Corrin Syntheses. Part V

Abstract

Preparation of Metal-Free Corrin Derivatives via A ! B Ring Closure. Complexationo fthe Corrin Chromophore withMetal Ions, and Some Properties of the Ligandsi nC orrin ComplexesIn 1965, J. I. Toohey [11],w orking in the laboratoryo fH. A. Baker at Berkeley,i solated Co-free natural corrinoids from photosynthesizingb acteria. This discovery,t ogether with the challenge to prepare and to study corrin complexes containing also metal ions other than those of transition metals, led to the quest for as ynthesis of metal-freec orrin ligands.H erein, we describe how this goal was achieved in 1968 in the heptamethyl series through adaptation of the sulfide contractionmethodology (cf.P art VI of this series)t ot he problemo fa chieving an A/B-secocorrin ! corrin cyclization within a non-robust Zn II complex. Most prominent among our studies of the properties of the metal-free corrin ligands are the complexations with various metal ions.W ealso describe experiments on the introduction of Me groups into the meso-positions of dicyano-Co 2,2,7,7,12,, i.e., experiments carried out as model study for corresponding methylations tepsi nt he finals tage of the Harvard/ETH vitamin B 12 project.Chapter A: A ! B Ring Closure by Sulfide Contraction via Oxidative Coupling:S ynthesiso frac-Chloro-zink(II)-15-cyano-1,2,2,7, 7, 12,12-heptamethylcorrinate [3][5] [6]. Thec hapter describes the adaptation of the sulfide contraction C,C-condensation method (cf.P art VI of this series)t ot he A/B-secocorrin ! corrin-cyclizationstep in the synthesiso faZ n II -corrin complex. Corrin complexes of non-transition metals such as Zn are non-robust in the sense that the metal ion can be removed without destruction of the corrin ligand. Thes earch for optimal reaction conditions of the C,C-bondforming sulfide-contraction step required extensivee xperimentation and led to observations that turned out to be essential for the application of the A ! B macroring-closure method in the synthesis of vitamin B 12 . Chapter B: Preparationand Properties of Salts of rac-15-Cyano-1,2,2,7,7,12,12-heptamethylcorrinium Cations [3][5][6]. Azidolytic decomplexation of aZ n II -heptamethyl-corrin complex led to the first Helv eticaChimica Acta -V ol. 98 (2015)1845 2015 Verlag Helvetica Chimica Acta AG,Z ürich 1 ) Teile I und IV vgl. [1] und [2]. Der Teil V umfasst Ergebnisse aus den Promotionsarbeiten von A. Fischli [3] (1964 -1967), vgl. Fussnote 1i n[ 2], E.-L. Winnacker [4] (1964 -1968) und H.-U.B laser [5] (1967 -1970), sowie aus Postdoktoratsarbeiten von D. Bormann (1966, J. Schossig ( ) und N. Hashimoto (1970). Ein Te il der hier beschriebenenE rgebnisse war Gegenstand vorläufiger Mitteilungen[ 6-8] und Vorträge[ 9] [10].synthesis of ac orrin as metal-free N-protonated corrinium salt. Metal ions were introducedi nto the corrinium ligand to form aw ide variety of robust and non-robust corrin complexes.I mportantly,t he neutral form of the synthetic corrin ligand prefers to exist in as ensitive tautomeric form, featuring a second NH group and an olefinic bond in an e...

Die Hydrogenobyrsäure‐Struktur enthüllt den Corrin‐Liganden als entatisches Zustandsmodul zur Steigerung der Katalyseaktivität von B12‐Cofaktoren

“…Eine 4-L-Fermentation dieses Stammes ergab 11.8 mg (12.8 mmol) kristalline Hby (Abbildung 1u nd Hintergrundinformation), wodurch die beispiellose Untersuchung eines metallfreien, natürlichen Corrins mçglich wurde.W ässrige Lçsungen von Hby waren bei Raumtemperatur relativ stabil, wenn sie auf pH 5-7 gepuffert und im Dunkeln gehalten wurden (bei hçherem pH wurde Hby in gelbe Corrinoide umgewandelt). Allerdings sind die Protonen H(N2) und H-(N4) Te il von unsymmetrischen trans-annularen H-Brückenbindungen mit N1 und N3, was mit 15 N-markierter Hby nachgewiesen werden konnte und die Frage [6] nach Lage und H-Brückenmuster der inneren H-Atome in einem natürlichen metallfreien Corrin klärte.F ürH (N2) und H(N4) von Hby wurden wechselseitige Interaktionen durch NOE-Korrelationen sowie eine zusätzliche nichtbindende Wechselwirkung durch den Raum beobachtet, die sich bei der Substitution eines der beiden H(N)-Atome durch Dm anifestierte (Abbildung S4). [13] Die Absorptions-und Emissionsmaxima (bei 524 bzw.5 52 nm) positionieren den niedrigsten angeregten Singulett-Zustand von Hby bei 223 kJ mol À1 (für zusätzliche Daten siehe Abbildung S2 in den Hintergrundinformationen).…”

