シアノコバラミン（ビタミンB12）（68-19-9）物理的および化学的特性
シアノコバラミン（ビタミンB12）
水溶性コバラミンで、原薬、分析用標準物質、または医薬品・栄養補助食品製造の過程投入物として使用される結晶性のビタミンB12誘導体です。
| CAS番号 | 68-19-9 |
| ファミリー | コバラミン類（コリノイドビタミン） |
| 一般的な形態 | 粉末または結晶固体 |
| 一般的なグレード | EP |
シアノコバラミンはコバラミン類に属するコリンマクロサイクルであり、中心にコバルトを有するポルフィリノイド様のコリン環に複数のアミド含有側鎖、下部（ベース）配位サイトを介したヌクレオチド（5,6-ジメチルベンゾイミダゾール）の軸配位子、上部（β）位置にはシアノ基の軸配位子が結合しています。構造的には、大きく高度に修飾されたテトラピロリックなコリンコアにリン酸化リボース部位および複数のペンダント型カルボキサミドおよびアミノアルキル置換基を組み合わせており、この分子構造により金属中心錯体は剛直で広範な水素結合能と明確な三次元立体化学（多くの立体中心およびコリン周辺の二重結合の立体化学）を示します。
電子的には、コバルト中心は高酸化状態の配位環境（シアノ基錯体中では形式的にCo(III)）にあり、配位場はコリンのπ系および強い場の軸方向配位子によって支配されています。分子は孤立した化合物として形式的に中性ですが、金属陽イオンが配位子陰イオン性の寄与と共有結合体内でバランスをとっています。多数の極性官能基（アミドのカルボニル基、一次・二次アミン、リン酸エステル、ヒドロキシル基）と大きなトポロジカル極性表面積により、シアノコバラミンは高い極性を持ち水和性が強く、水環境中で効果的に水溶性を持ち、同等の分子量の小分子有機補酵素と比較して低い本質的脂溶性を示します。
化学的及び製薬的には、シアノコバラミンは安定で投与可能なビタミンB12の形態として広く使用され、酵素的または化学的に代謝活性を持つコバラミン補酵素（メチルコバラミンおよびアデノシルコバラミン）に変換可能です。臨床栄養や生化学研究において、ビタミン補給剤および細胞内のB12依存過程の前駆体として広く重要です。
本物質に関して報告されている一般的な市販グレードはEPです。
分子概要
分子量および組成
- 分子式: \(\ce{C63H88CoN14O14P}\)。
- 分子量: 1355.4 Da（報告値: 1355.4）。
- 正確質量/単一同位体質量: 1354.567399（報告値: 1354.567399）。
- トポロジカル極性表面積（TPSA）: 476 \(\mathrm{\AA}^2\)（報告値: 476）。
- 重原子数: 93（報告値: 93）。
- 定義された原子立体中心数: 14（報告値: 14）。
- 定義された結合立体中心数: 3（報告値: 3）。
- 共有結合ユニット数: 3（報告値: 3）— これは場合によってはコリンコバルト錯体および対イオン成分を含む結合表現に起因します。
- 水素結合供与体数: 9（報告値: 9）。
- 水素結合受容体数: 21（報告値: 21）。
- 回転可能結合数: 26（報告値: 26）。
- 形式電荷: 0（報告値: 0）。
- 分子複雑度: 3150（報告値: 3150）。
- 衝突断面積（実験値）: 338.2 \(\mathrm{\AA}^2\) [M+H]+ [CCS型: DT; 方法: Agilent tune mix（Agilent）を用いた単一場較正]（報告値: 338.2 Ų [M+H]+ [CCS型: DT; 方法: Agilent tune mix（Agilent）を用いた単一場較正]）。
3Dモデリングに関する注意: 本化合物は原子数が非常に多いこと、遷移金属中心（Co）を含むこと、及び広範な側鎖とイオン化可能基による複雑な立体配座のため、一般的な小分子力場計算の配座生成はしばしば禁止されます。
電荷、極性、及びLogP
