含鎳超氧化物歧化酶擬態化合物之電子效應

全文

(1)化國立台灣學師範大系學碩士論文. 含鎳超氧化物歧化酶擬態化合物之電子效應. 研究生：楊于凡撰 103.

(2) 國立台灣師範大學化學系碩士論文. 指導教授：李位仁博士. 含鎳超氧化物歧化酶擬態化合物之電子效應. Electronic Effect of Model Compounds for Nickel Superoxide Dismutase. 研究生：楊于凡. 中. 華. 民國. 一. 百零. 三. 年八. 月.

(3) 謝. 誌. 首先，感謝指導教授李位仁老師在我求學期間的指導與教誨，並授予我許多重要的化學知識和觀念並提供良好的研究環境，使我有學習成長的機會，令我受益良多，在此致上最真誠的感謝與敬意。感謝口試委員廖文峯教授、王雲銘教授以及洪政雄研究員於百忙之中抽空參加口試及論文審查，並於口試期間不吝指正，給予我許多寶貴的意見與建議，使論文能夠更臻完善，在此致謝。研究期間特別感謝科技部在研究經費上的資助和貴儀中心的技術支援及本所提供 X-光單晶結構解析之測定的郭頂審助教、台大提供元素分析之測定及清大提供電子順磁共振光譜之測定，使研究過程得以順利進行。感謝江建緯、張皓晴、朱其翊、林昱辰、林耘暄、劉玟季、溫淑如、周彥甫等學長姊和實驗室夥伴們王俊傑、陳虹伶以及學弟妹林延壕、任少韋、游筑翔等的陪伴與協助，使研究生活更加充實及歡樂。最後感謝對我無怨無悔付出與鼓勵支持的父母，使我能夠心無旁騖地完成學位。最後我要特別感謝總是最支持我的母親吳秋微，將此論文獻給你們，並獻上我衷心的感謝和祝福。. 楊于凡謹致民國一百零三年八月于台師大.

(4) 目錄中文摘要………………………………………………………………...Ι 英文摘要………………………………………………………………...IΙ 圖索引…………………………………………………………………III 表索引…………………………………………………………………..V 附錄索引……………………………………………………………..VI. 第一章緒論第一節含鎳超氧化物歧化酶之介紹與文獻探討………………1 第二節含鎳超氧化物歧化酶擬態化合物之文獻探討………..…8 第三節研究動機與目的 … … … … … … … … … … … … … … 1 6. 第二章實驗部分第一節實驗儀器、藥品及條件……………………………………17 第二節配位基的合成與鑑定……………..……………………24 第三節錯合物的合成與鑑定………………………………….32 第四節錯合物與超氧化鉀的反應 … … … … … … … . . . … . . 3 9.

(5) 第三章結果與討論第一節鎳金屬錯合物之結構比較 . . … … … … . . . … … … … 4 0 第二節液態中鎳金屬錯合物之光譜及比較………………….44 第三節鎳錯合物與KO 2 之反應性……….……………………56. 第四章結論與展望………...…………………………………….…....59. 參考文獻…………………………………………………………….….61.

(6) 摘要此研究以本實驗室所開發的鎳超氧化物歧化酶擬態化合物的 2,6-bis(((S)-2-(diphenyl-hydroxymethyl)-1-pyrrolidinyl)methyl)pyridine (H2BDPP)配位基為基礎，將其苯環區及吡咯部分進行推拉電子基之修飾，合成出 H2BDPOMeP，H2BDPOMePOH 和 H2BDPCF3P 三種配位基。將此三種配位基去質子化後與 [Ni(CH3CN)6](ClO4)2 反應得到 Ni(BDPOMeP)，Ni(BDPOMePOH)及 Ni(BDPCF3P)，並在乙腈中測得其還原電位分別為 E1/2 = -0.1815/ -0.1195/ 0.017 V (vs. Fc/Fc+)。將以上三種二價鎳錯合物氧化後，可經 EPR 測得三價鎳錯合物的訊號。利用三價鎳錯合物與 KO2 反應後，可從紫外-可見光光譜圖上確認其轉變回原本二價鎳錯合物。[Ni(H2BDPCF3P)(CH3CN)](BF4) 2 消除 O2•−的 IC50 為 356μM 與含其他修飾配合基的鎳錯合物比較，發現還原電位數值越大的錯合物，其 IC50 的數值也越大。. 關鍵字:鎳錯合物、含鎳超氧化物歧化酶、擬態化合物 I.

(7) Abstract Based on the ligand2,6-bis(((S)-2-(diphenyl-hydroxymethyl)-1-pyr rolidinyl)methyl)pyridine (H2BDPP) previously synthesized in our lab, this work has focused on studying the electronic effect of the ligand in the mimics of NiSOD. Three ligands H2BDPOMeP , H2BDPOMePOH and H2BDPCF3P, have been designed and synthsized. After deprotonating the ligands and reacting with [Ni(CH3CN)6](ClO4)2, three complexes Ni(BDPOMeP) (1), Ni(BDPOMePOH) (2) and Ni(BDPCF3P) (3) have been prepared. The redox potentials (E1/2) of complexes 1~3 are -0.1815, -0.1195 and 0.017 V vs. Fc/Fc+ in CH3CN, respectively. After oxiding the NiII complexs 1~3, the EPR diagrams demonstrate that they are converted to NiIII species. The electron absorption spectra indicate that reaction of 1+, 2+ and 3+ with KO2 produce original complexes 1, 2 and 3. The IC50 for scavenging O2•− of the [Ni(H2BDPCF3P)(CH3CN)](BF4) 2 is 356μM larger. than. that. of. the. [Ni(H2BDPP)(CH3)3CN](ClO4)2. and. [Ni(H2BDPOMeP)(CH3)3CN](ClO4)2. Comparing the value of E1/2 and IC50 of the prepared NiSOD mimics, we find that there is a relation between the E1/2 and the IC50.. Keywords : Ni Complexs, NiSOD, Mimics II.

(8) 圖索引圖 1-1 SOD 三種類型的活性中心……….…….……………..2 圖 1-2 左圖為 NiSOD 含有金屬鍵結鉤狀物及標記於螺旋末段剩餘的部分；右圖為 NiSOD 的生物單體，其為六聚體含四個螺旋束。三分軸有關單體 A 到 C 和 D 到 F。鎳離子為深灰色…………..3 圖 1-3 純化過後的 SODs (NiSOD 佔多數) 在指定的 pH 值範圍中放置 30 分鐘。緩衝溶液含 0.2 M 的硼酸 (Boric acid)，0.05 M 的檸檬酸 (Citrate)以及 0.1 M 的磷酸鈉(Trisodiumphosphate)..........................4 圖 1-4 NiSOD 與超氧化物的歧化反應………………….…………….5 圖 1-5 NiSOD 催化的反應機構…….……........................... .6 圖 1-6 氧化及還原態的 NiSOD，其主要鍵結的相互作用圖示………...7 圖 1-7 仿 NiSOD 活性中心的類似物[Ni(SODM1)] [SOD M 1 =H’CDLPCGVYDPA, where H’=H( 1), Me(1 M e I m ), 2,4-dinitrophenyl (1 DNP ), and tosyl (1 Tos )].......................…9 圖 1-8 NiSOD 模型分子的結構……………………………..…………11 圖 1-9 NiSOD 模型分子的結構，10 為 C6H4-p-Cl, 11 為 t-Bu , 12 為 o-ben zoylaminibenzene (o-babt) , 以及 13 為 N-(2-mercaptoethyl)-benza mide (meb)......................………………………………………….12 圖 1-10 NiSOD 模型分子的結構……………………………………….13 圖 1-11 1→2 的反應機構 (紅色中括胡為推測的中間體)……………14 圖 1-12 NiSOD Approximate Model 錯合物結構………………………15 III.

(9) 圖 3-1 晶體由 X-ray 結晶繞射法鑑定結構且忽略碳上的氫原子….………………………………………………………….…….42 圖 3-2 錯合物 1 ，Ni(BDPP)，錯合物 2 ，錯合物 3 的還原電位……..45 圖 3-3 錯合物 1……………..…………………………………………..46 圖 3-4 錯合物 2………………..……………………………………..…47 圖 3-5 錯合物 3…………………………………………….…………...47 圖 3-6 錯合物 4 (0.2 mM in MeCN)之電子吸收光譜，298K……….48 圖 3-7 錯合物 5 (0.309 mM in MeCN)之電子吸收光譜，298K.……….49 圖 3-8 圖 3-8 錯合物 6 (1.46 mM in MeCN)之電子吸收光譜，298K…..49 圖 3-9 樣品溶於二氯甲烷中的 EPR 光譜(a) 錯合物 1 (b) 錯合物 4....51 圖 3-10 樣品溶於二氯甲烷中的 EPR 光譜(a) 錯合物 2 (b) 錯合物 5…………………………………………………………….52 圖 3-11 樣品溶於二氯甲烷中的 EPR 光譜(a) 錯合物 3 (b) 錯合物 6…………………………………………………..……..53 圖 3-12 a, b, c 分別為錯合物 4,5,6 的電子密度圖，d, e, f 為個別的電子密度數據………………………………… ………...………55 圖 3-13 UV-vis 光譜，鎳錯合物與 KO2 的反應趨勢圖(a) 錯合物 4 (b) 錯合物 5 (c) 錯合物 6...........………………… …………56. IV.

(10) 表索引表 1-1 酶的動力學常數······················································1 表 1-2 等分量的 SODs (NiSOD 占大多數) 溶於 50 mM，pH 值 7.4 的磷酸鈉緩衝溶液中放置 30 分鐘，並加入不同的化學物質 (KCN，NaN 3 或 H 2 O 2 )·······································4 表 1-3 NiSOD 胜肽模型分子的光譜，電化學及 SOD 活性的動力學數據………………………………………………..…10 表 3-1 錯合物 1 的晶格參數············································41 表 3-2 錯合物 1，2，3 個別選擇的鍵長鍵角………………………….43. V.

(11) 附錄索引附錄 A. NMR 圖譜. 附錄 B. X-ray 單晶繞射解析結構及晶體常數. VI.

(12) 第一章緒論第一節含鎳超氧化物歧化酶之介紹與文獻探討 Joe Milton McCords 和他的指導教授 Irwin Fridovich 在 1969 年從牛血球中分離出超氧化物歧化酶 (Superoxide Dismutase, SOD) 並描述其酵素活性，1 在此之前它們都被認為是幾個未知功能的金屬蛋白質。2 超氧化物歧化酶的自身氧化還原可催化超氧離子自由基轉化成氧氣及過氧化氫的反應，與其他酵素相比超氧化物歧化酶具有最快的酵素轉換效率(表 1-1) ３，可阻止身體中過多的 O2•−去攻擊生物體的 DNA、蛋白質及細胞膜脂質等，預防由 O2•−所導致的細胞病變及身體老化等有害身體健康的損傷。. 表 1-1 酶的動力學常數 3. SOD 催化超氧離子自由基的歧化反應分為兩個步驟：還原反應：Mn+SOD + O2•−+ 2H+ → M(n+1)SOD + H2O2 1.

