二席夫鹼雙亞硝基鐵錯合物之鑑定及其反應性

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(1)國立台灣師範大學化學系碩士論文. 二席夫鹼雙亞硝基鐵錯合物之鑑定及其反應性. Characterization and Reactivities of Dinitrosyliron Complexes with Bis-Schiff Bases. 研究生：林耘瑄. 指導教授：李位仁博士. 中華民國一百零二年七月.

(2) 目錄目錄............................................................................................................. I 圖引索.......................................................................................................III 表引索...................................................................................................... VI 謝誌......................................................................................................... VII 中文摘要................................................................................................ VIII Abstract ...................................................................................................... X 第一章緒論 .............................................................................................1 1-1 一氧化氮在生物體之重要性 ......................................................1 1-2 一氧化氮在生物體內的儲存及運輸方式 ..................................2 1-3 含氮之 DNICs .............................................................................10 1-4 過氧化亞硝酸根陰離子(peroxynitrite, ONOO−).......................14 第二章實驗部分 ....................................................................................16 2-1 實驗儀器及條件 .........................................................................16 2-3 鐵錯合物之合成與鑑定 ............................................................22 2-4 雙亞硝基鐵錯合物之合成與鑑定 ............................................24 2-5 錯合物之氧化反應性 .................................................................28 第三章結果與討論 ................................................................................31 3-1 配位基之設計概念 .....................................................................31 I.

(3) 3-2 不對稱配位基之設計概念 .........................................................49 3-2-2 金屬錯合物 3、4 與 5 之紅外線吸收光譜比較 .............53 3-2-3 金屬錯合物之電化學性質探討 .......................................53 3-2-4 錯合物 3 與氧氣之反應 ...................................................56 3-2-5 錯合物 3 與氧化劑之反應 ...............................................57 第四章結論.............................................................................................61 參考文獻...................................................................................................62 附錄...........................................................................................................64. II.

(4) 圖引索. 圖 1-2 Cys-NO 及 GSNO 之結構 ..............................................................3 圖 1-3 DNICs 與 RREs 之結構 ................................................................4 圖 1-4 RSNO 與 Fe2+形成 DNICs 與 RREs ..............................................5 圖 1-5 HiPIP 與 NO 反應導致蛋白質降解過程 ......................................6 圖 1-7 小分子雙亞硝基鐵錯合物 ............................................................8 圖 1-8 含硫之 DNICs 與 RREs 之間的轉換 ...........................................9 圖 1-9 含氧之 DNICs 與 RREs 之轉換 .................................................10 圖 1-10 [(Ar-nacnac)Fe(NO)2]之還原機制 ............................................ 11 圖 1-11 六配位與四配位 DNICs 之轉換 ...............................................12 圖 1-12 (TMEDA)Fe(NO)2 灌入 O2 之 UV 及 IR .................................12 圖 1-13 (TMEDA)Fe(NO)2 灌入 O2 之 EXAFS ....................................13 圖 1-14 (TMEDA)Fe(NO)2 灌入 O2 後將 phenol nitration ...................13 圖 1-15 過氧化亞硝酸根陰離子之生成 .................................................14 圖 1-16 酪胺酸硝基化 ............................................................................15 圖 3-1 (A) NIR 的三種氧化還原態(B) BIAN 的三種氧化還原態 .......31 圖 3-2 [Ti(dmp-BIANisq)3]之結構及其 CV 圖譜 ....................................32 圖 3-3 兩種對稱之二亞胺配位基 ...........................................................32. III.

(5) 圖 3-4 雙亞硝基鐵錯合物合成的途徑 ...................................................33 圖 3-5 [PPN][Fe(CO)3(NO)]與 NOPF6 反應之紅外吸收光圖譜監測 ...34 圖 3-7 (L2)Fe(NO)2 (2)之 X-ray 結構解析圖(省略氫原子)..................36 圖 3-8 (L1)Fe(NO)2 (1)和(L2)Fe(NO)2 (2)之紅外線光譜圖 ...................38 圖 3-9 文獻上 DNICs 在 THF 溶液下所測得的 IR 吸收位置 ..............39 圖 3-10 錯合物 1 在 CH3CN 下之 CV 圖譜(掃描速率為 25 mV/s) .....41 圖 3-11 錯合物 1 在 THF 下之 CV 圖譜(掃描速率為 25 mV/s) ..........41 圖 3-12 錯合物 2 在 CH3CN 下之 CV 圖譜(掃描速率為 25mV/s) ......42 圖 3-13 錯合物 2 在 THF 下之 CV 圖譜(掃描速率為 25 mV/s) ..........43 圖 3-14 錯合物 2 加入 KC8 還原反應 ....................................................44 圖 3-15 還原態錯合物 2 的 EPR 圖譜 (A) M[(L2)Fe(14NO)2]；(B) M[(L2)Fe(15NO)2] (M = K+-18-c-6) ..........................................................45 圖 3-16 錯合物 1 在−80 ºC 下與氧氣反應之 UV/VIS 吸收光譜圖 .....47 圖 3-17 錯合物 2 在−80 ºC 下與氧氣反應之 UV/vis 吸收光譜圖 .......48 圖 3-18 不對稱之亞胺配位基 .................................................................49 圖 3-19 (L3)Fe(NO)2 (3)之 X-ray 結構解析圖(省略氫原子)................50 圖 3-20 [Fe(L4)3](BF4)2 (4′)之 X-ray 結構解析圖(省略氫原子) ..........52 圖 3-21 錯合物 3、4、5 之紅外線吸收光譜圖 ....................................53 圖 3-22 錯合物 3(實線)與錯合物 1(虛線)在 CH3CN 下之 CV 圖譜 ...55. IV.

(6) 圖 3-23 錯合物 3(實線)與錯合物 2(虛線)在 CH3CN 下之 CV 圖譜 ...55 圖 3-24 錯合物 3 在 THF 下之 CV 圖譜 ................................................56 圖 3-26 錯合物 3 在−80 ºC 下與氧氣反應之 UV/Vis 吸收光譜圖 ......57 圖 3-27 錯合物 3 在−80 ºC 下與氧化劑反應之 UV/Vis 吸收光譜圖 ..58 圖 3-28 文獻及本論文代表性 DNICs 之紅外吸收光譜整理 ...............60. V.

