結論與未來展望

1. 設計人造水解酶的重點在於使用的金屬離子，金屬離子扮演路易士酸的角色，強度越強，切割的效果越快，因此我們選擇鑭系金屬做為嵌合的金屬。

但是因為鑭系金屬活性大，合適的配位子就很重要了。我們合成了 DO2PA 做為配位子，發現其錯合效果非常差，因此我們可以知道，對於四氮十二元環來說，碳鏈越長會導致大環更勁固(rigid)，為了包覆鑭系金屬反而導致環穴變小，與鑭系金屬錯合的能力並沒有因此而得到改善，反而是大大的降低。

2. 在 HEDTA 做為配位子的條件下，我們進一步了解到鑭系金屬中，Ce 的反應機制與其他的鑭系金屬不同，其水解 BNPP 的反應中，BNPP 的級數為 0.15 非常接近零，但是水解速率為 2.12(±0.35)E-2 是最快的。關於 Ce 的研究，可能全程實驗都要在氮氣狀況下，才能去除 Ce³⁺氧化成 Ce⁴⁺的因素，真正的就 CeHEDTA 來探討。

3. 我們意外的發現 HoHEDTA、TbHEDTA 水解 BNPP 是呈現二次式的趨勢曲線，推測其錯合物的結構、配位水的位向以及金屬的特性可能有助於雙體的形成，就我們知道大環金屬錯合物容易形成多核的聚合體，我們也許可以利用結構較簡單的 HoHEDTA 及 TbHEDTA，來進一步研究聚合體形成時，相關結構上的特性。

4. 在 pKh 的部份，單純鑭系金屬之 pKh 隨著原子序的增加，由 9.14 降低至 7.98；利用 UV 光譜學所計算出來 LnHEDTA 之 pKh 隨著原子序的增加，由 10.06 降低至 8.51。我們明顯的觀察到鑭系金屬在與 HEDTA 錯合後，發現隨著原子序的增加，LnHEDTA 之 pK^h和 Ln³⁺的 pK^h的差値由 1.17 降低至 0.53，

可以知道形成錯合物後，配位子 HEDTA 對於電荷密度影響會隨著原子序的

增加而減少。

5. 在 k^LnL(OH)的結果部份，除了 CeHEDTA 以外，從 PrHEDTA 至 GdHEDTA 開始，

k^LnL(OH)由 1.14(±0.07)E-5 增加至 3.35(±0.53)E-3，從 GdHEDTA 至 LuHEDTA 開

始，則由 3.35(±0.53)E-3 降低至 5.21(±0.13)E-4，鑭系金屬錯合後理應會帶有三個配位水，原子序越大，電荷密度越大，水解速率越快，從實驗結果來看，

在 GdHEDTA 之後水解速率就降低了，可能就是因為立體結構的差異導致配位水的數目減少了，這部分我們可以進一步利用雷射光譜學的方式來計算配位水的數目，證實我們的推測。

6. 在 K((LnHEDTA(OH)-BNPP binding constant)的部份，原子序大 LuHEDTA 的其 K 值為 7.48(±2.47)E+4(M^-1)，原子序在中間的 EuHEDTA 其 K 值為 1.61(±

0.46)E+3(M^-1)，原子序小的 PrHEDTA 其 K 值為 6.92(±2.97)E+4(M^-1)。其中反而是鍵結較弱的 EuHEDTA，其水解效率最好。因此我們可以了解到金屬錯合物與 BNPP 的鍵結強度，太強或太弱都不好，就像酵素和受質的關係，如果兩者間鍵結太強，受質就卡在酵素裡不利於催化反應的進行。

7. 在鑭系金屬中，就以原子序為 62 的 Sm、63 的 Eu、64 的 Gd 之金屬錯合物最適合做水解反應，這和實驗室之前選用 La、Eu、Yb 之鑭系金屬大環錯合物來做相關動力學實驗，發現 Eu 之大環錯合物水解效果也是最佳的結果相符合。因此，雖然線性分子 HEDTA 與大環金屬錯合物在結構上有所差別，

但是經由這樣一連串的實驗我們還是可以知道位於鑭系金屬中間的 Sm、

Eu、Gd 的錯合物，不論是配位水的數目、配位水的位向、錯合物的電荷密度與受質 BNPP 鍵結的強度等條件，都是最適合水解反應進行的。

8. 在結構的研究上，則希望可以將鑭系金屬錯合物結晶出來，以證實我們的推論。進一步從結構上來探討影響水解反應的因素，以期能建立未來設計更好

的人造水解酶的基礎。

9. 我們利用 HPLC 來進行動力學的實驗，發現也可以得到與利用 UV 光譜實驗所得到的數據有類似的結果，但是利用 HPLC 我們可以更進一步的看見物種的變化，因此在未來進行水解的相關實驗時，也可以用 HPLC 來進行，不僅可以的到動力學的相關數據，更可以推測出反應機制。