(13) 氧化反應：M(n+1)SOD + O2•− → Mn+SOD + O2 M = Cu (n=1)，Mn (n=2)，Fe (n=2)，Ni (n=2) 現今研究指出超氧化物歧化酶主要形式分為三種類型：Cu/ZnSOD， Mn 或 FeSOD 和 NiSOD (圖 1-1)。4,5,6,7. 圖 1-1 SOD 三種類型的活性中心 20. Cu/ZnSOD 不僅存在大部分的真核生物 (eukaryotes)，例如包含哺乳動物的組織(Mammalian Tissues) 1 和粉色麵包黴菌 (Neurospora Crassa) 8，也可從一些原核生物 (Prokaryotes)，像是新月柄桿菌 (Caulobacter Crescentus) 9 和流感嗜血桿菌 (Haemophilus Influenzae) 10. 中分離得到；FeSOD 從原核生物 (Prokaryotes) 中發現，包含大腸. 桿菌 (Escherichia Coli)11,12 和布氏甲烷桿菌 (Methanobacterium Bryantii)；13 而 MnSOD 則是從原核生物 (Prokaryotes) 中得到，如 E. Coli (大腸桿菌)14。 NiSOD 較其他歧化酶發現得晚，最早於鏈黴菌 (Streptomyces griseus) 15a, 15b 及後來的藍綠藻 (Cyanobacteria)16ª, 16b 中發現有 NiSOD 2.

(14) 的存在，分子量由 SDS/PAGE (十二烷基硫酸鈉聚丙烯醯胺凝膠電泳) 鑑定為 13.4 kDa (呈現四條帶狀結果，分別為 13.4, 26.9, 41.7 and 53.7 kDa)，由 Superose 12 膠體過濾色層分析得到分子量很明顯約 60 kDa (比其他 SOD 的分子量都來的小)，15b 經 X-ray 蛋白質晶體解析後得知其為六個蛋白質單元體所構成 (圖 1-2)。7. 圖 1-2 左圖為 NiSOD 含有金屬鍵結鉤狀物及標記於螺旋末段剩餘的部分；右圖為 NiSOD 的生物單體，其為六聚體含四個螺旋束。三分軸有關單體 A 到 C 和 D 到 F。鎳離子為深灰色。7a. 從鍊黴菌中分離出的 SODs (NiSOD 占大多數) 可在 pH 4.0-8.0 穩定存在 (圖 1-3)，15b 溫度最高可達 70°C，75°C 時活性剩一半，80 °C 時剩不到百分之二十。而在抑制方面，SODs (NiSOD 占大多數) 會被氰化物 (Cyanide) 和過氧化氫 (H2O2)所抑制，而疊氮化合物 (Azide) 影響較小 15b (表 1-2) 。仔細地敘述：CuZnSOD 會被過氧化 3.

(15) 氫和氰化物抑制 17，而過氧化氫和疊氮化合物對 FeSOD 抑制效果明顯，氰化物無。相反的，疊氮化合物對 MnSOD 可明顯抑制，而過氧化氫和氰化物則較無影響 18。. 圖 1-3 純化過後的 SODs (NiSOD 佔多數) 在指定的 pH 值範圍中放置 30 分鐘。緩衝溶液含 0.2 M 的硼酸 (Boric acid)，0.05 M 的檸檬酸 (Citrate)以及 0.1 M 的磷酸鈉 (Trisodium phosphate)。15b. Inhibitor KCN. NaN3. H2O2. Concentration (mM) 1 5 10 1 5 10 1 5 10. Inhibition (%) 3.4 70.0 100.0 0 7.1 15.0 16.8 56.8 73.4. 表 1-2 等分量的 SODs (NiSOD 占大多數) 溶於 50 mM，pH 值 7.4 的磷酸鈉緩衝溶液中放置 30 分鐘，並加入不同的化學物質(KCN，NaN3 或 H2O2)。15b. NiSOD 活性中心之赤道位向配位環境在氧化態 (NiSODox) 及還 4.

(16) 原態 (NiSODred) 都為二氮二硫的平面四邊形(圖 1-4) 19：二氮之一為醯胺 (Amide) 上的氮，另一為 N 端的胺 (Amine) ；二硫都是半胱氨酸 (Cysteine) 上硫醇 (Thiolate)的硫。而氧化態和還原態最大的不同在於軸位向上組氨酸 (Histidine) 之咪唑 (Imidazole) 上的氮與中心金屬鎳的相對位置：還原態的 NiSOD 與 O2•−反應後形成氧化態的 NiSOD，其活性中心鎳金屬離子與軸位向的氮鍵結。. NiSODred. NiSODox. 圖 1-4 NiSOD 與超氧化物的歧化反應 19. 文獻上推測的反應機構如下：NiSODred 與 O2•−反應後，O2•−與鎳配位的氧端與 Asp3 和 Cys6 氮上的氫有氫鍵作用，而且 O2•−上未配位的氧端與 Tyr9 氧上的氫也有氫鍵作用。這種型態促使 NiSODred 活性中心鎳金屬離子經由 inner-sphere 的方式將電子轉移到 O2•−上，且務必伴隨著氫質子轉移而後才釋放出過氧化氫 (圖 1-5B)。隨著 NiSOD 活性中心的配位環境由平面四邊形轉變為四角椎形，O2•−再次以軸位方向鍵結在鎳離子上 (圖 1-5C)，且電子轉移將三價鎳離子還 5.

(17) 原成二價鎳離子釋放出氧氣，完成催化循環 (圖 1-5D)7a。. 圖 1-5 NiSOD 催化的反應機構 7a. 針對鎳離子對 Histidine 上氮配位的變化，經由理論計算的結果得知 20，當 NiSOD 為氧化態時 (圖 1-6 左) ，中心鎳金屬離子與軸位向 imidazole 上氮的配位，有一未成對電子填在 Ni/N (σ*) 軌域上。當 O2•−鍵結後，O2•−傳遞一個電子到 Ni/N (σ*)，此時鎳金屬離子還原同時伴隨著 imidazole 上的氮從鎳金屬離子上離開，並放出 O2。 NiSOD 為還原態時 (圖 1-6 右)，中心鎳金屬離子與赤道位向配位基 (L = N, S)的π軌域形成鍵結，其中 Ni/L (π*) 軌域上填滿電子， 6.

(18) 也就是 NiSODred 的 HOMO 能量較高。當 O2•−進入後，Ni/L (π*) 軌域上的一個電子會傳遞至 O2•−，加上兩個 H+使 O2•−還原成 H2O2 釋出並伴隨著中心鎳金屬離子氧化成三價。. 圖 1-6 氧化及還原態的 NiSOD，其主要鍵結的相互作用圖示。. 7.

(19) 第二節含鎳超氧化物歧化酶擬態化合物之文獻探討根據 NiSOD 活性中心的特別配位環境，生物無機化學領域的研究者提出了幾個基本問題： 1. NiSOD 活性中心的什麼特質使兩個 CysS，一個一級胺，和一個胜肽基的 N 配位在中心鎳金屬離子上? 2. 這種配位環境是如何調整中心鎳金屬離子氧化還原的特性，並讓 O2•−優先與 Ni 反應，進行一個電子的氧化還原，且不會與配位基上的 CysS 反應? 3. NiSOD 反應機構為何? 生物無機學領域研究者想了解中心鎳金屬離子的歧化反應，故進行合成類似的小分子研究 (合成低分子量的錯合物，又稱擬態化合物與酵素活性中心的結構類似)。. NiSOD 胜肽類似物 (NiSOD Peptide Analogues) 第一個仿 NiSOD 活性中心所合成的胜肽錯合物是由 Shearer 和他的工作夥伴一起完成，為[Ni(SODM1)] ，其中 SODM1 為 HCDLPCGV YDPA，(圖 2-1) 。21a 更多衍生物也在之後被合成出來，其針對軸向 His1 上做修飾，命名為 Ni(SODM1-Im-X)。其中 X = Me (1MeIm), 2,4-dinitrophenyl (1-DNP), 以及 tosyl (1Tos)。21b(圖 1-7) 8.

(20) 圖 1-7 仿 NiSOD 活性中心的類似物 [Ni(SODM1)] [SODM1=H’CDLPCGVYDPA, where H’=H(1), Me(1MeIm), 2,4-dinitrophenyl (1DNP), and tosyl (1Tos)]23. 這些化合物在空氣下經數小時就會不穩定，而且彼此反應產生高分子量的聚合物。以產率來看，1 and 1MeIm 成比例，但 1DNP 和 1Tos 產率非常低 (14-21%)，因為 tosyl and 2,4-dinitrophenyl 官能基在最後的步驟時非常敏感。這系列的鎳胜肽化合物經由電子吸收光譜，X 光吸收光譜及電化學鑑定並列述於表 1-3。以電化學的實驗結果來討論，含拉電子基團 9.

(21) 的 1DNP 具有還原電位 E1/2 為 0.470 V ; 1Tos 的 E1/2 為 0.598 V，而含推電子基團的 1MeIm，其還原電位為 0.282 V，符合電子效應的趨勢。. E1/2(V). k (M−1s−1). 450 (480), 543 (150). 0.090. 7×108. N/A. N/A. 1.3×109. [Ni(SODM1-Im-H)] (1). 458 (510), 552 (240). 0.434. 4(3)×107. [Ni(SODM1-Im-Me)]. 461 (360),. 0.282. 6(1)×106. (1MeIm). 554 (160 sh). [Ni(SODM1-Im-DNP)]. 464 (410 sh),. 0.470. 3(2)×108. (1DNP). 552 (150 sh). [Ni(SODM1-Im-Tos)]. 460 (405 sh),. 0.598. 6(2)×108. (1Tos). 552 (180 sh). Complex. λmax(nm) [ε(M−1cm−1)]. NiSODred (S. coelicolor) NiSODred (S. seoulensis). 表 1-3 NiSOD 胜肽模型分子的光譜，電化學及 SOD 活性的動力學數據 23. 且不論二價鎳生態化合物的結構和電子光譜與 NiSODred 的相似度，三價鎳化合物的合成就是個很大的挑戰。目前只有一個含 thiolate 的三價鎳錯合物有成功地長晶的例子 22，表 1-3 中，化合物 1 氧化後在低溫下才能穩定。從鎳胜肽化合物在 SOD 活性反應的動力學反應常數 k 值分析來看，可知此類化合物的 SOD 活性表現是好的，有些甚至非常接近生物體 NiSOD 的反應速率 (如 1Tos)，His1 的氮上修飾拉電子基有助於模型分子的活性效果。 10.