(7) 表引索. 表 1-1 一氧化氮合成酶之三種型態與生理作用 .....................................2 表 1-2 生物中不同種類之 protein-bound DNICs 與 EPR .......................7 表 3-1 錯合物 1 之鍵長鍵角 ...................................................................35 表 3-2 錯合物 2 之鍵長鍵角 ...................................................................37 表 3-3 錯合物 2 與其還原產物之鍵長[Å ]比較 .....................................46 表 3-4 錯合物 3 與其還原產物之鍵長[Å ]比較 .....................................50. VI.

(8) 謝誌. 感謝指導教授李位仁老師兩年來在學業知識上的指導，以及教導我們做人處事的態度，均讓我受益良多。再感謝廖文峯、洪正雄教授抽空為我口試，以及對論文中的不吝指正與寶貴意見。授業期間，感謝皓晴學長殷殷教誨並指導研究重點，使得本論文得以順利完。感謝汪子立學長、江建緯學長、yk、佩真學姊、毓旂學長、柏毅學長在實驗中的指導；同學玟季、淑如、彥甫、其翊、昱辰平常在公務及實驗上的幫忙，並且相互加油及打氣；還有學弟妹虹伶、俊傑、于凡、嘉宏、韋宏在公務上的分擔。最後感謝我的家人支持與鼓勵，讓我在學業上無後顧之憂，才能完成碩士學位，謝謝你們。. VII.

(9) 中文摘要. 一氧化氮具有多種生理上的功能，可以調節免疫系統、使平滑肌細胞放鬆。雙亞硝基鐵錯合物在生物系統中被視為負責儲存和傳遞一氧化氮。利用[L1 = N,N’-(2,6-diisopropylphenyl)-2,3-dimethyl- 1,4-diaza-1,3butadiene]配位基，可合成錯合物L1Fe(NO)2 (1)並確認結構。經由遠紅外線光譜儀偵測可得νNO = 1674, 1714 cm-1兩支吸收峰。錯合物1為深紫色，是因為Fe-NO電荷轉移(λmax = 550, 924 nm)所致。類似物 L2Fe(NO)2. (2). [L2. =. N,N’-(2,6-diisopropylphenyl)bis(imino)-. acenaphthene]也被合成出來。由於錯合物2共軛骨架的影響造成遠紅外線吸收峰在1690, 1723 cm-1以及紫外/可見光吸收峰位移到λmax = 582, 1037 nm。錯合物1和2皆為空氣敏感物質，在−80 oC有氧氣的條件下，錯合物1及2的特徵吸收峰會逐漸減小，過程中沒有捕捉到含過氧化亞硝酸根的中間產物。因此，針對配位基進行修飾，選用2-吡啶甲醛以降低配位基的立體障礙、並增加配位基的電子密度。各種不同提供能力的配位基之雙亞硝基鐵錯合物[L3Fe(NO)2] (3), [L4Fe(NO)2] (4), [L5Fe(NO)2] (5) [L3 = 2,6-Diisopropyl-N-((pyridine-2-yl)methylene) benzenamine, L4 = N,N-dimethyl-N-(pyridine-2-ylmethylene)benzene1,4-diamine, L5 = N-(2-pyridyl-methylene)-4-fluorophenylamine]被一一. VIII.

(10) 合成。在氧氣存在的環境，錯合物3的紫外/可見光吸收峰的強度在−80 o. C下逐漸減弱。我們推測在雙亞硝基鐵錯合物中，若配位基上的氮屬. 於sp2混成時，電子供給能力比配位基含sp3混成還弱，因此，在所合成的雙亞硝基鐵錯合物與氧氣的反應中，無法觀察到過氧化亞硝酸根中間體的生成。. 關鍵字：一氧化氮、雙亞硝基鐵錯合物、過氧化亞硝酸根陰離子. IX.

(11) Abstract. Nitric oxide (NO) has versatile physiological functions including immune system regulation, and smooth muscle relaxation. It has been suggested that dinitrosyliron complexes (DNICs) is responsible for storage and transport of NO in biological systems. Dinitrosyliron complex, L1Fe(NO)2 (1) (L1 = N,N’-(2,6-diisopropylphenyl)-2,3-dimethyl-1,4diaza-1,3-butadiene), was synthesized and structurally characterized. Two characteristic IR absorption bands (νNO = 1674, 1714 cm-1) were observed in the THF solution of 1. Complex 1 has intensive purple color due to the absorption of Fe-NO charge transfer transition (λmax = 550, 924 nm). An analogous, L2Fe(NO)2 (2) (L2 = N,N’-(2,6-diisopropylphenyl)bis(imino)acenaphthene), was also synthesized. Infrared (1690, 1723 cm-1) and UV/vis absorptions (λmax = 582, 1037 nm) of 2 indicate the electronic influence of L2 from its conjugated backbone. Both 1 and 2 are air-sensitive. In the presence of O2, UV-vis absorption bands of 1 and 2 gradually diminish even below −80 oC. In the process, catch peroxynitrite intermediate was not observed. Hence, we manage to modify ligands which employing 2-pyridinecarboxaldehyde for reducing the steric hindrance and strengthening electron density of ligands. The L3Fe(NO)2 (3), L4Fe(NO)2 (4), and L5Fe(NO)2 (5) (L3 = 2,6-diisopropyl-N((pyridine-2-yl)methylene)benzenamine, L4 = N,N-dimethyl-N-(pyridine2-ylmethylene)benzene-1,4-diamine, L5 = N-(2-pyridylmethylene)-4fluorophenylamine) containing differential electron donating. ligands. was synthesized. In the presence of O2, UV-vis absorption bands of 3 also. X.

(12) diminish below −80 oC. We speculate that the prepared DNICs containing sp2 nitrogen donor ligands which possess less electron-donating ability than that of sp3 nitrogen donor ligands. Therefore, no peroxynitrite intermediate were observed in the reactions of the prepared DNICs and O2.. Key: DNICs, peroxynitrite, nitric oxide. XI.

