Preparazione dei complessi di modelli di pinze SNS di Disidrogeno del Fegato
Summary
Qui viene presentata la preparazione di complessi modello di pinta SNS cobalto(II) di dehydrogenasi di alcool epatico. I complessi possono essere preparati reagendo il precursore del ligando con CoCl2n. 6H2O e possono quindi essere riconfondibili permettendo all’etere etilico di diffondersi lentamente in una soluzione acetonitrile che contiene il complesso cobalto.
Abstract
I complessi di modelli chimici sono pronti a rappresentare il sito attivo di un enzima. In questo protocollo, una famiglia di precursori del ligando tridentato (ciascuno in possesso di due sforamenti e un atomo di atomo di atomi (SNS) e basati su composti bis-imidazole o bis-triazole) sono metallati con CoCl2-6H2O per permettersi complessi tridentati SNS pinceralt cobalto(II). La preparazione dei complessi modello di cobalto (II) per la diciamigenasi da alcol epatica è facile. Sulla base di un rapido cambiamento di colore dopo l’aggiunta della soluzione CoCl2-6H2a acetonitrile che contiene il precursore del ligando, il complesso si forma rapidamente. La formazione del complesso metallico è completa dopo aver permesso alla soluzione di riafflusso durante la notte. Questi complessi di cobalto (II) servono come modelli per il sito attivo di zinco nella dehydrogenasi di alcool epatica (LADH). I complessi sono caratterizzati da diffrazione a raggi X a cristallo singolo, spettrometria di massa elettrospray, spettroscopia visibile ultra-viola e analisi elementare. Per determinare con precisione la struttura del complesso, è necessario determinare la sua struttura a cristalli singolo. I cristalli singoli dei complessi adatti alla diffrazione a raggi X vengono quindi coltivati tramite una diffusione lenta del vapore dell’etere dietilico in una soluzione acetonitrile che contiene il complesso di cobalto(II). Per i cristalli di alta qualità, la cristallizzazione avviene in genere su un periodo di 1 settimana o più a lungo. Il metodo può essere applicato alla preparazione di altri complessi di coordinamento dei modelli e può essere utilizzato nei laboratori didattici universitari. Infine, si ritiene che altri possano trovare questo metodo di cristallizzazione per ottenere singoli cristalli benefici per la loro ricerca.
Introduction
Lo scopo del metodo presentato è quello di preparare analoghi di piccole molecole di LADH per comprendere ulteriormente l’attività catalitica dei metallonze. LADH è un enzima dimeric che contiene un dominio di legame co-factor e zinco (II) metallo contenente dominio catalitico1. LADH, in presenza di co-fattore NADH, può ridurre chetoni e aldeidi ai rispettivi derivati dell’alcol2. In presenza di NAD,LADH può eseguire la catalisi inversa di ossidazione di alcoli a chetoni e aldeidi2. La struttura cristallina del sito attivo di LADH mostra che il suo centro metallico di zinco (II) è legato ad un atomo di azoto, fornito da una catena laterale di istidina e due atomi di zolfo e offerto da due ligandi di cisteina3. Ulteriori ricerche hanno dimostrato che il centro di metallo di zinco è ligate con una molecola d’acqua labile, con conseguente geometria pseudo-tetraedrica intorno al centro metallico4.
In precedenza abbiamo segnalato e utilizzato i precursori del ligando di pinza sNS, nonché abbiamo metalllato i precursori del ligando con snl2 per formare complessi di n (II) che contengono il precursore del ligando tridentato5,6,7. Questi precursori del ligando sono mostrati nella Figura 1. Questi complessi di zinco(II) hanno mostrato attività per la riduzione stoichiometrica delle aldeide povera di elettroni e sono quindi complessi modello per LADH. Successivamente, la sintesi e la caratterizzazione di una serie di complessi di rame(I) e rame(II) che contengono precursori di ligando SNS sono stati segnalati8,9,10.
Anche se LADH è un enzima zinco(II), siamo interessati a preparare complessi modello cobalto (II) di LADH al fine di ottenere maggiori informazioni spettroscopiche sugli analoghi cobalto(II) di LADH. I complessi di cobalto(II) sono colorati, mentre i complessi di zinco(II) sono di colore bianco sporco. Poiché i complessi di cobalto (II) sono colorati, è possibile ottenere spettri visibili all’ultravioletto dei complessi, in cui è possibile raccogliere anche informazioni sulla forza del campo di ligando nei complessi di cobalto(II). Utilizzando le informazioni dei calcoli gaussiani e gli spettri visibili ultravioletti ottenuti sperimentalmente, è possibile dedurre informazioni sulla forza del campo del ligando. Il cobalto(II) è un buon sostituto dello zinco(II), poiché entrambi gli ioni hanno raggi ionici simili e simili acidità di Lewis11,12.
