配位基的合成與鑑定

1. (S)-N-Ethyoxycarbonylproline methyl ester

秤取 L-脯胺酸(7.000 g, 60.8 mmol)與碳酸鉀(16.806 g, 121.6

，4.06-4.00 (m, 2H)，3.62，3.61 (s, 3H)，3.46-3.35 (m, 2H)，2.14-2.12 (m, 1H)，1.89-1.79 (m, 3H)，1.16-1.09 (t, 3H)；¹³C-NMR (100 MHz, CDCl3, ppm)：δ 173.1，173.0，154.8，154.3，61.0，60.9，58.8，58.5

22

，51.8，51.8，46.4，46.0，30.6，29.6，24.0，23.3，14.4。(NMR 光 譜詳見附錄 A-1)

2. (S)-2-(Diphenyl hydroxymethyl)-N-ethoxycarbonylpyrrolidine

秤取鎂粉(2.407 g, 99 mmol)於含有磁石的 250 mL 三頸圓底瓶中

秤取(S)-N-ethyoxycarbonylproline methyl ester (8.049 g, 40 mmol) 於 500 mL 的單頸圓底瓶中，抽真空五分鐘後回充氮氣，重複三次。

以雙頭針導入少量四氫呋喃將其溶解，之後將單頸瓶進行冰浴，以針 筒抽取 1.0 M 含 PhMgBr 的四氫呋喃溶液(80 mL)，於 0 ºC 下加至單 頸瓶中攪拌反應二個小時，之後於冰浴下以氯化銨飽和水溶液終止反 應，直至溶液顏色呈灰白色，以減壓濃縮儀將溶劑移除，接著以二氯

23 7.43-7.25 (m, 10H)，4.96-4.93 (d, 1H)，4.16-1.40 (m, 2H)，3.45-3.40 (q, 1H)，2.97 (s, 1H)，2.14-2.08 (m, 1H)，1.99-1.93 (m, 1H)，1.52-1.49 (m, 1H)，1.26-1.22 (t, 3H)，0.83 (s, 1H)；¹³C-NMR (100 MHz, CDCl3, ppm)

：δ 146.3，143.6，128.1，127.8，127.6，127.4，127.1，127.1，81.6

，65.9，61.9，47.7，29.6，22.9，14.6。(NMR 光譜詳見附錄 A-1)

3. (S)-2-(Diphenyl hydroxymethyl)pyrrolidine

秤 取 ( S ) - 2 - ( D ip h e n y l h y d r o x y me t h y l) - N - e t h o x y c a r b o n y l pyrrolidine (4.88 g, 15 mmol)及氫氧化鉀(25.3 g, 450 mmol)於含有磁 石的 250 mL 單頸圓底瓶中，加入乙醇 125 mL，迴流四十八個小時。

反應完畢後以減壓濃縮儀將溶劑移除，並使用二氯甲烷/蒸餾水 萃取三次(100 mL 3)，之後使用無水硫酸鎂除水乾燥並過濾，以減

24

壓濃縮儀將溶劑移除(3.42 g, 90%)，分子式 C₁₇H19NO (F.W. = 253.34)

。¹H-NMR (400 MHz, CDCl3, ppm)：δ 7.57 (d, 2H)，7.50 (d, 2H)，

7.31-7.25 (m, 1H)，7.18-7.14 (m, 2H)，4.28-4.24 (t, 1H)，3.04-3.01 (m, 1H)，2.98-2.93 (m, 1H)，1.76-1.69 (m, 2H)，1.67-1.54 (m, 2H)；¹³C-NMR (100 MHz, CDCl3, ppm)：δ 148.1，145.4，128.2，127.9，126.4，126.3

，125.8，122.5，77.1，64.5，46.7，26.3，25.5。(NMR 光譜詳見附錄 A-1)

4. 1,3-Bis((S)-2-diphenyl hydroxymethyl)-1-pyrolidinyl)propane (H2BDPPr)