(13) 第一章. 緒論. 1-1 一氧化氮在生物體之重要性一氧化氮(nitric oxide, NO)在 1980 年以前，被視為一種空氣汙染物，不僅會破壞臭氧層、並且會轉化成硝酸而導致酸雨。然而在 1980 年之後，研究學者發現內皮細胞釋放一種內皮放鬆因子(endotheliumderived relaxing factor, EDRF) 1，使得血管平滑肌放鬆、血管擴張。之後，科學家證實 EDRF 即是一氧化氮，具有調控如此重要的細胞功能 2. 。此重大發現讓科學家開始對一氧化氮逐漸重視，並且投入大量研. 究，近年也發現一氧化氮參與了很多生理及病理過程，可以使血管擴張、抑制血小板的凝聚、抑制平滑肌細胞的增生、調節細胞凋亡、亦是神經傳導物質之一 3。生物體內一氧化氮的生成是由一氧化氮合成酶 (Nitric Oxide Synthases, NOS)，在 NADPH 及氧氣存在下，可將 L-arginine 催化成 L-citrulline，並釋放一氧化氮，其反應如下圖. 圖 1-1 一氧化氮合成酶催化機制. 1. 4, 5. 。.

(14) 依一氧化氮合成酶(NOS)的功能，可分為 nNOS、iNOS、eNOS 這三種不同的異構物：(1)神經細胞一氧化氮合成酶(neuronal NOS, nNOS)，位於神經突觸細胞及骨骼肌等，一氧化氮可作為神經傳遞因子，與記憶形成及學習等有關；(2)誘導性一氧化氮合成酶(inducible NOS, iNOS)，位於巨噬細胞中或平滑肌細胞中，當有外來病原體入侵時，會釋放出大量 NO 來殺死病原體，與免疫系統反應有關，也可促進膠原合成及血管生成；(3)內皮細胞一氧化氮合成酶(endothelial NOS, eNOS)，存在於血管內皮細胞中和其他組織中，與血管舒張有關. 4,. 6,39. 。. 表 1-1 一氧化氮合成酶之三種型態與生理作用 6. 1-2 一氧化氮在生物體內的儲存及運輸方式一氧化氮為一自由基分子，半衰期極短，大約只有 7 秒鐘 7。若直接暴露於生物體內，容易與體內的氧氣或超氧化物(O2−)反應，形成 N2O 和 OONO− (peroxynitrite) 8，這些物質則會導致細胞凋亡、癌症. 2.

(15) 等疾病。因此目前認為 NO 在生物體中無法單獨以自由基方式存在。近年來，發現生物體內之 NO 是以兩種形式儲存及傳遞，分別是 S-nitrosothiols (RSNO) 9，和 Dinitrosyl iron complexes (DNICs) 10。針對 RSNO 及 DNICs 的介紹如下： 1. RSNO： RSNO 為有機形式的 NO 攜帶者，可在人體的血漿、血小板…等偵測到此類分子，當發炎時可被測得的濃度更高。較常見為 Cys-NO 和 GSNO (GS = glutathione) 9。. 圖 1-2 Cys-NO 及 GSNO 之結構. 2. DNICs：此一類的 NO 攜帶者，是以雙亞硝基鐵為本體，並由額外兩個配位基所支持，形成四配位之錯合物。天然的 DNICs，鐵原子通常配位於含硫的胺基酸殘基上，而文獻上也曾有以含氮或氧的胺基酸殘基配位的例子. 9, 10. 。由於一氧化氮接上過渡金屬，會表現出 delocalization. 的特性，因此無法切確定義金屬的價數，必須使用 Enemark-Feltham notation 來描述其電子組態 11。因此 DNICs 之電子組態均以{Fe(NO)2}n 表示，其中 n 代表金屬 d 軌域電子數以及一氧化氮 π*軌域電子數的 3.

(16) 總和 12。另外 dimeric DNICs，在結構中具有兩個{Fe(NO)2}核心，稱作 RREs (Roussin’s Red Esters)，具有逆磁性特性，故無 EPR 訊號。. 圖 1-3 DNICs 與 RREs 之結構. DNICs 在生物體中作用的形式又可依分子量，區分為兩類： (1) Protein-bound DNICs (2) Low molecular weight DNICs (LMW DNICs)。通常 LMW DNICs 較 protein-bound DNICs 更不穩定，容易釋放出 NO。一般認為 protein-bound DNICs 為 NO 儲存形式； LMW-DNICs 為 NO 運輸形式。根據文獻(圖 1-4)，得知 RSNO 可作為 NO donor，當與 Fe2+反應時，RSNO 中 S–N 會先斷裂，生成SR 和NO，兩種自由基再進一步與 Fe2+反應，形成 DNIC 與 RRE。其中 DNIC 與 RRE 可藉由過量的 RSNO、RSH 以及氧化反應，互相轉換. 13. 。藉由此結果得知，DNIC. 存在體內之穩定性和環境中氧氣濃度、硫醇類濃度有極大的關係。另外 DNICs 也可轉換回 RSNO (圖 1-4)。. 4.

(17) 圖 1-4 RSNO 與 Fe2+形成 DNICs 與 RREs 12. Protein-bound DNICs 一氧化氮具有高度反應性，容易與生物體內[Fe-S] cluster 之金屬蛋白作用，將其降解成 protein-bound DNICs，並且在 EPR g~2.03 有 DNICs 的特徵吸收訊號，同時蛋白質活性被抑制。體內含鐵硫簇的蛋白質包括：琥珀酸脫氫酶 (succinate dehydrogenase) 、固氮酵素 (nitrogenase) 、琥珀酸-Q 還原酶 (succinate-Q reductase) 、粒線體烏頭酸酶 (mitochondrial aconitase) 、胞質順烏頭酸酶 (cytosolic aconitase) 、高電位鐵硫蛋白質 (HiPIP) 、第三型核酸內切酶 (endonuclease III)等 14。 Cowan 教授將 Chromatium vinosum 光合細菌的高電位鐵硫蛋白質(high-potential iron protein, HiPIP)分離並與 NO donor (diethylamine NONOate)反應，將產物藉由 EPR 觀測有 g~2.03 的特徵峰，得知含鐵硫蛋白質被降解成 protein-bound DNICs。同時整個蛋白質也從折疊， 5.