10. 利用 HPLC，我們觀察到實驗中 NPP 的吸收度與我們的標準品 NPP 之吸收度不同，間接證明 EuHEDTA 所進行的反應為轉酯反應，證實了配位子如果有有氫氧基的取代基，則會進行轉酯反應而非水解反應。未來在設計配位子時，若是需要研究轉酯反應的機制，就可以朝取代基為氫氧基著手來進行。

11. 長時間觀測 EuHEDTA 在 pH10.5 下水解 BNPP 的實驗中，我們觀察不到 NPP 進一步水解成 NP 的現象，但在吳柏宏學長先前進行 pH11.0 下進行

EuHEDTA 水解 BNPP 的實驗中有觀察到 NPP 進一步水解成 NP 的現象，未來我們可以進行 LnHEDTA 在更高 pH 值下的相關實驗，同時利用 HPLC 來監測溶液中物種的變化，了解在高 pH 值下 LnHEDTA 的反應機制。

參考文獻

1. Hegg, E. L.; Burstyn, J. N.,

Coordination Chemistry Reviews

1998, 173, 133-165.

2. Bashkin, J. K.;Frolova, E. I.;Sampath U.,

J. Am.Chem. Soc

. 1994,116,5981-5982 3. Oivanen, M.; Kuusela, S.; Lönnberg, H.,

Chemical Reviews

1998, 98, 961-990.

4.David Lipkin , Preston T. Talbert, Mildred Cohn

J. Am. Chem. Soc

.; 1954; 76 ; 2871-2872.

5. Komiyama, M.; Takeda, N.; Shigekawa, H.,

Chemical Communications

1999, 1443-1451.

6. Kuimelis, R. G.; McLaughlin, L. W.,

Chemical Reviews

1998, 98, 1027-1044.

7. Nikolic-Hughes, I.; O'Brien, P. J.; Herschlag, D.,

Journal of the American Chemical Society

2005, 127, 9314-9315.

8. Trawick, B. N.; Daniher, A. T.; Bashkin, J. K.,

Chemical Reviews

1998, 98, 939-960.

9. Istvan Kolossvary, Wayne C. Guida

J. Am. Chem. Soc

.; 1993; 115, 2107-2119 10. Makoto Komiyama, Naoya Takeda and Hidemi Shigekawa,

Chem. Commun

., 1999, 1443

11. Endo, M.; Azuma, Y.; Saga, Y.; Kuzuya, A.; Kawai, G.; Komiyama, M.

J. Org.

Chem.

; (Article); 1997; 62, 846-852

12. Maldonado, A. L.; Yatsimirsky, A. K.,

Organic & Biomolecular Chemistry

2005, 3, 2859-2867.

13. Jebasingh, B.; Alexander, V.,

Inorganic Chemistry

2005, 44, 9434-9443.

14. Gellman, S. H.; Petter, R.; Breslow, R.,

Journal of the American Chemical Society

1986, 108, 2388-2394.

15. Hendry, P.; Sargeson, A. M.,

Journal of the American Chemical Society

1989, 111, 2521-2527.

16. Krämer, R.,

Coordination Chemistry Reviews

1999, 182, 243-261.

17. Kövári, E.; Krämer, R.,

Journal of the American Chemical Society

1996, 118, 12704-12709.

18. Burstyn, J. N.; Deal, K. A.,

Inorganic Chemistry

1993, 32, 3585-3586.

19. Deal, K. A.; Burstyn, J. N.,

Inorganic Chemistry

1996, 35, 2792-2798.

20. Hegg, E. L.; Mortimore, S. H.; Cheung, C. L.; Huyett, J. E.; Powell, D. R.; Burstyn, J.

N.,

Inorganic Chemistry

1999, 38, 2961-2968.

21. Deck, K. M.; Tseng, T. A.; Burstyn, J. N.,

Inorganic Chemistry

2002, 41, 669-677.

22. Morrow, J. R.; Buttrey, L. A.; Shelton, V. M.; Berback, K. A.,

Journal of the American Chemical Society

1992, 114, 1903-1905.