秤取(S)-2-(Diphenyl hydroxymethyl)pyrrolidine (2.53 g, 10 mmol)、

碳酸鉀(2.76 g, 20 mmol)及 1,3-dibromopropane (1.01 g, 5 mmol)於含有 磁石的 250 mL 雙頸圓底瓶中，加入乙腈 100 mL，迴流三天。

25

得到白色固體狀產物(1.78 g, 65%)，分子式 C₃₇H42N2O2 (F.W. = 546.74)

。¹H-NMR (400 MHz, CDCl3, ppm)：δ 7.53 (t, 8H)，7.25 (q, 8H)，7.13 (t, 4H)，4.71(s, 2H)，3.67 (q, 2H)，3.02 (d, 2H)，2.22 (m, 2H)，1.84 (m, 2H)，1.64 (m, 10H)，1.49 (m, 2H)，1.85 (m, 2H)；¹³C-NMR (100 MHz, CDCl3, ppm)：δ 148.1，146.6，128.8，127.9，126.2，129.1，125.7，

125.5，55.3，54.0，45.9，29.7，28.0，24.4，9.1。(NMR 光譜詳見附 錄 A-1)

26 二、配位基 H2BDPP 之合成

1. 2,6-Bis(dibromomethyl)pyridine

依 據 本 實 驗 室 已 畢 業 江 建 緯 學 長 的 論 文 步 驟 ¹⁹， 秤 取 2,6-Bis(dihydromethyl)pyridine (5 g, 36 mmol)於含有磁石的 250 mL 單 頸圓底瓶中，接著加入溴酸水溶液 50 mL，迴流五小時。 ppm)：δ 156.7，138.1，122.7，33.4。(NMR 光譜詳見附錄 A-1)

2. 2,6-Bis(((S)-2-diphenyl hydroxymethyl)-1-pyrolidinyl)methyl) pyridine (H2BDPP)

27

秤取(S)-2-(Diphenyl hydroxymethyl)pyrrolidine (1.02 g, 4.03 mmol)、

碳酸鉀(0.56 g, 4.03 mmol)及 2,6-Bis(dibromomethyl)pyridine (0.53 g, 2.02 mmol)於含有磁石的 250 mL 雙頸圓底瓶中，加入乙醇 75 mL， (d, 4H)，7.48-7.43 (t, 1H)，7.30-7.26 (t, 4H)，7.22-7.14 (m, 6H)，7.08-7.04 (t, 2H)，6.87-6.85 (d, 2H)，5.20 (s, 2H)，4.12-4.08 (q, 2H)，3.37-3.28 (q, 4H)，2.95-2.92 (q, 2H)，2.50-2.48 (q, 2H)，1.95-1.92 (m, 2H)，1.78-1.75 (m, 2H)，1.66-1.61 (q, 4H)；¹³C-NMR (100 MHz, CDCl3, ppm)：δ 158.8，

147.9，146.6，136.5，128.1，128.0，126.3，126.2，125.8，120.4，

78.1，70.7，61.6，55.6，29.8，24.4。(NMR 光譜詳見附錄 A-1)

28 三、配位基 H2BDPTP 之合成

1. (S)-2-(Bis(4-trimethylsilyphenyl)hydroxymethyl)-N-ethyoxycarbo nylproline

參 考 本 實 驗 室 已 畢 業 江 建 緯 學 長 的 論 文 步 驟 ¹⁹， 稱 取 (S)-N-Ethyoxycarbonylproline methyl ester (0.878 g, 4.36 mmol)置於 250 毫升圓底瓶中，將圓底瓶抽真空，五分鐘後再使瓶內充滿氮氣，

29

proline (1.601g，78%)。¹H-NMR (400 MHz, CDCl3, ppm)：δ 7.48-7.41 (m, 4H)，7.38-7.34 (m, 4H)，4.93-4.90 (m, 1H)，4.12-4.01 (m, 2H)，3.8 (s, 6H)，3.44-3.42 (m, 1H)，2.11-2.03 (m, 1H)，1.97-1.90 (m, 1H)，

1.50-1.48 (m, 1H)，1.20-1.16 (t, 3H)，0.95-0.90 (m, 1H)，0.25 (s, 18H)。

(NMR 光譜詳見附錄 A-1)

