Porphyrins sind eine Gruppe von organischen Zusammensetzungen, viele natürlich das Auftreten. Einer der am besten bekannten porphyrins ist heme, das Pigment in roten Blutzellen; heme ist ein cofactor des Protein-Hämoglobins. Porphyrins sind heterocyclic Makrozyklen, die aus vier zusammengesetzt sind, hat pyrrole Subeinheiten modifiziert, die an ihren α Kohlenstoff-Atomen über Methine-Brücken (=ch-) miteinander verbunden sind. Porphyrins sind aromatisch. D. h. sie folgen der Regierung von Hückel für aromaticity, 4n+2 π Elektronen (n=4 für den kürzesten zyklischen Pfad) delocalized über den Makrozyklus besitzend. So sind Porphyrin-Makrozyklen hoch konjugierte Systeme. Demzufolge haben sie normalerweise sehr intensive Absorptionsbänder im sichtbaren Gebiet und können tief gefärbt werden; der Name porphyrin kommt aus einem griechischen Wort für das Purpurrot. Der Makrozyklus hat 26 Pi-Elektronen insgesamt. Der Elternteilporphyrin ist porphine, und eingesetzte porphines werden porphyrins genannt.

Komplexe von porphyrins und verwandten Molekülen

Porphyrins sind die verbundenen Säuren von ligands, die Metalle verpflichten, Komplexe zu bilden. Das Metallion hat gewöhnlich eine Anklage 2 + oder 3 +. Eine schematische Gleichung für diese Synthesen wird gezeigt:

:Hporphyrin + [ML]  M (porphyrinate) L + 4 L + 2 H wo M=metal Ion und L=a ligand

Ein porphyrin ohne ein Metallion in seiner Höhle ist eine freie Basis. Einige eisenhaltige porphyrins werden hemes genannt. Das Heme-Enthalten von Proteinen oder hemoproteins, wird umfassend in der Natur gefunden. Hämoglobin und myoglobin sind zwei O-Schwergängigkeitsproteine, die Eisen porphyrins enthalten. Verschiedene cytochromes sind auch hemoproteins.

Mehrere andere heterocycles sind mit porphyrins verbunden. Diese schließen corrins, chlorins, bacteriochlorophylls, und corphins ein. (2,3-dihydroporphyrin) Chlorins werden mehr reduziert, enthalten mehr Wasserstoff als porphyrins, und zeigen eine pyrroline Subeinheit. Diese Struktur kommt in einem Chlorophyll-Molekül vor. Der Ersatz von zwei der vier pyrrolic Subeinheiten mit pyrrolinic Subeinheiten läuft auf irgendeinen ein bacteriochlorin (wie gefunden, in einigen photosynthetischen Bakterien) oder ein isobacteriochlorin abhängig von den Verhältnispositionen der reduzierten Ringe hinaus. Einige porphyrin Ableitungen folgen der Regierung von Hückel, aber die meisten tun nicht.

Synthese

Biosynthese

Der "begangene Schritt" für die porphyrin Biosynthese ist die Bildung von δ-aminolevulinic Säure (δ-ALA, 5-ALA oder dALA) durch die Reaktion der Aminosäure glycine mit succinyl-CoA vom sauren Zitronenzyklus. Zwei Moleküle von dALA verbinden sich, um porphobilinogen (PBG) zu geben, der einen Pyrrole-Ring enthält. Vier PBGs werden dann durch deamination in hydroxymethyl bilane (HMB) verbunden, der hydrolysed ist, um das Rundschreiben tetrapyrrole uroporphyrinogen III zu bilden. Dieses Molekül erlebt mehrere weitere Modifizierungen. Zwischenglieder werden in verschiedenen Arten verwendet, um besondere Substanzen zu bilden, aber, in Menschen, wird das Hauptendprodukt protoporphyrin IX mit Eisen verbunden, um heme zu bilden. Galle-Pigmente sind die Durchbruchsprodukte von heme.

Das folgende Schema fasst die Biosynthese von porphyrins, mit Verweisungen durch die Zahl der europäischen Gemeinschaft und die OMIM Datenbank zusammen. Der mit dem Mangel an jedem Enzym vereinigte porphyria wird auch gezeigt:

Laborsynthese

Eine der allgemeineren Synthesen für porphyrins basiert auf der Arbeit von Paul Rothemund. Seine Techniken unterstützen modernere Synthesen wie diejenigen, die von Adler und Longo beschrieben sind. Die Synthese von einfachem porphyrins wie meso-tetraphenylporphyrin (HTPP) wird auch in der Universität lehrende Laboratorien allgemein getan.