Il metodo presentato prevede la sintesi e la caratterizzazione dei complessi di modelli per tentare di imitare il comportamento catalitico naturale di LADH5,6. In precedenza abbiamo metalllato una famiglia di precursori di ligando con nCl2 per formare complessi di modelli di zinco (II) di LADH, che ha modellato la struttura e la reattività del sito attivo di zinco in LADH4. Attraverso molteplici esperimenti, questi ligandi a pinze si sono dimostrati robusti in diverse condizioni ambientali e sono rimasti stabili con una collezione diversificata di gruppi R collegati. 5,6
I ligandi tridentati sono preferibili rispetto ai ligandi monodentati, perché sono stati trovati per avere più successo con la metallizzazione a causa dei forti effetti chelato dei leganti tridentati. Questa osservazione è dovuta ad un’entropia più favorita della formazione di ligando a pinze tridentate rispetto a un ligando monodentato13. Inoltre, è probabile che i ligandi tridentati loghi impediscano la dimerizzazione dei complessi metallici, che è favorita perché la dimerizzazione rischia di rallentare l’attività catalitica di un complesso14. Così, l’utilizzo di ligandi pintatri tridentati si è dimostrato efficace nella chimica organometallica nella preparazione di complessi catalitici attivi e robusti. I complessi di pintes SNS sono stati studiati meno rispetto ad altri sistemi a tenaglia, poiché i complessi di pincer di solito contengono metalli di transizione di seconda e terza fila15.
Questa ricerca sui metallonze può aiutare a comprendere ulteriormente la loro attività enzimatica, che può essere applicata ad altre aree della biologia. Questo metodo di sintesi dei complessi del modello rispetto al metodo alternativo (sintesi dell’intera proteina di LADH) è favorevole per una serie di motivi. Il primo vantaggio è che i complessi modello sono a basso contenuto di massa molecolare e sono ancora in grado di rappresentare con precisione l’attività catalitica e le condizioni ambientali del sito attivo dell’enzima naturale. In secondo luogo, i complessi di modelli sono più semplici da utilizzare e produrre dati affidabili e riconoscibili.
Questo manoscritto descrive la preparazione sintetica e la caratterizzazione di due complessi modello di pinta di cobalto (II) di LADH. Entrambi i complessi presentano un ligando a tenore di spillo che contiene atomi di zolfo, azoto e donatore di zolfo. Il primo complesso (4) è basato su un precursore di imidazolo, e il secondo (5) si basa su un precursore triazolo. I complessi mostrano la reattività per la riduzione della stoichiometria delle aldeidi povere di elettroni in presenza di un donatore di idrogeno. Questi risultati di reattività saranno riportati in un manoscritto successivo.
Protocol
Representative Results
Discussion
La preparazione dei complessi 4 e 5 è facile. Il passo chiave è quello di aggiungere il CoCl solido2– 6H2O a una soluzione acetonitrile che contiene il rispettivo precursore del ligando. La soluzione diventa verde scuro in pochi secondi dopo l’aggiunta di CoCl2– 6H2O per formare complesso 4. La soluzione diventa blu brillante dopo l’aggiunta di CoCl2– 6H2O per formare complesso 5. Per ga…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
John Miecznikowski ha ricevuto sostegno finanziario da quanto segue per questo progetto: Connecticut NASA Space Grant Alliance (Award Number P-1168), Fairfield University Science Institute, College of Arts and Sciences Publication Fund, Fairfield University Faculty Summer Research Stipend, e National Science Foundation-Major Research Instrumentation Program (Grant Number CHE-1827854) per i fondi per acquisire uno spettrometro NMR a 400 MHz. Ringrazia anche Terence Wu (Università di Yale) per l’assistenza nell’acquisizione di spettri di massa elettrospray. Jerry Jasinski riconosce il National Science Foundation-Major Research Instrumentation Program (Grant Number CHE-1039027) per i fondi per l’acquisto di un diffractometro a raggi X. Sheila Bonitatibus, Emilse Almanza, Rami Kharbouch e Samantha Eygmont riconoscono l’Hardiman Scholars Program per aver fornito il loro stipendio di ricerca estiva.