2. (S)-2-(Bis(4-trimethylsilyphenyl)hydroxymethyl) pyrrolidine

參 考 本 實 驗 室 已 畢 業 江 建 緯 學 長 的 論 文 步 驟 ¹⁹， 秤 取 (S)-2-(Bis(4-trimethylsilyphenyl)hydroxymethyl)-N-ethyoxy-carbonylpro line (1.601 g, 3.41 mmol)及氫氧化鉀(5.740g, 102.3mmol)置於 500 毫升 圓底瓶中，倒入乙醇 250 毫升，在氮氣下加熱迴流兩天。反應完畢後 以迴旋濃縮儀將溶液抽乾，加入二次蒸餾水將產物溶解，以二氯甲烷 300 毫升萃取三次，有機層以無水硫酸鎂乾燥除水，過濾後濾液使用 迴 旋 濃 縮 儀 抽 乾 後 可 得 淡 黃 色 油 狀 產 物 (S)-2-(Bis(4-trimethylsilyphenyl)hydroxymethyl) pyrrolidine (1.321g, 97%)。¹H-NMR (400 MHz, CDCl3, ppm)：δ 7.67-7.65 d, 2H)，7.55-7.53 (d, 2H)，7.38-7.31 (q, 4H)，4.59 (m, 2H)，3.54-3.49 (m, 2H)，2.75-2.73

30

(m, 1H)，2.37-2.35 (m, 1H)，1.98-1.93 (m, 1H)，1.81-1.64 (m, 2H)，0.22 (d, 18H)。(NMR 光譜詳見附錄 A-1)

3. 2,6-Bis(((S)-2-(bis(4-trimethylsilyphenyl)hydroxymethyl)-1-pyrro lidinyl)methyl)pyridine

參 考 本 實 驗 室 已 畢 業 江 建 緯 學 長 的 論 文 步 驟 ¹⁹， 秤 取 (S)-2-(Bis(4-trimethylsilyphenyl)hydroxymethyl) pyrrolidine (1.321g, 3.32mmol)、2,6-Bis(dibromomethyl)pyridine (0.437 g, 1.66 mmol)與碳 酸鉀(0.459g, 3.32mmol)至 250 毫升圓底瓶中，加入乙醇 150 毫升後加 熱迴流三天。 CDCl3, ppm)：δ 7.67-7.65 (d, 4H)，7.58-7.56 (d, 4H)，7.44-7.42 (d, 4H)，

31

7.36-7.34 (d, 4H)，6.79-6.77 (d, 2H)，5.13 (s, 2H)，4.13-4.09 (m, 2H)，

3.39-3.27 (q, 4H)，2.96-2.91 (m, 2H)，2.53-2.47 (m, 2H)，1.96-1.90 (m, 2H)，1.75-1.61 (m, 2H)，0.25-0.15 (d, 36H)。(NMR 光譜詳見附錄 A-1)

32

C, 65.613；H, 6.049；N,4.158，Found：C, 65.84；H, 6.01；N, 4.12，

UV/Vis (CH3CN)：530 (290 M^-1 cm^-1)nm (晶體數據詳見附錄 B-1)。

2. 合成 Ni(BDPP) (2)錯合物

依據本實驗室已畢業江建緯學長的論文步驟 ¹⁹，秤取 H2BDPP (0.122 g, 0.2 mmol)於含有磁石的 50 mL 反應瓶中，將其抽真空五分鐘

33

(0.076 g, 0.15 mmol)加入反應瓶中，完成後將其送出手套箱並加入除 水乙腈 15 mL 到反應瓶中，反應溶液由藍紫色逐漸轉為紅色，最後轉 為綠色溶液。

34

反應二個小時，使用真空系統抽乾後，加入二氯甲烷回溶並使用 celite 過濾鹽類(NaClO4) 和多餘未反應完的 NaH，濾液以真空系統抽 乾後再以少量四氫呋喃回溶，在室溫下以緩慢擴散養晶法(註一)，使 正戊烷擴散進入濾液中，得到綠色塊狀晶體(0.100 g, 70%)。

註一:

先取一較大的樣品瓶，再取另一較小的樣品瓶放置在較大的樣品 瓶中，並在兩個樣品瓶中塞入錫箔紙以填滿空隙，使內瓶不會搖晃，

隨後將濾液 (母液)置於內瓶中，在外瓶則加入乙醚並裝上蓋子，纏 上 parafilm 使其密封，完成養晶瓶封裝。

35

36

針，纏上鐵氟龍以密封其管線與長針接口處，將長針亦插入樣品瓶中，

隨後將樣品瓶抽真空火烤，五分鐘後，回充氮氣，重複上述動作二次，

第三次動作保持在真空狀態下，纏上 parafilm 密封後，打開一氧化氮 鋼瓶的主閥，調控壓力閥使其大於零時，插入洩壓針，使其一氧化氮 流動並且排出一段時間後，完成一氧化氮的提供裝置。

37

第三章 結果與討論

第一節 配位基的合成探討

本 研 究 使 用 新 合 成 含 氮 氧 四 牙 基 1,3-Bis((S)-2-diphenyl hydroxymethyl)-1-pyrolidinyl)propane (H2BDPPr)，及本實驗室已畢業 江 建 緯 學 長 所 合 成 之 含 氮 氧 五 牙 基 2,6-Bis(((S)-2 diphenylhydroxymethyl)-1-pyrolidinyl)methyl)pyridine (H2BDPP) ¹⁷，兩 者 皆 具 有 兩 個 掌 性 中 心 ， 另 外 亦 對 五 配 位 進 行 修 飾 成 功 得 到 2,6-Bis(((S)-2-(bis(4-trimethylsilyphenyl)hydroxymethyl)-1-pyrrolidinyl) methyl)pyridine (H2BDPTP) ¹⁷，合成細節於本文第二章實驗部分。

圖 3-1. (a) H₂BDPPr；(b) H₂BDPP

38

圖 3-2. H₂BDPTP 合成

期望使用含氮氧四牙基 BDPPr 和含氮氧五牙基 BDPP 與鎳金屬離 子形成錯合物後，兩者進行在結構、光譜及一氧化氮反應性差異的比 較。此二錯合物皆能藉由 N₂O2與金屬形成平面四邊的配位環境，而 差別在於第五配位的吡啶配位基的存在與否。參考 Lippard 教授於 2012 年的文獻中提到溶劑 CH3CN 會影響一氧化氮在不同溫度下鍵結 在中心金屬上的能力及穩定度¹⁷，可知第五配位的吡啶將有機會影響 一氧化氮配位在鎳金屬離子上的效果。另一方面，兩者分別為四配位 及五配位環境，將有機會提供空配位使 nitric oxide 有機會配位在中心 金屬上，形成 metal-nitrosyl 錯合物，簡稱 MNO。如Hayton教授於 2012 年所合成的錯合物，如圖 3-2 (nitrosyl complex) ¹⁸。而當一氧化氮配位 上鎳金屬離子中心後，一氧化氮本身及鎳金屬離子的氧化態亦是我們 欲瞭解的課題。

39

圖 3-3. Nickel Nitrosyl complexes 結構圖

40

錯合物 1 為 Distorted tetrahedral 構型，正交晶系(orthorhombic)，

晶格常數 a = 17.4352(5) Å，b = 17.5267(5) Å，c = 22.8980(6) Å，α = 90°

41

由一個單體來看，平面的形狀使一氧化氮有機會從上下兩端與鎳金屬 中心鍵結。若進行一氧化氮反應時，溶劑選用 CH₃CN，其結果可與 五配位錯合物對照，以進一步了解官能基吡啶的影響。另一方面 Masuda 於 2013 年發表的文獻亦使用二氮二氧的配位環境，與三價鐵 及三價鈷金屬形成錯合物，並與一氧化氮反應後，藉由 UV/vis 吸收 光譜儀和 FT-IR 證實文獻中所合成的四種錯合物可與一氧化氮具有極 高的單一選擇性反應²⁰。

