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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-17708
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/1770/


Pérez Olmo, Cristina

Polar Tris(pyrazolyl)borates for the modeling of Zinc metalloenzymes in aqueous solution

Polare Tris(pyrazolyl)borat Zink Komplexe als Modellkomplexe für zinkhaltige Enzyme in wäßriger Lösung

Dokument1.pdf (3.275 KB) (md5sum: 693198ffd8b2ef51f80cc5bb7c58db1f)

Kurzfassung in Englisch

The ultimate aim of this work was to understand the importance of secondary interactions of hydrophilic nature in the catalytic activity of zinc metalloenzymes. The zinc complexes of novel poly(pyrazolyl)borate ligands bearing polar substituents on the 3-position of the pyrazoles were expected to contribute to this. These comprise the carboxyester substituted BpC(O)OR,Me (R = Me, Et), the pyridyl substituted Tp4'Py,Me and Tp4'(6'Me)Py,Me, and the carboxyamide substituted TpC(O)NHPh,Me ligands.
The water soluble BpC(O)OR,Me (R = Me, Et) ligands were isolated as their potassium and thallium salts. They build the bis(ligand) complexes (BpC(O)OR,Me)2Zn with zinc salts of poorly coordinating counter ions, and can undergo self-transesterification in alcoholic solutions. The bis(pyrazolyl)borate BpPh,Me was also prepared and showed to behave similarly towards zinc. Carboxyester substituted pyrazoles HpzMe,C(O)OR were revealed not to be good precursors of the corresponding tris(pyrazolyl)borates TpC(O)OR,Me.
The new 4'-pyridyl substituted KTp4'Py,Me and KTp4'(6'Me)Py,Me were synthesized, the former being the first example of water soluble tris(pyrazolyl)borate able to build a hydrophobic cavity around zinc. The zinc halide, acetate and nitrate complexes of Tp4'Py,Me showed the versatile coordination behaviour of Tp4'Py,Me towards zinc and its hydrophilic character. The novel aqua and methanol complexes [Tp4'Py,MeZn·OH2]ClO4 and [Tp4'Py,MeZn·HOMe]ClO4 were revealed to form dimeric species in the solid state due to pyridine coordination to zinc, and to interact with the solvent molecules in a similar manner as it occurs in the resting state of zinc metalloenzymes. [Tp4'Py,MeZn·OH2]ClO4 was found to be an appropriate reagent for the cleavage of tris(o-dichlorophenyl)phosphate, tris(p-nitrophenyl)phosphate, trifluoro(p-nitrophenyl) acetate and p-nitrophenylacetate, in aqueous solution, and was also demonstrated to behave as a catalyst in the hydrolysis of tris(p-nitrophenyl)phosphate. The carbonic anhydrase catalysed hydration of CO2 was modelled by the insertion reactions of the new hydroxo complex Tp4'Py,MeZn-OH with CO2 and CS2 in alcoholic solutions, thereby obtaining a mixed methylcarbonate-chloride complex and two alkylxanthogenate complexes. The new beta-ketoenolate complexes Tp4'Py,MeZn(acac) and Tp4'Py,MeZn(benzoylac) provided new examples of "transition state analogues" of zinc containing metalloproteases. The biologically relevant hydrolytic cleavages of phosphotriesters and carboxyesters were also modelled with Tp4'Py,MeZn-OH, thereby obtaining the new p-nitrophenolate and bis(p-nitrophenyl)phosphate complexes, Tp4'Py,MeZn-ONit and Tp4'Py,MeZn-OP(O)(ONit)2. The hydroxo complex did not promote the hydrolytic cleavage of carboxyamides, but the deprotonation of trifluoroacetamide to give Tp4'Py,MeZn-NHC(O)CF3.
Finally, the ligand TpC(O)NHPh,Me incorporating for the first time NH hydrogen donor groups in a pyrazolylborate system, was isolated as its potassium salt, which is soluble in alcohol/water mixtures. The zinc halide, acetate and nitrate complexes of TpC(O)NHPh,Me were isolated and spectroscopically characterized. The X-ray crystal structure determination of the new hydroxide bridged binuclear complex [(TpC(O)NHPh,MeZn)2(OH)]ClO4 revealed the existence of a series of secondary interactions of hydrophobic and hydrophilic nature, which are influencing the chemistry of TpC(O)NHPh,Me based zinc complexes as they do in the active sites of zinc metalloenzymes.
In summary, 3 new bis(pyrazolyl)borate and 3 novel polar tris(pyrazolyl)borate ligands were synthesized. 7 potassium, 2 thallium and 25 zinc complexes were isolated. 12 compounds were structurally characterized.


