Notizen 129
Chemischer Strukturbeweis für Photobilin c und ein Beitrag zu seinem Bildungsmechanismus Chemical Structure Determination for Photobilin c and a Contribution to the Formation Mechanism
Nikolaus Risch und Clemens Belter
Fakultät für Chemie der Universität Bielefeld und Gesellschaft für Biotechnologische
Forschung, Braunschweig
Z. Naturforsch. 34b, 129-130 (1979);
eingegangen am 21. Oktober 1978 Photooxidation, Photobilin c, Structure,
180-Isotopic-Labeling
The structure of photobilin c is determined by oxidative degradation of 180-labeled material which is prepared by photooxidation of a deriva- tive of bacteriochlorophyll c in the presence of molecular 1802.
Bei der Photooxidation von Bacteriochlorophyll- c-Derivaten [1-3] entstehen lineare Tetrapyrrole [1].
Als Hauptproblem erwies sich bei der Struktur- ermittlung die Frage, an welcher Stelle der Tetra-
c2H5
CO2CH3
r!= C2H5 . n-C3H7 . i-C^Hg R2 = H, -CH3 , - C-CH3 ,
Sonderdruckanforderungen an Dr. N. Risch, Fakultät für Chemie der Universität Bielefeld, D-4800 Bielefeld.
cyclus 1 geöffnet wird [4]. Da die Photobiline 3 [5] eine endständige C-Acetylgruppe tragen, bieten sich prinzipiell die Bindungen C-19, C-20 bzw. C-l, C-20 als Angriffspunkte an. Die von Brockmann und Belter [1] ermittelte Konstitution mit der termina- len Acetylfunktion an C-19 wurde aus spektroskopi- schen Daten abgeleitet. In dieser Arbeit wird ein chemischer Strukturbeweis vorgestellt, der zugleich den Bildungsmechanismus absichert.
Für die chemische Strukturaufklärung von Tetra- pyrrolVerbindungen hat sich der Chromsäure- und Chromatabbau außerordentlich bewährt [6]. Die erhaltenen Abbauimide erlauben Rückschlüsse auf die ursprüngliche Struktur des Tetrapyrrolfarb- stoffes. Untersucht man ein geeignetes Derivat des Photobilins c wie z. B. den S^O-Methylphotobilin-c- methylester (3, R2 = CH3), so erhält man nach Chromsäureabbau neben den Imiden 6 a-c aus Ring II die Imide 2-(l-Methoxyethyl)-3-methyl- maleinimid aus Ring I und (—)-£Areo-Dihydro- hämatinsäureimidmethylester 7 aus Ring IV. Die oxidationsempfindliche Acetylfunktion und damit die Information über den Substitutionsort im Photo- bilin c ist also verlorengegangen [1] — der Ring (I oder IV), an den sie vorher geknüpft war, kann jedoch als substituiertes Malein- bzw. Succinimid isoliert werden.
Führt man die Photooxidation des 31-0-Methyl- bacteriophäophorbid-c-methylesters (1, R2 = CH3) in Gegenwart von auf 99%-Isotopenanteil 180 ange- reicherten molekularen Sauerstoffs durch, der zur Aufklärung des Bildungsmechanismus bis zu 40 Vol.% mit molekularem Sauerstoff mit natür- lichem Isotopen Verhältnis versetzt wurde, so kann ein 31-0-Methylphotobilin-c-methylester 4 isoliert werden, der laut Massenspektrum 0,6 mol 1802 (M® = 644,658) und 0,4 mol ^Os (M© = 640,654) auf- genommen hat (Abb. 1).
rel.lnt.%
5 9 9
5 9 7 611 613
6 4 0 644
6 5 4 6 5 8
m/e ——
Abb. 1. Massenspektrum (oberer Massenbereich) des markierten 31-0-Methylphotobilin-c-methylesters 4.
Mi® und M2® sind die Molekülionen mit R1 = C2H5
bzw. R1 = n-C3H7.
Unterwirft man das so markierte 4 einem Chromsäureabbau, so sollte die Information über den Substitutionsort der Acetylgruppe in 4 in der Art der Verteilung der 180-Isotope auf die entstan- denen Imide erhalten bleiben. Tatsächlich zeigt die
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C2H5
CO2CH3
CH3
H3C-O-C-H H3C-
1 80 NH
>-NH
H/C H2
CH, I L
CO2CH3
7
CHi HN-<
6 a-c 0 R1
R1 = C2H5 , N-C3H7 , I-C^H9
massenspektrometrische Untersuchung der nach Chromatographie an Kieselgel isolierten Imide, daß ca. 60% des Abbauproduktes 5 aus Ring I im Mole- kül jeweils ein 180-Isotop enthält, während alle anderen Imide (6 a-c) und vor allem auch 7 ein natürliches Isotopenverhältnis aufweisen. Dieser Einbau von 180 in 5 kann nur von der Photooxida- tion herrühren, d.h. die photochemisch gebildete Acetylgruppe von 4 kann sich nicht am Ring I be- finden. Sie muß daher an C-19 gebunden sein, womit die Konstitution des Photobilins c auch chemisch abgesichert ist.
Der von Brockmann und Belter [1] gegebene Strukturvorschlag beruht vor allem auf der Aus- wertung der massenspektrometrischen Fragmentie-
rung bzw. der Analyse einiger Schlüsselfragmente.
Diese Interpretation wird durch das Fragmentie- rungsmuster des markierten Photobilins c 4 ein- deutig bestätigt. Das Massenspektrum beweist außerdem, daß molekularer Sauerstoff an die 1.20- Doppelbindung von 1 addiert worden ist, denn wir beobachten im Produkt 4 jeweils den Einbau eines Moleküls 18(>2 oder eines Moleküls 16(>2 (vgl. Abb. 1).
Ein derart synchroner Reaktionsablauf unterstützt den vorgeschlagenen Mechanismus einer (2+2)- Cycloaddition von x02 an die offenbar relativ elektronenreiche 1.20-Doppelbindung des konju- gierten Systems 1 unter Bildung des von uns nicht isolierten Dioxetans 2, das dann thermisch zum offenkettigen System umlagert.
[1] H. Brockmann (Jr.) und C. Belter, Z. Natur- forsch. 34b, 127 (1979).
[2] A. S. Holt, J. W. Purdie und J. W. F. Wasley, Can. J. Chem. 44, 88 (1966).
[3] Die Bacteriochlorophylle c liegen in der Natur als Homologen- bzw. Isomerengemische vor.
[4] C. Belter, Dissertation Technische Univ. Braun- schweig 1977.
[5] Zur Nomenklatur der Photobiline c vgl. Lit. [1]
und [4],
[6] W . Rüdiger, Hoppe-Seyler's Z. Physiol. Chem.
350, 1291 (1969).
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