Порфирины. Производные порфина. (Лекция 14)

1.

Химия биологически
активных веществ
Лекция 14
Порфирины

2.

ПОРФИРИНЫ – производные порфина
Порфин-тетрапиррольное макроциклическое соединение, в котором четыре
остатка пиррола поочередно соединены с метиновыми мостиковыми группами.
N
H
N
HN
NH
N
N
N
H
N
Порфин является устойчивой ароматической системой. Плоский макроцикл порфина
представляет собой сопряженную систему из 26 p-электронов (11 двойных связей и 2
неподеленных пары электронов атомов азота). Большая энергия сопряжения (840
кДж/моль) свидетельствует о высокой стабильности порфина.
В 1929 году Фишер осуществил один из самых тонких своих экспериментов — синтезировал гемин
(так называют порфириновый комплекс с трехвалентным железом в отличие от гема — комплекса
с двухвалентным железом). За это выдающееся достижение он был удостоен Нобелевской
премии.
2

3.

В зависимости от типа заместителей в боковых цепях
порфирины подразделяются:
Этиопорфирины – имеют в качестве заместителей 4 метильные и 4 этильные группы
Мезопорфирины – 4 метильные, 2 этильные и 2 карбоксивинильные группы
Протопорфирины – 4 метильные, 2 винильные, 2 карбоксиэтильные группы
Копропорфирны – 4 метильные и 4 карбоксиэтильные группы
N
NH
N
хлорин
3 пиррольных кольца,
1 пирролиновое кольцо
HN
форбин
протопорфирин
Хлорин
и бактериохлорин
3

4.

Дипирролилметановые и дипирролилметеновые системы
N
H
OH
CH2O
N
H
-
HO
H
+
N
H
N
H
дипирролилметан
N
H
ClCH2Cl
HCOOH
FeCl3
O
N
H
K
+
N -
H
N
N
H
дипирролилметен
O
Образование
несимметричных
производных
O
CH3
H3C
H3C
+
H3C
CH2=O
OC2H5
+
N
H
CH3
N
H
O
H3C
CH3
O
NH
H3C
H3C
N
H
OEt
CH3
4

5.

Реакция 2,3-дизамещенных пирролов с ацетальдегидом
O
O
OEt
O
EtO
MeCHO, HCl
EtO
CH3
0
H3C
N
H
H3C
H3C
H3C
+
H3C
EtOH, 100 C
CH3
HBr, EtOH
O
N
H
H
N
H
CH3
H3C
H3C
H3C
N
H
N
H
CH3
+N
H
N
H
Me
H3C
H3C
Me
N
N
+ H
H
дипиррометеновый катион
5

6.

Примеры синтезов простых порфиринов
2 HC(O)H
HO
K2CO3, H2O
N
H
OH
N
H
NH
N
H
0.15 N HCl
N
H
N
H
BF3
трипирран
HO
MeOH
CHCl3
N
O
N
H
HCOOH
H
CHCl3
N
N
H
N
H
хлоранил
HN
NH
OH
HN
NH
H
N
порфин
порфиноген
H3C
4
4
N
H
CH3
H3C
CH3
N
H
H3C
O
HN
NH
K2CO3, H2O
H3C
H3C
CH3
H
N
CH3
CH3
6

7.

Самоконденсация
C2H5
C2H5
C2H5
N
H
CH3COOH
C2H5
C2H5
C2H5
N(CH3)2
C2H5 CH3COOH
HN
NH
t
t
N
Тетрафенилзамещенные
порфирины
N
H
C2H5
OH
C2H5
C6H5
C6H5
N
4 C6H5C(O)H
4
N
H
HN
NH
C2H5COOH
N
C6H5
C6H5
Конденсация
дипиррилметеновых
систем
H3C
Br
CH3
H3C
NH
H3C
C2H5
K3Fe(CN)6 HOOC
N
C2H5
C2H5
N
H+
(CH2COOH)2
N + HN
+ H3C
CH3
H
R
N
Br
CH3
t
HN
NH
H3C
CH3
R
N
R
H3C
R
7

8.

Конденсация
дипиррилметановых
R
R
систем
R
O
O
H
H
H
N
R
R
NH HN
+
HN
R
R
HI, CH3COOH, O2
N
R
R
Br
CH3
R
NH
N
H +
-
N
R
H3C
CH3
R
Br
H
C2H5 +
R
N
R
R
H3C
R
HN
NH
-
H2O, HO
R
R
HN
+
CH3
-
SnCl4
HBr, CH3OH
C2H5
Br
Br
H3C
C2H5
H3C
C2H5
Br
C2H5
H3C
H3C
H
N
+
N
H
CH3
H N
+
H
N
t
H2O, HO
H3C
CH3
HN
NH
-
R
N
C2H5
R
N
-
2 Br
H3C
R
H3C
R
8

9.

ГЕМ
Гемы (от др.-греч. ἁίμα — «кровь») — комплексные
соединения порфиринов с двухвалентным железом,
несущие один или два аксиальных лиганда. Гемы
выступают в роли простетических
групп (небелковых частей) белков —
гемопротеинов(гемоглобинов, миоглобина, цитохро
мов и др.).
ГЕМОГЛОБИН
9

10. СВЯЗЫВАНИЕ ГЕМОГЛОБИНА С КИСЛОРОДОМ

10

11.

Известен ряд заболеваний, вызванных
наследственными или приобретенными
нарушениями порфиринового синтеза, так
называемые порфирии; некоторые из них
протекают очень тяжело. Многие из этих
заболеваний приводят к выделению
предшественников гема (копропорфиринов,
уропорфиринов) с калом или мочой, которая
вследствие этого может быть окрашена в
темно-красный цвет. Также наблюдается
отложение порфиринов в коже. При
воздействии света это приводит к образованию
трудноизлечимых волдырей. При порфириях
часты также неврологические нарушения.
Возможно, что в основе средневековых легенд
о людях-вампирах (дракулах) лежит странное
поведение больных порфириями (светобоязнь,
необычные внешность и поведение,
употребление крови в пищу, компенсирующее
дефицит гема и зачастую улучшающее
состояние при некоторых формах порфирий).
11

12.

