配位基之合成

在 1979 年，Caluwe 首次利用 4-aminopyrimidine-5-carboxaldehyde 經過兩次 Friedländer 縮合反應合成出 2,7-bis(2-pyridyl)-1,8-naphthyridine (bpnp) ⁸ ，然而在 此論文中我們採用另一方法， 經由 Stille 耦合反應連結萘啶中心骨架 2,7-dichloro-1,8-naphthyridine (3) 和側基團 2-tributylstannylpyridine ⁴⁶。

首先，取 2,6-diaminopyridine 在酸性環境下和 malic acid 縮合得到 2-amino-7-hydroxy-l,8-naphthyridine (1) ， 經 重 氮 化 並 水 解 取 得 2,7-dihydroxy-1,8-naphthyridine (2)。接著以三氯氧化磷進行氯化得到化合物 3 ⁴⁷，總產率53%。3 和 2-tributylstannylpyridine 在 PdCl2(PPh3)2 催化下進行雙 Stille 耦合即可得 bpnp (Scheme 2-1)。此配位基為已知物，以核磁共振光譜 (NMR spectroscopy) 鑑定其結

構，其氫譜共6 組訊號在芳香環區，積分值為 12 個氫，化學位移和耦合常數均與

文獻相符。

Scheme 2-1 Synthesis of bpnp^46,47

Caluwe 在 1977 年以 2,6-diaminopyridine-3,5-dicarboxaldehyde 和兩當量甲 基酮經兩次 Friedländer 縮合反應合成出 2,8-雙取代之蒽啶 ⁴⁸。然而我們使用 Zimmerman 的 改 良 方 法 製 備

5-phenyl-2,8-bis(2,2’-bipyridin-6-yl)-1,9,10-anthyridine (pbbpa) ⁴⁹。合成路徑如 Scheme 2-2 所示。trimethyl benzoate 在吡啶 (pyridine) 中 和 malononitrile 反 應 ， 加 入 濃 鹽 酸 得 到 2-amino-6-chloro-4-phenylpyridine-3,5-dicarbonitrile (4) 。 接 著 在 濃 氨 水 中 進 行 親 核 芳 香 取 代 (nucleophilic aromatic substitution) 得 到 phenylpyridine-3,5-dicarbonitrile (5) 。 最 後 在 氫 氣 下 以 Pd/C 催 化 氫 化 得 到 2,6-diamino-4-phenylpyridine-3,5-dicarbaldehyde (6)，總產率 5%。

2,6-二溴吡啶加入正丁基鋰和二甲基乙醯胺 (dimethylacetamide, DMAc) 進行 乙醯化得到 1-(6-bromopyridin-2-yl)ethanone (7)，和 2-tributylstannylpyridine 經過 Stille 耦合反應得到 1-(2,2′-bipyridin-6-yl)ethanone (8)，總產率 32%。6 和 8 在鹼 性 環 境 下 進 行 兩 次 Friedländer 縮 合 反 應 得 到 目 標 產 物 5-phenyl-2,8-bis(2,2’-bipyridin-6-yl)-1,9,10-anthyridine (pbbpa)。此配位基為已知物，以核磁共振光譜鑑

定其結構，其氫譜有11 組訊號在芳香環區，共 23 個氫，化學位移、積分值和耦合

常數均與文獻相符。

Scheme 2-2 Synthesis of pbbpa ⁴⁹

2.2 雙鈀金屬錯合物之合成與鑑定

bpnp 和兩當量之醋酸鈀在甲醇和三氟醋酸下錯合得到可溶於乙腈之黃色固 體 Pd2(bpnp)(TFA)3(OH) (9)，產率 98% (Scheme 2-3)。氫譜中苯環區共有六個訊號 (Figure 2-1)，顯示產物具有對稱結構。和配位基的氫譜比較，最接近金屬的 Ha往

高場移動，而其餘所有訊號皆往低場移動，位移量以Hf最多。氟譜中僅有一組寬

訊號，顯示外圍離子和配位的三氟醋酸根在溶液中可以進行交換。而在電灑式高解 析質譜 (electrospray ionization-high-resolution mass spectrometry, ESI-HRMS) 中，

[Pd2(bpnp)(TFA)2(OH)]⁺ 理論計算的荷質比 (m/z) 為 740.8869，得到的結果是 740.8892，且同位素模擬結果亦一致 (Figure 2-2)；質譜中最高峰之 m/z 為 644.9099，

同 位 素 模 擬 和 [Pd2(bpnp)(TFA)(OH)2]⁺ 相 符 （ 附 錄 一 ）， 可 能 為 [Pd2(bpnp)(TFA)2(OH)]⁺ 在游離過程中被水氣進行配基置換產生。

Scheme 2-3 Synthesis of Pd2(bpnp)(OH)(TFA)3 (9)

Figure 2-1 Partial ¹H NMR spectrum of (a)bpnp in CDCl and (b) 9 in DMSO-d

Figure 2-2 ESI-HRMS spectrum of 9: (a) full, (b) partial and (c) simulation

藉由測量莫耳導電度來判斷錯合物 9 於溶液態中解離的狀況是否與推測結構

吻合。將9 溶於二甲基亞碸 (dimethyl sulfoxide, DMSO) 中，於 0.40 mM 濃度下 測得莫耳導電度為54 (ohm^-1 cm² mol^-1)，溶於硝基甲烷 (nitromethane, MeNO2) 中，