(18) 轉變成未摺疊狀態，導致鐵硫蛋白質功能喪失。所以 DNICs 可視為保護細胞方式 15。. 圖 1-5 HiPIP 與 NO 反應導致蛋白質降解過程 15. 大腸桿菌中的同型二聚體(homodimeric)蛋白 SoxR，被認為具防禦之功能，擁有[2Fe-2S] cluster，是氧化還原敏感物質。當大腸桿菌中有較多的一氧化氮時，[2Fe-2S] cluster 會被修飾，從 inactive form (Fe3+/Fe2+)轉變為 active form (Fe3+/Fe3+)。當 SoxR 被活化後，會使 SoxS 基因大量轉錄使得大量生成 SoxS 蛋白，而 SoxS 蛋白會再使 SoxRS 基因轉錄，所得之金屬蛋白質可消除一氧化氮 16。. 6.

(19) 圖 1-6 大腸桿菌中 SoxR 與一氧化氮反應之過程 16. 生物體中不同種類之 protein-bound DNICs 的例子如下，其配位環境分別由 S、N、O 所組成，並且在 EPR 上分別有特徵訊號(表 1-2)。表 1-2 生物中不同種類之 protein-bound DNICs 與 EPR. 小分子 DNICs (Low molecular weight DNICs) DNICs 的配位基可由氮，硫或氧所組成，分子量較蛋白質小。至今，已有多種 LMW DNICs 被合成出來(圖 1-7)，依據配位基的不同， 7.

(20) 使得{Fe(NO)2} core 有不同氧化態及 EPR 訊號。以下分別針對硫、氧、氮的 DNICs 作介紹 11, 17, 18, 19。. 圖 1-7 小分子雙亞硝基鐵錯合物. 1. 配位基為 SR−，為典型且多數的 DNICs，其電子結構為{Fe(NO)2}9，並具有特徵 EPR 訊號 g 值為 2.03。當典型的 DNICs 經過還原，會導致兩個(SR−)橋接兩個{Fe(NO)2}9 核心，形成[Fe(μ-SR)(NO)2]2 稱為 RRE，由於兩個核心的鐵離子會有 antiferromagnetic coupling 的現象，故 EPR 上無訊號。以下面為例：廖文峯教授在 2012 年文獻中(圖 1-8)，選用 t-butylthiol 配位基接與 DNICs，得到[(StBu)2Fe(NO)2]−，其電子結構為{Fe(NO)2}9，藉由添加 1 當量的 KC8 還原，形成[PPN]2[Fe(μ-SR)(NO)2]，此 dianionic reduced RREs 電子結構為{Fe(NO)2}10{Fe(NO)2}10；添加 0.5 當量的還原劑，. 8.

(21) 則有[PPN]2[Fe(μ-SR)(NO)2]– 之形成，屬於{Fe(NO)2}10{Fe(NO)2}9 的 reduced RREs 。而 RREs 可再經由氧化劑的添加再氧化回 [(StBu)2Fe(NO)2]。此結果顯示，生物體內[Fe-S]蛋白 nitrosylation 過程中，{Fe(NO)2}10{Fe(NO)2}9 reduced RREs，{Fe(NO)2}10{Fe(NO)2}10 是有機會存在 20。. 圖 1-8 含硫之 DNICs 與 RREs 之間的轉換 20. 2. 配位基為 OR−，電子結構為{Fe(NO)2}9，並具有特徵 EPR 訊號 g 值為 2.03。其還原之結果與典型含硫的 DNICs 類似，兩個(OR−)橋接兩個{Fe(NO)2}9 核心，形成[Fe(μ-OR)(NO)2]2。由於兩個核心的鐵離子會 antiferromagnetic coupling 的情形，故 EPR 上無訊號。以下面為例：將以 phenolate 所形成之{Fe(NO)2}9 的 DNICs(圖 1-9) 20，選用 KC8 還原，電子結構會轉變成{Fe(NO)2}10{Fe(NO)2}10 的 RSSR，形成兩個 Fe(NO)2 core。又在 DNIC 或 RSSR 添加 t-butylthiol，此時因為 SR−. 9.

(22) 電子貢獻能力較 OR−來的強，並且為較 soft donor 配位基，因此硫基團會容易取代氧基團，形成更穩定的 DNICs。. 圖 1-9 含氧之 DNICs 與 RREs 之轉換 20. 1-3 含氮之 DNICs 文獻上，以氮(NR)為配位基通常較少見，其電子結構為中性 {Fe(NO)2}10，EPR 上沒有訊號。若是為 NR−之配位基形成的 DNICs，則電子結構為{Fe(NO)2}9，並具有特徵 EPR 訊號 g 值為 2.03。以下面為例：文獻上(圖 1-10)，Lippard 教授選用 β-diketiminate 配位基，以 Li 將配位基還原後，與 [PPN][FeI2(NO)2] 起始物反應，得到 [(Ar-nacnac)Fe(NO)2]的產物，與起始物同為{Fe(NO)2}9 之電子組態。以 Cp*2Co 可將此 DNIC 還原，得到{Fe(NO)2}10 組態的[TBA][(Arnacnac)Fe(NO)2]。[TBA][(Ar-nacnac)Fe(NO)2]在空氣下會發生單電子 10.

(23) 氧化，恢復成較穩定的[(Ar-nacnac)Fe(NO)2]。為了探討兩錯合物 NO 轉移的過程，利用 [FeII(TPP)Cl] 作為 NO 接受者。結果顯示 [(Ar-nacnac)Fe(NO)2] 在升溫或光照的條件下，會進行交換生成 [FeII(NO)TPP]及氯離子配位的 MNIC；而[TBA][(Ar-nacnac)Fe(NO)2] 在反應中會先進行電子轉移，再發生上述 NO 的交換。由上述結果可知，DNIC 核心電子密度較多時，容易直接進行電子轉移，優先於 NO 的轉移 21。. 圖 1-10 [(Ar-nacnac)Fe(NO)2]之還原機制 21. 廖文峯教授在低溫下合成出六配位的 neutral {Fe(NO)2}9 錯合物 (圖 1-11)，[(1-MeIm)2(η2-ONO)Fe(NO)2] (1-MeIm = 1-methylimidazole)，並在 EPR 上有觀測 g = 2.013 有訊號產生，有別以往四配位 DNICs， g 值為 2.03。藉由變溫實驗，發現六配位 DNIC 會轉換成四配位之 [(HIm)(ONO)Fe(NO)2] (HIm = limidazole)，而且彼此之間會相互轉換。再經由 X-ray 繞射分析以及 EPR 證實 22。由結果顯示六配位之 DNICs 有機會存在於生物體內，但因熱力學不穩定，會迅速轉變成四配位 DNICs，因此通常只能捕捉四配位 DNICs。. 11.

