鉬金屬是所有形式生物體內必須的微量元素並且也是這些生命 體在生物合成循環中唯一被使用具有 4d 電子的金屬，因為鉬金屬在 海水中有很高含量 ( 10-5gdm-3 )，所以對生物體而言其為易於取得且 被用來作為生物合成的用途27。但在地球生命體演化的早期，似乎不 是那麼容易進入生物體體內，其原因乃是在早期鉬金屬是以非水溶性 的二硫化鉬 ( MoS2 ) 存在地表，隨著二硫化鉬緩慢的水解成水溶性 的氧化鉬鹽 ( MoO42- ) 最後進入地球的水系而隨著演化的過程被生 物體吸收及利用28。鉬金屬對生物體的必要性最早被發現且證實的例 子是在植物的固氮作用中 ( nitrogen fixation )29 扮演活性位置的金屬 中心，而藉由對許多動物的飲食及代謝研究中發現鉬金屬對於人類、
動物、植物甚至到低等有機體的正常生長及健康是完全必須的。
另 外 在 許 多 生 物 體 內 酵 素 中 如 六 碳 酸 及 乳 酸 黃 嘌 呤 氧 化 酶 ( hepatic and lactic xanthine oxidase ) 以分子光譜證明 ( atomic spectroscopy ) 鉬金屬的存在30，到目前為止大於40 種的酵素的反應 中心涉及到鉬金屬催化的與碳、硫、氮、硒有關的生化循環反應31。 而 這 些 酵 素 當 中 鉬 金 屬 所 催 化 的 淨 反 應 通 常 與 氧 原 子 轉 移 有 關 ( oxygen atom transfer, OAT ) 例如 DMSO 還原成 DMS、sulfide 氧化
成sulfate、醛類氧化至酸、硝基還原成氰類等32。一般來說，含有鉬 金屬酵素的一系列家族如DMSO 還原酶家族 ( DMSO reductase )、
硫醚氧化酶家族 ( sulfide oxidase )、黃嘌呤氧化酶家族、硝基氧化酶 ( nitrate oxidase )、醛類氧化還原酶 ( aldehyde oxido-reductase ) 有共 同相似的結構中心，以喋呤 ( pterin ) 上的雙硫基 ( dithiolene ) 連接 的鉬金屬中心”鉬喋呤( molybopterin, MPT )”，該結構也經由 X-Ray 單晶繞射解析所證實，並且在所有的例子當中都涉及到氧鉬金屬的功 能 ( Mo=O )33，圖七。當然除了生物體內的應用之外鉬金屬在有機合 成 及 工 業 化 學 上 也 扮 演 舉 足 輕 重 的 角 色 ， 例 如 烯 類 金 屬 合 反 應 ( olefin metathesis )、環氧化反應、醛基化反應 ( hydroformylation )及 氧化反應34。
圖七. The Structures of Molybdenum Enzymes.
貳、烯類金屬合反應 ( olefin metathesis )
MolybdoPterin
OPO(OH)(OR)
R= H, nucleoside Mo
pterin ring pterin ring
DMSO reductase family
Mo S O
S Cys-Protein S
pterin ring
Sulfite reductase family pterin ring
Sulfite reductase family
pterin ring pterin ring
Nitrate reductase family
Cys-Protein
用在烯類金屬合反應 ( olefin metathesis ) 相關之有機合成反應，須多 芳香基亞胺鉬錯合物被合成出來並用來做為不對稱開環化烯類金屬 合反應 ( ring-openning metathesis, ROM ) 或合環化烯類金屬合反應 ( ring-closing metathesis, ROM )35。在1996 年 Grubb 教授首先合成出 掌 性 雙 酚 衍 生 的 亞 胺 鉬 錯 合 物 19 並 應 用 在 消 旋 化 類 丙 烯 醚 類 ( allylic ether ) 的 不 對 稱 光 學 對 拆 離 解 析 ( asymmetric kinetic resolution )，這種不對稱合環化烯類金屬合的應用對消旋化類丙烯醚 類選擇性的合環後，可得到56% ee 的四氫呋喃合環產物，而回收的 類丙烯醚可達92% ee 的光學對拆離解析效果。另外掌性雙萘酚衍生 的亞胺鉬錯合物 20 對消旋化三類烯丙基醚同樣利用不對稱合環化烯 類金屬合反應，能夠進行去消旋化 ( desymmetric ) 不對稱合環化反 應，並得到近乎定量及光學純度的pyran (98%, 99% ee)36，流程十六。
流程十六. Ring-closing Metathesis: Chiral Mo-complexe Catalyzed Asymmetric Kinetic Resolution and Dissymmetric Reaction.