(22) NiSOD 小分子量模型分子 (NiSOD Low-MW Analogues). 1. NiSOD 活性中心之 N2S2 Models 與鎳配位的原子與 NiSOD 相同的第一個小分子模型為一平面四邊形的 NiII-N2S2 錯合物 (Me4N)[Ni-(BEAAM)] (7) (圖 1-8)，24ª雖然配位環境與 NiSODred 相同，但它不會與 O2•−反應。接著，Shearer and Hegg 發表了另一個模型分子 K[Ni(HL2)] (8) (圖 1-8)，和 7 類似，但少了離硫為α位置碳上的雙甲基。24b 這兩個化合物在鍵長、鍵角和光譜上的表現都非常相似，最大的差異是還原電位。8 的不可逆氧化峰在 0.065 V (vs Ag/AgCl in DMF)，也顯示出有配位基的氧化還原。嘗試在低溫下氧化，化合物很快就會崩解，無法測量 EPR data，推測其上的硫氧化形成雙硫鏈。8 也不會和 O2•−反應。. 圖 1-8 NiSOD 模型分子的結構 23. 為了解在硫上做修改後的 NiSOD 模型分子會有什麼變化， Harrop 和他的團隊研發出未飽和配位的 N2S 配位基，與鎳金屬離子反應後形成 N2SS' dimer 的化合物。25a 負二價的配位基 N-(2-mercaptoet 11.

(23) hyl)-picolinamide 與二價鎳離子反應形成具有 S,S’橋接的二聚體產物 [Ni2(nmp)2] (9)。因為 9 的溶解度很差，本以為無法當先驅物使用，但是當 9 和外來的不同硫醇物反應，會生成紅色單核的平面四邊形[NiII(N2S2)]-化合物(Et4N)[Ni(nmp)(SR)] (R 指不同的烷基及芳香環硫醇物)，且都有很好的產率(圖 1-9)。23. 圖 1-9 NiSOD 模型分子的結構，10 為 C6H4-p-Cl, 11 為 t-Bu , 12 為 o-benzoylaminibe nzene (o-babt) , 以及 13 為 N-(2-mercaptoethyl)-benzamide (meb)。23. 這些模型分子面臨到的研究瓶頸，它們在水中的穩定性不佳且溶解度不好，使其研究只能在有機溶劑中進行。為了提升水溶性及水中穩定性以便於與 O2•−研究。後來，有化學家，利用含有 glycine 及 cystei ne 的胜肽骨架合成出新的 N2S 配位基 (表示成 GC-OMeH2)。25b 如預期的結果，一開始合成出雙硫二聚體，加入不同的硫醇即可反應得到各種不同的紅色或紫色單核平面四邊形的 NiII(N2S2)化合物，其通式為 Ni(GCOMe)(SR)，R 指不同的烷基及芳香環硫醇物 (圖 1-10)， 12.

(24) 並有良好的產率。. 圖 1-10 NiSOD 模型分子的結構 23. 此錯合物雖可模擬 NiSODred 電子效應方面的特徵，但可能因為沒有重要的第五配位(His-N)，其還是無法提供 Ni3+的化合物及可與 O2•−反應的系統。為了得到有功能性的 NiSOD 模型分子，Harrop 團隊設計並合成出五配位 N3S2 的配位基。26 為了穩定 Ni3+錯合物，設計軸向有第五配位的氮。若真的成功，表示先前的小分子化合物沒有活性的關鍵就在於 Ni3+錯合物沒有第五配位的配位基來穩定錯合物。結果合成出的產物並非理想化的單核 Ni3+錯合物，而是雙核型式的 Ni2+錯合物，推測的反應機構如圖 1-11。 Ni2+錯合物在-40°C 下經 FcPF6 氧化後，先經過中間體 Ni3+錯合物 (與軸位的氮有交互作用)，而後電子快速轉換至 S 上 (軸位氮離開)，形成對 carboxamido-N 為反式 (trans)的雙核錯合物。由結果得知：結構中軸位有 His1-N 加上蛋白質結構才是 NiSOD 中 NiII/III 能循環的主 13.

(25) 因。. 圖 1-11 1→2 的反應機構 (紅色中括胡為推測的中間體)26. 有一些 NiSOD Models 與 NiSOD 活性中心相似但配位原子並不完全一樣。第一個小分子量且會與 O2•−反應的模型分子在 2009 年由 Darensbourg 和他的工作團隊合成出來。 27 一開始利用配位基 1-(2-mercapto-2-methylpropyl)methyl-1,4-diazacycloheptane (mmp-dach H, where H is a dissociable proton) 與 Ni2+鹽類合成出雙核的產物，之後再加 imidazole (Im)使其分裂形成單核的 Ni2+錯合物 (圖 1-12 左)。在電化學表現上有一個不可逆的氧化半電位 Eox= 0.43 V in DMF (vs Ag/AgCl)，為配位基上硫氧化的訊號。就 CV 上來看，本以為這個錯合物無法成為有功能性的 SOD 相似模型分子 (SOD mimic)，但此化合物的水溶液 (61μM) 對 O2•−有抑制效果，在 pH 7.4 下阻止約 40% 的 formazan 生成。除此之外，此化合物在氧氣下穩定，且與 H2O2 反 14.

(26) 應會給予 S 氧化物。第一個五配位的 NiSOD 類似物為本實驗室的江建緯學長開發出的 Ni(BDPP)，這五配位的配位基 2,6-bis{[(S)-2-(diphenylhydroxymeth yl)-1-pyrrolidinyl]methyl}pyridine (H2BDPP, where H represents dissoci able protons)，因為立體障礙的關係，pyridine-N 位於軸位，結構為扭曲的四方錐結構 (圖 1-12 右)。電化學上，E1/2 = 0.308 V (vs Ag/AgCl in CH2Cl2)，有一個氧化還原鋒，表示其不需經過結構改變即可氧化成三價。的確，經過 X-ray 結晶繞射鑑定，確定[Ni(BDPP)]+的生成。 [Ni(BDPP)]+在乙腈下加入過量的 KO2 可得到劑量的氧氣與 Ni(BDPP) 的生成，表示它也是有功能性的相似模型分子。19. 圖 1-12 NiSOD Approximate Model 錯合物結構. 15.

(27) 第三節. 研究動機與目的. N3O2 五配位的 H2BDPP 配位基，在其結構上做改良可往三個方向，加推電子基，拉電子基，或水溶性。本篇論文主要方向在於看推拉電子基對結構的電子效應。由前面的文獻可得知眾多研究 NiSOD 的團隊都極度想改良他們的模型分子，但只要配位基有硫就很容易形成雙聚物，故本實驗室將硫的部分改成與硫性質相近的氧原子，避免形成雙聚物。他們也希望這些模型分子的中心金屬鎳能順利在二價與三價轉換 (尤其是轉換至三價後，三價是否能穩定存在)，因為他們認為這是模型分子是否有功能性的關鍵。由 Ni(BDPP)我們得知，當其氧化後，結構不需太大改變，故穩定性較好。若我們在苯環區或是在 Pyrrole 上作修飾，鎳三價的穩定性是否會改變很多呢? 本篇有三種配位基：H2BDPOMeP (含推電子基)，H2BDPOMePOH (含推電子基 OMe 也含拉電子基但親水性佳的 OH 基)，H2BDPCF3P (含拉電子基)。我們將研究主題放在他們對整個結構的電子效應，看每種官能基對結構穩定性的影響。由 SOD 活性效果的測試結果，有助於未來了解往哪一方面著手更有助於增強 SOD 活性效果。. 16.

(28) 第二章實驗部分第一節. 實驗儀器、藥品及條件. 一、實驗儀器 1. 核磁共振光譜 (1H and 13C NMR Spectrum) 測量方法：將樣品溶於氘取代的溶劑中測定 1H 或 13C 光譜。 2. 紫外/可見光光譜 (Ultraviolet/Visible Spectrum，簡稱 UV/Vis) 機型：Agilent 8453 測量方法：將樣品溶於有機溶劑中，移至 UV cell 中測定。 3. 循環伏安儀 (Cyclic Voltammetry) 機型：CHI611D 測量方法：將樣品溶於有機溶劑(10-3M)並置於 CV cell 中並加入電解質[n-(butyl)4N](BF4) (0.1M)。確定參考電極(Ag/Ag+)，工作電極 (玻璃碳電極)，輔助電極(鉑電極)三者位置及狀況無問題即進行測量。 4. X-光單晶繞射儀 (X-ray Single Crystal Diffractometer) 機型：Nonius Kappa CCD Axis and Enraf-Nonius FR-590 測量方法：委託師大貴儀中心郭頂審先生代為收集繞射點數據及解析結構。 5. 電子順磁共振光譜儀 (Electron Paramagnetic Resonance) 17.

(29) 機型：BRUKER ELEXSY E-580 測量方法：委託清大貴儀中心陳若琪小姐代為測定 6. 元素分析儀 (Elemental Analyzer) 機型：Elementar Vario EL III (for NCH & O) 測量方法：委託台大貴儀中心陸靖蔚小姐代為測定 7. 厭氧操作箱：機型：MBRAUM Unilab-B 8. 二次超純水純化系統機型：MILLIPORE-RO 9. 溶劑純化系統：機型：MBRAUM MB-SPS Compact 二、實驗藥品 1. 溶劑甲苯 (Toluene)，ACS grade，ECHO 甲醇 (Methanol)，ACS grade，ECHO 乙醇 (Ethanol)，ACS grade，ECHO 乙腈 (Acetonitrile)，Analysis grade，Merk KGaA 乙醚 (Diethyl Ether)，ACS grade，Merk KGaA 乙酸乙酯 (Ethyl Acetate)，HPLC grade，ECHO 18.

(30) 丙酮 (Acetone)，HPLC grade，J.T. Baker 戊烷 (Pentane)，ACS grade，TIEDA 己烷 (Hexane)，Extra Pure grade，ECHO 二氯甲烷 (Methylene Chloride)，GR grade，DUKSAN 二次超純水 (Water)，MILLIPORE-RO 四氫呋喃 (Tetrahydrofuran)，Analysis grade，Merk KGaA 氘化苯 (Bendene-d6)，99.9%，Merk KGaA 氘化氯仿 (Chloroform-D1)，99.8%，Merk KGaA 氘化丙酮 (Acetone-d6)，99.9%，Sigma-Aldrich 2. 無水溶劑 (1) 無水乙醚 (Diethyl Ether) 使用 Merk 試藥級溶劑，經切細的金屬鈉除水，迴流十二小時至二苯基酮 (Benzophenone)呈深紫色狀態下，蒸餾使用。 (2) 無水戊烷 (Pentane) 使用 Merk 試藥級溶劑，經切細的金屬鈉除水並加入助溶劑乙二醇二甲醚 (Ethylene Glycol Dimethyl Ether)，迴流十二小時至二苯基酮 (Benzophenone)呈深紫色狀態下，蒸餾使用。 (3) 無水四氫呋喃 (Tetrahydrofuran, THF) 使用 Merk 試藥級溶劑，經切細的金屬鈉除水，迴流十二小時至二苯基酮(Benzophenone) 19.