(24) 圖 1-11 六配位與四配位 DNICs 之轉換 22. Kim 教授在 2012 年文獻. 23. ，選用廖文峯教授所開發 neutral. {Fe(NO)2}10 的 (TMEDA)Fe(NO)2 (TMEDA = N,N,N’,N’-tetramethylethyleneduamune)，其配位基為兩個 N donor。並且在−80 ºC 下與氧氣反應，由 UV 光譜中 560 (580)、460 (420) nm 有新訊號生成，另外紅外線吸收光圖譜中 NO 訊號，由灌入氧氣前 1630、1687 cm−1，轉變為 1589、1805 cm−1。其中 1589 cm−1 與文獻上過氧化亞硝酸根陰離子中 N=O 訊號類似(圖 1-12)。. 圖 1-12 (TMEDA)Fe(NO)2 灌入 O2 之 UV 及 IR 23. 再經由 EXAFS 推估中心鐵為五配位(圖 1-13)，為過氧化亞硝酸錯合物 [(TMEDA)Fe(NO)(ONOO)]形成。接著利用生物體中過氧化亞 12.

(25) 硝酸根陰離子將酪胺酸蛋白質硝酸化的概念，添加類似酪胺酸蛋白質結構的 2,4-二第三丁基酚(2,4-tret-butylphenol, DBP)，藉由 GC 偵測硝化後的產物(56%)，證實的確有過氧化亞硝酸根陰離子中間產物的生成(圖 1-14)。此項結果發現，DNICs 在生物體內不僅單作為 NO 的儲存及傳遞，另外在氧氣存在下形成過氧化亞硝酸根陰離子，可能在生物體中扮演其他生理上的功能，更值得去探討。. 圖 1-13 (TMEDA)Fe(NO)2 灌入 O2 之 EXAFS 23. 圖 1-14 (TMEDA)Fe(NO)2 灌入 O2 後將 phenol nitration 23. 13.

(26) 1-4 過氧化亞硝酸根陰離子(peroxynitrite, ONOO−) 當一氧化氮與超氧陰離子(superoxide anion, O2−)接觸，會很快速結合形成具有強氧化能力的 ONOO− 24。. 圖 1-15 過氧化亞硝酸根陰離子之生成. ONOO−為極不穩定的高反應性含氧物種，活性大於 O2−和 NO，因此對生物體所造成之傷害更為嚴重。ONOO−半衰期為一秒鐘，因此可以擴散數個毫米，甚至通過細胞膜，和巨大生物分子反應，造成脂質、蛋白質、DNA 之傷害. 25. 。例如：攻擊粒線體電子傳遞，造成. DNA 與酵素損害，破壞細胞膜完整性，與細胞凋亡(apoptosis) 26。另外 ONOO−有較高之 PK 值，一旦和酸結合後會釋出OH 和NO2。OH 會造成脂質氧化，胺基酸殘基發生芳香環的羥基化(hydroxylation) 27. 。. ONOO−可直接與硫醇反應，產生硫醇的二聚物。而且在過渡金屬的催化下，可對芳香族進行硝基化反應(圖 1-16)。研究報告指出. 14.

(27) ONOO−對酪胺酸(tyrosine)進行硝化的反應，會對生理組織造成傷害，如動脈粥樣硬化病變(atherosclerosis lesion)，可由偵測體內 3-硝基酪胺酸的含量來判斷，因此被當為生物指標(biomarker) 40。. 圖 1-16 酪胺酸硝基化 27, 28. 15.

(28) 第二章實驗部分 2-1 實驗儀器及條件 1. 一般實驗空氣敏感實驗，一律使用 Schlenk technique 或在 MBRAUN Unilab-B 的手套箱下操作。 2. 實驗儀器 (1) 核磁共振光譜儀(Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR) 使用 Burker AVANCE 400 NMR 型儀器。樣品以氘代氯仿 (chloroform-d1)、氘代丙酮(acetone-d6)、及氘代乙腈(acetonitrite-d3) 為溶劑。化學位移單位為 ppm，以溶劑峰為準。氘代氯仿 δ = 7.26、氘代丙酮 δ = 2.05 及氘代乙腈 δ = 1.94。1H NMR 分裂定義如下：單峰(s)；雙峰(d)；三重峰(t)；四重峰(q)；七重峰(sept)：多重峰(m)。耦合常數以 J 表示，單位是 Hz。 (2) 紅外線光譜儀(Infrared Spectrometer, IR) 使用 Perkin-Elmer Spectrum RX 及 Perkin-Elmer Spectrum Paragon 500 型儀器。使用 KCl 鹽片的密封型樣品槽。 (3) X-光單晶結構繞射儀(X-Ray diffractometer) Bruker Enraf-Nonius Kappa APEX II 單晶繞射儀及 Bruker Kappa. 16.

(29) APEX II 單晶繞射儀。委由台灣師範大學貴儀中心郭頂審先生代為收集繞射點數據及解析結構。 (4) 紫外光/可見光光譜儀(Ultraviolet/Visible spectrometer, UV/vis) 使用 Agilent 8453 型儀器測定，樣品盛裝於光鏡 1.00 cm 之石英樣品槽。在低溫測定條件時，樣品槽搭配低溫恆溫器(Cryostat for Spectro Photometer USP- 203A)並以液態氮進行冷卻。 (5) 循環伏安儀(Cyclic voltammetry, CV) 使用 CHI611D 型儀器。採用三電極系統，工作電極為玻璃碳電極，參考電極為銀絲，輔助電極為白金絲。以 0.1 M [nBu4N][PF6]為電解質。 (6) 元素分析儀(Elemental Analyzer) Heraeus varioIII-NCH Analyzer，委由台灣大學貴儀中心陸靖蔚小姐代為測定。 3. 溶劑之前處理所使用之無水溶劑，是經由適當的除水試劑處理或通過 MBRAUN MB-SPS-Compact 溶劑純化系統，並在氮氣環境下收集。如下： (1) 甲醇(Methanol, MeOH)：於氮氣下加入鎂粉(Mg)和碘(I2)乾燥，直至溶液呈鐵灰色，蒸餾使用。. 17.

