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Chemistry

Herstellung von SNS Cobalt(II) Pincer Model Complexes of Liver Alcohol Dehydrogenase

doi: 10.3791/60668 Published: March 19, 2020

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

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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.

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Protocol

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1. Synthese von Chlor-(n3-S,S,N)-[2,6-bis(N-isopropyl-N'-methyleneimidazol-2-thion)pyridin]kobalt(II)tetrachlorocobaltate [4]

  1. Zur Herstellung komplexer 4, fügen Sie 0,121 g (3,12 x 10-4 mol) von 2,6-bis(N-isopropyl-N'-Methyleneimidazol-2-thion)pyridin (C19H25N5S2)6 bis 15 ml Acetonitril in einem 100 ml runden Bodenkolben hinzu. Als nächstes, um diese Lösung, fügen Sie 0,0851 g (3,58 x 10-4 mol) Kobaltchlorid(II) Hexahydrat (CoCl26H2O). Die Reaktionslösung sollte die Farbe von hellgelb zu smaragdgrün ändern, unmittelbar nachdem das Kobalt(II)-Chloridhexahydrat zugegeben wurde.
  2. Fügen Sie dem Kolben eine Rührstange hinzu. Reflux und rühren Sie die Reaktion für 20 h, um eine vollständige Reaktion zu gewährleisten. Entfernen Sie das Lösungsmittel mit einem Rotovap unter reduziertem Druck.

2. Rekristallisation von Chlor-(n3-S,S,N)-[2,6-bis(N-isopropyl-N'-methyleneimidazol-2-thion)pyridin]kobalt(II)tetrachlorocobaltate [4] durch langsame Dampfdiffusion

  1. Lösen Sie die Lösung in Acetonitril (7,5 ml), filtern Sie die Lösung und legen Sie die Lösung gleichmäßig in 1 Dram-Fläschchen. Jede Durchstechflasche mit 1,5 ml Acetonitrillösung füllen.
    1. Fügen Sie Baumwolle hinzu, um die Fläschchen zu kappen, was eine langsame Dampfdiffusion ermöglicht. Passen Sie die Baumwolle eng in die Öffnung an der Oberseite der Durchstechflasche.
    2. Legen Sie die Durchstechflaschen in ein 240 ml Glas mit 50 ml Diethylether. Schließen Sie das Glas mit einer Kappe.
    3. Lassen Sie die Kristalle über einen Zeitraum von 1 Woche wachsen.
      HINWEIS: Die Rekristallisation kann länger als 1 Tag dauern.

3. Synthese von Chlor-(n3-S,S,N)-[2,6-bis(N-isopropyl-N'-methylenetriazol-2-thion)pyridin]kobalt(II)tetrachlorocobaltate [5]

  1. Zur Herstellung komplexer 5, fügen Sie 0,183 g (4,70 x 10-4 mol) von 2,6-bis(N-isopropyl-N'-Methylenetriazol-2-thion)pyridin (C17H23N7S2)6 bis 15 ml Acetonitril in einem 100 ml runden Bodenkolben hinzu. Zu dieser Lösung 0,223 g (9,37 x 10-4 mol) Kobaltchloridhexahydrat (CoCl2x 6H2O) hinzufügen. Die Reaktionslösung sollte die Farbe von hellgelb zu königsblau ändern, unmittelbar nachdem das Kobalt(II)-Chloridhexahydrat zugegeben wurde.
    1. Fügen Sie dem Kolben eine Rührstange hinzu. Reflux und rühren Sie die Reaktion für 20 h, um eine vollständige Reaktion zu gewährleisten. Entfernen Sie das Lösungsmittel mit einem Rotovap unter reduziertem Druck.

4. Rekristallisation von Chlor-(n3-S,S,N)-[2,6-bis(N-isopropyl-N'-methylenetriazol-2-thion)pyridin]kobalt(II)tetrachlorocobaltate [5] durch langsame Dampfdiffusion

  1. Lösen Sie die Lösung in Acetonitril (9,0 ml), filtern Sie die Lösung und legen Sie die Lösung gleichmäßig in 1 Dram-Fläschchen. Jede Durchstechflasche mit 1,5 ml Acetonitrillösung füllen.
    1. Fügen Sie Baumwolle hinzu, um die Fläschchen zu kappen, was eine langsame Dampfdiffusion ermöglicht. Passen Sie die Baumwolle eng in die Öffnung an der Oberseite der Durchstechflasche.
    2. Die Durchstechflaschen in ein Glas mit 50 ml Eethylether geben. Schließen Sie die Durchstechflasche mit einer Kappe.
    3. Lassen Sie die Kristalle über einen Zeitraum von 1 Woche wachsen.
      HINWEIS: Die Rekristallisation kann länger als 1 Tag dauern.