“…[6,14,15] Ein mono-protonierter neutraler Corrin-Ligand [6] bleibt damit weiterhin unbekannt. Tatsächlich wird der Corrin-Rest von Hby,e ine schwache Säure mit pK a (Hby) = 11.2, [11b] an der Corrin-Peripherie deprotoniert, wahrscheinlich an C8 (Abbildung 2), wie es erstmals von Eschenmoser und Fischli fürd as Modell-Corrin HCor + abgeleitet wurde (Formel und Kristallstruktur:A bbildung S6).…”

“…Tatsächlich wird der Corrin-Rest von Hby,e ine schwache Säure mit pK a (Hby) = 11.2, [11b] an der Corrin-Peripherie deprotoniert, wahrscheinlich an C8 (Abbildung 2), wie es erstmals von Eschenmoser und Fischli fürd as Modell-Corrin HCor + abgeleitet wurde (Formel und Kristallstruktur:A bbildung S6). [6,15] In Hby und HCor + brechen die inneren H-Atome jeweils die inhärente C 2 -Symmetrie des Corrin-Kerns,i mG egensatz zur Situation bei den regelmäßiger strukturierten Cobalt-Corrinen und den expandierten und symmetrischen Porphyrinen. Diese Eigenschaften der Hby werden durch DFT-Analysen bestätigt, welche die experimentell gefundene stabile zwitterionische Form von Hby mit zwei unsymmetrischen H-Brückenbindungen N1···H À N2 und N3···H À N4 unterstützen, die acideste Position von Hby am peripheren C8 identifizieren und die signifikant geringere Stabilitätvon Protomeren von Hby ergeben, die entweder an N2 oder N4 mit einem einzigen inneren H-Atom ausgestattet sind (siehe Abbildung S7 und S8 sowie Tabelle S5).…”

“…[4] Die Beständigkeit von Cobalt-Corrinen gegenüber der Entfernung des Cobalt-Ions ohne begleitende Zerstçrung des Corrin-Liganden [5] macht die Untersuchung von cobaltfreien natürlichen Corrinen zu einer großen wissenschaftlichen Herausforderung. [6] Sogar mehr als 40 Jahre nach der Totalsynthese von Vitamin B 12 blieb deshalb die spezielle Partnerschaft des Liganden und des Cobalt-Ions der natürlichen B 12 -Cofaktoren weitgehend unerforscht. [4a] Zwei B 12 -Biosynthesewege wurden aufgeklärt, [2] welche den Koordinationsraum des tetrapyrrolischen Makrocyclus jeweils mit faszinierenden Ringkontraktionen auf die effektive Grçße des Cobalt-Ions maßschneidern.…”

“…[2] Einige Purpur-Schwefel-Bakterien produzieren jedoch cobaltfreie Corrine,wenn diese ohne Cobalt kultiviert werden, [11] unter ihnen auch eine Verbindung,d ie vorläufig als Hby identifiziert wurde, [11b,c] 1,3 Hby mit inneren H-Atomen an N1 und N3, wurden nicht detektiert (Abbildung 2). Allerdings sind die Protonen H(N2) und H-(N4) Te il von unsymmetrischen trans-annularen H-Brückenbindungen mit N1 und N3, was mit 15 N-markierter Hby nachgewiesen werden konnte und die Frage [6] nach Lage und H-Brückenmuster der inneren H-Atome in einem natürlichen metallfreien Corrin klärte.F ürH (N2) und H(N4) von Hby wurden wechselseitige Interaktionen durch NOE-Korrelationen sowie eine zusätzliche nichtbindende Wechselwirkung durch den Raum beobachtet, die sich bei der Substitution eines der beiden H(N)-Atome durch Dm anifestierte (Abbildung S4).…”