(30) (2) 四氫呋喃(Tetrahydrofuran, THF)：於氮氣下經鈉金屬乾燥，以二苯酮(Benzophenone)為指示劑，待溶液成紫色再蒸餾取用。 (3). 戊烷 (Pantane) ：於氮氣下經鈉金屬乾燥，以二苯酮 (Benzophenone)為指示劑，乙二醇二甲醚(ethylene glycol dimethyl ether)為助溶劑，待溶液成紫色再蒸餾取用。. 2-2 配位基之合成及鑑定 N,N’-(2,6-diisopropylphenyl)-2,3-dimethyl-1,4-diaza-1,3-butadiene (L1) 29. 秤取 2,6-diisopropylaniline (4.20 mL, 22.0 mmol)和 2,3-butanedione (1.1 mL, 11.1 mmol)於 100 mL 圓底瓶，加入 50 mL MeOH 攪拌溶解，再加入 10 滴催化量的甲酸(95%)反應。反應 1 天後，可見淡黃色晶狀固體析出。將黃色固體以抽氣過濾與反應溶液分離，並用適量冰 MeOH 潤洗。待固體乾燥後，使用 EtOAc 於常溫下再結晶，可得淡黃色針狀晶體 3.56 g (80%)，mp = 98.5–99.6 ºC。1H NMR (400 MHz, d6-Acetone) δ 7.19 (d, J = 7.6 Hz, 4H), 7.08 (t, J = 7.2 Hz, 2H), 2.78 (sept, J = 6.8 Hz, 4H), 2.09 (s, 6H), 1.20 (d, J = 6.8 Hz, 12H), 1.15 (d, J = 6.8 Hz, 12H).. 13. C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 169.0, 147.1, 135.6, 124.7,. 18.

(31) 123.8, 29.2, 23.4, 22.9, 16.7. FT-IR (THF soln.): 1435, 1471, 1590, 1643 cm-1. N-(2,6-diisopropylphenyl)imino]acenaphthene (L2) 30. 秤取 2,6-diisopropylaniline (1.90 mL, 10.0 mmol) 和 acenaphthenequinone (0.9108 g , 5.0 mmol)於 100 mL 雙頸瓶，加入 45 mL CH3CN 及 8 mL acetic acid (97%)攪拌，在油浴鍋內加熱迴流 2 小時。降溫後將溶劑抽少，會有橘色固體析出，抽氣過濾後，以冰 n-hexane 潤洗。待固體乾燥後，使用 CH2Cl2 於常溫下再結晶，可得橘色結晶 2.002 g (80%)，mp = 267.5–269.0 ºC。1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.89 (d, J = 8.2 Hz, 2H), 7.38 (t, J = 7.7 Hz, 2H), 7.29(6H), 6.65 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 3.05 (m, 4H), 1.25 (d, J = 6.7 Hz, 12H), 0.99 (d, J = 6.8 Hz, 12H). 13. C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 161.1, 147.5, 140.9, 135.5, 131.2, 129.6,. 129.0, 127.9, 124.4, 123.6, 123.5, 28.7, 23.5, 23.2,. FT-IR (THF soln.): 1590, 1641, 1667 cm-1.. 19.

(32) 2,6-diisopropyl-N-((pyridine-2-yl)methylene)benzenamine (L3). 秤取 2,6-diisopropylaniline (0.94 mL, 5.0 mmol) 和 2-pyridinecarboxaldeyde (0.48 mL, 5.05 mmol)於 50 mL 雙頸瓶，加入 25 mL EtOH 進行縮合反應。油浴加熱迴流 2.5 小時，移除溶劑可得褐色的油狀物 1.335 g (L3, 100%)。1H NMR (400 MHz, d6-Acetone) δ 8.73 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 8.29 (s, 1H), 8.28 (s, 1H), 7.98 (td, J = 7.6, 1.2 Hz, 1H), 7.54 (ddd, J =7.36, 4.9, 0.8 Hz 1H), 7.19 (d, J = 0.8 Hz, 1H), 7.10 (dd, J = 8.4, 6.7 Hz, 2H), 2.96 (quintet, J = 6.8 Hz, 2H),1.15 (d, J = 6.8 Hz, 12H). 13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 164.5, 155.3, 150.7, 149.6, 137.8, 137.7, 126.5, 125.3, 123.9, 121.6, 28.7, 22.9. FT-IR (THF soln.): 1567, 1585, 1642 cm-1. N,N-dimethyl-N-(pyridine-2-ylmethylene)benzene-1,4-diamine (L4) 31. 20.

(33) 取 N,N-dimethyl-1,4-phenylenediamine (600 mg, 4.4 mmol) 和 2-pyridinecarboxaldeyde (0.44 mL, 4.4 mmol)於 25 mL 雙頸瓶，加入 6 mL EtOH 進行縮合反應。在油浴鍋內加熱迴流 30 分鐘，降溫後將溶劑移除。用冰 EtOAc 潤洗固體，可得深綠色的固體 0.9934 g (L4, 100%)， mp = 91.5–93.0 ºC。1H NMR (400 MHz, d6-Acetone) δ 8.66 (d, J = 4.7 Hz, 1H), 8.62 (s, 1H), 8.18 (d, J = 7.9 Hz, 1H), 7.86 (t, J = 7.6 Hz, 1H), 7.39 (ddd, J = 7.3, 4.8, 1.1 Hz, 1H), 7.36 (dd, J = 8.8, 2.2 Hz, 2H), 6.79 (dd, J = 8.8, 2.2 Hz, 1H), 2.99 (s, 12H). 13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 156.7, 156.0, 151.3, 150.4, 140.3, 137.2, 125.2, 123.6, 121.2, 113.5, 40.6. FT-IR (THF soln.): 1516, 1598, 1595, 1623 cm-1. N-(2-pyridylmethylene)-4-fluorophenylamine (L5) 32. 取 4-fluoroaniline (0.19 mL, 2 mmol)和 2-pyridinecarboxaldeyde (0.19 mL, 2 mmol)於 25 mL 雙頸瓶，並加入 6 mL EtOH 進行縮合反應。反應 6 小時，移除溶劑可得白黃色的固體 0.4004 g (L5, 100%)，mp = 51.5–52.7 ºC。1H NMR (400 MHz, d6-Acetone) δ 8.71 (d, J = 4.9 Hz, 1H), 8.59 (s, 1H), 8.20 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.92 (td, J = 7.8, 1.6 Hz, 1H), 7.48. 21.