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 |
References
- Holm, R. H., Kennepohl, P., Solomon, E. I. Structural and Functional Aspects of Metal Sites in Biology. Chemical Reviews. 96 (7), 2239-2314 (1996).
- Ibers, J. A., Holm, R. H. Modeling coordination sites in metallobiomolecules. Science. 209 (4453), 223-235 (1980).
- Kannan, K. K., et al. Crystal structure of human erythrocyte carbonic anhydrase B. Three-dimensional structure at a nominal 2.2-A resolution. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 72 (1), 51-55 (1975).
- Eklund, H., Brändén, C. I. Structural differences between apo- and holoenzyme of horse liver alcohol dehydrogenase. Journal of Biological Chemistry. 254, 3458-3461 (1979).
- Miecznikowski, J. R., et al. Syntheses, Characterization, Density Functional Theory Calculations and Activity of Tridentate SNS Zinc Pincer Complexes. Inorganica Chimica Acta. 376, 515-524 (2011).
- Miecznikowski, J. R., et al. Syntheses, Characterization, Density Functional Theory Calculations, and Activity of Tridentate SNS Zinc Pincer Complexes Based on Bis-Imidazole or Bis-Triazole Precursors. Inorganica Chimica Acta. 387, 25-36 (2012).
- Sunderland, J. R., et al. Investigation of liver alcohol dehydrogenase catalysis using an NADH biomimetic and comparison with a synthetic zinc model complex. Polyhedron. 114, 145-151 (2016).
- Miecznikowski, J. R., et al. Synthesis and characterization of three- and five-coordinate copper(II) complexes based SNS ligand precursors. Polyhedron. 80, 157-165 (2014).
- Miecznikowski, J. R., et al. Synthesis, Characterization, and Computational Study of Three-Coordinate SNS Copper(I) Complexes based on Bis-Thione Ligand Precursors. Journal of Coordination Chemistry. 67, 29-44 (2014).
- Lynn, M. A., et al. Copper(I) SNS Pincer Complexes: Impact of Ligand Design and Solvent Coordination on Conformer Interconversion from Spectroscopic and Computational Studies. Inorganica Chimica Acta. 495, (2019).
- . Web Elements Available from: https://www.webelements.com/zinc/atom_sizes.html (2019)
- . Web Elements Available from: https://www.webelements.com/cobalt/atom_sizes.html (2019)
- Caballero, A., Díez-Barra, E., Jalón, F. A., Merino, S., Tejeda, J. 1,1′-(pyridine-2,6-diyl)bis(3-benzyl-2,3-dihydro-1H-imidazol-2-ylidine), a new multidentate N-heterocyclic bis-carbene and its silver(I) complex derivative. Journal of Organometallic Chemistry. 617-618, 395-398 (2001).
- Albrecht, M., van Koten, G. Platinum Group Organometallics Based on “Pincer” Complexes: Sensors, Switches, and Catalysis. Angewandte Chemie International Edition. 40 (20), 3750-3781 (2001).
- Peris, E., Crabtree, R. H. Key factors in pincer ligand design. Chemistry Society Reviews. 47, 1959-1968 (2018).
- Dolomanov, O. V., Bourhis, L. J., Gildea, R. J., Howard, J. A. K., Puschmann, H. A complete structure, solution, refinement, and analysis program. Journal of Applied Crystallography. 42, 339-341 (2009).
- Sheldrick, G. M. Integrated Space Group and Crystal Structure Determination. Acta Crystallography. 71, 3-8 (2015).
- Sheldrick, G. M. Crystal Structure Refinement with SHELXL. Acta Crystallography. 71, 3-8 (2015).
- Pauling, L. Metal-metal bond lengths in complexes of transition metals. Proceedings of the National Academies of the Sciences of the United States of America. 73, 4290-4293 (1976).
- Trzhtsinskaya, B. V., Abramova, N. D. Imidazole-2-Thiones: Synthesis, Structure, Properties. Sulfur Reports. 10 (4), 389 (1991).
- Schneider, G., Eklund, H., Cedergren-Zeppezauer, E., Zeppezauer, M. Crystal structure of the active site in specifically metal-depleted and cobalt substituted horse liver alcohol dehydrogenase derivatives. Proceedings of the National Academies of the Sciences of the United States of America. 80, 5289-5293 (1983).
- Yang, L., Powell, D. R., Houser, R. P. Structural variation in copper(I) complexes with pyridylmethylamide ligands: structural analysis with a new four-coordinate geometry index, τ4. Dalton Transactions. , 955-964 (2007).
