Deuteroporphyrin IX wurde erstmals 1926 von Hans Fischer aus der Fäulnis überlassenem Blut isoliert und charakterisiert. Neben eisenfreiem Hämin b (dem Protoporphyrin IX) fand er ein weiteres (griech. deuteros - das Zweite) Porphyrin. Es ist in der Porphyrinchemie von besonderem Interesse, da es relativ leicht aus Hämin b erhältlich ist, durch elektrophile Substitution der beiden freien β-Positionen eine Vielzahl von Derivaten dargestellt werden kann und es eine zentrale Rolle in der Totalsynthese von Hämin b nach Fischer gespielt hat. Deuteroporphyrin-IX-dimethylester ist durch Schumm-Devinylierung von Hämin b und anschließende Demetallierung und Veresterung des in der Resorcinschmelze gebildeten Deuterohämins IX erhältlich.
Deuteroporphyrin-IX-dimethylester
Geräte:
Mörser, Reagenzglas, Ölbad, Magnetrührer, Thermometer, Vakuumfiltrationsapparatur, Zweihalskolben 250 mL, Tropftrichter 100 mL mit Druckausgleich, Glasstopfen, Gasableitungsrohr, Schlauch, 2 Gaswaschflaschen, Scheidetrichter 500 mL, Bechergläser 600 mL, Rotationsverdampfer, Rundkolben 250 mL, Rundkolben 500 mL, Chromatographiesäule, UV-Vis-Spektrometer, Küvette, DC-Platten
Chemikalien:
Hämin b
Resorcin
Diethylether
Pyridin, absolutiert
Methanol, absolutiert
Chloroform, absolutiert
Eisen(II)-sulfat-Heptahydrat
Trimethylorthoformiat
Natriumchlorid
Schwefelsäure konz.
Wasser
Ammoniaklösung 10%
Natriumsulfat, wasserfrei
Kieselgel
Acetonitril
Deuterohämin IX
Chlorwasserstoff
Deuteroporphyrin-IX-dimethylester
Durchführung:
Hämin b (0.50 g, 0.77 mmol) wird mit Resorcin (1.50 g, 13.6 mmol, 18 equiv.) gründlich verrieben und in einem Reagenzglas für 20 Minuten auf 185-190 °C erhitzt. Nach dem Abkühlen wird in Diethylether (30 mL) suspendiert, abgesaugt und ausgiebig mit Diethylether nachgewaschen. Das so erhaltene, bräunliche Deuterohämin IX wird in einem Gemisch aus Chloroform (40 mL), Methanol (40 mL), Pyridin (1.25 mL) und Trimethylorthoformiat (1.44 mL) gelöst. Nach Zugabe von Eisen(II)-sulfat-Heptahydrat (3.66 g, 13.2 mmol, 17 equiv.) wird eine Stunde lang trockener Chlorwasserstoff (aus Natriumchlorid und Schwefelsäure) durch die gerührte Lösung geleitet. Der Reaktionsverlauf wird durch Dünnschichtchromatographie oder besser durch UV-Vis-Spektroskopie verfolgt. Nach beendeter Reaktion wird die Lösung mit Wasser (40 mL), 10%iger Ammoniaklösung (40 mL) und erneut mit Wasser (40 mL) gewaschen, mit Natriumsulfat getrocknet und das Lösemittel am Rotationsverdampfer entfernt. Der tiefbraune Rückstand wird in möglichst wenig Chloroform aufgenommen und durch Säulenchromatographie an Kieselgel (Laufmittel: Chloroform, gefolgt von Chloroform-Acetonitril 95:5) gereinigt. Die tiefroten Produktfraktionen werden vereint und das Lösemittel am Rotationsverdampfer entfernt. Ist ein besonders reines Produkt erwünscht, wird erneut gesäult (Laufmittel: Chloroform). Ausbeute: 12.6 mg (3.1 % d. Th.) Deuteroporphyrin-IX-dimethylester. Rotviolette Kristallnadeln.
Entsorgung:
Diethylether, Methanol, Pyridin, Trimethylorthoformiat und Acetonitril werden zu den halogenfreien organischen Lösemittelabfällen gegeben. Chloroform wird zu den halogenhaltigen organischen Lösemittelabfällen gegeben. Eisen(II)-sulfat, Natriumchlorid, Schwefelsäure und Ammoniakwasser können, ggfs. nach Neutralisation, stark verdünnt in das Abwasser gegeben werden. Alle anderen Abfälle werden zu den organischen Feststoffabfällen gegeben.
Erklärung:
Zunächst findet in der Resorcinschmelze eine Schumm-Devinylierung des Hämins statt.
Anschließend wird das zentrale Eisen(III)-ion des Hämins durch das zugesetzte Eisen(II)-sulfat zu Eisen(II) reduziert, welches unter den stark sauren Reaktionsbedingungen leicht entfernt wird (das dabei auch gebildete freie Eisen(III) kann unter den Reaktionsbedingungen nur schlecht komplexiert werden). Dadurch bildet sich das (metall-)freie Porphyrin, das mit dem zugesetzten Methanol in einer Fischer-Veresterung zu Deuteroporphyrin-IX-dimethylester reagiert.
Bilder:
Schumm-Devinylierung
Nach Abkühlen der Resorcinschmelze
Deuterohämin IX
Apparatur zur Demetallierung und Veresterung
Durchleiten von Chlorwasserstoff
Fluoreszenz einer Lösung des Rohprodukts in Chloroform
UV-Vis-Spektrum des Rohprodukts zur Kontrolle des Reaktionsverlaufs. Die vollständige Demetallierung ist an den vier schwachen Q-Banden erkennbar (das entsprechende Metalloporphyrin hätte zwei stärkere Q-Banden).
Säulenchromatographie
Gesammelte Produktfraktionen
Aus Dichlormethan gewachsene Kristallbüschel von Deuteroporphyrin-IX-dimethylester
Zweite Säulenchromatographie
Deuteroporphyrin-IX-dimethylester
600 MHz 1H-NMR-Spektrum von Deuteroporphyrin-IX-dimethylester in CDCl3
151 MHz 13C-NMR-Spektrum von Deuteroporphyrin-IX-dimethylester in CDCl3
UV-Vis-Spektrum von Deuteroporphyrin-IX-dimethylester in Toluol
Ich danke NI2 für die Mitarbeit.