5. Röntgenkristallographie

  1. Montieren Sie einen Kristall von 4 auf einer Nylonschlaufe. Sammeln Sie die Daten auf einem Rigaku Oxford Diffraction Diffraktometer. Hier werden Röntgenbeugungsdaten bei 173(2) K gesammelt. Lösen Sie die Kristallstruktur mit Olex216 und ShelXT17 Strukturlösungsprogrammen mit direkten Methoden. Verfeinern Sie die Struktur mit dem ShelXL18 Verfeinerungspaket mit der minimierenden minimierung der kleinsten Quadrate.
  2. Montieren Sie einen Kristall von 5 auf einer Nylonschlaufe. Sammeln Sie die Röntgenbeugungsdaten auf einem Rigaku Oxford Diffraction Diffractometer. Hier werden Röntgenbeugungsdaten bei 173(2) K gesammelt. Lösen Sie die Kristallstruktur mit Olex216 und ShelXT17 Strukturlösungsprogrammen mit direkten Methoden. Verfeinern Sie die Struktur mit dem ShelXL18 Verfeinerungspaket mit der minimierenden minimierung der kleinsten Quadrate.

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Representative Results

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Synthese
Die Synthesen der Komplexe 4 und 5 wurden erfolgreich durchgeführt, indem eine Acetonitrillösung reagiert wurde, die einen Bis-Thion-Ligand-Vorläufer mit Kobalt (II)-Chlorid-Hexahydrat enthielt (Abbildung 2). Diese Reaktion trat bei einer Refluxtemperatur in Gegenwart von Luft auf. Im Allgemeinen wurden die Komplexe 4 und 5 in Acetonitril, Dimethylsulfoxid, Dichlormethan und Methanol löslich beobachtet. Komplex 4 war grün in der Farbe und Komplex 5 war blau in der Farbe. Die prozentuale Rendite der Komplexe 4 und 5 war quantitativ.

Röntgenkristallographie
Einzelne Kristalle der Komplexe 4 und 5 wurden über eine langsame Dampfdiffusionsmethode gewonnen, bei der die Verbindungen in Acetonitril gelöst wurden und der Diethyletherdampf langsam in jede Lösung diffundieren konnte. Diese Rekristallisationsmethode ist eine ausgezeichnete Möglichkeit, einzelne Kristalle für schwer zu kristallisierende Proben anzubauen. Tabelle 1 zeigt die Verfeinerungsdaten für die beiden Komplexe, und die einzelnen Kristallstrukturen sind in Abbildung 3 und Abbildung 4dargestellt. Basierend auf den einzelnen Kristallstrukturen enthält jede Einheitszelle zwei Kobalt(II) SNS-Zangenkationen und eine [CoCl4] 2-Gegenanion.2- Der Oxidationszustand des Kobaltions im Kation und Anion ist Co2+. Die Kristallstrukturen der Komplexe 4 und 5 wurden in der Cambridge Structural Database (Ablagerungsnummern 1946448 und 1946449) hinterlegt.

Beide Komplexe zeigen pseudo-tetraeder ale Geometrie über das Kobalt(II) Metallzentrum mit einem Stickstoff und zwei Schwefelspenderatomen, die auf das Metallzentrum abgestimmt sind. Darüber hinaus verfügen beide Komplexe über eine Tetrachlorid-Gegenanion. Die Co-N- und Co-S-Bindungslängen für die Komplexe 4 und 5 sind im Wert nahezu identisch. Die Co-N-Bindungslänge beträgt 2,084(3) in 4 und 2.0763(16) in 5. Die Co-S-Bindungslängen in 4 sind 2,2927(12) und 2,3386(11) . In ähnlicher Weise sind die Co-S-Bindungslängen in 5 2,3180(6) und 2,3227(6) . Bei komplexen 4 und 5sind die Bindungslängen ähnlich wie bei den zuvor gemeldeten19. Die Co-Cl-Bindungslängen sind 2,2256(13) in 4 und 2,2116(6) in 5.