Хлорофилл
Хлорофи́лл (от греч. χλωρός, «зелёный» и φύλλον, «лист») — зелёный пигмент,
окрашивающий хлоропласты растений в зелёный цвет . При его участии осуществляется
процесс фотосинтеза. По химическому строению хлорофиллы — магниевые комплексы
различных тетрапирролов. Хлорофиллы имеют порфириновое строение и структурно близки гему.
Хлорофилл зарегистрирован в качестве пищевой добавки Е140.
R = CH3 – хлорофилл a;
R = CHO – хлорофилл b
12

13.

Зависимая от света фаза фотосинтеза
PQ – пластохинон, FD – ферредоксин, РС – пластоцианин,
b559(b9)- и C522(f) – цитохромы,
Сhl* - электронно-возбужденный хлорофилл.
13

14.

Витамин В12 (цианокобаламин)
Биологические
функции:
участие в обмене
жиров к качестве
протектора КоА,
в образовании
форменных
элементов крови.
коррин
Корриноиды — это группа
веществ, в основе которых лежит
углеродный скелет коррина,
циклическая структура,
содержащей
четыре пиррольных кольца, схожих
с порфирином.
Витами́нами B12 называют
группу кобальтсодержащих
биологически активных
веществ,
называемых кобаламинами.
Продукты:
печень, рыба,
куриное яйцо
14

15.

Строение цианокобаламина
Ковалентная связь C—Co кофермента
B12 участвует в двух типах ферментативных
реакций:
1. Реакции переноса атомов, при которых
атом водорода переносится непосредственно с
одной группы на другую, при этом замещение
происходит по алкильной группе, спиртовому атому
кислорода или аминогруппе.
2. Реакции переноса метильной группы (—CH3)
между двумя молекулами.
В организме человека есть только два фермента
с коферментом B12:
Метилмалонил-КоА-мутаза, фермент,
использующий в качестве кофактора
аденозилкобаламин и при помощи реакции,
упомянутой выше в п. 1, катализирует перестановку
атомов в углеродном скелете. В результате реакции
из L-метилмалонил-КоА получается сукцинил-КоА.
Эта реакция является важным звеном в цепи
реакций биологического окисления белков и жиров.
5-метилтетрагидрофолат-гомоцистеинметилтрансфераза, фермент из группы
метилтрансфераз, использующий в качестве
кофактора метилкобаламин и при помощи реакции,
упомянутой выше в п. 2, катализирует
превращениеаминокислоты гомоцистеина в
аминокислоту метионин.
15

16.

Фотодинамическая терапия (ФДТ) — метод лечения онкологических заболеваний,
некоторых заболеваний кожи или инфекционных заболеваний, основанный на применении
светочувствительных веществ — фотосенсибилизаторов (в том числе красителей), и, как правило,
видимого света определённой длины волны.
Сенсибилизатор вводится в организм чаще всего внутривенно, но может применяться аппликационно
или перорально. Вещества для ФДТ обладают свойством избирательного накопления в опухоли или
иных целевых тканях (клетках). Затем поражённые патологическим процессом ткани облучают светом с
длиной волны, соответствующей максимуму поглощения красителя. В качестве источника света в
настоящее время используются лазерные установки, позволяющие излучать свет определённой длины
волны и высокой интенсивности. Поглощение молекулами фотосенсибилизатора квантов света в
присутствии кислорода приводит к фотохимической реакции, в результате которой молекулярный
триплетный кислород превращается в синглетный, а также образуется большое количество
высокоактивных радикалов. Синглетный кислород и радикалы вызывают в клетках
опухоли некроз и апоптоз (два варианта гибели клеток). ФДТ также приводит к нарушению питания и
гибели опухоли за счёт повреждения её микрососудов.
16

17.

Лекарственные препараты для фотодинамической терапии
H2C
CH 3
H3CO
CH
CH 3
H 3C
CH 3
H3C
Димегин
CH
NH
OCH 3
N
Фотодитазин
CH3
CH3
NH
N
N
HN
CH3
H 3C
HN
N
CH 3
H3C
CH 2
CH 2
CH 2
CH 2
-
COO Na +
-
H3C
+ NH2O
HO O
Феофорбид a — продукт
распада хлорофилла.
Используется в
качестве фотосенсибилизатора.
Хорошо зарекомендовал себя
при использовании
в фотодинамической
терапии (ФДТ) карциномы
плоского эпителия рта
OH
-O
OH
O
O
+
OH
NH2 OH
H 3C
HO
COO Na +
Динатриевая соль 2,7,12,18-тетраметил-3,8ди (1-метоксиэтил)-13,17-ди (2-оксикарбонил
этил) порфирина
O
OH
OH
O
OH
N-метил-ди-D-глюкаминовая соль хлорина е6
Сырьём для производства фотодитазина является
зелёная микроводоросль Spirulina Platensis, культивируемая
в асептическом биофотореакторе.
17

18.

Курс лекций является частью учебно-методического комплекса
«Химия биологически активных веществ»
автор:
Носова Эмилия Владимировна, д.х.н., доцент кафедры органической и биомолекулярной
химии УрФУ
Учебно-методический комплекс подготовлен на кафедре органической и
биомолекулярной химии
химико-технологического института УрФУ
Никакая часть презентации не может быть воспроизведена в
какой бы то ни было форме без письменного разрешения авторов
18