23. Amin, S.; Voss, D. A.; Horrocks, W. D.; Morrow, J. R.,

Inorganic Chemistry

1996, 35, 7466-7467.

24. Chappell, L. L.; Voss, D. A., Jr.; Horrocks, W. DeW., Jr.; Morrow, J. R.

Inorg. Chem

., 1998; 37, 3989-3998

25. McCue, K. P.; Morrow, J. R.,

Inorganic Chemistry

1999, 38, 6136-6142.

26. Iranzo, O.; Elmer, T.; Richard, J. P.; Morrow, J. R.,

Inorganic Chemistry

2003, 42, 7737-7746.

27. Iranzo, O.; Richard, J. P.; Morrow, J. R.

Inorg. Chem.

; (Article); 2004; 43, 1743-1750

28. O'Donoghue, A.; Pyun, S. Y.; Yang, M.-Y.; Morrow, J. R.; Richard, J. P.

J. Am. Chem.

Soc.

; (Article); 2006; 128, 1615-1621

29. Gomez-Tagle, P.; Yatsimirsky, A. K.

Inorg. Chem.

; (Article); 2001; 40, 3786-3796 30. Gomez-Tagle, P.; Yatsimirsky, A. K.

,J. Chem. Soc. ,Dalton Trans.

1998,

2957-4502

31.Maldonado, A. L.; Yatsimirsky, A. K.,

Org. Biomol. Chem.

2005,3,2859-2867 32. Gunnlaugsson, T.; Davies, R. J. H.; Kruger, P. E.; Jensen, P.; McCabe, T.;

Mulready, S.; O'Brien, J. E.; Stevenson, C. S.; Fanning, A. M.,

Tetrahedron Letters

2005, 46, (21), 3761-3766.

33.吳柏宏, 鑭系金屬離子錯合物水解磷酸酯鍵之動力學研究, 國立交通大學生物科技所, 2003, 碩士論文

34. Chang, C. A.; Wu, B. H.; Kuan, B. Y.

Inorg. Chem.

; (Article); 2005; 44, 6646-6654

35. 林玉淳, 大環配位子結構與質子化系統及鑭系金屬離子錯合物結構之分子模擬,

國立交通大學生物科技所

, 2006, 碩士論文

36.蔡政憲, 鑭系金屬錯合物之熱力學與水解磷酸酯鍵之動力學研究, 國

立交通大學生物科技所

, 2006, 碩士論文

37. Cabral, M. F.; Costa, J.; Delgado, R.; Dasilva, J.; Vilhena, M. F.,

Polyhedron

1990, 9, 2847-2857

38. Hancock, R. D.; Thöm, V. J.,

Journal of the American Chemical Society

1982, 104, 291-292

39. Rossiter, C. S.; Mathews, R. A.; Morrow, J. R.,

Inorganic Chemistry

2005, 44, 9397-9404.

40. GROS C. ; CHOLLET H. ; MISHRA A. K. ; GUILARD R.,

Synth. Commun .

1996, 26, 35-47

41. Jack E. Richman, Thomas J. Atkins

J. Am. Chem. Soc.

; 1974; 96 , 2268-2270 42. Atkins, T.J.; Richman, J.E. ; Oettle, W.F.

Org. Synth.

1978, 58, 86-97

43. Lazar, I.

Synth. Commun .

,1995, 25 ,3181-3185

44. Takashi Yatsunami, Atsuko Sakonaka, Eiichi Kimura

Anal. Chem

.; 1981; 53, 477-480

45. Jacques Fastrez

Tetrahedron. Lett.

, 1987,28, 419-422

46. Bradshaw, J. S.; Krakowiak, K. E.; Izatt, R. M., "Aza-crown Macrocycles," John Wiley & Sons, Inc., New York, 1993

47. Roigk, A.; Yescheulova, O. V.; Fedorov, Y. V.; Fedorova, O. A.; Gromov, S. P.;

Schneider, H.-J. Org. Lett.;1999; 1 ; 833-835.

48.Kovacs, Z.; Sherry, A.D.

Synthesis

,1997,759-763

49.Chang, C. A.; Chen, Y. H.; Chen, H. Y.; Shieh, F. K., Journal of the Chemical Society-Dalton Transactions 1998, 3243-3248.

50. Huskens, J.; Torres, D. A.; Kovacs, Z.; Andre, J. P.; Geraldes, C. F. G. C.; Sherry, A. D.

Inorg. Chem

.; 1997; 36, 1495-1503.