(31) 呈深紫色狀態下，蒸餾使用。 (4) 無水二氯甲烷 (Dichloromethane, CH2Cl2) 使用 Echo 試藥級溶劑，經 CaH2 除水，迴流二十四小時後蒸餾使用 (5) 無水乙腈 (Acetonitrile, ACN) 使用 Merk 試藥級溶劑，經 MBRAUM MB-SPS Compact 除水使用 (6) 無水己烷 (Hexane) 使用 Merk 試藥級溶劑，經 MBRAUM MB-SPS Compact 除水使用 3. 合成配位基之藥品 (1) L-Proline，試藥級，99+%，ACROS (2) Trans-4-hydroxyl-L-Proline，99+%，Alfa Aesar (3) Potassium Carbonate，試藥級，99%，ACROS (4) Ethyl Chloroformate，試藥級，99%，ACROS (5) Di-tert-butyl dicarbonate，試藥級，97+%，Alfa Aesar (6) Triethylamine，分析級，99.95%，Fisher Scientific (7) Magnesium Powder，試藥級，99%，SHOWA (8) 1,2-dibromoethane，試藥級，99%，ACROS (9) 4-Bromoanisole，試藥級，99%，Alfa Aesar (10) 4-Bromobenzotrifluoride，試藥級，99%，Matrix Scientific (11) Potassium Hydroxide，試藥級，87%，Fisher Scientific 20.

(32) (12) 2,6-Pyridinedimethanol，試藥級，98%，ACROS (13) Hydrobromic acid，試藥級，48%，ACROS 4. 合成錯合物之藥品 (1) Sodium Hydride，試藥級，60%，ACROS (2) Nickel(II) perchlorate hexahydrate，98%，Sigma Aldrich 5.合成氧化劑之藥品 (1) Ferrocene，試藥級，Alfa Aesar (2) N,N,N’,N’-Tetramethylethylenediamine，試藥級，99%，ACROS (3) n-Butyllithium，試藥級，1.6M in Hexane，Rockwood Lithium (4) 2,3-Dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone，98+%，Alfa Aesar (5) Fluoroboric acid，試藥級，32.5%，MERCK (6) 1,1,2,2-tetrabromoethane，試藥級，98%，Sigma Aldrich (7) Ferrocenium tetrafluoroborate，Sigma Aldrich 6.進行反應性之藥品 Potassium superoxide，試藥級，Sigma Aldrich 7.測循環伏安法之電解質 Tetra-n-butyl-ammonium tetrafluoroborate，99%，Alfa Aesar 8.實驗條件在氮氣下反應的實驗使用 Schelnk Line 或手套箱 ( The glove 21.

(33) box filled with nitrogen and maintain the value of O2 and H2O under 0.1 ppm)操作。使用的玻璃器材、雙頭鋼針、不鏽鋼接頭、鋼針都需放置在烘箱中以 120 ºC 烘烤過，使用時再從烘箱中取出。從手套箱秤取藥品時，皆需使用血清塞纏上銅線及 Parafilm 封住反應瓶或 vial 瓶口再送出手套箱。若由反應瓶側管接真空系統時，則需將側管部分抽真空、以火焰槍烤過、灌入氮氣回壓，重複上述動作 3 次後，最後於氮氣下，轉開氣閥連接反應瓶與真空系統，再進行後續的實驗操作。若是以樣品瓶或圓底瓶進行反應時，則需先取另一空樣品瓶塞上血清塞纏上銅線並以 Parafilm 封口後，將真空系統的 R 接上不鏽鋼針頭後插入此空 vial 瓶。抽真空後，灌入氮氣回 Tygon○. 壓，反覆動作 3 次後，再於氮氣下將鋼針轉插入含藥品的樣品瓶內；或是將真空系統接上鋼針後持續吹出氮氣約 10 秒後，把鋼針轉插入含藥品的樣品瓶中，再進行後續的實驗操作。在空氣下秤取藥品於反應瓶或 vial 瓶中進行反應的實驗，或是要使用組裝好的養晶瓶、過濾裝置等玻璃器材時，皆使用血清塞纏好銅線封住瓶口後，再將真空系統接上鋼針插入組裝好的玻璃器材內，或是由反應瓶側管接上真空系統，再將反應系統抽真空，以火焰槍烤過，再灌入氮氣回壓，纏上 Parafilm 封口，反覆進行上述動作 3 次後，最後於氮氣下進行後續的實驗操作。實驗過程皆在氮氣正壓下操作，使 22.

(34) 用蒸餾過保存在氮氣下的溶劑，溶液的轉移則是以雙頭鋼長針引導。養晶過程需要在氮氣下進行者，使用真空級凡士林封住血清塞有針孔的部分。在空氣下反應的實驗，其過程在空氣下操作，並旋上樣品瓶蓋避免灰塵掉入，使用一般試藥級溶劑，溶液的轉移以滴管吸取加入；養晶過程則是置於藥櫃中的養晶架上 (Layer 養晶法則直接固定在抽風除裡的鋼架上。). 23.

(35) 第二節配位基的合成與鑑定本篇論文中 H2BDPOMeP 由江建緯學長開發，實驗步驟及光譜鑑定詳見 101 江建緯學長博士論文 28。. (R)-ethyl-2-(hydroxybis(4-(trifluoromethyl)phenyl)methyl)pyrrolidin e-1-carboxylate 先秤 8 g (39.75 mmol) 的(R)-1-ethyl-2-methyl pyrrolidine-1,2-dica rboxylate 於 250 mL 圓底瓶中，瓶口塞血清塞，火烤抽真空冷卻回氮氣重複三次。將 4.25 g (174.9 mmol) 的鎂粉秤於 250 mL 三頸瓶中，左口塞血清塞，中口架迴流管，右口放加液漏斗。迴流管上方接真空氮氣系統，火烤抽真空冷卻後回氮氣，重複三次。加入 120 mL 無水 THF，慢慢滴入 1.1 mL (12.72 mmol) 1,2-dibromoethane (催化劑) 及 22.26 mL (159 mmol) 4-bromobenzotrifluoride 溶液會從透明變成深紅色並會發熱。反應兩小時後用長鐵針移至已除水除氧且在冰浴下的(R)-1-ethyl 2-methyl pyrrolidine-1,2-dicarboxylate 反應兩小時，之後加氯化銨水溶 24.

(36) 液使反應結束。抽氣過濾掉鹽類後用迴旋濃縮機抽乾，二氯甲烷及蒸餾水萃取三次後，取有機層以無水硫酸鎂除水後抽乾。利用乙酸乙酯和己烷 1： 6 的比例以管柱層析法分離，得透明白色結晶的產物，產率為 70%。 1. H-NMR (400MHz, CDCl3)：δ7.60-7.56 (m, 4H)，7.52-7.48 (m, 4H)，. 4.897 (dd, J = 4.4, 8.8 Hz, 1H)，4.17-4.10 (m, 2H)，3.51-3.44 (m, 1H)， 2.99-2.97 (m, 1H)，2.13-2.04 (m, 1H)，1.91-1.86 (m, 1H)，1.58-1.53 (s, 2H)，1.22 (t, J = 7.11 Hz, 3H) ppm，詳細 NMR 光譜圖於附錄 A。. (R)-pyrrolidin-2-ylbis(4-(trifluoromethyl)phenyl)methanol 秤 0.6921 g (1.5 mmol) 的(R)-ethyl-2-(hydroxybis(4-(trifluorometh yl)phenyl)methyl)pyrrolidine-1-carboxylate 於 250 mL 圓底瓶中，加入 2.52 g (45 mmol) 的氫氧化鉀及 22.5 mL 的甲醇，加熱至 105 °C 迴流一天半後用迴旋濃縮機抽乾，乙酸乙脂及蒸餾水萃取三次，取有機層以無水硫酸鎂除水後抽乾，得透明無色產物，產率為 93%，1H-NMR (400MHz, CDCl3)：δ7.72-7.53 (m, 8H)，4.31 (t, J = 7.75 Hz, 1H)， 25.

(37) 3.04-2.93 (m,2H)，1.80-1.71 (m, 2H)，1.64-1.55 (m, 2H) ppm，詳細 NMR 光譜圖於附錄 A。. ((2S,2'S)-1,1'-(pyridine-2,6-diylbis(methylene))bis(pyrrolidine-2,1-diy l))bis(bis(4-(trifluoromethyl)phenyl)methanol) (H2BDPCF3P) 將 0.57 g (1.4 mmol) 的 (R)-pyrrolidin-2-ylbis(4-(trifluoromethyl) phenyl)methanol，0.184 g (0.7 mmol) 的 1,3-bis(bromomethyl)benzene 及 0.193 g (1.4 mmol) 的碳酸鉀加入 100 mL 的圓底瓶中，倒入 7 mL 的乙醇迴流三天後以迴旋濃縮機抽乾，乙酸乙脂及蒸餾水萃取。取有機層以無水硫酸鎂除水，抽乾後產率為 48%。1H-NMR (400MHz, CDCl3)：δ7.81 (d, J = 7.5 Hz, 4H)，7.64 (dd, J = 8.37, 65.41 Hz, 9H)， 7.45 (d, J = 7.38 Hz, 4H)，7.46-7.44 (d, 4H)，5.94-5.80 (s, 2H)，4.20 (s, 2H)，3.40 (s, 4H)，3.01 (s, 2H)，2.56-2.54 (m, 2H)，2.01-1.87 (s, 4H)， 1.69 (s, 4H) ppm；13C-NMR (100MHz, CDCl3)：δ158.4，149.8，126.2， 125.9，125.8，125.6，125.1，120.4，77.9，70.2，68.9，60.9，55.6， 29.7，28.9，24.7，24.1，15.1 ppm。詳細 NMR 光譜圖於附錄 A。. 26.

(38) Methyl 4-hydroxypyrrolidine-2-carboxylate hydrochloride 秤 10 g (76.3 mmol) Trans-4-hydroxy-L-proline 於 500 mL 圓底瓶中並加入 250 mL 甲醇。於冰浴下慢慢滴入 7 mL (99.23 mmol) Thionyl chloride (會發出叮噹聲響及發煙，十分危險!) ，反應十分鐘後將冰浴移除，開始迴流，溫度控制在 105°C，反應 16 小時。反應完成後用迴旋濃縮機將甲醇抽乾，加入 60 mL Toluene 搖晃均勻後再一次用迴旋濃縮機抽乾 (記得抽乾後要馬上清洗迴旋濃縮機，以免 SOCl2 使機器受損)，得產物為白色固體，產率為 98%。 1. H-NMR (400MHz, CDCl3)：δ4.64-4.56 (m, 2H)，3.74 (s, 3H)，3.43-3.28. ( m, 2H)，2.41-2.15 (m, 2H) ppm，詳細 NMR 光譜圖於附錄 A。. (2R,4S)-1-tert-butyl-2-methyl-4-hydroxypyrrolidine-1,2-dicarboxylat e 秤 13.8 g (76 mmol) 的 Methyl 4-hydroxypyrrolidine-2-carboxylate hydrochloride 於 500 mL 圓底瓶中，加入 150 mL 二氯甲烷，冰浴下慢慢加入 14.831mL (106.4 mmol) 的三乙胺。攪拌十分鐘後慢慢滴入 20. 27.

