Herstellung von SNS Cobalt(II) Pincer Model Complexes of Liver Alcohol Dehydrogenase
Summary
Die Herstellung von SNS-Zangenkobalt(II)-Modellkomplexen der Leberalkoholdehydrogenase wird hier vorgestellt. Die Komplexe können durch Reaktion des Ligandenvorläufers mit CoCl26H2O hergestellt und dann rekristallisiert werden, indem der Diethylether langsam in eine Acetonitrillösung diffundieren kann, die den Kobaltkomplex enthält.
Abstract
Chemische Modellkomplexe sind bereit, die aktive Stelle eines Enzyms darzustellen. In diesem Protokoll wird eine Familie von Dreizackzangen-Ligand-Vorläufern (die jeweils zwei Schwefel- und ein Stickstoffspender-Atomfunktionalitäten (SNS) besitzen und auf Bis-Imidazol- oder Bis-Triazol-Verbindungen basieren) mit CoCl2-6H2 O metallisiert, um sich Tridentat-SNS-Pincer-Kobalt(II)-Komplexe zu leisten.2 Die Herstellung der Kobalt(II)-Modellkomplexe für die Leberalkoholdehydrogenase ist einfach. Basierend auf einem schnellen Farbwechsel2beim Hinzufügen der CoCl 2-6H2 O-Lösung, die den Ligandenvorläufer enthält, bildet sich der Komplex schnell.2 Die Bildung des Metallkomplexes ist abgeschlossen, nachdem die Lösung über Nacht refluxen kann. Diese Kobalt(II)-Komplexe dienen als Modelle für die zinkaktive Stelle in Leberalkoholdehydrogenase (LADH). Die Komplexe werden durch Einkristall-Röntgenbeugung, Elektrospray-Massenspektrometrie, ultraviolette sichtbare Spektroskopie und Elementaranalyse charakterisiert. Um die Struktur des Komplexes genau zu bestimmen, muss seine einzelne Kristallstruktur bestimmt werden. Einzelne Kristalle der Komplexe, die für die Röntgenbeugung geeignet sind, werden dann durch langsame Dampfdiffusion von Diethylether zu einer Acetonitrillösung, die den Kobalt(II)-Komplex enthält, angebaut. Bei hochwertigen Kristallen findet die Rekristallisation in der Regel über einen Zeitraum von 1 Woche oder länger statt. Die Methode kann bei der Vorbereitung anderer Modellkoordinationskomplexe angewendet werden und kann in Lehrlabors für Bachelor-Studiengänge eingesetzt werden. Schließlich, Es wird angenommen, dass andere diese Rekristallisationsmethode finden können, um einzelne Kristalle vorteilhaft für ihre Forschung zu erhalten.
Introduction
Der Zweck der vorgestellten Methode ist es, kleinmolekulare Analoga von LADH vorzubereiten, um die katalytische Aktivität von Metalloenzymen weiter zu verstehen. LADH ist ein dimerisches Enzym, das eine Cofaktor-bindende Domäne und Zink(II) metallhaltige katalytische Domäne1enthält. LADH, in Gegenwart von Co-Faktor NADH, kann Ketone und Aldehyde auf ihre jeweiligen Alkoholderivate reduzieren2. In Gegenwart von NAD+kann LADH eine umgekehrte Katalyse der Oxidation von Alkoholen zu Ketonen und Aldehyden2durchführen. Die Kristallstruktur der aktiven Stätte von LADH zeigt, dass sein Zink(II)-Metallzentrum an ein Stickstoffatom gebunden ist, das durch eine Histidin-Seitenkette und zwei Schwefelatome bereitgestellt und von zwei Cysteinliganden3angeboten wird. Weitere Forschungen haben gezeigt, dass das Zinkmetallzentrum mit einem labilen Wassermolekül ligiert ist, was zu pseudotetraeder Geometrie um das Metallzentrum4führt.
