Właściwości i synteza chloryn

Michał Gałęzowski

Zespół X

Porównanie porfiryn i chloryn

HN

NNH

N HN

NNH

N

HN

NNH

NN

NNH

N

porfiryna chloryna

izobakteriochloryna bakteriochloryna

Aromatyczność chloryn

N

NNH

N HN

NNH

N

•Liczba elektronów spełnianie reguły Huckla)•Płaska budowa

HN

HNN

N

Chloryny w przyrodzie

• Kompleksy chloryn jonami Mg2+ są główną częścią aparatu fotosyntetycznego u roślin (chlorofil a i b), a kompleksy bakteriochloryn u bakterii (chlorofil c, d, e)

• Kofaktory enzymów redoks u bakterii (hem d)

• Hormony u organizmów morskich (bonelina)

Struktura aparatu fotosyntetycznego u bakterii Rhodopseudomonas palustris

Isaacs N. W., Science, 302, 1969 (2003)

Struktura fotosystemu I u roślin

Fromme P., Witt H. T., Nature, 411, 909 (2001)

Synteza totalna chlorofilu

NH

NH

CO2Me

HN

N

SEt

CO2Me

MeO2C

CH2Cl2, rt

NH2

NH

NH

CO2Me

HN

N

Et

CO2Me

MeO2C

N

HN

NNH

N

AcHN

Et

CO2Me

CO2MeMeO2C

1. HCl, MeOH2. I2, HCl, MeOH

3. Ac2O, Py

Woodword et all, J. Am. Chem. Soc., 1960, 82, 3800Woodward R. B., Pure Appl. Chem. 1960, 2, 383

Woodword R. B., Angew. Chem., 1960, 72, 651

Synteza totalna chlorofilu cd.

HN

NNH

N

AcHN

Et

CO2Me

CO2MeMeO2C

O2, AcOH, N2, AcOH,

HN

NNH

N

AcHN

CO2Me

HN

NNH

N

AcHN

EtEt

EtO2C CO2Et OMeO2C

OO

Woodword et all, J. Am. Chem. Soc., 1960, 82, 3800Woodward R. B., Pure Appl. Chem. 1960, 2, 383

Woodword R. B., Angew. Chem., 1960, 72, 651

Synteza chloryn

• Z porfiryn – Redukcja porfiryn– Utlenianie porfiryn– Inne reakcje porfiryn

• Cyklizacja tetrapiroli • Synteza z porfirynogenu • Kondensacje 2 + 2• Kondensacja 3 + 1

Redukcja porfiryn

Whitlock H. W. et all, J. Am. Chem. Soc., 1969, 91, 7485

N

NN

N

Et

Et Et

Et

Et

EtEt

Et

HN

NNH

N

Et

Et Et

Et

Et

EtEt

Et

HN

NNH

N

Et

Et Et

Et

Et

EtEt

Et

N2H2

3-metylopirydynaM = 2 H

Na, 1-pentanol

M = ClFe(III)

11 % 47 - 70 %

M

Utlenianie porfiryn

HN

NNH

N

Et

Et Et

Et

Et

EtEt

Et

HN

NNH

N

Et

Et Et

Et

Et

EtEt

Et

OsO4, py

HN

NNH

N

Et

Et Et

Et

Et

EtEt

Et

HN

NNH

N

Et

Et

Et

EtEt

Et20 %

H2O2, H2SO4 H2SO4, SO3

HO OH

HO OHO

Et

Et

75%

Inhoffen H. H. et all, Liebigs Ann. Chem., 1969, 725, 167Bonnet R., Nizhnik A. N., J. Chem. Soc., Chem. Comm., 1984, 1047

Inne reakcje porfiryn(kondensacja porfiryn z karbenami)

N

NN

N

Et

Et Et

Et

Et

EtEt

Et

EtO2CCHN2

benzen, CuI, 60 %

N

NN

N

Et

Et Et

Et

Et

EtEt

Et

Cu

N

NN

N

Et

Et Et

Et

Et

EtEt

Et

Cu

N

NN

N

Et

Et

Et

EtEt

Et

Cu

Cu

EtO2C

EtO2C

Et

EtO2C

50%

Slady Slady

Callot H. J., Johnson A. W., Sweeney A., J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 1973, 1424

Inne reakcje porfiryn cd. 1(reakcja Dielsa – Aldera)

HN

NNH

N

(CH2)2CO2Me

HN

NNH

N

MeO2C(H2C)2 (CH2)2CO2Me

HN

NNH

N

MeO2C(H2C)2 (CH2)2CO2Me

CO2Et

CO2Et

EtO2C

EtO2C

EtO2CCO2Et

MeO2C(H2C)2

55%

Morgan A. R., Schrerrer-Pangka V., Dolphin D., J. Soc. Chem, Chem. Comm., 1984, 1047

Inne reakcje porfiryn cd. 2(addycja malonianu dietylu lub

malononitrylu)