(39) 94 mL (91.2 mmol) 的 Di-tert-butyl dicarbonate。移除冰浴，室溫下反應三小時。直接用二氯甲烷及蒸餾水萃取三次，取有機層以無水硫酸鎂除水後抽乾，得產物為淡黃透明油狀物，產率為 95%。1H-NMR (400MHz, CDCl3)：δ4.49-4.37 (m, 2H)，3.73 (s, 3H)，3.66-3.46 (m, 2H)，2.95-2.75 (m, 1H)，2.10-2.07 (m, 1H)，1.45 (s, 3H)，1.41 (s, 6H) ppm，詳細 NMR 光譜圖於附錄 A。. (2R,4S)-tert-butyl-4-hydroxy-2-(hydroxybis(4-methoxyphenyl)methyl )pyrrolidine-1-carboxylate 先秤 7.35 g (30 mmol)的(2R,4S)-1-tert-butyl-2-methyl-4-hydroxyp yrrolidine-1,2-dicarboxylate 及 1.2 g (30 mmol) 的氫化鈉於 250 mL 圓底瓶中，瓶口塞血清塞，火烤抽真空冷卻回氮氣重複三次後加入 15mL 無水 THF 反應三十分鐘。將 3.2 g (132 mmol) 的鎂粉秤於 250 mL 三頸瓶中，左口塞血清塞，中口架迴流管，右口放加液漏斗。迴流管上方接真空氮氣系統，火烤抽真空冷卻後回氮氣，重複三次。加入 120 mL 無水 THF，慢慢 28.

(40) 滴入 2.07 mL (24 mmol)1,2-dibromoethane (催化劑) 及 15.06 mL (120 mmol) 4-bromobenzotrifluoride 溶液會從透明變成黑色並會發熱，反應兩小時後用長鐵針移至已與氫化鈉反應三十分鐘的 (2R,4S)-1-tert-bu tyl-2-methyl-4-hydroxypyrrolidine-1,2-dicarboxylate，圓底瓶外頭包鋁箔紙保溫，反應十六小時，之後加氯化銨水溶液使反應結束。抽氣過濾掉鹽類後用迴旋濃縮機抽乾，乙酸乙脂及蒸餾水萃取三次，取有機層以無水硫酸鎂除水後抽乾。利用乙酸乙酯和己烷 1：2 的比例以管柱層析法分離，得透明白色油狀的產物 (放久變白色固體)，產率為 39%。1H-NMR (400MHz, CDCl3)：δ4.49-4.37 (m, 2H)， 3.73 (s, 3H)，3.66-3.46 (m, 2H)，2.29-2.27 (m, 1H)，2.10-2.07 (m, 1H)， 1.45 (s, 3H)，1.41 (s, 6H) ppm，詳細 NMR 光譜圖於附錄 A。. (3S,5R)-5-(hydroxybis(4-methoxyphenyl)methyl)pyrrolidin-3-ol 秤 3.35 g (7.79 mmol) 的 (2R,4S)-tert-butyl-4-hydroxy-2-(hydroxy bis(4-methoxyphenyl)methyl)pyrrolidine-1-carboxylate 於 250 mL 圓底瓶中，加入 13.11 g (233.7 mmol) 的氫氧化鉀及 120 mL 的乙醇，加熱 29.

(41) 至 130 °C 迴流兩天後用迴旋濃縮機抽乾，乙酸乙脂及蒸餾水萃取三次，取有機層以無水硫酸鎂除水後抽乾，得淡橘色產物，產率為 95%， 1. H-NMR (400MHz, CDCl3：δ7.46 (d, J = 8.88 Hz, 2H)，7.34 (d, J = 9Hz,. 2H)，6.85-6.78 (m, 4H)，4.56-4.52 (m, 1H)，4.37-4.36 (m, 1H)，3.75 (d, J = 4.86, 6H)，3.17-3.13 (m,1H)，2.96 (dt, J = 1.77, 11.33, 1H)，1.83-1.81 (m, 1H)，1.47-1.44 (m, 1H) ppm，詳細 NMR 光譜圖於附錄 A。. (3R,3'R,5S,5'S)-1,1'-(pyridine-2,6-diylbis(methylene))bis(5-(hydroxyb is(4-methoxyphenyl)methyl)pyrrolidin-3-ol) (H2BDPOMePOH) 將 0.6575 g (2.5 mmol) 的 1,3-bis(bromomethyl)benzene，1.64 g (5 mmol) (3S,5R)-5-(hydroxybis(4-methoxyphenyl)methyl)pyrrolidin-3-ol 及 0.69 g (5 mmol) 的碳酸鉀加入 100 mL 的圓底瓶中，倒入 50 mL 的乙醇，迴流三天後以迴旋濃縮機抽乾，乙酸乙脂及蒸餾水萃取三次。取有機層以無水硫酸鎂除水，加入極少量乙酸乙脂，用吹風機吹至全溶後靜置，幾天後將深咖啡色雜質吸出丟棄，顏色較淡的晶體不斷回溶養晶直到產生純白色晶體產物，抽乾後產率為 37%。1H-NMR(400M Hz, CDCl3)：δ7.50-7.40 (m, 9H)，6.79-6.59 (m, 10H)，5.64 (s, 1H)， 30.

(42) 4.79 (s, 1H)，4.42 (m, 2H)，4.23 (s, 2H)，3.73 (d, J = 3.12 Hz, 12H)， 3.63-3.51 (m, 4H)，3.2 (dd, J = 11.59, 82.08 Hz, 4H)，1.88-1.83 (m, 4H) ppm；13C-NMR (100MHz, CDCl3)：δ160.0，159.0，158.9，141.9， 140.6，137.82，127.9，127.6，121.7，114.0，113.9，77.5，71.0，70.3， 66.1，63.9，61.5，60.6，55.4，39.8，15.6，14.5 ppm。詳細 NMR 光譜圖於附錄 A。. 31.

(43) 第三節錯合物的合成與鑑定. Ni(BDPOMeP) (1) 在 Box 中秤 0.3649 g (0.5 mmol) 的 H2BDPOMeP，0.03 g (1.25mmol) 的氫化納及 0.2519 g (0.5 mmol) 的 [Ni(CH3CN)6](ClO4)2 倒入 50 mL 反應瓶中，加入 2 mL 無水 THF 及 15 mL 無水乙腈。顏色變化為皮膚色、紅色、綠色，反應一呈現綠色就抽乾。用 4mL 無水二氯甲烷回溶過濾後抽乾，利用 slow diffusion 的方法養晶：內層液為二氯甲烷和 THF 各 1 mL，外層液為 6 mL pentane。分成五瓶 7 mL vial 瓶養。兩天後得產物為綠色晶體，產率為 83%。Anal. Calcd for C45H49N3NiO6： C, 68.71；H, 6.28；N, 5.34. Found：C, 68.277；H, 6.654；N, 5.265。. 32.

(44) NiBDPOMePOH (2) 在 Box 中秤 0.1523 g (0.2 mmol) 的 H2BDPOMePOH，0.012 g (0.5 mmol) 的氫化納及 0.1 g (0.2 mmol) 的 [Ni(CH3CN)6](ClO4)2 倒入 50 mL 反應瓶中，加入 1 mL 無水 THF 及 8 mL 無水乙腈。顏色變化為皮膚色、紅色、綠色，反應一呈現綠色就抽乾。用 2mL 無水二氯甲烷回溶過濾後抽乾，利用 slow diffusion 的方法養晶：內層液為 THF 1 mL，外層液為 6 mL pentane。分成兩瓶 7 mL vial 瓶養。兩天後得產物為綠色晶體，產率為 47%。Anal. Calcd for C45H49N3NiO8：C, 66.03； H, 6.03；N, 5.13. Found：C, 65.617；H, 6.485；N, 5.193。. NiBDPCF3P (3) 在 Box 中秤 1.38 g (1.5 mmol) 的 H2(BDPCF3P)，0.09 g (3.75 mmol) 的氫化納及 0.7179 g (1.5 mmol) 的 [Ni(CH3CN)6](BF4)2 倒入 50 mL 反應瓶中，加入 4 mL 無水 THF 及 25 mL 無水乙腈。顏色變化為皮膚色、紅色、綠色，反應一呈現綠色就抽乾。用 6 mL 無水二氯甲烷回 33.

(45) 溶過濾後抽乾，利用 slow diffusion 的方法養晶：內層液為 THF 1 mL，外層液為 6 mL pentane。分成五瓶 7 mL vial 瓶養。兩天後得產物為翡翠綠色晶體，產率為 66%。Anal. Calcd for C45H37N3NiO2：C, 57.59； H, 3.97；N, 4.48. Found：C, 57.575；H, 4.195；N, 4.539。. 1,1-Dibromoferrocene 秤 5.58 g (30 mmol)的 Ferrocene 於 250 mL 三頸瓶中 (左邊塞血清塞，中間架加液漏斗，右邊為轉接頭連接真空氮氣系統) 火烤抽真空 (速度放慢，因為固體很容易被抽入系統) 灌氮氣三次後架冰浴。用針筒接長鐵針打入 10.32 mL (69 mmol) 無水的 N,N,N’,N’ -tetramet hylethylenediamine (TMEDA)，以針筒接長鐵針打 39.84 mL(63.75mmo l)的 n-Butyllithium 於加液漏斗中慢慢滴入，加完後將轉接頭都關上，不用壓氮氣，反應 16 小時。反應完後靜置兩小時，底下為亮橘色固體，上層為淡紅土色的液體，移去上層液後用己烷洗三次後抽乾。加入 90 mL 無水乙醚，底下放杜爾碗倒入丙酮加入液氮至丙酮結冰 (-78°C 以下)，將 7.5 mL (64.5 mmol) 的 Tetrabromoethane 配 30 mL 乙醚由加液漏斗緩慢滴入三頸瓶中且攪拌器開最大，反應 16 小時。反應完後靜置兩小時，整鍋都呈現黑色，移出上層液 (深黃色) 收集起來，底下的黑色液體丟棄。以蒸餾水萃取三次，取有機層抽乾 34.