(34) (ddd, J = 7.5, 4.9, 1.3 Hz, 1H), 7.40 (dd, J = 8.9, 4.9 Hz, 2H), 7.2 (t, J = 8.9 Hz, 2H). 13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 162.4 (d, 1JC-F = 243.8 Hz), 161.6, 155.6, 150.6, 148.2 (d, 4JC-F = 2.9 Hz), 137.5 120.2, 123.8 (d, 3JC-F = 8.5 Hz), 121.8, 116.7 (d, 2JC-F = 22.7 Hz). FT-IR (THF soln.): 1504, 1568, 1584, 1631 cm-1.. 2-3 鐵錯合物之合成與鑑定 [PPN][Fe(CO)3(NO)]的合成 33：秤取 NaNO2 (0.3450 g, 5.0 mmol)與[PPN]Cl (2.8751 g, 5.0 mmol) 置入 100 mL 的圓底瓶中，將圓底瓶抽真空灌氮氣，重複上述動作三次，最後在充滿氮氣的環境注入 50 mL 的 CH3CN，接著注入 Fe(CO)5 (0.73 mL, 5.50 mmol)，將反應瓶包覆鋁箔避光反應 2 小時，此時溶液呈現橘色，利用真空系統將 CH3CN 抽乾，以 THF 回溶產物並過濾，將上述濾液抽乾，再用 8 mL THF 回溶後，加入 40 mL Et2O 使黃色固體析出。靜置後，將上層液導出，並用 Et2O 潤洗固體三次。固體抽乾後，最後以 THF 回溶過濾，利用 THF 為母液佐以 Et2O 在室溫下擴散法養晶，形成深橘色的晶體[PPN][Fe(CO)3(NO)]。FT-IR (THF soln. )：1979, 1878, 1652 cm-1。. 22.

(35) [Na-18-crown-6-ether][Fe(CO)3(NO)]的合成秤取 NaNO2 (0.3450 g, 5.0 mmol)與 18-crown-6 (1.3210 g, 5.0 mmol)於 100 mL 的圓底瓶中，將圓底瓶抽真空灌氮氣，重複上述動作三次。最後在充滿氮氣的環境，注入 25 mL 除水的 THF。冰浴下緩慢加入 Fe(CO)5 (0.73 mL, 5.50 mmol)，將反應瓶包覆鋁箔避光反應 3 天。此時溶液呈現橘色，利用真空系統抽乾，以 8 mL THF 回溶後，加入 40 mL Et2O 使黃色固體析出。靜置後，將上層液導出，並用 Et2O 潤洗固體三次，將固體抽乾後，以 THF 溶解並過濾，搭配 Et2O 在室溫下擴散養晶，形成深橘色的晶體。FT-IR (THF soln.)：1979, 1878, 1652 cm-1。 Fe(CO)2(NO)2 34 此化合物為液體，沸點低，凝固點在−196 ºC，文獻上可利用減壓蒸餾純化。由於分離後產率不高。因此後續錯合反應使用之 Fe(CO)2(NO)2 起始物，皆由反應製備後未經處理直接使用(in situ)。 FT-IR (THF soln.)：2037, 1996, 1806, 1760 cm-1。合成方法如下兩種：方法一將[PPN][Fe(CO)3(NO)] (0.1416 g, 0.2 mmol)與 NOBF4 (0.468 g, 0.4 mmol)置於 100 毫升反應瓶。在 0 ºC 下，加入除水 THF 反應 2 小時，接著過濾掉[PPN]BF4，得到紅褐色 Fe(CO)2(NO)2。但此方法還是. 23.

(36) 有些許[PPN]BF4 微溶在 THF 當中，因此在後續形成錯合物後，藉由溶劑調配進行分離。方法二將[PPN][Fe(CO)3(NO)] (0.708 g, 1.0 mmol)與 NOBF4 (0.117 g, 2.0 mmol)置於 100 ml 反應瓶。在 0 ºC 下，加入除水 THF 反應 2 小時。利用減壓方式將 Fe(CO)2(NO)2 蒸餾至另一反應瓶中，同時使用液態氮將反應瓶內 Fe(CO)2(NO)2 的凍住，待其解凍即得紅褐色 Fe(CO)2(NO)2 溶液。. 2-4 雙亞硝基鐵錯合物之合成與鑑定. 1. (L1)Fe(NO)2 (1)的製備參照前述方法，將[PPN][Fe(CO)3(NO)] (0.1416 g, 0.2 mmol)與 NOBF4 (0.470 g, 0.4 mmol)反應，製備 Fe(CO)2(NO)2。將裝有 L1 配位基(0.080 g, 0.2 mmol)的 25 mL 樣品瓶，在冰浴下以 THF 溶解，並導入裝有 Fe(CO)2(NO)2 的反應瓶中，反應 2 小時，此時溶液呈現深紫色。將溶液抽乾，移除多餘的 Fe(CO)2(NO)2。以 7 mL THF 回溶，加入 50 mL 的 n-hexane 使深紫色固體析出。靜置後，將上層溶液導出，. 24.

