stringtranslate.com

Порфирин

Порфин , родительский порфирин.

Порфирины ( / ˈ p ɔːr f ər ɪ n / POR -fər-in ) представляют собой группу гетероциклических макроциклических органических соединений , состоящих из четырех модифицированных пиррольных субъединиц, соединенных между собой у своих α- атомов углерода посредством метиновых мостиков (=CH-). У позвоночных существенным членом группы порфиринов является гем , входящий в состав гемопротеинов , в функции которых входит перенос кислорода в кровоток . У растений важным производным порфирина является хлорофилл , который участвует в сборе света и переносе электронов при фотосинтезе .

Родителем порфиринов является порфин , редкое химическое соединение, представляющее исключительно теоретический интерес. Замещенные порфины называются порфиринами. [1] При наличии в общей сложности 26 π-электронов, из которых 18 π-электронов образуют плоский непрерывный цикл, порфириновую кольцевую структуру часто называют ароматической . [2] [3] Одним из результатов использования большой сопряженной системы является то, что порфирины обычно сильно поглощают в видимой области электромагнитного спектра, т.е. они имеют глубокую окраску. Название «порфирин» происходит от греческого слова πορφύρα ( порфира ), что означает пурпур . [4]

Состав

Порфириновые комплексы состоят из плоского квадратного ядра MN 4 . Периферия порфиринов, состоящая из sp 2 -гибридизированных атомов углерода, обычно имеет небольшие отклонения от планарности. «Гофрированные» или седловидные порфирины обусловлены взаимодействием системы с окружающей средой. [5] Кроме того, металл часто не центрируется в плоскости N 4 . [6] В свободных порфиринах два пиррольных протона взаимно трансформируются и выступают из плоскости N 4 . [7] Эти неплоские искажения связаны с изменением химических и физических свойств. Хлорофилловые кольца более отчетливо неплоские, но они более насыщены, чем порфирины. [8]

Комплексы порфиринов

Одновременно со смещением двух протонов N- H порфирины связывают ионы металлов в «кармане» N4. Ион металла обычно имеет заряд 2+ или 3+. Схематическое уравнение этих синтезов показано:

H 2 порфирин + [ML n ] 2+ → M(порфиринат)L n−4 + 4 L + 2 H + , где M = ион металла и L = лиганд

Древние порфирины

Геопорфирин, также известный как петропорфирин, представляет собой порфирин геологического происхождения. [9] Они могут встречаться в сырой нефти , сланце , угле или осадочных породах. [9] [10] Абельсонит , возможно, единственный минерал геопорфирина, поскольку порфирины редко встречаются изолированно и образуют кристаллы. [11]

Область органической геохимии зародилась с выделения порфиринов из нефти. [ нужна цитата ] Это открытие помогло установить биологическое происхождение нефти. Нефть иногда «отпечатки пальцев» определяют путем анализа следовых количеств никеля и ванадилпорфиринов . [ нужна цитата ]

Биосинтез

У нефотосинтезирующих эукариот , таких как животные, насекомые, грибы и простейшие , а также у бактерий группы α-протеобактерий, обязательным этапом биосинтеза порфиринов является образование δ-аминолевулиновой кислоты (δ-АЛК, 5-АЛК или dALA) в результате реакции аминокислоты глицина с сукцинил -КоА из цикла лимонной кислоты . В растениях , водорослях , бактериях (кроме группы α-протеобактерий) и археях он вырабатывается из глутаминовой кислоты посредством глутамил-тРНК и глутамат-1-полуальдегида . Ферментами, участвующими в этом пути, являются глутамил-тРНК-синтетаза , глутамил-тРНК-редуктаза и глутамат-1-полуальдегид-2,1-аминомутаза . Этот путь известен как путь C5 или путь Била.

Затем две молекулы dALA объединяются порфобилиногенсинтазой с образованием порфобилиногена (PBG), который содержит пиррольное кольцо. Затем четыре PBG объединяются путем дезаминирования в гидроксиметилбилан (HMB), который гидролизуется с образованием кольцевого тетрапиррола уропорфириногена III . Эта молекула претерпевает ряд дальнейших модификаций. У разных видов промежуточные соединения используются для образования определенных веществ, но у человека основной конечный продукт протопорфирин IX соединяется с железом с образованием гема. Желчные пигменты являются продуктами распада гема.

На следующей схеме обобщен биосинтез порфиринов со ссылками по номеру EC и базе данных OMIM . Также показана порфирия , связанная с дефицитом каждого фермента:

Путь биосинтеза гема B и его модуляторы. Также показаны серьезные дефициты ферментов.

Лабораторный синтез

Блестящие кристаллы мезо -тетратолилпорфирина, полученные из 4-метилбензальдегида и пиррола в кипящей пропионовой кислоте.

