第三章 結果與討論
第六節 本研究與酵素反應機制之比較
先前的文獻中有使用酵素進行理論計算得到的反應機制，將本研 究與其做一個簡單的比較。首先是還原階段中，鎳離子與超氧離子鍵 結之分子軌域比較。經由對 NiSOD 活性中心理論計算的結果可以瞭 解49，氧化態 NiSOD 中軸位 Histidine 的 N 之 pz軌域會與中心鎳離子 的 dz2軌域配位，形成 σ 鍵結軌域，使得一未成對電子填至 σ*軌域。
當超氧離子進入後，超氧離子會提供一個電子給正三價的鎳離子中心，
而軸位 Histidine 則會離開鎳離子中心，使酵素回到二價的還原態 NiSOD，超氧離子氧化為氧氣分子 (圖 3.45 左上)。這與錯合物 3m中 與超氧離子鍵結的軌域類似(圖 3.45 左下)。由計算的結果得知，錯合 物 3m的鎳離子中心與軸位上的 N 也具有 σ*軌域，同時具有一未成對 電子位於此軌域上，而且下方也具有空位可與超氧離子鍵結，如圖 3.46 所示，當超氧離子與錯合物 3m鍵結，從分子軌域中可看出鎳離 子與超氧離子有明顯混成。
圖 3.45 還原階段中，與超氧離子鍵結之軌域比較49
圖 3.46 錯合物 3m與超氧離子鍵結之分子軌域
另一部分是氧化階段的過渡態之比較，Pelmenschikov 等人計算
3
m子中心，隨後於過渡態時進行 PCET (proton-coupled electron transfer) 反應。Cys2 提供一個質子，而鎳離子提供一個電子給超氧化氫自由 基並生成正三價鎳 SOD 及過氧化氫。而在本研究中(圖 3.47 右)，超 氧離子會先從錯合物 1m進行質子轉移生成超氧化氫自由基，而後同 樣是超氧化氫自由基配位至鎳中心，不同的地方是，本研究中在過渡 態時進行 HAT 反應，超氧化氫自由基自配位基上得一個氫原子後生 成過氧化氫，過氧化氫離去後鎳離子提供一個電子與配位基上烷氧自 由基重新鍵結，生成正三價鎳錯合物 3m。
圖 3.47 氧化階段中，超氧化氫分子生成過氧化氫之過渡態比較10
由上述比較可知，本研究得到之反應機制與先前發表於文獻有類 似結果，可以用來合理解釋此擬態錯合物的催化機制，總反應能量圖 如圖 3.46 所示，並與本研究室江建緯博士利用 UV/vis 圖譜進行 deconvoluted 之分析圖比較(圖 3.48 左下)。由 deconvoluted 分析圖可 知，錯合物 1-tBuNC 與超氧離子反應後，會立即生成大量的錯合物 2，
圖 3.48 本研究計算的總反應機制位能圖及 UV/vis 光譜 deconvoluted 分析圖
第四章
第一節 結論
綜合以上，本研究主要利用理論計算方法去探討 NiSOD 擬態化 合物[Ni(H2BDPP)(tBuNC)](BF4)2進行超氧離子歧化反應之反應機構。
研究過程中，我們提出多種可能路徑，並分別去做詳細的探討，推論 出最合理的反應機構：錯合物 1m被超氧離子去質子化生成錯合物 2m 及超氧化氫自由基，接著超氧化氫自由基與錯合物 2m鍵結並於過渡 態經由 HAT 反應生成過氧化氫，而鎳離子提供一個電子與配位基重 新鍵結生成錯合物 3m，隨後再與另一超氧離子反應，經由 innersphere 進行電子轉移生成氧氣及錯合物 4m。
第二節 未來展望
目前我們著力於將 H2BDPP 系列錯合物的取代基修飾(圖 4.2)，
除增加配位基給予中心金屬電子的能力使此系列化合物在高氧化態 具有穩定的特性。另一方面，我們更希望能增加此系列錯合物的水溶 性，以便利用 SOD activity assay 偵測此系列錯合物對於超氧離子活 性50。藉由理論計算，希望能瞭解此擬態化合物對於超氧離子歧化反 應的機構，以利於預測並設計具有更佳效果之配位基，並幫助在實驗 上達到提升對於超氧離子歧化反應的活性。此外，藉由理論計算的結 果，期許能更進一步應用至對生理的反應，將此系列化合物應用至生 醫製藥方面的研究，並達到抑制一些因 ROS 在人體內濃度過高而誘 發的疾病及抗老化方面的應用，以求對人類社會有重要的貢獻。
圖 4.2 本研究室目前開發之 H2BDPP 配位基及其衍生物
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