Kurzfassung in Deutsch

Ziel dieser Arbeit war den Einfluss sekundärer hydrophiler Wechselwirkungen bei der katalytischen Aktivität von zinkhaltigen Metalloenzymen zu untersuchen. Dafür wurden neue Poly(pyrazolyl)borat Zink Komplexe mit polaren Substituenten an der 3-Position des Pyrazols hergestellt. Hierzu wurden die mit Carbonsäureestern substituierten Liganden BpC(O)OR,Me (R = Me, Et), die pyridyl-substituierte Liganden Tp4'Py,Me und Tp4'(6'Me)Py,Me, und der carbonsäureamid-substituierte Ligand TpC(O)NHPh,Me verwendet.
Die Kalium- bzw. Thalliumsalze der wasserlöslichen Liganden BpC(O)OR,Me (R = Me, Et) wurden synthetisiert. Zinksalze mit schwach koordinierenden Gegenionen bilden mit diesen Ligandensystemen die Bis(ligand)-Zink-Komplexe (BpC(O)OR,Me)2Zn. In alkoholischen Medien kommt es zur Umesterung des Ligandensystems. Die Herstellung von carbonsäureestern-substituierten Tris(pyrazolyl)borat Liganden ist nicht gelungen. Desweiteren wurde der Ligand BpPh,Me hergestellt, und mit verschiedenen Zinksalze umgesetzt.
Die neuen pyridyl-substituierte Liganden Tp4'Py,Me und Tp4'(6'Me)Py,Me wurden synthetisiert. KTp4'Py,Me ist das erste Beispiel für ein wasserlösliches Tris(pyrazolyl)borat, welches einer hydrophobe Umgebung um das Zink schaffen kann. Die Tp4'Py,MeZn-halogenid, -acetat und -nitrat-Komplexe zeigen ein unterschiedliches Koordinationsverhalten des Liganden gegenüber Zink. Weiterhin hängt die Hydrophilie der Komplexe von den Koliganden ab. Die neue Aqua- und Methanol-Komplexe (Tp4'Py,MeZnOH2)ClO4 und (Tp4'Py,MeZnHOMe)ClO4 liegen in Festkörper als Dimere vor. In den Komplexen sind die Lösungsmittelmoleküle so an das Zink koordiniert, wie man sich es im Ruhezustand von Enzymen vorstellt. (Tp4'Py,MeZnOH2)ClO4 erwies sich als geeignet für die Spaltung von Tris(o-dichlorophenyl)phosphat, Tris(p-nitrophenyl)phosphat, Trifluoroessigsäure-p-nitrophenylester, und Essigsäure-p-nitrophenylester in wässriger Lösung. Im fall von Tris(p-nitrophenyl)phosphat wurde gezeigt, daß die Hydrolyse katalytisch verläuft. Durch Insertionsreaktionen von den neuen Hydroxokomplex Tp4'Py,MeZn-OH mit CO2 und CS2 in alkoholischer Lösung wurde die Carboanhydrase-katalysierte CO2-Hydratation modelliert. Dabei wurden ein gemischter Methylcarbonat-Chlorid-Komplex und zwei Alkylxanthogenat-Komplexe erhalten. Die neuen beta-Ketoenolat-Komplexe Tp4'Py,MeZn(acac) und Tp4'Py,MeZn(benzoylac) stellen neue Beispiele von "transition state analogues" für zinkhaltige Metalloproteasen dar. Die biologische relevante hydrolytische Spaltung von Phosphorsäuretriestern und Carbonsäureestern wurde durch Tp4'Py,MeZn-OH modelliert, wobei die p-nitrophenolat- und bis(p-nitrophenyl)phosphat-Komplexe Tp4'Py,MeZn-ONit und Tp4'Py,MeZn-OP(O)(ONit)2 erhalten wurden. Die hydrolytische Spaltung von Carbonsäureamiden durch Tp4'Py,MeZn-OH gelangt nicht. Mit Trifluoracetamid wurde das Deprotonierungsprodukt Tp4'Py,MeZn-NHC(O)CF3 erhalten.
Ferner wurde der Ligand TpC(O)NHPh,Me hergestellt. Dieser enthält erstmalig ein NH Funktion am Pyrazol. Der Ligand wurde als Kalliumsalz isoliert, welches in einer Alkohol/Wasser Mischung löslich ist. Die Zink-halogenid, -acetat und -nitrat-Komplexe wurden isoliert und spektroskopisch charakterisiert. Die Kristallstrukturanalyse des Zinkhydroxid-komplexes [(TpC(O)NHPh,MeZn)2(OH)]ClO4 zeigt eine binukleare hydroxidverbrückte Spezies. Die Struktur offenbart hydrophobe und hydrophile Wechselwirkungen, welche die Chemie der TpC(O)NHPh,Me-Zink- Komplexe in ähnlicherweise beeinflusst, wie diese Wechselwirkungen in den aktiven Zentren von Enzymen tun.


SWD-Schlagwörter: Zink , Komplexe , Tripodligand , Hydrolasen , Carboanhydrase
Freie Schlagwörter (deutsch): Biomimetische Chemie , Zink Modellkomplexe , Ligandentwicklung , Trispyrazolylborate , Zinkenzymen
Freie Schlagwörter (englisch): Biomimetic chemistry , Zinc modelcomplexes , ligand design , Trispyrazolylborates , Zinc enzymes
Institut: Institut für Anorganische und Analytische Chemie
Fakultät: Fakultät für Chemie, Pharmazie und Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Chemie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Vahrenkamp, Heinrich (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 29.04.2005
Erstellungsjahr: 2005
Publikationsdatum: 25.05.2005
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