Обычным синтезом порфиринов является реакция Ротемунда , о которой впервые сообщалось в 1936 году [12] [13], которая также является основой для более поздних методов, описанных Адлером и Лонго. [14] Общая схема представляет собой процесс конденсации и окисления , начинающийся с пиррола и альдегида .

Возможные применения

Фотодинамическая терапия

Порфирины были оценены в контексте фотодинамической терапии (ФДТ), поскольку они сильно поглощают свет, который затем преобразуется в тепло в освещенных областях. [15] Этот метод применялся при дегенерации желтого пятна с использованием вертепорфина . [16]

ФДТ считается неинвазивным методом лечения рака, включающим взаимодействие света определенной частоты, фотосенсибилизатора и кислорода. Это взаимодействие приводит к образованию высокореактивных форм кислорода (АФК), обычно синглетного кислорода, а также супероксидного аниона, свободного гидроксильного радикала или перекиси водорода. [17] Эти высокоактивные формы кислорода реагируют с чувствительными клеточными органическими биомолекулами, такими как; липиды, ароматические аминокислоты и гетероциклические основания нуклеиновых кислот производят окислительные радикалы, которые повреждают клетку, возможно, вызывая апоптоз или даже некроз. [18]

Молекулярная электроника и сенсоры

Соединения на основе порфиринов представляют интерес как возможные компоненты молекулярной электроники и фотоники. [19] Синтетические порфириновые красители были включены в прототипы сенсибилизированных красителями солнечных элементов . [20] [21]

Биологические применения

Порфирины исследовались как возможные противовоспалительные средства [22] и оценивались их противораковая и антиоксидантная активность. [23] Было обнаружено, что несколько конъюгатов порфирин-пептид обладают противовирусной активностью против ВИЧ in vitro . [24]

Токсикология

Биосинтез гема используется в качестве биомаркера в исследованиях экологической токсикологии. В то время как избыточное производство порфиринов указывает на воздействие хлорорганических соединений , свинец ингибирует фермент дегидратазу АЛК . [25]

Галерея

Родственные виды

В природе

В природе встречается несколько гетероциклов, родственных порфиринам, почти всегда связанных с ионами металлов. К ним относятся

Синтетический

Бензопорфирин представляет собой порфирин с бензольным кольцом , конденсированным с одним из пиррольных звеньев. например , вертепорфин представляет собой производное бензопорфирина. [26]

Неприродные изомеры порфирина

Порфицен, первый изомер порфирина, синтезированный из бипирролового диальдегида посредством реакции сочетания Мак-Мерри.

О первом синтетическом изомере порфирина сообщили Эмануаль Фогель и его коллеги в 1986 году. [27] Этот изомер [18]порфирин-(2.0.2.0) называется порфиценом , а центральная полость N 4 образует форму прямоугольника , как показано на рисунке. [28] Порфицены продемонстрировали интересное фотофизическое поведение и нашли универсальное соединение для фотодинамической терапии . [29] Это вдохновило Фогеля и Сесслера взяться за задачу получения [18]порфирина-(2.1.0.1) и назвать его коррфиценом или порфицерином . [30] О третьем порфирине, [18]порфирине-(2.1.1.0), сообщили Калло и Фогель-Сесслер. Фогель и его коллеги сообщили об успешном выделении [18]порфирина-(3.0.1.0) или изопорфицена . [31] Японский учёный Фурута [32] и польский учёный Латос-Гражиньский [33] почти одновременно сообщили о N-спутанных порфиринах . Инверсия одной из пиррольных субъединиц в макроциклическом кольце привела к тому, что один из атомов азота был обращен наружу от ядра макроцикла.