Die Kohlenstoff-Schwefel-Bindungslängen von 1,710 (4) und 1,714 (4) in 4 und 1,693 (2) und 1,698 (2) in 5 sind für die beiden Komplexe und zwischen den typischerweise bei C-S-Einzelbindungen (1,83 ) und C=S Doppelbindungen (1,61 )20beobachteten Verbindungen ähnlich.

Wie bereits erwähnt, enthalten die Komplexe 4 und 5 beide eine Tetrachlorid-Gegenanion. Die Co-Cl-Bindungslängen für 4 sind 2,2709(12) , 2,2709(12) , 2,2949(11) und 2,2950(11) . Diese sind vergleichbar mit denen des Komplexes 5, die 2,2737(6) , 2,2737(6) , 2,2956(6) und 2,2956(6) - sind. Die Co-N- und Co-S-Bindungslängen in 4 und 5 sind in gutem Übereinstimmung mit den Bindungslängen Co-N(Histidin) und Co-S(Cystein) im kobalt(II)-substituierten Analog von Leberalkoholdehydrogenase. In diesem Enzym beträgt die Kobalt-N(Histidin)-Bindungslänge 2,04 , und die Kobalt-S(Cystein)-Bindungslängen sind 2,29 und 2,33 °21

In Komplexen 4sind die N-Co-S-Bindungswinkel 108,77(10)° und 114,03(10)°, während sie in Komplex 5 112,58(5)° und 114,15(5)° sind. Die N-Co-S-Bindungswinkel liegen nahe beieinander, und etwaige Unterschiede können auf die unterschiedliche Elektronik der beiden Komplexe zurückzuführen sein. Die N-Co-Cl-Bindungswinkel in 4 und 5 sind 107,91(10)° bzw. 107,59(5)°. Der S-Co-S Winkel wurde mit 99,79(5)° für 4 und 102,78(3)° für 5gemessen. Schließlich sind die S-Co-Cl-Bindungswinkel für 4 117,98(5)° und 108,43(5)° und für 5 111,76(3)° und 107,93(3)°.

Der Tau-4-Parameter wurde auch für die Komplexe 4 und 5bestimmt. Der Tau-4-Parameter für Komplex 4 ist 0,907 und der Tau-4-Parameter für Komplex 5 0,94522. Beide Tau-4-Parameter sind konsistenter mit der Tetraedergeometrie um das Kobaltzentrum als mit der quadratischen planaren Geometrie. Der Tau-4-Parameter für einen Tetraederkomplex ist gleich eins, und der Tau-4-Parameter für einen quadratischen planaren Komplex ist gleich Null.

Elementaranalyse
Um die Schüttreinheit von 4 und 5zu untersuchen, wurden die rekristallisierten Komplexe elementaren Analysen unterzogen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2zusammengefasst. Die Daten hier deuten darauf hin, dass die Komplexe 4 und 5 rein sind, da die berechneten Prozentsätze von Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff in hervorragender Übereinstimmung mit den gefundenen Prozentsätzen von Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff sind.

Elektrospray-Massenspektrometrie
Die Herstellung der Komplexe 4 und 5 wurde auch mittels Elektrospray-Massenspektrometrie bestätigt. Die Elektrospray-Massenspektren wurden mittels einer Direkten Durchflussinjektion gesammelt. Das Injektionsvolumen betrug 5 l. Die Daten wurden auf einem Agilent QTOF-Instrument im positiven und negativen Ionenmodus gesammelt. Die optimierten Bedingungen waren wie folgt: Kapillare = 3000 kV, Kegel = 10 V, Quelltemperatur = 120 °C. Bei Komplex 4wurde im positiven Ionenmodus das molekulare Ion bei m/z = 481.0631 beobachtet. Im negativen Ionenmodus wurde das [CoCl3]- Ion bei m/z 163.8433 beobachtet. Bei komplexen 5, im positiven Ionenmodus wurde das molekulare Ion bei m/z 483.0503 beobachtet. Im negativen Ionenmodus wurde das [CoCl3]- Ion bei m/z 163.8413 beobachtet.

Ultraviolette sichtbare Spektroskopie
Die Komplexe 4 und 5 wurden mittels ultravioletter sichtbarer Spektroskopie analysiert, um weitere Einblicke in die elektronische Umgebung der Komplexe zu gewinnen. Die Komplexe 4 und 5 wurden in Acetonitril aufgelöst, um separate Lösungen zu bilden. Komplex 4 war 1,0 x 10-4 M in Konzentration und Komplex 5 war 9,2 x 10-4 M in der Konzentration. Komplex 4 zeigte drei Spitzen im sichtbaren Bereich bei 680 nm (n = 1300 M-1cm-1), 632 nm (n = 1100 M-1cm-1) und 589 nm (s = 1200 M-1cm-1). Komplex 5 zeigte vier Spitzen im sichtbaren Bereich bei 682 nm (s = 1300 M-1cm-1), 613 nm (s = 850 M-1cm-1), 588 nm (= 790 M-1cm-1) und 573 nm (s = 820 M-1cm-1).