N

NN

N

N

NN

NN

NN

N

Ph

Ph

Ph

Ph

Ph

Ph

Ph

PhPh

Ph

Ph

Ph

CNNC

Ni

MCu

NC

NC

CNNC

CO2Et

CO2Et

M= CuDBU (2 eq), THF, I-PrOH

temp wrzenia 40%

M=Ni

NaOMe, nadmiarTHF, MeOH

temp. wrzenia12%

CO2EtEtO2C

Jaquinod, L., Gros, C., Khoury, R. G., Smith K. M., J. Chem. Soc. Chem. Comm., 1996, 2581

Inne reakcje porfiryn cd. 3(„addycja metanu” do porfiryny)

N

NN

N

Et

Et Et

Et

Et

EtEt

Et

N

NN

N

Et

Et Et

Et

Et

EtEt

Et

HN

NNH

N

Et

Et Et

Et

Et

EtEt

Et

1.NaBH4

2.H+

SnCHCl3

AlBr3

Cl

Cl

Cl

Sn

OH

HO

HO

HO

42%

Furhop, J, -H., Lumbantobing, T., Tetrahedron Lett, 1970, 3771

Inne reakcje porfiryn cd. 4(reakcja hydroksyalkiloporfiryn)

HN

NNH

N

MeO2CCO2Me

RHO

MeC(OMe)2NMe2

o-ksylen, temp. wrzenia

HN

NNH

N

MeO2CCO2Me

RO

Me2N

R=Me 82%R=C6H13 81%

Haake G., Hoper F., Meier A., Montforts F.-P.,Scheurich G., Zimmermann G., Liebigs. Ann Chem., 1992, 325

Inne reakcje porfiryn cd. 5(anulacja z bocznym łańcuchem

zawierającym grupę karbonylową)

N

NN

N

Et

Et Et

Et

Et

EtEt

Et

N

NN

N

Et

Et Et

Et

Et

EtEt

Et

HN

NNH

N

Et

Et

Et

Et

EtEt

Et

1. POCl32. HO-

Me2NCHO H+

CHO

Et

Cu Cu

70%

Vicente M. G. H., Smith K., J. Org. Chem., 1991, 4407

Inne reakcje porfiryn cd. 6(wewnątrzcząsteczkowa reakcja Vilsmaier’a)

HN

NNH

N

Et

EtEt

AcHN

POCl3, py HN

NNH

N

Et

EtEt

N

51%

Collier G. L., Jackson A. H., Kenner G. W., J. Chem. Soc C, 1967, 66

Cyklizacja tetrapiroli

N

NNH

N

Et

Et

(CH2)2CO2Me

Br

HN

NNH

N

(CH2)2CO2Me

MeO2C(H2C)2

N

NNH

N

(CH2)2CO2Me

MeO2C(H2C)2

MeO

HN

NNH

N

Et

Et

(CH2)2CO2Me

MeO2C MeO2C85%

7%

1. Cu(OAc)2, MeCN,

2. TFA, H2S

TFA, i-PrNEt2THF, h

Battersby A. R. et all, J. Chem. Soc., Chem. Comm., 1981, 524; 1983, 1235

Synteza z porfirynogenu

HN

HNNH

NH

Et

Et Et

Et

Et

EtEt

Et

1. CoCl2, AcOH, NEt3, ksylen, 145o

2. TFA, 20oC

HN

NNH

N

Et

Et Et

Et

Et

EtEt

Et

HN

NNH

N

Et

Et Et

Et

Et

EtEt

Et

19% 10%

bacteriochloryny i izobakteriochloryny - 30%

Angst C., Kajiwara M., Zass E., Eshenmoser A., Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 1980, 19, 140

Kondensacja 2 + 2

N

HNN

NH

Et Et

CO2Me

CHO

HN

OHC

NH

Et Et

CO2H

HNNH

CO2Me

N

NN

N

Et Et

CO2Me

Zn

1. TsOH, MeOH, CHCl3 2. Na2CO3, H2O3. Zn(AcO)2

TFA, 55oC

Burns D. H., Caldwell T. L., Burden M. W., Tetrahedron Lett., 1993, 2883Burns D. H., Li Y. H., Shi D. C., Delney M O., J. Chem. Soc. Chem. Comm., 1998, 1677

Kondensacja 3 + 1

HN

NNH

N

Et

Et

MeO2C

CO2MeHN

HN

MeO2C

NH

MeO2C

MeO2C

CO2MeOHC

NH

CHOEt

Et

1. Na2Co3, H2O2. Zn(AcO)2, 55oC3. TFA

Burns D. H., Shi D. C., Lash T. D., J. Chem. Soc. Chem. Comm., 2000, 299-300

46%

Podsumowanie

• Synteza chloryn w porównaniu z porfirynami nie jest dobrze rozwinięta, brak jest metod którymi można zsyntetyzować większe ilości tych związków

• Możliwości zastosowania chloryn są bardzo szerokie:– Terapia fotodynamiczna– Ogniwa słoneczne– Leki – ...

Moje badania

HN

NNH

NHN

NNH

N

Z

Z

Z

ZR

R

reakcja

Dielsa - Aldera