Различные известные изомеры порфирина

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Раяти С., Малекмохаммади С. (2016). «Каталитическая активность многостенных углеродных нанотрубок, нанесенных на порфирин марганца (III): эффективный, селективный и многоразовый катализатор окисления алкенов и алканов мочевиной и перекисью водорода». Журнал экспериментальной нанонауки . 11 (11): 872. Бибкод : 2016JENan..11..872R. дои : 10.1080/17458080.2016.1179802 .
  2. ^ Иванов А.С., Болдырев А.И. (август 2014 г.). «Расшифровка ароматичности порфириноидов с помощью адаптивного разделения по естественной плотности». Органическая и биомолекулярная химия . 12 (32): 6145–6150. дои : 10.1039/C4OB01018C. ПМИД  25002069.
  3. ^ Лэш ТД (2011). «Происхождение ароматического характера в порфириноидных системах». Журнал порфиринов и фталоцианинов . 15 (11н12): 1093–1115. дои : 10.1142/S1088424611004063.
  4. ^ Харпер Д., Буглионе, округ Колумбия. «порфирия (сущ.)». Интернет-словарь этимологии . Проверено 14 сентября 2014 г.
  5. ^ Сенге М.О., Макгоуэн С.А., О'Брайен Дж.М. (декабрь 2015 г.). «Конформационный контроль кофакторов в природе - влияние индуцированных белками искажений макроциклов на биологическую функцию тетрапирролов». Химические коммуникации . 51 (96): 17031–17063. дои : 10.1039/C5CC06254C. hdl : 2262/75305 . ПМИД  26482230.
  6. ^ Уокер Ф.А., Симонис Ю (2011). «Химия железопорфиринов». Энциклопедия неорганической и бионеорганической химии . doi : 10.1002/9781119951438.eibc0104. ISBN 9781119951438.
  7. ^ Дженцен В., Ма Дж.Г., Шелнатт Дж.А. (февраль 1998 г.). «Сохранение конформации порфиринового макроцикла в гемопротеинах». Биофизический журнал . 74 (2 ч. 1): 753–763. Бибкод : 1998BpJ....74..753J. дои : 10.1016/S0006-3495(98)74000-7. ПМК 1302556 . ПМИД  9533688.  
  8. ^ Сенге М.О., Райан А.А., Летчфорд К.А., Макгоуэн С.А., Мильке Т. (2014). «Хлорофиллы, симметрия, хиральность и фотосинтез». Симметрия . 6 (3): 781–843. Бибкод : 2014Symm....6..781S. дои : 10.3390/sym6030781 . hdl : 2262/73843 .
  9. ^ Аб Кадиш К.М., изд. (1999). Справочник по порфиринам. Эльзевир . п. 381. ИСБН 9780123932006.
  10. ^ Чжан Б., Lash TD (сентябрь 2003 г.). «Полный синтез порфиринового минерала абельсонита и родственных ему петропорфиринов с пятичленными экзоциклическими кольцами». Буквы тетраэдра . 44 (39): 7253. doi :10.1016/j.tetlet.2003.08.007.
  11. ^ Мейсон Г.М., Труделл Л.Г., Брантавер Дж.Ф. (1989). «Обзор стратиграфического распространения и диагенетической истории абельсонита». Органическая геохимия . 14 (6): 585. Бибкод : 1989OrGeo..14..585M. дои : 10.1016/0146-6380(89)90038-7.
  12. ^ Ротемунд П. (1936). «Новый синтез порфиринов. Синтез порфина». Варенье. хим. Соц. 58 (4): 625–627. дои : 10.1021/ja01295a027.
  13. ^ Ротемунд П. (1935). «Образование порфиринов из пиррола и альдегидов». Варенье. хим. Соц . 57 (10): 2010–2011. дои : 10.1021/ja01313a510.
  14. ^ Адлер А.Д., Лонго Ф.Р., Финарелли Дж.Д., Гольдмахер Дж., Ассур Дж., Корсаков Л. (1967). «Упрощенный синтез мезо -тетрафенилпорфина». Дж. Орг. хим. 32 (2): 476. doi :10.1021/jo01288a053.
  15. ^ Джунтини Ф., Бойл Р., Сибриан-Васкес М., Висенте М.Г. (2014). «Порфириновые конъюгаты для терапии рака». В Кадиш К.М., Смит К.М., Гилард Р. (ред.). Справочник по порфириновой науке . Том. 27. С. 303–416.
  16. ^ Вормальд Р., Эванс Дж., Смит Л., Хеншоу К. (июль 2007 г.). «Фотодинамическая терапия неоваскулярной возрастной макулярной дегенерации» (PDF) . Кокрейновская база данных систематических обзоров (3): CD002030. дои : 10.1002/14651858.CD002030.pub3. ПМИД  17636693.
  17. ^ Прайс М., Терлеки С.Р., Кессель Д. (2009). «Роль перекиси водорода в проапоптотических эффектах фотодинамической терапии». Фотохимия и фотобиология . 85 (6): 1491–1496. дои : 10.1111/j.1751-1097.2009.00589.x. ПМЦ 2783742 . ПМИД  19659920. 