(46) 後以己烷回溶，經由濾板上加貝殼粉過濾後抽乾得深紅色油狀物。用己烷回溶後與飽和 FeCl3 水溶液萃取三次 (萃取前上層為紅色有機層，下層為黃色水層；萃取後上層為紅色有機層，下層為深綠色水層)，取有機層再與蒸餾水萃取三次，取紅色有機層，抽乾為紅色油狀物。己烷回溶以色層分析管加矽膠過濾後抽乾。置於 -20°C 冰箱過兩天後得深橘紅色結晶物，以冰己烷沖洗可得深橘色結晶產物，產率為 16%。鑑定詳見陳虹伶 103 年碩士論文。. 1,1-Dibromoferrocenium tetrafluoroborate 秤 1.66 g (4.8 mmol) 的 1,1-Dibromoferrocene 及 0.5448 g (2.4mm ol) 的 2,3-Dichloro-5,6-dicyano-1,4-benzoquinone (DDQ) 於 100 mL 圓底瓶中，加入 10 mL 乙醚攪拌十分鐘後再加入 0.852 mL (9.6 mmol) 32.5wt% 的 Fluoroboric acid，瞬間產生出深藍色固體產物，用乙醚沖洗，產率為 80%， EA 鑑定詳見陳虹伶 103 年碩士論文。 [Ni(BDPOMeP)](BF4) (4) 秤 0.4293 g (0.05 mmol) 的錯合物 1 於 50 mL 反應瓶中，火烤抽真空灌氮氣三次後加入 6 mL 無水乙腈攪拌溶解，另在 Box 中秤 0.013 6 g (0.05 mmol) 的 Ferrocenium tetrafluoroborate (深藍色，照光下為深紫色)於 20 mL vial 瓶中送出，以 2 mL 無水乙腈溶解後慢慢移入 50 35.

(47) mL 反應瓶中。反應瓶中錯合物 1 溶液本為淡綠色，慢慢變成深棕色，冰浴下反應一小時後抽乾。以 2 mL 無水乙腈回溶，並加入大量無水乙醚逼固體，攪拌一分鐘後靜置三分鐘。上層液為淡黃色液體 (含要洗去的 Ferrocene)，底下為深棕色固體，將上層液移除。重複以上步驟至上層液透明為止 (多餘 Ferrocene 都被洗乾淨)。將固體以二氯甲烷回溶移至 20 mL vial 瓶，以真空系統抽乾後置於 Box -30°C 冰箱保存。固體產率(含 0.5 CH2Cl2)：78%。Anal. Calcd for C45.5H50BClF4N3Ni O6：C, 59.67；H, 5.5；N, 4.59. Found：C, 59.659；H, 5.620；N, 4.566。. [Ni(BDPOMePOH)](BF4) (5) 秤 0.0409 g (0.05 mmol) 的錯合物 2 於 50 mL 反應瓶中，火烤抽真空灌氮氣三次後加入 6 mL 無水乙腈攪拌溶解，另在 Box 中秤 0.013 6 g (0.05 mmol) 的 Ferrocenium tetrafluoroborate (深藍色，照光下為深紫色) 於 20 mL vial 瓶中送出，以 2 mL 無水乙腈溶解後慢慢移入 50 mL 反應瓶中。反應瓶中錯合物 2 溶液本為淡綠色，慢慢變成深棕色，冰浴下反應一小時後抽乾。以 2 mL 無水乙腈回溶，並加入大量無水乙醚逼固體，攪拌一分鐘後靜置三分鐘。上層液為淡黃色液體 (含要洗去的 Ferrocene)，底下為深棕色固體，將上層液移除。重複以上步驟至上層液透明為止 (多餘 Ferrocene 都被洗乾淨)。將固體以二氯甲 36.

(48) 烷回溶移至 20 mL vial 瓶，以真空系統抽乾後置於 Box -30°C 冰箱保存。固體產率 (含 CH2Cl2)：74%。Anal. Calcd for C46H51BCl2F4N3NiO8： C, 55.79 ；H, 5.19；N, 4.24. Found：C, 55.677；H, 5.486；N, 3.954。. [Ni(BDPCF3P)](BF4) (6) 秤 0.0469 g (0.05 mmol) 的錯合物 3 於 50 mL 反應瓶中，火烤抽真空灌氮氣三次後加入 6 mL 無水乙腈攪拌溶解，另在 Box 中秤 0.021 g (0.05 mmol) 的 1,1-Dibromoferrocenium tetrafluoroborate (深綠色) 於 20 mL vial 瓶中送出，以 2 mL 無水乙腈溶解後慢慢移入 50 mL 反應瓶中。反應瓶中錯合物 3 溶液本為淡綠色，慢慢變成深棕色，冰浴下反應一小時後抽乾。以 2 mL 無水乙腈回溶，並加入大量無水己烷逼固體，攪拌一分鐘後靜置三分鐘。上層液為淡黃色液體 (含要洗去的 1,1-Dibromoferrocene)，底下為深棕色固體，將上層液移除。重複以上步驟至上層液透明為止 (多餘 1,1-Dibromoferrocene 都被洗乾淨)。將固體以二氯甲烷回溶移至 20 mL vial 瓶，以真空系統抽乾後置於 Box -30°C 冰箱保存。固體產率 (含 CH2Cl2 + CH3CN)：61%。 Anal. Calcd for C48H42BCl2F16N4NiO2：C, 50.08；H, 3.68；N, 4.87. Found：C, 50.061；H, 3.804；N, 4.826。. 37.

(49) [Ni(H2BDPCF3P)(CH3CN)](BF4) 2(6) 秤 0.4024 g (0.45mmol) 的 H2(BDPCF3P) 及 0.2153 g (0.45mmol) 的 Ni(CH3CN)6(BF4)2 於 50 mL 反應瓶中，加入 20 mL 乙腈。反應一小時後以微量針筒加入 50.8μL (0.45mmol) 的 tert-Butyl isocyanide ，繼續反應一小時後抽乾。以 6 mL 的二氯甲烷及 3 到 6 滴的乙腈回溶，溶液呈有些微固體的狀態。之後慢慢滴入乙醚直到淺色粉末出現 (注意不能太快，一定要慢慢滴，要不然會掉油) ，丟棄上層棕色液體 (為 tert-Butyl isocyanide)，固體抽乾為藍紫色。以 10 mL 的二氯甲烷回溶後，慢慢滴入乙腈 (量不超過 1mL)直至溶液清澈後加入試管，再慢慢滴入乙醚，利用分層養晶法約五天即可得到淺紫藍色的晶體產物，產率 (含 0.5CH2Cl2 + 0.5CH3CN)為 24%。 Anal. Calcd for C48.5H44.5B2ClF20N4.5NiO2：C, 47.82；H, 3.68；N, 5.17 . Found：C, 47.497；H, 3.764；N, 5.574。. 38.

(50) 第四節錯合物與超氧化鉀的反應. 秤兩瓶 0.177 g (2.5 mmol) 的 Potassium superoxide 倒入 20 mL vial 瓶中，火烤抽真空灌氮氣三次後維持負壓：一為實驗組，另一為對照組。實驗組及對照組各打入 17 mL 氮氣，對照組打入 3 mL 無水乙腈，實驗組打入 1 mL 無水乙腈。秤 0.043 g (0.05 mmol) 錯合物 4 於 20 mL vial 瓶中溶於 2 mL 無水乙腈中，移入實驗組中。反應由深棕色轉為綠色，馬上使用 GC 測氧氣量，產率為 52%。將溶液過濾去除 Potassium superoxide 後養晶，得錯合物 1 產率為 38% (為不含 THF packing 的綠色晶體)。. 39.

(51) 第三章結果與討論第一節鎳金屬錯合物之結構比較錯合物 1，2，3 以 X-ray 晶體繞射分析結構 (圖 3-1)。其中，錯合物 1 的晶格參數會因有無包含溶劑略有不同 (表 3-1)，主要差異在單位晶格的邊長，而邊長的夾角則相同。. (a). (b). 39.

(52) (c). 圖 3-1 晶體由 X-ray 結晶繞射法鑑定結構且忽略碳上的氫原子。(a) 錯合物 1 ，經驗式：C49 H57 N3 Ni O7，為正交晶系。空間群為 P212121；a=11.8367(3) Å ， b=14.0345(4) Å ，c=26.0314(9) Å ；α=β=γ=90°；V= 4324.4(2) Å 3。(b)錯合物 2 ，經驗式：C45 H49 N3 Ni O8，為正交晶系。空間群為 P212121，a=11.925(3) Å ， b=13.882(4) Å ，c=26.136(7) Å ；α=β=γ=90°；V= 4327(2) Å 3。(c) 錯合物 3，經驗式：C45 H37 F12 N3 Ni O2，為正交晶系。空間群為 P212121，a=12.619(5) Å ， b=13.678(5) Å ，c=26.435(10) Å ；α=β=γ=90°；V= 4563(3) Å 3。. 表 3-1 錯合物 1 的晶格參數. c(Å ). . . . Packing solvent. a (Å ). b (Å ). Yes. 11.8367(3). 14.0345(4) 26.0314(9). 90° 90° 90°. No. 12.2673(4). 15.9778(5) 19.5216(7). 90° 90° 90°. 由鎳金屬與配位原子的鍵角 (表 3-2) 得知錯合物 1 的τ值為 0.3753，錯合物 2 的τ值為 0.3941，錯合物 3 的τ值為 0.3351，三者結構都偏向正四角椎 (Square Pyramidal)結構。錯合物 1 中鎳金屬與配位原子氮的鍵長(表 3-2)為：Ni(1)-N(1)＝ 2.154(3) Å ，Ni(1)-N(2)＝1.968(3) Å ，Ni(1)-N(3)＝2.147(3) Å ，平均鍵長為 2.089(9) Å。錯合物 2 中鎳金屬與配位原子氮的鍵長為：Ni(1)-N (1)= 2.136(4) Å ，Ni(1)-N(2)＝1.963(5) Å ，Ni(1)-N(3)＝2.140(5)，平均 40.

(53) 鍵長為 2.080(1) Å 。錯合物 3 中鎳金屬與配位原子氮的鍵長為： Ni(1)-N(1)= 2.133(7) Å，Ni(1)-N(2)＝1.927(6) Å，Ni(1)-N(3)＝2.123(7)，平均鍵長為 2.061(6) Å 。其中 Ni(1)-N(2)的鍵結比 Ni(1)-N(1) 及 Ni(1)-N(3)都來得短，推測因為 Pyridyl 為π-acceptor 所以軸位上的氮與鎳金屬的鍵結比較強。以上鎳金屬與氮鍵長最長的為苯環上有 Methoxy(推電子基)修飾的錯合物 1，其次為苯環上有 Methoxy(推電子基)且吡咯烷(Pyrrolidine) 四號位置上有 Hydroxy (拉電子基)修飾的錯合物 2，最短的是苯環上有 Trifluoromethyl (拉電子基)修飾的錯合物 3。這種趨勢推論原因為：此三種錯合物的中性金屬為鎳，其價數為正二價，即電子為八個。對應τ值的結果得知錯合物結構偏向正四角椎(Square Pyramidal)，八個電子填完後剩 dx2-y2 軌域，其為反鍵結 (Antibonding)軌域。故若配位基給電子的能力越強，其鍵結反而越弱。. 41.