由於錯合物 1 之配位環境亦為二氧二氮僅金屬中心改選用鎳離子

，故進行錯合物 1 與一氧化氮的反應，期望形成 Ni-NO 錯合物，且 進一步亦將五配位錯合物 2 與一氧化氮進行反應形成 Ni-NO 錯合物

，再進行兩錯合物的比較，藉以了解鎳金屬離子與一氧化氮的化學反 應關係。

42

43

三、二價鎳錯合物 Ni(BDPTP) (3)合成與探討

錯合物 3 的合成方法是由本實驗室江建緯學長所開發 H2BDPTP

，使用 NaH 脫去 H₂BDPTP 上的質子後並與[Ni(CH3CN)6](ClO4)2形成 五配位錯合物 Ni(BDPTP) (3)，其 X-ray 單晶繞射解析如圖 3-5 所示。

圖 3-6. Ni(BDPTP) (3) (左) X-ray 結構解析；(右) chembiodraw 示意圖 錯合物 3 為 Distorted square pyramidal (τ5 = 0.315)構型，正交晶系 (orthorhombic)，晶格常數 a = 16.6162(11) Å ，b = 31.068(2) Å ，c = 10.9931(7) Å ，α = 90°，β = 90°，γ = 90°，每個單位晶格內含有四個 分子(Z = 4) ，R₁ = 0.0826，Rw = 0.1218。鍵長鍵角數據詳見附錄。

44 (註)

圖 3-7. (a)四配位構型計算示意圖；(b)五位構型計算示意圖²⁰

四配位錯合物(圖 3-5a)的結構可分為四面體(tetrahedral)、三角錐 (trigonal pyramidal)、翹翹板型(see-saw)及平面四邊形(square planar) 等四種構型，錯合物因為立體障礙與電子斥力的關係，構形介於四種 之間，其結構傾向於四面體構型(



= 1)或是平方四邊形構型(



= 0)可 由



的公式(eq. 1)計算獲得。

另 外 五 配 位 錯 合 物 ( 圖 3-5b) 結 構 可 分 為 雙 三 角 錐 (trigonal bipyramidal) 及四方錐(square pyramidal)兩種構型，錯合物因為立體 障礙與電子斥力的關係，構型介於兩者之間，其結構傾向於雙三角錐

45

第三節 錯合物氧化還原電位探討

錯合物 1 在乙腈中進行電化學測量，掃描速率為 50 mV s⁻¹ (圖 3-6)

，可發現其具有可逆(reversible)的氧化還原峰，半電位 E_1/2 = +0.953 V vs. Ag/AgCl in CH3CN，ΔE = 0.074 V。

圖 3-8. 錯合物 1 的 cyclic voltammetry 圖譜

錯合物 2 在二氯甲烷中進行電化學測量，掃描速率為 100 mV s⁻¹ (圖 3-7)，可發現其具有準可逆(quasi-reversible)的氧化還原峰，半電 位 E_1/2 = +0.308 V vs. Ag/AgCl in CH2Cl2 (Ni^III/Ni^II)，ΔE = 0.120 V。

圖 3-9. 錯合物 2 的 cyclic voltammetry 圖譜¹⁷

46

47

幅往正值提升，故期望錯合物 1 與一氧化氮反應後，一氧化氮有機會 配位至金屬中心且不將其氧化。另一方面，錯合物 2 之半電位 E1/2 = +0.308 V，在第五配位提供電子的情況下，使錯合物 2 相較於錯合物 1 更容易氧化，故推測錯合物 2 與一氧化氮反應時，一氧化氮有機會 將其氧化成三價的鎳錯合物。

從鎳錯合物在四配位及五配位不同性質，但在平面上具有相同配 位環境的比較下，期望能設計一個具有載運一氧化氮的化合物，且可 在需要時將一氧化氮釋出，以應用於血管擴張或癌症治療上。

48

第四節 二價鎳錯合物與一氧化氮反應之探討

一氧化氮與金屬形成的錯合物簡稱為 MNO (metal-nitrosyl)，當一 氧化氮與金屬鍵結時，主要分二種情況(圖 3-9)。

49

(2)自由基形式(NO^•) (3)陰離子形式(NO⁻)。為了減化一氧化氮分子與 金屬形成錯合物時的電子非定域問題，Enemark 和 Feltham 在 1974 年提出一套簡單的表示方法 ²¹，即以{M(NO)}ⁿ 的寫法取代傳統定義 金屬價數及一氧化氮分子價數的表示法；在{M(NO)}ⁿ 的表示法中，

