækvatoriale dioksimer model corrinringen af B12-coensymer og krystallografiske data tilgængelige på cobalaminer antydede, at de strukturelle virkninger af ændring i aksial R-gruppe svarer til dem, der findes i cobaloksimer. Teoretiske beregninger har også vist en tæt lighed mellem cobalamin og cobaloksimer. De to elektron reduktion af cobaloksim, producerer Co (I), som super nukleofil, som efter reaktion med CH3I giver . Denne reaktion ligner meget B12-kemien. Også undersøgelserne af effekter pålagt af ækvatoriale dioksimer og aksial base på egenskaberne af Co–C–binding giver indsigt i homolyse og heterolysespaltning af Co-C-binding i B12-coensymer. Bortset fra disse kan cobaloksimer let syntetiseres ved et trin alkylering af Co(I), genereret in situ fra de let tilgængelige og billige udgangsmaterialer (dimethylglyoksim og pyridin), mens de fleste af de andre chelatsystemer kræver syntese af ligand efterfulgt af metalkompleksering.

det er let at inkorporere ligander med forskellige egenskaber i alkylcobaloksim, og dette kan ikke introduceres så let i andre modelsystemer. Endnu vigtigere er cobaloksimerne ideelle system til strukturel bestemmelse ved NMR-spektroskopi. Alle disse fordele har ført til omfattende undersøgelse af cobaloksimer’ egenskaber for at efterligne egenskaberne ved B12-coensymer. Nylige undersøgelser af cobaloksimer har imidlertid vist, at disse har vokset deres oprindelige relevans som en B12-model. De har erhvervet et uafhængigt forskningsfelt på grund af deres rige Kemi og alsidige anvendelser som forløbere i organisk syntese og som katalysatorer i forskellige organiske transformationsreaktioner, herunder polymerisationsreaktioner.

1. Facebook og andre online kilder.
2. Introduktion til vitamin B12: Link
3. Noble prize in chemistry 1964 Link
4. G. N. Schrauzer, Organocobalt chemistry of vitamin B12 model compounds (cobaloximes), Acc. Chem. Res.1968, 1497-103
5. aand in Vitamin B12 Model Compounds, Angew. Chem. 1976, 15 (7), 417-426
6. K. H. Reddy, Coordination compounds in Biology, Resonance, June 1999. Link
7. Synthesis of cobaloxime derivatives: Link