(54) 表 3-2 之示意圖. 表 3-2 錯合物 1，2，3 個別選擇的鍵長鍵角 Complex 1 Ni(1)-N(1) Ni(1)-N(2) Ni(1)-N(3) Ni(1)-O(a) Ni(1)-O(b) O(a)-Ni(1)-O(b) N(2) -Ni(1)- O(a) N(2) -Ni(1)- O(b) N(3) -Ni(1)- O(a) N(3) -Ni(1)- O(b) N(2)-Ni(1)-N(3) N(1) -Ni(1)- O(a) N(1) -Ni(1)- O(b) N(2)-Ni(1)-N(1) N(3)-Ni(1)-N(1). Complex 2 Bond Lengths (Å ) 2.154(3) 2.136(4) 1.968(3) 1.963(5) 2.147(3) 2.140(5) 1.925(2) 1.928(4) 1.941(2) 1.923(4) Bond Angles (deg) 141.34(9) 140.43(16) 115.62(10) 103.77(18) 103.01(10) 115.76(17) 101.06(9) 98.75(17) 85.02(9) 85.71(17) 82.11(10) 81.92(19) 85.48(9) 84.57(16) 99.16(9) 101.71(17) 81.76(11) 82.17(19) 163.86(10) 164.08(18). 42. Complex 3 2.133(7) 1.927(6) 2.123(7) 1.957(5) 1.917(5) 143.8(2) 105.1(3) 111.2(3) 100.8(2) 84.8(2) 80.9(3) 83.2(3) 101.3(3) 83.0(3) 163.9(3).

(55) 第二節液態中鎳金屬錯合物之光譜及比較 1. 循環伏安法光譜秤 0.01 mmol 的鎳錯合物及 0.3292 g (1 mmol) Tetra-n-butyl-am monium tetrafluoroborate 於 CV cell 中，加入 10 mL 乙腈。工作電極：玻璃碳電極，參考電極：Ag/AgNO3，輔助電極：Pt。錯合物 1 (10-3M in acetonitrile)：當掃描速率為 100 mV/s 時，其半電位 E1/2 = -0.1815 vs. Fc/Fc+ in acetonitrile，(NiII/NiIII)，ΔE = 79 mV， ipa/ipc = 0.79，為 quasi- reversible。錯合物 2 (10-3M in acetonitrile)：當掃描速率為 100 mV/s 時，其半電位 E1/2 = -0.1195 vs. Fc/Fc+ in acetonitrile，(NiII/NiIII)，ΔE = 129 mV，為 quasi- reversible。錯合物 3 (10-3M in acetonitrile)：當掃描速率為 100 mV/s 時，其半電位 E1/2 = 0.017 vs. Fc/Fc+ in acetonitrile，(NiII/NiIII)，ΔE = 88 mV， ipc/ipa = 0.85，為 quasi- reversible。江建緯學長合成的 Ni(BDPP) ，其半電位 E1/2 = -0.172 vs. Fc/Fc+，與上述三種錯合物作比較後呈現趨勢為：當配位基含推電子基時 (苯環上的 Methoxy)，其半電位較負；當配位基含拉電子基 (苯環上的 Trifluoromethyl，Pyrrolidine 上的 Hydroxy) 時，其半電位較正；若配 43.

(56) 位基上不含修飾官能基則在兩者之間。(圖 3-2). OH. 圖 3-2 錯合物 1 ，Ni(BDPP)，錯合物 2 ，錯合物 3 的還原電位。掃描速率為 100mV/s，工作電極：玻璃碳電極，參考電極：Ag/AgNO3，輔助電極：Pt。在 0.1M 的 Tetra-n-butyl-ammonium tetrafluoroborate 乙腈溶液中測量；內部參考： Ferrocene。. 44.

(57) 2. 電子吸收光譜配四種濃度的錯合物 1 乙腈溶液，分別為：1*10-3 M，8*10-4 M， 6*10-4 M 以及 4*10-4 M，量測其特徵吸收峰，且ε值都以上述濃度四取三作線性回歸。特徵吸收峰(圖 3-3)為 345 nm (ε= 779, CT band)， 700 nm(ε= 38, dd band) 以及 1045 nm (ε= 35, dd band)。. 10x. 圖 3-3 錯合物 1 (因 500nm 後的吸收值太小，故以十倍顯示). 配四種濃度的錯合物 2 乙腈溶液，分別為：1*10-3 M，8*10-4 M， 6*10-4 M 以及 4*10-4 M，量測其特徵吸收峰，且ε值都以上述濃度四取三作線性回歸。特徵吸收峰(圖 3-4)為 345 nm (ε= 443, CT band)， 700 nm(ε= 21, dd band) 以及 1050 nm (ε= 27, dd band)。. 45.

(58) 10x. 圖 3-4 錯合物 2 (因 500nm 後的吸收值太小，故以十倍顯示). 配四種濃度的錯合物 3 乙腈溶液，分別為：1*10-3 M，8*10-4 M， 6*10-4 M 以及 4*10-4 M，量測其特徵吸收峰，且ε值都以上述濃度四取三作線性回歸。特徵吸收峰(圖 3-5)為 340 nm (ε= 666, CT band)，以及 1030 nm (ε= 27, dd band)。. 10x. 圖 3-5 錯合物 3 (因 500nm 後的吸收值太小，故以十倍顯示) 46.

(59) 錯合物 1，2，3 的電子吸收光譜中，特徵吸收峰的位置差異不大，推測推拉電子配位修飾基對鎳二價錯合物電子躍遷的能量影響不大。配四種濃度的錯合物 4 乙腈溶液，分別為：5*10-4 M，4*10-4 M， 3*10-4 M 以及 2*10-4 M，量測其特徵吸收峰，且ε值都以上述濃度四取三作線性回歸。特徵吸收峰(圖 3-6)為 330 nm (ε= 3020, CT band)， 385 nm(ε= 2430, CT band) 以及 470 nm (ε= 980, CT band)。. 圖 3-6 錯合物 4 (0.2 mM in MeCN)之電子吸收光譜，298K。. 配四種濃度的錯合物 5 乙腈溶液，分別為：3.09*10-4 M，3.7*10-4 M，1.32*10-4 M 以及 8.8*10-4 M，量測其特徵吸收峰，且ε值以上述濃度四取三作線性回歸。特徵吸收峰(圖 3-7)為 330 nm (ε= 3440, CT band)，370 nm(ε= 2830, CT band) 以及 460 nm (ε= 1340, CT band)。. 47.

(60) 圖 3-7 錯合物 5 (0.309 mM in MeCN)之電子吸收光譜，298K。. 配四種濃度的錯合物 6 乙腈溶液，分別為：3.12*10-4 M，2.24*10-4 M，以及 1.46*10-4 M，量測其特徵吸收峰，且ε值以上述濃度作線性回歸。特徵吸收峰(圖 3-8)為 300 nm (ε= 7050, CT band)，360 nm(ε= 6380, CT band) 以及 430 nm (ε= 3530, CT band)。. 圖 3-8 錯合物 6 (1.46 mM in MeCN)之電子吸收光譜，298K。 48.

(61) 錯合物 4, 5, 6 的電子吸收光譜顯示出，此三種錯合物都有三個明顯的 CT band。當配位基修飾的部分越拉電子時其波長越短，ε值越大，表示電子從基態躍遷至激發態的能量所需越大。 3. 電子順磁共振光譜根據上述 CV 的還原電位結果，我們將錯合物 1、2 用 Ferrocenium tetrafluoroborate 氧化，錯合物 3 用 1,1-dibromoferrocenium tetrafluorobo rate 氧化。為了確定氧化是否完全，我們將樣品送測電子順磁光譜(Electron Paramagnetic Resonance Spectrum，EPR)。圖 3-9 為錯合物 1 和 4 的 EPR 光譜。 (a). 49.

(62) (b). Exp.. Sim.. 圖 3-9 樣品溶於二氯甲烷中的 EPR 光譜(a) 錯合物 1 (b) 錯合物 4. 錯合物 1 中心金屬鎳的價數為正二價，無訊號，錯合物 4 中心金屬鎳的價數為正三價，經由 Simulation 結果得知 g1 = 2.183，g2 = 2.147， g3 = 1.993；A1 = 14，A2 = 5，A3 = 29；有一 Superhyperfine Coupling ，其為軸位上的氮對鎳金屬上的未成對電子所產生的影響，N 的 I 值為 1，2I + 1 = 3 故分裂成三根；而從光譜上的比較顯示錯合物的氧化主要發生在鎳金屬上。錯合物 2 無訊號 (圖 3-10)，錯合物 5 中心金屬鎳為正三價。經由 Simulation 結果得知 g1 = 2.188，g2 = 2.148，g3 = 1.992；A1 = 19， A2 = 19，A3 = 29；有一 Superhyperfine Coupling 在軸位 (Z 軸方向)，而赤道向 (xy 軸方向)也有明顯分裂。比較結果也顯示錯合物 5 氧化 50.

(63) 主要為鎳金屬。. (a). (b). Exp.. Sim.. 圖 3-10 樣品溶於二氯甲烷中的 EPR 光譜(a) 錯合物 2 (b) 錯合物 5. 51.

(64) 錯合物 3 無訊號 (圖 3-11)，錯合物 6 中心金屬為正三價。g1=2.16， g2=2.12，g3=1.98969；A=9；有一 Superhyperfine Coupling 在軸位 (Z 軸方向)。比較結果顯示錯合物 6 氧化主要為鎳金屬。 (a). (b). 圖 3-11 樣品溶於二氯甲烷中的 EPR 光譜(a) 錯合物 3 (b) 錯合物 6. 52.

(65) 經由理論計算的方式，可得到錯合物 4, 5, 6 之模擬結構，所使用的計算軟體為 Gaussian 09 (G09) program package29，計算方法為利用 B3LYP30，混合基底 6-31G (d, p)(N, O) 和 6-31G (d)(C, H) 與 Stuttgart-Dresden Pseudopotential (ECP10MDF) 31 來計算鎳的部份。計算後的 spin density 模擬結果可看出 (圖 3-12)，電子密度中，dx2-y2 分布最多的是錯合物 5，其次是錯合物 4，最少的為錯合物 6。而 EPR 中，xy 方向分裂最明顯的為錯合物 5，推測是因為其 xy 方向貢獻度較錯合物 4，6 多故最明顯。而錯合物 6 比錯合物 4 明顯，推測是因為錯合物 6 的 g1 與 g2 的值相差較多故比較明顯。 (a). (b). (c). Atom. Orbital. Probability. Nickel. dz2. 0.673. dxz. 0.018. dyz. -0.002. dx2-y2. 0.207. dxy. 0.027. Atom. Orbital. Nickel. dz2. 0.687. dxz. 0.033. dyz. 0.013. dx2-y2. 0.246. dxy. 0.021. 53. Probability. (d). (e). (f).