CH3
參、不對稱選位性烯丙基取代反應
Mo(CO)6與掌性 1, 2-環己烷衍生之吡啶混合而成的錯合物 21 可 催化碳酸酯保護的取代丙烯醇之不對稱丙烯化反應，在以200W 的微 波促進下丙二酸甲酯鈉對碳酸酯保護的取代丙烯醇進行去保護性的 加成反應，產率高達 95% 而鏡像選擇性则達 99% ee。有趣的是此結 果 與 palladium 催 化 的 丙 烯 化 反 應 有 互 補 的 選 位 性 結 果 ( less substituted product )，鉬金屬的選位性是以取代烯丙基化合物取代基 較多的位置進行加成37，流程十七。
流程十七. Chiral Molybdenum Complexes Catalyzed Stereo- and Regio-Selective Allylation of the Carbonate Protected Cinnamate.
肆、轉硫化反應 ( sulfur transfer reaction )
四硫化鉬 ( tetrathiomolybedates ) 是已知極佳的轉硫化反應試 劑，其可媒介雙硫化反應 ( disulfide formation ) 及 硫醇類對鹵素化 合物之取代反應 38。Chandrasekaran 曾經報導利用 2.0 當量的芐基三
Ph O O
O 4 mol% Mo(CO)6, 21 CH2(CO2Me)2, BSA 200 W-microwaves
THF, 5-15 min., rt. Ph O
OMe O
MeO
Ph
O OMe O
+ MeO
39 : 1
95%, > 99% ee NH HN
O O
N N OMe MeO
21
乙基四硫化鉬 [(PhCH2NEt2)2MoS4] 直接將異硫氰化物 ( thiocyanate ) 還原反應成硫醇進而直接生成雙硫化物。其反應的機制涉及 MoS4
2-與異硫氰化物上的硫原子鍵結並消去甲氰陰離子 ( CN- )，接著藉由 鉬金屬本身的還原 ( Mo(VI)-Mo(IV) ) 生成四價鉬與雙硫化物錯合 物，最後經由雙硫化物的釋放而再次得到芐基三乙基四硫化鉬 39，流 程十八。
流程十八. Reductive Dimerization of Thiocyanates and Proposed Mechanism.
芐基三乙基四硫化鉬不但可以媒介雙硫化物的生成同時也可以 還原性的斷裂雙硫鍵，他們發現兩種雙硫化物經與芐基三乙基四硫化 鉬反應後，可得到混合的雙硫化物，因此研判反應的過程涉及雙硫鍵 的斷裂，經還原斷裂得到的硫醇可以用Michael acceptor 加以捕捉進 行α, β-不飽和醛銅類之 1, 4-加成反應，因此從雙硫化物可以一鍋化
40
SCN [(PhCH2NEt3)2MoS4]
CH3CN, rt. S S
Mo S S
S -S -VI
+ 2R-SCN Mo
S S
S S VI RS RS
+ 2CN
-Mo RS RS
S S IV S S
MoS4
2-Mo2S42- + RSSR
流 程 十 九 . Disulfide Exchange Reaction and Reductive Tandem Sulfur Transfer/Michael Addition Mediated by [(PhCH2NEt3)2MoS4].
到目前為止鉬金屬已經催化的環氧化反應如同氧釩錯合物一般 被廣泛的研究及應用在有機合成上 11, 34，但是異位環硫化反應 ( episulfidation ) 的研究卻只有鉬金屬錯合物在文獻上被報導過。
Bargon 曾經發表雙硫鉬錯合物 22 以元素硫 ( S8 ) 作為轉硫試劑催化 環狀烯類之異位環硫化反應，雙硫鉬錯合物 22 是以鉬酸鈉作為起始 物與sodium diethyl dithiocarbomate (NaS2CNEt3) 混合生成雙氧鉬錯 合物 22-1 隨後加入三苯基磷進行氧鉬鍵的去氧反應而生成空氣敏感 性的 22-2，最後 22-2 在丙酮中加熱迴流以元素硫置換成雙硫鉬錯合 物 22，流程二十。當 22 與 (E)-環辛烯以 1:1 比例混合可得到近乎定 量的異位環硫醚及回收42% 的 22-2。因此知道在催化的循環中 22-2 會從新生成並且 22-2 也會被 S8再氧化成 22，是故以 22-2 做為此異 位環硫化反應是可行能的。果然以 7 mol% 22-2 做為催化劑在 0.25 當
PhS SPh +
O
O
CN
[BnNEt3]2MoS4
O
O
CN PhS
PhS PhS
81%
81%
86%