- 形式電荷（報告値）: 0。
- コバルト中心は形式上高い酸化状態にあり、コリンマクロサイクル内で配位され、軸方向のシアノ基が錯体を安定化します；金属中心を有しながらも、複数のイオン化可能性および水素結合機能により、全体として中性かつ高極性の分子として存在します。
- 脂溶性: クラスレベルでは強く親水性を示し、分子は水相に優先的に分配され、非極性媒体への移行には極性溶媒や錯形成剤を要します。
- 現在のデータ環境ではlogPまたはオクタノール-水分配係数の実験的確立値は利用できません。
生化学的分類
シアノコバラミンはコバラミン（コリノイド）ビタミンに属し、コリンサイクルマクロサイクルの有機金属補酵素群に属します。安定で投与可能な合成または単離されたビタミンB12誘導体であり、生体内では1炭素転移および分子内再配置反応の補酵素として作用する酵素活性型（メチルコバラミンおよび5'-デオキシアデノシルコバラミン）の前駆体として機能します。
化学的挙動
安定性および分解
シアノコバラミンは軸配位子としてのシアノ基が比較的強固にCo(III)中心に結合しているため、他のコバラミン誘導体より化学的に安定です。これにより緩和条件下での配位子交換反応への感受性が低減されます。ただし、複雑な補酵素に典型的な以下のストレス下では化学的に不安定になります： - 光分解は配位子の解離やコバルト中心の還元を促進し、他のコバラミン形態や分解生成物への変換を引き起こします。 - 強還元環境および酵素的還元活性化により、シアノコバラミンから他のコバラミンへ変換（還元と配位子交換）されます。 - 極端なpH、長時間加熱、強酸化性または求核性条件は末端のアミド結合やグリコシド結合の加水分解を促進し、ヌクレオチドループの分解を引き起こします。 取り扱いや製剤設計では、光、還元剤、および極端なpHからの保護に重点を置き、化学的完全性の維持を図ります。
加水分解および変換反応
シアノコバラミンはコバルトの軸位置における配位子置換反応を経て、生化学的に活性型コバラミン誘導体に変換されます： - シアノ基配位子は還元／酵素条件下で置換され、反応経路や酵素的状況に応じてヒドロキソコバラミン、メチルコバラミン、またはアデノシルコバラミンが生成されます。 - リボースのリン酸化ヌクレオチド部分および複数のアミド側鎖は強酸性または強塩基性条件下で加水分解を受けやすく、これにより分子が断片化して補因子活性を失う可能性があります。 - 光化学的および還元的経路によりCo(III)がCo(II)またはCo(I)へ還元され、Co–配位子結合の切断や subsequent な構造再編が可能となります。これらの変換反応は、生物学的に重要な各種コバラミン種間の転換において中心的な役割を果たします。 これらの変換経路は、シアノコバラミンが医薬的に安定な前駆体として用いられ、生体内で活性型に代謝変換される基盤となっています。
生物学的役割
機能的役割と代謝経路
シアノコバラミン自体は主に安定なビタミンB12の送達形態として作用し、生体内では酵素的または化学的に以下の活性補因子に変換されます： - メチルコバラミン：メチオニン合成酵素の補因子（ホモシステインのメチオニンへのメチル化反応）であり、葉酸および一炭素代謝の中心的役割を担います。 - 5'-デオキシアデノシルコバラミン（アデノシルコバラミン）：ミトコンドリア内のメチルマロニル-CoAムターゼの補因子（メチルマロニル-CoAのスクシニル-CoAへの異性化）であり、奇数鎖脂肪酸およびアミノ酸の代謝に関わります。 これらコバラミン依存的反応は、ヌクレオチド生合成、メチル化化学反応および中間代謝に不可欠です。
生理学的および細胞内環境