M 代表與一氧化氮分子鍵結的金屬離子，n 為金屬 d 軌域電子再加上

一氧化氮 π*軌域上未成對電子總合 。因此表示方法可同時代表

M^n-1(NO⁺)、Mⁿ(NO·)及 Mⁿ⁺¹(NO⁻)三種不同的金屬與一氧化氮分子的 價數總和，舉例來說{Ni(NO)}¹⁰中，其可能的電子組態為{Ni⁰(NO⁺)}¹⁰

、{Ni^I(NO·)}¹⁰及{Ni^II(NO⁻)}¹⁰三種之一。

50

，同時可觀察到兩等吸收點(isosbetic point)，分別為位於 440、625 nm

，反應溶液則由紫紅色轉為淡綠色。

51

圖 3-11. H2BDPPr 的 UV/vis 吸收光譜

另一方面，參考 Masuda 於 2013 年發表的文獻，其中所合成的 [Co(BHBE)]^－(見表 3-1)與一氧化氮反應後其 UV/vis 光譜在反應前後 有明顯變化(圖 3-12)。可觀察到約 560 nm 處的吸收峰在鈷錯合物與 一氧化氮反應後會消退，並在約 370 nm 處有新的吸收峰生成，本研 究也有類似的現象，因此更加說明了錯合物 1 與一氧化氮的確形成了 室溫下穩定的 nickel nitrosyl complex。

圖 3-12. (實線) [Co(BHBE)]^－的 UV/Vis 吸收光譜；

(虛線)nitric oxide 與[Co(BHBE)]^－反應後 UV/vis 光譜²⁰

52

另外，將錯合物 1 與一氧化氮反應後及錯合物 2 的 UV/vis 光譜互 相比較，兩者有非常接近的吸收峰，可見一氧化氮應該以一當量配位 在錯合物 1 上形成五配位結構，如此兩者同樣具有三氮二氧的配位環 境，所以兩者在 UV/vis 光譜上相當相似(圖 3-13)，由上述種種跡象推 測反應形成了 nickel nitrosyl complex (圖 3-14)其 Enemark-Feltham notation 為{Ni(NO)}⁹。

圖 3-15. (實線)錯合物 1 與一氧化氮反應；(虛線)錯合物 2

圖 3-16. 推測錯合物 1 與一氧化氮形成 nitrosyl complex

在傅立葉轉換紅外光譜儀(FT-IR)中，可觀測到圖譜上新增的 1661 cm⁻¹吸收峰(圖 3-15)。配位環境具有兩個去質子化後的氧配位，造成

53

中心金屬較多的電子使一氧化氮在鍵結時，可藉由 π back-bonding interaction 造成較低波數的訊號生成，並進一步將反應前後的光譜相 減作圖，可得到圖 3-16，更加明顯的看到 1661 cm⁻¹吸收峰生成。

圖 3-17. (實線)錯合物 1；(虛線)錯合物 1 與一氧化氮反應

圖 3-18. 錯合物 1 與一氧化氮反應(FT-IR 光譜差值)

與 Lippard 教授在 2012 年發表的文獻值 1799 cm⁻¹相比，錯合物 1 與一氧化氮反應後所得到的 1661 cm^−1，訊號說明鎳金屬與一氧化氮 的鍵結較強，而較強鍵結的情況下，代表著當含一氧化氮錯合物到了

與 Lippard 教授在 2012 年發表的文獻值 1799 cm⁻¹相比，錯合物 1 與一氧化氮反應後所得到的 1661 cm^−1，訊號說明鎳金屬與一氧化氮 的鍵結較強，而較強鍵結的情況下，代表著當含一氧化氮錯合物到了

在文檔中 含氮氧多牙基鎳錯合物之合成、鑑定與 一氧化氮反應性之研究 (頁 33-0)