  18. ^ Сингх С, Аггарвал А, Бхупатираджу Н.В., Арианна Г, Тивари К., Дрен СМ (сентябрь 2015 г.). «Гликозилированные порфирины, фталоцианины и другие порфириноиды для диагностики и терапии». Химические обзоры . 115 (18): 10261–10306. doi : 10.1021/acs.chemrev.5b00244. ПМК 6011754 . ПМИД  26317756. 
  19. ^ Льютак Дж.П., Грико Д.Т. (октябрь 2012 г.). «Синтез π-растянутых порфиринов посредством внутримолекулярного окислительного сочетания». Химические коммуникации . 48 (81): 10069–10086. дои : 10.1039/c2cc31279d. ПМИД  22649792.
  20. ^ Уолтер М.Г., Рудин А.Б., Вамсер CC (2010). «Порфирины и фталоцианины в солнечных фотоэлектрических элементах». Журнал порфиринов и фталоцианинов . 14 (9): 759–792. дои : 10.1142/S1088424610002689.
  21. ^ Йелла А., Ли Х.В., Цао Х.Н., Йи С., Чандиран А.К., Назируддин М.К. и др. (ноябрь 2011 г.). «Сенсибилизированные порфирином солнечные элементы с окислительно-восстановительным электролитом на основе кобальта (II/III) превышают 12-процентную эффективность». Наука . 334 (6056): 629–634. Бибкод : 2011Sci...334..629Y. дои : 10.1126/science.1209688. PMID  22053043. S2CID  28058582.
  22. ^ Алонсо-Кастро AJ, Сапата-Моралес JR, Эрнандес-Муниве А, Кампос-Ксолальпа Н, Перес-Гутьеррес С, Перес-Гонсалес С (май 2015 г.). «Синтез, антиноцицептивные и противовоспалительные эффекты порфиринов». Биоорганическая и медицинская химия . 23 (10): 2529–2537. дои : 10.1016/j.bmc.2015.03.043. ПМИД  25863493.
  23. ^ Баджу Г.Д., Ахмед А., Деви Дж. (декабрь 2019 г.). «Синтез и биологическая активность тетра(4-метоксифенил)порфиринсалицилатов оксованадия(IV)». БМК Химия . 13 (1): 15. дои : 10.1186/s13065-019-0523-9 . ПМК 6661832 . ПМИД  31384764. 
  24. ^ Мендонса Д.А., Баккер М., Круз-Оливейра С., Невес В., Хименес М.А., Дефаус С. и др. (июнь 2021 г.). «Проникновение через гематоэнцефалический барьер с помощью новых конъюгатов пептид-порфирин, обладающих анти-ВИЧ активностью». Биоконъюгатная химия . 32 (6): 1067–1077. doi : 10.1021/acs.bioconjchem.1c00123. ПМЦ 8485325 . ПМИД  34033716. 
  25. ^ Уокер Ч., Силби Р.М., Хопкин С.П., Пикалл Д.Б. (2012). Принципы экотоксикологии . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. п. 182. ИСБН 978-1-4665-0260-4.
  26. ^ Скотт LJ, Гоа КЛ (февраль 2000 г.). «Вертепорфин». Наркотики и старение . 16 (2): 139–146, обсуждение 146–8. дои : 10.2165/00002512-200016020-00005. PMID  10755329. S2CID  260491296.
  27. ^ Фогель Э, Кехер М (март 1986 г.). «Порфицен — новый изомер порфина». Ангеванде Хеми . 25 (3): 257. doi :10.1002/anie.198602571.
  28. ^ Нагамайя Дж., Дутта А., Пати Н.Н., Саху С., Соман Р., Панда ПК (март 2022 г.). «3,6,13,16-Тетрапропилпорфицен: рациональный синтез, комплексообразование и галогенирование». Журнал органической химии . 87 (5): 2721–2729. doi : 10.1021/acs.joc.1c02652. PMID  35061396. S2CID  246165814.
  29. ^ Догерти Т.Дж. (2001). «Основные принципы фотодинамической терапии». Журнал порфиринов и фталоцианинов . 5 (2): 105. дои :10.1002/jpp.328.
  30. ^ Фогель Э., Гилард Р. (ноябрь 1993 г.). «Новые порфиценовые лиганды: октаэтил- и этиопорфицен (OEPc и EtioPc) - тетра- и пентакоординированные цинковые комплексы OEPc». Angewandte Chemie, международное издание . 32 (11): 1600. doi :10.1002/anie.199316001.
  31. ^ Фогель Э., Шольц П., Демут Р., Эрбен С., Бреринг М., Шмиклер Х. и др. (октябрь 1999 г.). «Изопорфицен: четвертый конституционный изомер порфирина с ядром N (4) E/Z-изомерии». Ангеванде Хеми . 38 (19): 2919–2923. doi :10.1002/(SICI)1521-3773(19991004)38:19<2919::AID-ANIE2919>3.0.CO;2-W. ПМИД  10540393.
  32. ^ Хироюки Ф (1994). "«N-путанный порфирин»: новый изомер тетрафенилпорфирина». J. Am. Chem. Soc . 116 (2): 767. doi : 10.1021/ja00081a047.
  33. ^ Хмелевский П.Ю., Латос-Гражинский Л., Рахлевич К., Гловяк Т. (18 апреля 1994 г.). «Тетра-п-толилпорфирин с перевернутым пиррольным кольцом: новый изомер порфирина». Angewandte Chemie, международное издание . 33 (7): 779. doi :10.1002/anie.199407791.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме порфиринов .