生体内では、コバラミンは特異的な結合タンパク質および細胞内取り込みシステムにより輸送されます。外部から投与されたシアノコバラミンは細胞に取り込まれ、処理された後、細胞内区画で生理活性の補因子形態へ変換されます： - 細胞質内での変換によりメチルコバラミンが供給され、メチオニン合成酵素活性を支えます。 - ミトコンドリア内への取り込みおよび変換でアデノシルコバラミンが生成され、ムターゼ活性を担います。 細胞内のコバラミン恒常性は厳密に制御されており、欠乏するとDNA合成や一炭素代謝および奇数鎖炭素代謝の代謝経路が阻害されます。
識別子および同義語
登録番号およびコード
- CAS登録番号：68-19-9
- InChIKey:
FDJOLVPMNUYSCM-WZHZPDAFSA-L - InChI:
InChI=1S/C62H90N13O14P.CN.Co/c1-29-20-39-40(21-30(29)2)75(28-70-39)57-52(84)53(41(27-76)87-57)89-90(85,86)88-31(3)26-69-49(83)18-19-59(8)37(22-46(66)80)56-62(11)61(10,25-48(68)82)36(14-17-45(65)79)51(74-62)33(5)55-60(9,24-47(67)81)34(12-15-43(63)77)38(71-55)23-42-58(6,7)35(13-16-44(64)78)50(72-42)32(4)54(59)73-56;1-2;/h20-21,23,28,31,34-37,41,52-53,56-57,76,84H,12-19,22,24-27H2,1-11H3,(H15,63,64,65,66,67,68,69,71,72,73,74,77,78,79,80,81,82,83,85,86);;/q;-1;+3/p-2/t31-,34-,35-,36-,37+,41-,52-,53-,56-,57+,59-,60+,61+,62+;;/m1../s1 - SMILES:
CC1=CC2=C(C=C1C)N(C=N2)[C@@H]3[C@@H]([C@@H]([C@H](O3)CO)OP(=O)([O-])O[C@H](C)CNC(=O)CC[C@@]\\4([C@H]([C@@H]5[C@]6([C@@]([C@@H](C(=N6)/C(=C\\7/[C@@]([C@@H](C(=N7)/C=C\\8/C([C@@H](C(=N8)/C(=C4\\[N-]5)/C)CCC(=O)N)(C)C)CCC(=O)N)(C)CC(=O)N)/C)CCC(=O)N)(C)CC(=O)N)C)O.[C-]#N.[Co+3]
（上記の各識別子は示されたフォーマットで提供されており、登録番号や構造コードは物質の一義的な識別に用いられます。）
同義語および生物学的名称
報告されている同義語および名称には以下が含まれます： - シアノコバラミン（ビタミンB12） - cyanocobalamin - vitamin B12 - SCHEMBL29674629
安全性および取扱い概要
生化学物質の取扱いおよび保管
- 化学的分類に基づく危険性および取扱い：大きく親水性のコリノイドであるシアノコバラミンは揮発性は高くないものの、光分解、熱、還元剤に対して感受性があります。取扱いおよび保管時は光の照射を最小限に抑え、遮光性またはアンバー容器の使用を推奨します。また、分解を促進する強い還元条件や極端なpH環境への曝露を避けてください。
- 個人保護措置：通常の固体取扱いや溶液調製時には、標準的な実験室用個人防護具（手袋、保護眼鏡、ラボコート）の使用が適切です。粉末取り扱い時は局所換気や粉塵防止措置により吸引を避けてください。
- 保管条件：光を避け、乾燥状態で保管してください。安定性維持のため、供給者の温度管理および包装指示に従ってください。
- 廃棄および漏洩管理：固体および溶液は実験室化学廃棄物として処理し、こぼれた場合は慣性吸収材で回収し、適切に封じ込めて排水に流さないでください。中和あるいは組織的管理のない流出は避けること。 詳細な危険情報、輸送規制および法規情報については、製品固有の安全データシート（SDS）および現地法令を参照してください。