Figure 1
Abbildung 1: SNS-Zangenligaden-Vorläufer wurden zuvor verwendet. Ligand-Vorstufen auf Basis von Bis-Imidazol und Bis-Triazol-Moieties. (A) R = iPr, (B) R= Neopentyl, (C) R = N-butyl. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 2
Abbildung 2: Synthese der Komplexe 4 und 5. Synthetisches Schema zur Herstellung von Komplexen 4 und 5. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 3
Abbildung 3: Solid-State-Struktur von Komplex 4. Festkörper-Einkristallstruktur der komplexen 4. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 4
Abbildung 4: Solid-State-Struktur von Komplex 5. Festkörper-Einkristallstruktur von Komplex 5. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 5
Abbildung 5: Ultraviolettes sichtbares Spektrum von Komplex 4. Ultraviolettes sichtbares Spektrum von Komplex 4 (1,0 x 10-4 M) in Acetonitril. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 6
Abbildung 6: Ultraviolettes sichtbares Spektrum von Komplex 5. Ultraviolettes sichtbares Spektrum von Komplex 5 (9,15 x 10-4 M) in Acetonitril. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

4 5
90 90
n/° 97.2252(19) 90.770(2)
n/° 90 90
Volumen/3 5462.6(2) 4852.0(2)
Z 4 4
Calcg/cm3 1.516 1.6
mm/mm 1 11.526 1.56
F(000) 2556 2380
Kristallgröße/mm3 0,24 x 0,22 bei 0,06 0,28 x 0,08 bei 0,06
Strahlung CuK (n = 1,54184) MoK (n = 0,71073)
2-Bereich für datenerfassung/° 7,39 bis 142,76 6,596 bis 65,254
Indexbereiche -26 x h , 29, -8 , k, 8, -39 , l , 31 -27 x h , 28, -17 , k, 13, -33 , l, 32
Gesammelte Reflexionen 10233 21514
Unabhängige Reflexionen 5235 [Rint = 0,0565, Rsigma = 0,0739] 8079 [Rint = 0.0262, Rsigma = 0.0315]
Daten/Beschränkungen/Parameter 5235/0/312 8079/0/289
Güte-of-Fit auf F2 0.978 1.035
Endgültige R-Indizes [I>=2" (I)] R1 = 0,0529, wR2 = 0,1246 R1 = 0,0398, wR2 = 0,0845
Endgültige R-Indizes [alle Daten] R1 = 0,0758, wR2 = 0,1361 R1 = 0,0610, wR2 = 0,0964
Größte diff. Spitze/Loch / e -3 0.99/-0.55 0.59/-0.46

Tabelle 1: Tabellarische Verfeinerungsdaten für komplexe Komplexe 4 und 5. Röntgenverfeinerungs- und Sammlungsdaten für komplexe Komplexe 4 und 5.

Komplex Berechnung. % C Gefunden % C Berechnung. % H Gefunden % H Berechnung. % N Gefunden % N
4, [C38H50Cl2Co2N10S4][CoCl4]•2[CH3CN] 40.46 40.26 4.53 4.39 13.48 13.17
5, [C34H46Cl2Co2N14S4][CoCl4]•[CH3CN] 35.75 36.20 4.08 4.20 17.37 17.40

Tabelle 2: Ergebnisse der Elementaranalyse für komplexe Komplexe 4 und 5. Elementaranalyseergebnisse für Prozent Carbon, Wasserstoff und Stickstoff für die Komplexe 4 und 5.

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Discussion

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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 vollständige Reaktion zu gewährleisten, wird die Lösung über Nacht auf Reflux gesetzt.