於0.40 mM 濃度下測得莫耳導電度為 81 (ohm^-1 cm² mol^-1)。根據文獻報導 (Table

2-1) ⁵⁰，當錯合物在溶液中解離成一個陽離子和一個陰離子時，在 DMSO 中莫耳

導電度會在50–90 ohm^-1 cm² mol^-1，在MeNO2中莫耳導電度則在75–95 ohm^-1 cm²

mol^-1，此二實驗數據符合推測結構，主配位基bpnp、兩個三氟醋酸根和一個氫氧

根與雙鈀金屬為陽離子，其外圍有一個三氟醋酸根為陰離子。

Table 2-1 The ranges of molar conductivity of complexes with different ratios Molar conductivity (ohm^-1 cm² mol^-1) ranges

Solvent Non-electrolyte 1:1 Electrolyte 2:1 Electrolyte 3:1 Electrolyte

DMSO < 50 50–90 110–195 200–240

MeNO2 < 75 75–95 150–180 220–260

為了測試是否具有雙金屬協同效應，合成 bpnp 單核鈀金屬錯合物比較催化 活性。將 bpnp 和一當量之醋酸鈀在甲醇和三氟醋酸下錯合得到可溶於乙腈之淺 黃色固體 [Pd (bpnp)(TFA)2] (10)，產率 100% (Scheme 2-4)。

Scheme 2-4 Synthesis of [Pd(bpnp)(TFA)2] (10)

氫譜中苯環區共有十二個訊號 (Figure 2-3)，顯示產物具有不對稱結構。和配 位基的氫譜比較， Ha’、 Hc、 Hd、Hd’和 He’往高場移動，其餘訊號則往低場移動，

位移量以Hf’最多，Ha – Hf 和 Ha’ – Hf’ 相較之下位移量均較小，位移變化最多的 是離金屬最近的Ha 和 Hb。而在電灑式高解析質譜中，[Pd(bpnp)(TFA)]⁺ 理論計算 的荷質比 (m/z) 為 502.9950，得到的結果是 503.0006，且同位素模擬結果亦一致 (Figure 2-4) 。 質 譜 中 次 高 峰 之 m/z 為 444.9949 ， 同 位 素 模 擬 和 [Pd(bpnp)(H2O)2(OH)]⁺ 相符（附錄一），可能為 [Pd(bpnp)(TFA)]⁺ 在游離過程中 被水氣進行配基置換產生。

Figure 2-3Partial ¹H NMR spectrum of (a) bpnp and (b) 10 in CD3CN

Figure 2-4 ESI-HRMS spectrum of 10: (a) full, (b) partial and (c) simulation

將 10 溶於 DMSO 中，於 0.40 mM 濃度下測得莫耳導電度為 68 (ohm^-1 cm² mol^-1)；而溶於 MeNO2 中，於 0.40 mM 濃度下則測得莫耳導電度為 96 (ohm^-1 cm²

mol^-1)，此二數據皆符合文獻中陰陽離子比例為 1:1 的電解質，與推測結構相符，

主配位基bpnp、一個三氟醋酸根與雙鈀金屬形成陽離子，其外圍有一個三氟醋酸

根為陰離子。

Pd(MeCN)2Cl2 和 pbbpa 錯 合 後 以 KPF6 置 換 陰 離 子 得 到 錯 合 物 [Pd2(pbbpa)Cl2](PF6)2 (11)，產率 82% (Scheme 2-5)。

Scheme 2-5 Synthesis of [Pd2(pbbpa)Cl2](PF6)2 (11)

以核磁共振光譜 (Figure 2-5 b) 和電灑式游離高解析質譜 (Figure 2-6) 鑑定 錯合物 11，氫譜顯示錯合物為一對稱結構，和配位基 pbbpa 相比，兩者之氫譜訊 號變化並無明顯的趨勢，Hb、Hc和Hf向高場移動，其餘質子向低場移動，其中以 Hh 位移最多。在電灑式游離高解析質譜中，[Pd2(pbbpa)Cl2]²⁺ 理論計算的荷質比 (m/z) 為 424.4729，實驗結果為 424.4712，同位素模擬亦相符 (Figure 2-6 c)。質譜 中強度最高峰之 m/z 為 415.4925，同位素模擬和 [Pd2(pbbpa)Cl(OH)]²⁺ 相符（附 錄一），可能為 [Pd2(pbbpa)Cl2]²⁺ 在游離過程中被水氣進行配基置換產生。

Figure 2-5 Partial ¹H NMR spectrum of (a) pbbpa in CDCl3 and (b) 11 in CD3CN

將 11 溶於DMSO 中，於 0.40 mM 濃度下測得莫耳導電度為 160 (ohm^-1 cm² mol^-1)，溶於MeNO2中，於1.0 mM 濃度下測得莫耳導電度為 180 (ohm^-1 cm² mol

-1)，文獻中陰陽離子比例為 1:2 的電解質在 DMSO 中莫耳導電度範圍會在 110–195 ohm^-1 cm² mol^-1，在MeNO2中則在150– 180 ohm^-1 cm² mol^-1 (Table 2-1)⁵⁰，故此數

據符合推測結構，主配位基pbbpa、兩個氯與雙鈀金屬形成陽離子，其外圍有兩個

六氟磷酸根。

Figure 2-6 ESI-HRMS spectrum of 11: (a) full, (b) partial and (c) simulation