Wir haben bereits berichtet und verwendet SNS Zangenligaden Vorläufer sowie metalliert die Liganden-Vorläufer mit ZnCl2 Zu bilden Zn(II) Komplexe, die die Dreizack Liganden Vorläufer5,6,7enthalten. Diese Ligandenvorstufen sind in Abbildung 1dargestellt. Diese Zink(II)-Komplexe zeigten Aktivität zur stoichiometrischen Reduktion elektronenarmer Aldehyde und sind somit Modellkomplexe für LADH. Anschließend wurden die Synthese und Charakterisierung einer Reihe von Kupfer(I) und Kupfer(II)-Komplexen, die SNS-Liganden-Vorläufer enthalten,8,9,10berichtet.
Obwohl LADH ein Zink(II)-Enzym ist, sind wir daran interessiert, Kobalt(II)-Modellkomplexe von LADH herzustellen, um mehr spektroskopische Informationen über die Kobalt(II)-Analoga von LADH zu erhalten. Die Kobalt(II)-Komplexe sind gefärbt, während die Zink(II)-Komplexe weiß sind. Da die Kobalt(II)-Komplexe gefärbt sind, können ultraviolette sichtbare Spektren der Komplexe gewonnen werden, in denen auch Informationen über die Stärke des Ligandenfeldes in Kobalt(II)-Komplexen gesammelt werden können. Anhand von Informationen aus Gaußschen Berechnungen und den experimentell erhaltenen ultravioletten sichtbaren Spektren lassen sich Informationen über die Stärke des Ligandenfeldes ableiten. Kobalt(II) ist ein guter Ersatz für Zink(II), da beide Ionen ähnliche ionische Radien und ähnliche Lewis-Säuren11,12aufweisen.
Die vorgestellte Methode beinhaltet die Synthese und Charakterisierung von Modellkomplexen, um zu versuchen, das natürliche katalytische Verhalten von LADH5,6nachzuahmen. Wir haben zuvor eine Familie von Ligandenvorläufern mit ZnCl2 zu Zink(II)-Modellkomplexen von LADH metalliert, die die Struktur und Reaktivität der Zink-Aktivstelle in LADH4modelliert haben. Durch mehrere Experimente haben sich diese Zangenligaden unter verschiedenen Umgebungsbedingungen als robust erwiesen und sind mit einer vielfältigen Sammlung anhändernder R-Gruppen stabil geblieben. 5,6
Tridentat-Liganden sind im Vergleich zu Monodentat-Liganden vorzuziehen, da sie aufgrund der starken Chelateffekte von Dreizackliganden erfolgreicher mit Metallung sind. Diese Beobachtung ist auf eine bevorzugte Entropie der Dreizackzangenligadenbildung im Vergleich zu einem Monodentat-Ligand13zurückzuführen. Darüber hinaus sind Dreizackzangenliganden wahrscheinlich, um eine Dimerisierung der Metallkomplexe zu verhindern, was bevorzugt wird, weil die Dimerisierung die katalytische Aktivität eines komplexen14verlangsamen kann. So hat sich die Verwendung von Dreizackzangenligaden in der organometallischen Chemie bei der Herstellung katalytisch aktiver und robuster Komplexe bewährt. SNS-Zangenkomplexe wurden weniger untersucht als andere Zangensysteme, da Zangenkomplexe in der Regel Übergangsmetalle der zweiten und dritten Reihe enthalten15.
Diese Forschung über Metalloenzyme kann dazu beitragen, das Verständnis ihrer enzymatischen Aktivität zu fördern, die auf andere Bereiche der Biologie angewendet werden kann. Diese Methode der Synthese von Modellkomplexen im Vergleich zur alternativen Methode (Synthese des gesamten Proteins von LADH) ist aus einer Reihe von Gründen günstig. Der erste Vorteil besteht darin, dass Modellkomplexe wenig molekulare Masse haben und immer noch in der Lage sind, die katalytische Aktivität und die Umgebungsbedingungen der aktiven Stelle des natürlichen Enzyms genau darzustellen. Zweitens sind Modellkomplexe einfacher zu arbeiten und erstellen zuverlässige und relatable Daten.
