Metal complexes of amino acids which form tridentate N-chelates

Language
en
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2006-01-17
Issue Year
2005
Authors
Novokmet, Slobodan
Editor
Abstract

A series of dipeptide ligands of the type Dpg-Xaa were synthesized, where Dpg is dipicolylglycine and Xaa is phenylalanine (Phe), tyrosine (Tyr), tryptophan (Trp), 2- naphthylalanine (Nal), alanine (Ala), leucine (Leu), or glycine (Gly), and the zinc complexes thereof. These complexes turned out to be excellent material for synthesis of helical coordination polymers (with a well-defined array) of aromatic substituents. STM studies indicate an ordered deposition of helical polymers on graphite substrates. The pH dependent conformational switching of a peptidic amide group from oxygen to anionic nitrogen coordination was observed in a series of zinc(II) complexes. It was shown that aromatic interactions promote the unusual coordination of an anionic peptide backbone nitrogen atom to zinc. For the first time this binding mode was characterized by X-ray structure analyses of the electrically neutral complexes [(Dpg-Phe)-HZn], [(Dpg-Tyr)-HZn], [(Dpg-Trp)-HZn], and [(Dpg-Nal)-HZn]. The pKa-values for amide nitrogen deprotonation were determined by 1H-NMR titrations ([(Dpg-Phe)Zn]: 7.17, [(Dpg-Tyr)Zn]: 6.85, [(Dpg-Trp)Zn]: 6.85, [(Dpg-Nal)Zn]: 6.64, [(Dpg-Gly)Zn]: 8.54). These are the first quantitative data obtained for crystallographically characterized metal complexes. A comparison with the literature shows that it is difficult to distinguish between π-cation attraction and π-π-stacking. However, it is evident that modification of small peptides with synthetic pyridine ligands enhances their ability to stabilize secondary structures by non-covalent interactions. This is an important consideration for the design of biomimetic metallopeptides. Copper(II), manganese(II), cobalt(II), cadmium(II) and nickel(II) complexes were synthesised with a series of amino acid derived ligands, mentioned above, to see coordination geometry depending to a different metal center.

Abstract

Verschiedene Dipeptid-Liganden des Typs Dpg-Xaa, sowie deren Zink-Komplexe wurden synthetisiert (Dpg = Dipicolylglycin, Xaa = Phenylalanin (Phe), Tyrosin (Tyr), Tryptophan (Trp), 2-Naphthylalanin (Nal), Alanin (Ala), Leucin (Leu), oder Glycin (Gly)). Diese Komplexe erwiesen sich als exzellente Bausteine für die Synthese helikaler Koordinationspolymere mit aromatischen Substituenten. STM Untersuchungen ergaben eine geordnete Abscheidung der helikalen Polymere auf Graphit Oberflächen. In Abhängigkeit des pH-Wertes konnte an Zink(II)-Komplexen ein Übergang der O-Koordination peptidischer Amidgruppen zu N-Koordination beobachtet werden. Es konnte gezeigt werden, dass aromatische Wechselwirkungen für diese ungewöhnliche Koordination des N-Atoms der anionischen Peptidkette am Zink verantwortlich sind. Dieser Bindungsmodus wurde zum ersten Mal mittels Röntgen-Strukturanalyse der neutralen Komplexe [(Dpg-Phe)-HZn], [(Dpg-Tyr)-HZn], [(Dpg-Trp)-HZn], und [(Dpg-Nal)-HZn] beschrieben. Die pKs-Werte der Deprotonierung der Amid-N-Atome wurden mittels 1H-NMR Titrationen ermittelt: ([(Dpg-Phe)Zn]: 7.17, [(Dpg-Tyr)Zn]: 6.85, [(Dpg-Trp)Zn]: 6.85, [(Dpg-Nal)Zn]: 6.64, [(Dpg-Gly)Zn]: 8.54). Es handelt sich hierbei um die ersten quantitativen Daten kristallografisch charakterisierter Metallkomplexe. Durch einen Vergleich mit der Literatur wird deutlich, wie schwierig es ist, zwischen π-Kation Wechselwirkung and π-π-stacking zu unterscheiden. Dennoch zeigt sich deutlich, dass durch synthetische Pyridinliganden modifizierte kleine Peptide, Sekundärstrukturen durch nicht-kovalente Wechselwirkungen besser zu stabilisieren vermögen – ein wichtiger Gesichtspunkt für das Design biomimetischer Metallopeptide. Des Weiteren wurden Kupfer(II)-, Mangan(II)-, Kobalt(II)-, Kadmium(II)- und Nickel(II)-Komplexe mit einer Reihe von Aminosäuren abgeleiteter Liganden (siehe oben) synthetisiert, um ihre geometrische Anordnung in Abhängigkeit des Metallzentrums zu untersuchen

DOI
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