Die Rothemund Synthese ist eine Kondensation und Oxydation, die mit pyrrole und einem Aldehyd anfängt. In der mit der Lösung phasigen Synthese, acidic Bedingungen sind notwendig; Ameisensäure, essigsaure Säure und propionic Säure sind typische Reaktionslösungsmittel, oder p-toluenesulfonic saure oder verschiedene Säuren von Lewis können mit einem non-acidic Lösungsmittel verwendet werden. Ein großer Betrag des Nebenprodukts wird gebildet und, wird gewöhnlich durch die Rekristallisierung oder Chromatographie entfernt.

Moderne grüne Chemie-Varianten sind entwickelt worden, in dem die Reaktion adsorbiert auf dem acidic Kieselgel mit dem Mikrowellenausstrahlen oder bei der hohen Temperatur in der Gasphase durchgeführt wird. In diesen Fällen ist keine zusätzliche Säure erforderlich.

Anwendungen

Obwohl natürlich, porphyrin Komplexe sind für das Leben notwendig, synthetischer porphyrins und ihre Komplexe haben Dienstprogramm beschränkt. Komplexe von meso-tetraphenylporphyrin, z.B, das Eisen (III) Chlorid-Komplex (TPPFeCl), katalysieren eine Vielfalt von Reaktionen in der organischen Synthese, aber keiner von ihnen ist von praktischer Wichtigkeit. Mit Sitz in Porphyrin Zusammensetzungen sind von Interesse in der molekularen Elektronik und den supramolecular Bausteinen. Phthalocyanines, die strukturell mit porphyrins verbunden sind, werden im Handel als Färbemittel und Katalysatoren verwendet. Synthetische Porphyrin-Färbemittel, die im Design von Sonnenzellen vereinigt werden, sind das Thema der andauernden Forschung. (Sieh Färbemittel-sensibilisierte Sonnenzellen.)

2008 hat die Vereinigung Destiny Pharma Ltd erfolgreiche klinische Proben mit einem Nasen-intra angewandten porphyrin XF-73 gegen den methicillin-widerstandsfähigen Staphylokokkus aureus gemeldet.

Chemie von Supramolecular

Porphyrins werden häufig verwendet, um Strukturen in der supramolecular Chemie zu bauen. Diese Systeme nutzen die Säure von Lewis des Metalls, normalerweise Zinkes aus. Ein Beispiel eines Komplexes des Gastgebers-Gasts, der von einem aus vier porphyrins zusammengesetzten Makrozyklus gebaut wurde. Eine Basis ohne Gäste porphyrin wird zum Zentrum durch die Koordination mit seinem Vier-Pyridin-substituents gebunden.

Organische Geochemie

Das Feld der organischen Geochemie, die Studie der Einflüsse und Prozesse, die Organismen auf der Erde gehabt haben, hatte seine Ursprünge in der Isolierung von porphyrins von Erdöl. Diese Entdeckung hat geholfen, die biologischen Ursprünge von Erdöl zu gründen. Von Erdöl wird manchmal durch die Analyse von Spur-Beträgen von Nickel und vanadyl porphyrins "Fingerabdrücke gemacht".

Chlorophyll ist ein Magnesium porphyrin, und heme ist ein Eisen porphyrin, aber keiner porphyrin ist in Erdöl anwesend. Andererseits konnten Nickel und vanadyl porphyrins mit katalytischen Molekülen von Bakterien verbunden sein, die primordiale Kohlenwasserstoffe füttern.

Siehe auch

• Eine porphyrin-zusammenhängende Krankheit: porphyria
• Porphyrin hat zu Eisen koordiniert: heme
• Gruppe von Enzymen heme-enthaltend: Cytochrome P450
• Porphyrin hat zu Magnesium koordiniert: Chlorophyll
• Ein Kohlenstoff kürzere Entsprechungen: Corroles, einschließlich des Vitamins B, das zu einem Kobalt koordiniert wird
• Corphins, der hoch reduzierte porphyrin, der zu Nickel koordiniert ist, der Cofactor F430 aktive Seite im Methyl coenzyme M reductase (MCR) bindet
• Stickstoff-eingesetzter porphyrins: phthalocyanine

Galerie

File:H2TPP.png|Lewis Struktur für meso-tetraphenylporphyrin

File:Meso-tetraphenylporphyrin UV-Kraft. JPG|UV-Kraft-Ausgabe für meso-tetraphenylporphyrin

File:Porfirina lernen activada la luz.svg|Light-aktivierter porphyrin. Sauerstoff von Monatomic. Zellaltern

Außenverbindungen

• Zeitschrift von Porphyrins und Phthalocyanines
• Handbuch der Porphyrin Wissenschaft
• Porphynet - eine informative Seite über porphyrins und verwandte Strukturen