$^1H$ NMR Study of mono-and di-cyanide ligated Hemin Complexes as Models of Hemoproteins

Heme 단백질의 Model로서의 Hemin 착물에 관한 $^1H$ NMR 연구

$^1H$ NMR spectra for monocyanide ligated ferriprotoporphyrin(hemin) complex and dicyanide coordinated hemin complex in dimethylsulfoxide(DMSO-$d_6$) solution have been recorded and analyzed. NMR spectra of hemin-cyanide complexation in DMSO-$d_6$ exhibit that the cyanide ligation to hemin is temperature-dependent. Thermodynamic parameters for the monocyanide ligated hemin to dicyanide ligated hemin are consistent with endothermic process with ${\Delta}H^{\circ}=736.6cal/mol$ and ${\Delta}S^{\circ}=16.4eu$. Detailed analysis of the anomalous deviation from Curie behavior for CN/DMSO coordinated hemin complex demonstrates the presence of a high spin character, and this weaker axial field relative to the purely low-spin dicyanide hemin complex is supposed to attribute to instantaneously ruptured iron-DMSO bond. This complex may serve as a useful model to characterize electronic/molecular structure of hemoproteins, which one of axial ligands is weak.

DMSO(dimethylsuloxide-$d_6$) 용액 속에 존재하는 CN/CN 리간드의 hemin 착물과 CN/DMSO의 hemin 착물이 $^1H$ NMR로 기록되어지고 분석되어졌다. Hemin으로의 CN 착물화 과정은 온도에 따라 변화함을 NMR 스펙트럼이 보여 주며, 한 개의 CN 리간드에서 두 개의 CN 리간드착물로 바뀌는 과정의 열역학함수는 ${\Delta}H^{\circ}=736.6cal/mol$ 및 ${\Delta}S^{\circ}=16.4eu$인 흡열과정을 나타낸다. CN/DMSO의 hemin 착물은 Curie behavior로부터의 벗어남은 high-spin 성격의 존재를 나태내고, 이는 Fe-DMSO 결합이 순간적으로 깨짐을 의미하며, 이러한 CN/DMSO hemin 착물이 한 개의 axial ligand가 약한 heme 단백질의 전자 및 분자구조의 model complex로 작용할 수 있음을 보여 준다.