(66) Atom. Orbital. Probability. Nickel. dz2. 0.679. dxz. -0.034. dyz. 0.01. dx2-y2. 0.191. dxy. 0.042. 圖 3-12 a, b, c 分別為錯合物 4,5,6 的電子密度圖，d, e, f 為個別的電子密度數據. 54.

(67) 第三節鎳錯合物與 KO2 之反應性利用與 Potassium superoxide (KO2)反應測試鎳三價錯合物是否可行類似 NiSOD 的反應將其轉化成氧氣並利用 UV-Vis 儀器偵測鎳三價錯合物轉變成鎳二價錯合物的反應趨勢。將錯合物 4 在氮氣下配成濃度為 2*10-4 M (10 mL in MeCN)，在 Box 中秤取莫耳數比錯合物 4 多五十倍的 KO2 (KO2 為黃色粉末，記得不要殘留到旁邊的壁上以免影響偵測) 並加入 UV cell 中以血清塞封好後即可開始偵測。將裝有 KO2 的 UV cell 置於樣品槽，設定好觀測波長後先開始測量再打入 3 mL 的錯合物 4 溶液，趨勢圖如圖 3-13(a)。特徵吸收峰由 370 nm，470 nm 的削弱轉變為 345 nm 的生成，顏色也由淡棕色 (濃度低的關係) 變淡綠色，顯示錯合物 4 變回錯合物 1。錯合物 5 及 6 與 KO2 反應的趨勢圖實驗方法如上述，濃度分別為：3*10-4 以及 2.5*10-4，趨勢圖如圖 3-13(b)和(c)。圖 3-12(b) 特徵吸收峰由 330 nm，370 nm，460 nm 的削弱轉變為 345 nm 的生成，顏色也由淡棕色變淡綠色，顯示錯合物 5 變回錯合物 2。圖 3-13(c) 特徵吸收峰由 300 nm，360 nm，430 nm 的削弱轉變為 340 nm 的生成，顏色也由淡棕色變淡綠色，顯示錯合物 6 變回錯合物 3。由上述結果可知錯合物 4, 5, 6 都可與 KO2 反應，且會回到二價鎳錯 55.

(68) 合物 1, 2, 3。. (a). (b). 56.

(69) (c). 圖 3-13 UV-vis 光譜，鎳錯合物與 KO2 的反應趨勢圖(a) 錯合物 4 (b) 錯合物 5 (c) 錯合物 6. 57.

(70) 第四章結論與展望我們發現此系列的鎳錯合物上推拉電子配位基的修飾會影響整個錯合物的電子結構及氧化還原的能力：推電子基越強，還原電位就越小，旁邊的鍵能越弱；拉電子基越強，還原電位越大，旁邊的鍵能較強。本篇的三種新合成的鎳錯合物：錯合物 1，E1/2 = -0.1815 vs. Fc/Fc+ in acetonitrile；與旁邊配位原子氮的平均鍵長為 2.089(9) Å；錯合物 2， E1/2 = -0.1195 vs. Fc/Fc+ in acetonitrile；與旁邊配位原子氮的平均鍵長為 2.080(1) Å ；錯合物 3，E1/2 = 0.017 vs. Fc/Fc+ in acetonitrile；與旁邊配位原子氮的平均鍵長為 2.061(6) Å 。將鎳錯合物 4，5 及 6 與 KO2 反應後由 UV-vis 偵測得到錯合物 1， 2 及 3，表示其具有與天然 NiSOD 類似的反應性。由江建緯學長提供的 IC50 數據得知 NiH2BDPOMeP 表現最好，且跟鎳錯合物的還原電位有密切相關，趨勢反應出：鎳錯合物的還原電位越小即越容易氧化，其 IC50 的濃度越低及抑制效果越好。由以上結果我們可以推測若以後想繼續發展，整個配位基的構思可往周圍修飾更多推電子基的方向進行。但考慮到鍵能的角度，由於鎳金屬本身二價就已經具有八個 d 軌域電子，若旁邊修飾的配位基提 59.

(71) 供過多電子造成中心金屬與旁邊配位基的鍵能太弱，也是有可能導致鎳二價錯合物的結構就不穩定，進而影響接下來的反應性探討。未來這三種類型的配位基可繼續利用，如： 1. 合成出配位基的氧上都帶有氫及只有一個氧上帶氫的鎳錯合物，將其與 superoxide 反應看會不會產生反應循環，並經由光譜及理論計算證明推測出的反應機構。 2. 三種不同配位基可與其他金屬配位 (如鐵，錳)繼續關於 SOD 的研究，試試看有無與 SOD 相似的反應性。 3. 將以上合成出的錯合物與其他團隊合作，看對生物體有何醫療上的應用性。. 60.

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(74) Hegg, E. L. Inorg. Chem. 2010, 49, 5393. 25. (a) Gale, E. M.; Patra, A. K. ; Harrop, T.C. Inorg. Chem. 2009, 48, 5620–5622 (b) Gale, E. M.; Cowart, D. M.; Scott, R. A.; and Harrop, T.C. Inorg. Chem. 2011, 50, 10460–10471 26. Gale, E. M.; Simmonett, A. C.; Telser, J.; Schaefer, H. F., III; Harrop, T. C. Inorg. Chem. 2011, 50, 9216. 27. Jenkins, R. M.; Singleton, M. L.; Almaraz, E.; Reibenspies, J. H.; Darensbourg, M. Y. Inorg. Chem. 2009, 48, 7280. 28. 江建緯，國立臺灣師範大學博士論文，2011 29. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Scalmani, G.; Barone, V.; Mennucci, B.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Caricato, M.; Li, X.; Hratchian, H. P.; Izmaylov, A. F.; Bloino, J.; Zheng, G.; Sonnenberg, J. L.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Vreven, T.; Montgomery, J. A., Jr.; Peralta, J. E.; Ogliaro, F.; Bearpark, M.; Heyd, J. J.; Brothers, E.; Kudin, K. N.; Staroverov, V. N.; Kobayashi, R.; Normand, J.; Raghavachari, K.; Rendell, A.; Burant, J. C.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Cossi, M.; Rega, N.; Millam, N. J.; Klene, M.; Knox, J. E.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Martin, R. L.; Morokuma, K.; Zakrzewski, V. G.; Voth, G. A.; Sal ,. ,. , ,. ,. J. Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2009 63. ,. , ,. ,.

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(76) 附錄 A NMR 圖譜.

(77) A-1. (R)-ethyl-2-(hydroxybis(4-(trifluoromethyl)phenyl)methyl)pyrrolidine-1-carboxylate 的 1H-NMR (CDCl3)光譜圖.

(78) A-2. (R)-pyrrolidin-2-ylbis(4-(trifluoromethyl)phenyl)methanol 的 1H-NMR (CDCl3)光譜圖.

(79) A-3. ((2S,2'S)-1,1'-(pyridine-2,6-diylbis(methylene))bis(pyrrolidine-2,1-diyl))bis(bis(4-(trifluoromethyl)phenyl)methanol). 的 1H-NMR (CDCl3)光譜圖.

(80) A-4. ((2S,2'S)-1,1'-(pyridine-2,6-diylbis(methylene))bis(pyrrolidine-2,1-diyl))bis(bis(4-(trifluoromethyl)phenyl)methanol) 的 13C-NMR (CDCl3)光譜圖.

(81) A-5. Methyl 4-hydroxypyrrolidine-2-carboxylate hydrochloride 的 1H-NMR (CDCl3)光譜圖.

(82) A-6. (2R,4S)-1-tert-butyl-2-methyl-4-hydroxypyrrolidine-1,2-dicarboxylate 的 1H-NMR (CDCl3)光譜圖.

(83) A-7. (2R,4S)-tert-butyl-4-hydroxy-2-(hydroxybis(4-methoxyphenyl)methyl)pyrrolidine-1-carboxylate 的 1H-NMR (CDCl3)光譜圖.

(84) A-8. (3S,5R)-5-(hydroxybis(4-methoxyphenyl)methyl)pyrrolidin-3-ol 的 1H-NMR (CDCl3)光譜圖.

(85) (3R,3'R,5S,5'S)-1,1'-(pyridine-2,6-diylbis(methylene))bis(5-(hydroxybis(4-methoxyphenyl)methyl)pyrrolidin-3-ol)的 1H-NMR (CDCl3)光譜圖. A-9.

(86) (3R,3'R,5S,5'S)-1,1'-(pyridine-2,6-diylbis(methylene))bis(5-(hydroxybis(4-methoxyphenyl)methyl)pyrrolidin-3-ol)的 13C-NMR (CDCl3)光譜圖. A-10.

(87) 附錄 B X-ray 單晶繞射解析結構及晶體常數.

(88) Ni(BDPOMeP) (1) 的 X-ray 繞射結構 B-1.

(89) Table B-1 Ni(BDPOMeP) (1) 的晶體常數 Identification code. a12966. Empirical formula. C49 H57 N3 Ni O7. Formula weight. 858.69. Temperature. 200(2) K. Wavelength. 0.71073 Å. Crystal system. Orthorhombic. Space group. P 21 21 21. Unit cell dimensions. a = 11.8367(3) Å. = 90°.. b = 14.0345(4) Å. = 90°.. c = 26.0314(9) Å.  = 90°.. Volume. 4324.4(2) Å 3. Z. 4. Density (calculated). 1.319 Mg/m3. Absorption coefficient. 0.505 mm-1. F(000). 1824. Crystal size. 0.34 x 0.28 x 0.20 mm3. Theta range for data collection. 1.56 to 25.03°.. Index ranges. -14<=h<=13, -13<=k<=16, -26<=l<=30. Reflections collected. 22496. Independent reflections. 7486 [R(int) = 0.0284]. Completeness to theta = 25.03°. 99.8 %. Absorption correction. multi-scan. Max. and min. transmission. 0.9058 and 0.8472. Refinement method. Full-matrix least-squares on F2. Data / restraints / parameters. 7486 / 0 / 530. Goodness-of-fit on F2. 1.031. Final R indices [I>2sigma(I)]. R1 = 0.0412, wR2 = 0.1109. R indices (all data). R1 = 0.0477, wR2 = 0.1153. Absolute structure parameter. 0.016(12). Largest diff. peak and hole. 0.610 and -0.695 e.Å -3. B-2.

(90) NiBDPOMePOH (2) 的 X-ray 繞射結構 B-3.