Wat is er eigenlijk zo speciaal aan vitamine B12? Het is de enige vitamine die kobalt bevat, vandaar ook de minder gangbare benaming cobalamine, en kent de laagste ADI, advanced daily intake, van alle vitaminen, namelijk 3 µg. Maar het bijzondere zit vooral in de structuur. B12 heeft de meest ingewikkelde structuur van de vitaminen, die bovendien niet voorkomt in het plantenrijk en uitsluitend wordt geproduceerd door bacteriën die in symbiose leven met hogere organismen.

Vitaminen worden ontdekt in de tijd van Louis Pasteur, toen ziekten nog toegeschreven werden aan de aanwezigheid van een exogeen agens. In 1890 bewijst de Nederlandse microbioloog Martinus Beijerinck echter dat ziekte ook kan ontstaan door afwezigheid van een nutritionele factor. Maar het verhaal van B12 begint nog eerder, in 1849. De Britse arts Thomas Addison beschrijft in dat jaar een dodelijke bloedarmoede, pernicieuze anemie, maar hij vindt geen remedie.

Lever

Bijna tachtig jaar later, in 1925, toont de Amerikaanse patholoog George Whipple aan dat kalfslever werkt tegen de anemie bij honden, wat in 1926 ook wordt aangetoond in mensen door George Minot en William Murphy. De drie krijgen in 1934 de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde voor deze ontdekkingen. In 1928 uit William Castle, Amerikaans fysioloog, het vermoeden dat een extrinsieke factor (EF) in de voeding (hier: lever) en een intrinsieke factor (IF) uit het maagslijmvlies samen voor deze tegenactie verantwoordelijk zijn. Pas in 1948 wordt een rode kristallijne substantie uit de lever geïsoleerd en geïdentificeerd als een variant van de EF. De substantie wordt later geïdentificeerd als cyanocobalamine. In 1955 slaagt de Britse scheikundige, en latere Nobelprijswinnaar, Dorothy Hodgkin, er met behulp van de X-stralendiffractie in om de structuur te bepalen. Het is voor de eerste keer dat de structuur van een biomolecule uitsluitend met die techniek wordt opgehelderd.

‘Door een “competitieve samenwerking” zegevieren de onderzoekers na bijna twaalf jaar’

Over die structuur is heel wat te vertellen. Het gaat om een corrine-ring; een cyclisch tetrapyrrool, verwant aan de porfyrine-ring. In het midden van de ring is het sporenelement kobalt gebonden aan de vier N-atomen van de pyrrool-moleculen. Aan de onderkant van deze ring is de kobalt verbonden met een zijketen via een benzimidazool. Het andere uiteinde van de zijketen, dat fosfor bevat, is bevestigd aan één van de pyrrolen van de corrine-ring. Bovenaan de ring en loodrecht op het kobaltatoom staat één van de vier R-groepen die de variëteit van B12 bepaalt.

Huzarenstuk

Zodra de structuur van B12 bekend is begint de wedloop naar een synthetische route. Die blijkt enorm ingewikkeld, met maar liefst 72 stappen waarin vele reactietypes een plaats hebben, waaronder Grignard, Diels-Alder, Birchreductie, diazomethaan en ozonolyse. De belangrijkste stappen op een rijtje (zie ook de afbeelding onderaan):

• pyrrolen A en B bereiden door resolutie (fysiek scheiden)
• pyrrolen C en D bereiden uit chiraal startmateriaal
• A en D samenvoegen
• koppelen aan B – C stuk
• kobalt inbrengen
• laatste cyclisering

Een ongekend complexe synthese die voor kleine bacteriën echter geen enkel probleem levert!

Maar de synthese lukt uiteindelijk door de gezamenlijke inspanning van de labo’s van Robert Woodward (Harvard), die in 1965 de Nobelprijs voor Scheikunde voor zijn eerdere werk kreeg, en Albert Eschenmoser (ETH Zürich) met 91 postdoctoraal en 12 PhD-studenten. Door een ‘competitieve samenwerking’, gebruikmakend van meest briljante chemische synthese van die periode, zegevieren de onderzoekers na bijna twaalf jaar. De weg naar het eindproduct blijkt al even gecompliceerd als de molecule zelf.

Oost, west…

De beide groepen begonnen initieel los van elkaar rond het begin van de jaren zestig. B12 is ingedeeld in een ‘westelijk deel’ en een ‘oostelijk deel’, die beiden twee ringen bevatten. West heeft ring A en D, Oost bevat B en C; samen vormen de vier ringen de corrine-ring. Om tot die corrine-ring te komen hebben Woodward en Eschenmoser verschillende strategieën bedacht. Enerzijds was er de gecombineerde Harvard/ETH methode, waarbij Harvard het AD-fragment synthetiseerde en ETH het BC-fragment. Dan koppel je ring C aan ring D en sluit je de corrine-ring met een basereactie. Tegelijkertijd was Eschenmoser ook bezig met een alternatieve strategie: wederom maakten ze het BC-fragment, maar nu maakten ze ook de twee losse ringen A en D. Die sloot zijn team aan op het BC-fragment en koppelde daarna op fotochemische wijze ring A en D aan elkaar. Beide methodes eindigen met de corrine-ring die de twee groepen vervolgens verder modificeerden tot het eindproduct, wat uiteindelijk lukt in 1972.