ポルフィリノーゲン

ポルフィリノーゲンの中核であるヘキサヒドロポルフィン。

生化学において、ポルフィリノーゲンは、4つのメチレン結合でつながれた4つのピロール環からなる大環状分子であるテトラピロールを核とする天然化合物の一種である。^{[ 1 ]}ポルフィリノーゲンは、最外殻（炭素数20）の 水素原子を様々な官能基で置換することで、ヘキサヒドロポルフィンを 親化合物として派生した化合物であると考えられる。

ポルフィリノーゲンは、ミオグロビン、ヘモグロビン、シトクロム、クロロフィルなど多くの酵素やタンパク質に含まれるポルフィンコアを持つ補因子であるポルフィリンの生合成中間体です。^{[ 2 ]}

ポルフィリンは、4つのピロール環がメチレン架橋（ −CH ₂ −）ではなくメチン架橋（＝CH−）で結合していること、および4つのアミン（ −NH−）基のうち2つに水素原子が欠落しているためイミン（＝N−）となっている点で、ポルフィリノーゲンと異なります。ポルフィリンの生合成では、親ポルフィリノーゲンがプロトポルフィリノーゲンオキシダーゼによって脱水素化されます。

ポルフィリノーゲンは非局在性が限られているため無色である。中心核の4つの水素原子全てが失われると四価の陰イオンが生じ、これが金属陽イオンの配位子として作用し、配位化合物を形成する。^{[ 3 ]}ポルフィリンに至る生合成中間体は濃い色をしており、しばしば植物毒性を示す。

天然ポルフィリノーゲン

生体内に発生するポルフィロゲンは、通常、各ピロール環の最も外側の 2 つの炭素原子の水素原子の一部またはすべてを置換する側鎖を持っています(メチレン橋の水素原子とは対照的です)。

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  ウロポルフィリノーゲン III、コプロポルフィリノーゲン III の前駆体。
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  コプロポルフィリノーゲン III、プロトポルフィリノーゲン IX の前駆体。
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  プロトポルフィリノーゲン IX、プロトポルフィリン IXの前駆体。

非天然ポルフィリノーゲン

様々な合成ポルフィリノーゲンが研究室で製造され、研究されてきました。これらのポルフィリノーゲンは、しばしば天然には存在しない側鎖を有しており、ピロール環ではなくメチレン架橋（メソ位）の炭素原子に側鎖が結合している可能性があります。メソ置換ポルフィリノーゲンは、いわゆるリンゼー合成法によるメソ置換ポルフィリンの中間体です。酸化反応により、中心のヘキサヒドロポルフィン核がポルフィン核に変換され、目的のポルフィリンが得られます。^{[ 4 ]}

酸触媒下では、ピロールとケトンR−(C=O)−R'、またはアルデヒドR−(C=O)−Hが縮合し、環状オリゴマー[−(CRR')−(C ₄ H ₂ NH)−] _n \を含む多くのオリゴマーを与える。その後、目的のポルフィリノーゲン（n = 4）を分離することができる。^{[ 4 ]} 8つの水素以外の側鎖を持つメソ置換ポルフィリノーゲンは、カリックス[4]ピロール とも呼ばれる。これらの生成物は、天然ポルフィリノーゲンよりも外環の脱水素反応に対する耐性が強い。 ^{[ 3 ]}

例えば、ベンズアルデヒドC ₆ H ₅ −(C=O)−Hとの縮合によりメソ-テトラフェニルポルフィリノーゲンが得られ、これは酸化されてメソ-テトラフェニルポルフィリンとなる。^{[ 4 ]}アセトンH ₃ C−(C=O)−CH ₃ との縮合によりメソ-オクタメチルポルフィリノーゲンが得られる。^{[ 3 ]}

あるいは、炭素3位と4位（窒素原子に隣接していない側鎖）を置換したピロールをホルムアルデヒドH−(C=O)−Hと縮合させることで、天然のポルフィリノーゲンに類似した化合物が得られる。例えば、3,4-ジエチルピロールを用いると、オクタエチルポルフィリンの親化合物であるオクタエチルポルフィリノーゲンが得られる。

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  メソ-オクタメチルポルフィリノーゲン。

参考文献

1. ポルフィリノーゲン- IUPACゴールドブック
2. ポール R. オルティス・デ・モンテラーノ (2008)。 「生物学におけるヘムス」。ワイリーのケミカルバイオロジー百科事典。ジョン・ワイリー＆サンズ。土井：10.1002/9780470048672.wecb221。ISBN 978-0470048672。
3. Sessler, Jonathan L.; Anzenbacher, Pavel Jr.; Miyaji, Hidekazu; Jursikova, Karolina; Bleasdale, Ellen R.; Gale, Philip A. (2000). 「改良カリックス[4]ピロール」. Industrial & Engineering Chemistry Research . 39 (10): 3471– 3478. doi : 10.1021/ie000102y .
4. Lindsey, Jonathan S. (2000). 「メソ置換ポルフィリンの合成」. Kadish, Karl M.; Smith, Kevin M.; Guilard, Roger (編).ポルフィリンハンドブック第1巻 pp.  45– 118. ISBN 0-12-393200-9。