Dieses Manuskript beschreibt die synthetische Vorbereitung und Charakterisierung von zwei Kobalt(II) Zangenmodellkomplexen von LADH. Beide Komplexe verfügen über einen Zangenligaden, der Schwefel-, Stickstoff- und Schwefelspenderatome enthält. Der erste Komplex (4) basiert auf einem Imidazol-Vorläufer und der zweite (5) auf einem Triazol-Vorläufer. Die Komplexe zeigen Reaktivität zur Stoiiometriereduktion elektronenarmer Aldehyde in Gegenwart eines Wasserstoffspenders. Diese Reaktivitätsergebnisse werden in einem nachfolgenden Manuskript berichtet.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Vorbereitung der Komplexe 4 und 5 ist einfach. Der schlüsselfertige Schritt besteht darin, die feste CoCl2-6H2O zu einer Acetonitrillösung hinzuzufügen, die den jeweiligen Ligandenvorläufer enthält. Die Lösung wird innerhalb von Sekunden nach dem Hinzufügen von CoCl2‘6H2O zu komplex 4. Die Lösung wird hellblau nach dem Hinzufügen von CoCl26H2O, um komplex zu bilden 5. Um eine …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
John Miecznikowski erhielt finanzielle Unterstützung von folgenden Personen für dieses Projekt: die Connecticut NASA Space Grant Alliance (Award Number P-1168), das Fairfield University Science Institute, College of Arts and Sciences Publication Fund, Fairfield University Faculty Summer Research Stipend, und National Science Foundation-Major Research Instrumentation Program (Grant Number CHE-1827854) für Denerbe eines 400 MHz NMR Spektrometers. Er dankt auch Terence Wu (Yale University) für die Unterstützung beim Erwerb von Elektrospray-Massenspektren. Jerry Jasinski erkennt das National Science Foundation-Major Research Instrumentation Program (Grant Number CHE-1039027) für den Kauf eines Röntgendiffraktometers an. Sheila Bonitatibus, Emilse Almanza, Rami Kharbouch und Samantha Zygmont würdigen das Hardiman Scholars Program für die Bereitstellung ihres Sommerforschungsstipendiums.
Materials
| 100 mL Round Bottomed Flask | Chem Glass | CG150691 | 100mL Single Neck Round Bottomed Flask, 19/22 Outer Joint |
| Acetonitrile | Fisher | HB9823-4 | HPLC Grade |
| Chiller for roto-vap | Lauda | L000638 | Alpha RA 8 |
| Cobalt Chloride hexahydrate | Acros Organics | AC423571000 | Acros Organics |
| Diethyl Ether | Fisher | E-138-1 | Diethyl Ether Anhydorus |
| graduated cylinder | Fisher | S63456 | 25 mL graduated cylinder |
| hotplate | Fisher | 11-100-49SH | Isotemp Basic Stirring Hotplate |
| jars | Fisher | 05-719-481 | 250 mL jars |
| Ligand | —– | —– | Synthezied previously by Professor Miecznikowski |
| medium cotton balls | Fisher | 22-456-80 | medium cotton balls |
| one dram vials | Fisher | 03-339 | one dram vials with TFE Lined Cap |
| pipet | Fisher | 13-678-20B | 5.75 inch pipets |
| pipet bulbs | Fisher | 03-448-21 | Fisher Brand Latex Bulb for pipet |
| recrystallizing dish for sand bath | Fisher | 08-741 D | 325 mL recrystallizing dish for sand bath |
| reflux condensor | Chem Glass | CG-1218-A-22 | Condenser with 19/22 inner joint |
| Rotovap | Heidolph Collegiate | 36000090 | Brinkmann; Heidolph Collegiate Rotary Evaporator with Heidolph WB eco bath Heidolph Rotary Evaporator |
| sea sand for sandbath | Acros Organics | 612355000 | washed sea sand for sand bath |
| Stir bar | Fisher | 07-910-23 | Egg-Shaped Magnetic Stir Bar |
| Vacum grease | Fisher | 14-635-5D | Dow Corning High Vacuum Grease |
| vacuum pump for rotovap | Heidolph Collegiate | 36302830 | Heidolph Rotovac Valve Control |
Riferimenti
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