51.王翊帆, 大環配位子 ODO2A 之穩定常數研究與其鑭系金屬錯合物之水解磷酸酯鍵效力,

國立交通大學生化工程所

, 2007, 碩士論文

52. Krishan Kumar, M. F. Tweedle, M. F. Malley, J. Z. Gougoutas

Inorg. Chem.

; 1995; 34, 6472-6480

53. Krishan Kumar; C. Allen Chang.; L. C. Francesconi ; D. D. Dischino; M. F. Malley ;J.

Z. Gougoutas ;M. F. Tweedle

Inorg. Chem

. 1994, 33, 3567-3575

54. Janet R. Morrow, Shahid Amin, Charles H. Lake, Melvyn Rowen Churchill

Inorg.

Chem.

; 1993; 32, 4566-4572.

55. Smith, R. M.; Martell, A. E., Critical Stability Constants. 1974-1989.

56. Therald Moeller, Dean F. Martin, Larry C. Thompson, Ricardo Ferrús, Gerald R.

Feistel, William J. Randall

Chem. Rev.

; 1965; 65; 1-50.

57. Bryan K. Takasaki, Jik Chin

J. Am. Chem. Soc.

; 1994; 116; 1121-1122.

58. Makoto Komiyama, Tetsuro Shiiba, Teruyuki Kodama, Naoya Takeda, Jun Sumaoka and Morio Yashiro ,

Chem. Lett

. 1994,1025-1028

59. Makoto Komiyama, Naoya Takeda, Yota Takahashi, Hiroshi Uchida, Tetsuro Shiiba, Teruyuki Kodama and Morio Yashiro,

J. Chem. Soc., Perkin Trans.

2, 1995, 269-274 60. Moeller, T., and Ferrfis, R., J.

Inorg. Nucl. Chem.

1961, 20,261

61. Powell, J. E., and Mackey, J. L.,

Inorg. Chem.

1962, 1, 418

62. Spedding, F. H., Powell, J. E., and Wheelwright, E. J.,

J. Am. Chem. SOC.

1956,7, 834 63. Baker, B. F.; Khalili, H.; Wei, N.; Morrow, J. R.

J. Am. Chem. Soc.

1997, 119,

38,8749-8755

64. SKOOG:FUNDAMENTALS OF ANALYTICAL CHEMISTRY 7/E

65. Matell, A. E.;Motekaitis, R.J. “Determination and use of Stability constant＂, 2^nd ed.,1992

附錄一 DO2PA ¹³

C NMR

附錄二 DO2PA ¹

H NMR

附錄三 DO2PA 2D NMR

附錄四 DO2PA MASS (ESI⁺

)

附錄五 DO2PA EA

在文檔中大環配位子DO2PA之熱力學研究與HEDTA鑭系金屬錯合物水解磷酸酯鍵之動力學研究 (頁 83-95)

Coordination Chemistry Reviews

J. Am.Chem. Soc

Chemical Reviews

J. Am. Chem. Soc

Chemical Communications

Chemical Reviews

Journal of the American Chemical Society

Chemical Reviews

J. Am. Chem. Soc

Chem. Commun

J. Org.

Chem.

Organic & Biomolecular Chemistry

Inorganic Chemistry

Journal of the American Chemical Society

Journal of the American Chemical Society

Coordination Chemistry Reviews

Journal of the American Chemical Society

Inorganic Chemistry

Inorganic Chemistry

Inorganic Chemistry

Inorganic Chemistry

Journal of the American Chemical Society

Inorganic Chemistry

Inorg. Chem

Inorganic Chemistry

Inorganic Chemistry

Inorg. Chem.

J. Am. Chem.

Soc.

Inorg. Chem.

,J. Chem. Soc. ,Dalton Trans.

Org. Biomol. Chem.

Tetrahedron Letters

Inorg. Chem.

國立交通大學生物科技所

立交通 大學生物科技所

Polyhedron

Journal of the American Chemical Society

Inorganic Chemistry

Synth. Commun .

J. Am. Chem. Soc.

Org. Synth.

Synth. Commun .

Anal. Chem

Tetrahedron. Lett.

Synthesis

Inorg. Chem

國立交通大學生化工程所

Inorg. Chem.

Inorg. Chem

Inorg.

Chem.

Chem. Rev.

J. Am. Chem. Soc.

Chem. Lett

J. Chem. Soc., Perkin Trans.

Inorg. Nucl. Chem.

Inorg. Chem.

J. Am. Chem. SOC.

J. Am. Chem. Soc.

C NMR

H NMR

)

立交通大學生物科技所