Um einzelne Kristalle der Komplexe 4 und 5anzubauen, muss die Acetonitrillösung, die komplexe 4 oder 5 enthält, konzentriert werden. Die Komplexe müssen in einer minimalen Menge an Acetonitril gelöst werden, um die Lösungen zu produzieren, die den Komplex so konzentriert wie möglich enthalten. Einzelne Kristalle von 4 und 5 werden durch Zugabe von Acetonitrillösung angebaut, die komplexe 4 oder 5 bis 1 Dram-Fläschchen enthält. Diese 1 dram Fläschchen, die eine Lösung von komplex 4 oder 5 enthalten, werden in ein geschlossenes Glas gelegt, das Diethylether enthielt. Um die Geschwindigkeit zu verlangsamen, mit der der Ethylether in die Acetonitrillösung diffundiert, wird jeder 1-dram-Durchstechflasche eine Baumwollkugel zugesetzt. Die Baumwollkugel muss sehr eng sein, um die Diffusionsrate zu verlangsamen. Die Verwendung von Baumwolle, um die Diffusion von Diethylether zu verlangsamen, kann von anderen verwendet werden, um einzelne Kristalle für harte Proben zu züchten.

Wenn die Konzentration des Metallkomplexes in Acetonitril für die Rekristallisation nicht stark genug ist, bilden sich keine einzelkristalle. Das Produkt nach dem Rekristallisationsversuch kann ein öliger Rückstand sein. Die Forscher müssen sicherstellen, dass der Metallkomplex eine hohe Konzentration hat, damit sich einzelne Kristalle bilden können.

Nach bestem Wissen und Gewissen wurden keine anderen Kobalt(II)-Substituten-Modellkomplexe der Leberalkoholdehydrogenase in der Literatur veröffentlicht. Zukünftige Arbeiten werden sich auf den Vergleich experimentell erhaltener UV-sichtbarer Spektren mit den Spektren konzentrieren, die von Gaußschen Berechnungen vorhergesagt werden, um die Ligandenfeldstärke von Zangenligaden zu bestimmen. Die aktuelle Arbeit im Miecznikowski-Labor konzentriert sich auf die Herstellung von kobaltsubstituierten Modellkomplexen der Leberalkoholdehydrogenase, die nicht [CoCl4]2- als Gegenanion enthalten. Diese Komplexe werden derzeit auf die Reduktion von elektronenarmen Aldehyden und Ketonen untersucht.

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Disclosures

Die Autoren haben nichts zu verraten.

Acknowledgments

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

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Holm, R. H., Kennepohl, P., Solomon, E. I. Structural and Functional Aspects of Metal Sites in Biology. Chemical Reviews. 96, (7), 2239-2314 (1996).
  2. Ibers, J. A., Holm, R. H. Modeling coordination sites in metallobiomolecules. Science. 209, (4453), 223-235 (1980).
  3. 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).
  4. Eklund, H., Brändén, C. I. Structural differences between apo- and holoenzyme of horse liver alcohol dehydrogenase. Journal of Biological Chemistry. 254, 3458-3461 (1979).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Web Elements. Available from: https://www.webelements.com/zinc/atom_sizes.html (2019).
  12. Web Elements. Available from: https://www.webelements.com/cobalt/atom_sizes.html (2019).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Peris, E., Crabtree, R. H. Key factors in pincer ligand design. Chemistry Society Reviews. 47, 1959-1968 (2018).
  16. 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).
  17. Sheldrick, G. M. Integrated Space Group and Crystal Structure Determination. Acta Crystallography. 71, 3-8 (2015).
  18. Sheldrick, G. M. Crystal Structure Refinement with SHELXL. Acta Crystallography. 71, 3-8 (2015).
  19. 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).
  20. Trzhtsinskaya, B. V., Abramova, N. D. Imidazole-2-Thiones: Synthesis, Structure, Properties. Sulfur Reports. 10, (4), 389 (1991).
  21. 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).
  22. 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).
Herstellung von SNS Cobalt(II) Pincer Model Complexes of Liver Alcohol Dehydrogenase
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Miecznikowski, J. R., Jasinski, J. P., Kaur, M., Bonitatibus, S. C., Almanza, E. M., Kharbouch, R. M., Zygmont, S. E., Landy, K. R. Preparation of SNS Cobalt(II) Pincer Model Complexes of Liver Alcohol Dehydrogenase. J. Vis. Exp. (157), e60668, doi:10.3791/60668 (2020).More

Miecznikowski, J. R., Jasinski, J. P., Kaur, M., Bonitatibus, S. C., Almanza, E. M., Kharbouch, R. M., Zygmont, S. E., Landy, K. R. Preparation of SNS Cobalt(II) Pincer Model Complexes of Liver Alcohol Dehydrogenase. J. Vis. Exp. (157), e60668, doi:10.3791/60668 (2020).

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