(37) 利用 n-hexane 潤洗固體三次，將固體抽乾。最後以 THF 回溶並過濾，再利用 THF 為母液搭配 Et2O 在室溫下擴散法養晶，兩個禮拜後可得深紫色針狀晶體。X-ray 繞射解析可得(L1)Fe(NO)2 (1)，此晶體屬於正交晶系(Orthorhombic)，晶格常數為 a = 12.4944(8) Å，b = 10.5260(6) Å ， c = 21.2911(13) Å ，α = 90°，β = 90°，γ = 90°，每單位晶格內含有四個分子(Z = 4)，R1 = 0.0698，Rw = 0.0953。鐵的配位環境為 tetrahedral 構形。詳細晶體參數請參閱附錄。UV/vis (THF; nm, M-1 cm-1): 390 (3300), 550 (3050), 924 (705)。FT-IR (THF soln.): 1714, 1674 cm-1。. 2. (L2)Fe(NO)2 (2)的製備參照前述方法，將[PPN][Fe(CO)3(NO)] (0.1416 g, 0.2 mmol)與 NOBF4 (0.470 g, 0.4 mmol)反應，製備 Fe(CO)2(NO)2。將裝有 L2 配位基(0.1004 g, 0.2 mmol)的 25mL 樣品瓶，在冰浴下以 THF 溶解後，導入裝有 Fe(CO)2(NO)2 的反應瓶中，反應 2 小時。此時溶液呈現深藍色，將溶液抽乾，移除多餘的 Fe(CO)2(NO)2。以 7 mL THF 回溶，並加入 50 mL MeOH 使深藍色固體析出，靜置後，將上層溶液導出，接著利用 MeOH 潤洗固體三次。將固體抽乾，以 THF 回溶並過濾，利用 THF 為母液搭配 MeOH 在室溫下以雙層法養晶，一周後可得深藍色片狀晶體，將晶體經 X-ray 繞射解析可得結構為(L2)Fe(NO)2 (2)，此晶體屬於單斜晶系(Monoclinic)，晶格常數為 a = 40.58(2) Å ，b = 25.

(38) 16.396(8) Å ，c = 21.407(11) Å ，α = 90°，β = 103.445(14)°，γ = 90°，每單位晶格內含有四個分子(Z = 4)，R1 = 0.1326，Rw = 0.3341。詳細晶體參數請參閱附錄。UV/vis (THF; nm, M-1 cm-1): 582 (2350), 1037 (1490)。FT-IR (THF soln.): 1723, 1690 cm-1。. 3. (L3)Fe(NO)2 (3)的製備參照前述方法，將[PPN][Fe(CO)3(NO)] (0.1416 g, 0.2 mmol)與 NOBF4 (0.470 g, 0.4 mmol)反應，製備 Fe(CO)2(NO)2。將裝有 L3 配位基(0.0532 g, 0.2 mmol)的 25 mL 樣品瓶，冰浴下以 THF 溶解後，導入裝有 Fe(CO)2(NO)2 的反應瓶中，反應 2 小時。此時溶液呈現酒紅色，將溶液抽乾，移除多餘的 Fe(CO)2(NO)2。以 5 mL CH2Cl2 回溶，並加入 50 mL Et2O 使深酒紅色固體析出，靜置後，將上層溶液導出，接著利用 Et2O 潤洗固體三次。將固體抽乾，以 CH2Cl2 回溶並過濾，利用 CH2Cl2 為母液搭配 n-hexane 在室溫下雙層法養晶，一周後可得酒紅色針狀晶體，將晶體經 X-ray 繞射解析可得結構為(L3)Fe(NO)2 (3)，此晶體屬於單斜晶系(Monoclinic)，晶格常數為 a = 8.9785(6) Å ，b = 13.3830(8) Å ，c = 23.2725(15) Å ，α = 90°，β = 93.388(2)°，γ = 90°，每單位晶格內含有四個分子(Z = 4)，R1 = 0.0479，Rw = 0.1500。詳細晶體參數請參閱附錄。UV/vis (THF; nm, M-1 cm-1): 270 (3200), 330 (800), 390 (450), 510 (425)。FT-IR (THF soln.): 1706, 1660 cm-1。 26.

(39) 4. (L4)Fe(NO)2 (4)的製備由上述方法將[PPN][Fe(CO)3(NO)] (0.1416 g, 0.2 mmol)與 NOBF4 (0.470 g, 0.4 mmol)反應，製備 Fe(CO)2(NO)2。將裝有 L4 配位基(0.045 g, 0.2 mmol)的 25 mL 樣品瓶，在冰浴下以 THF 溶解後，導入裝有 Fe(CO)2(NO)2 的反應瓶中，反應 2 小時。此時溶液呈現紅棕褐色，將溶液抽乾，移除多餘的 Fe(CO)2(NO)2。以 10 mL CH3CN 回溶，並加 60 mL Et2O 使紅棕褐色固體析出。靜置後，將上層溶液導出，接著利用 Et2O 潤洗固體三次。固體抽乾後以 THF 回溶過濾，利用紅外線光譜儀確認有兩支明顯之 NO 訊號，分別位於 1699 及 1654 cm-1，判斷為(L4)Fe(NO)2 (4) 的特徵訊號。然而，上述產物在 CH3CN 搭配 Et2O 於室溫下以擴散法養晶，一周後觀察到藍綠色塊狀結晶，經由 X-ray 繞射解析鑑定為鐵中心金屬鍵結三個配位基的產物，[Fe(L4)3](BF4)2 (4′)。此晶體屬於單斜晶系(Monoclinic)，晶格常數為 a = 17.9959(17) Å ， b = 12.8337(10) Å，c = 20.8282(17) Å，α = 90°，β = 108.133(4)°，γ = 90°，每單位晶格內含有四個分子(Z = 4)，R1 = 0.0565，Rw = 0.1561。詳細晶體參數請參閱附錄。. 27.

(40) 5. (L5)Fe(NO)2 (5)的製備由上述方法將[PPN][Fe(CO)3(NO)] (0.1416 g, 0.2 mmol)與 NOBF4 (0.470 g, 0.4 mmol)反應，製備 Fe(CO)2(NO)2。將裝有 L5 配位基(0.040 g, 0.2 mmol)的 25 mL 樣品瓶，冰浴下以 THF 溶解後，導入裝有 Fe(CO)2(NO)2 的反應瓶中，反應 2 小時。此時溶液呈現紫色，將溶液抽乾，再以 7 mL THF 回溶，並加 50 mL Et2O 使紫固體析出。靜置後將上層溶液導出，接著利用 Et2O 潤洗固體三次。將固體抽乾，以 THF 回溶並過濾，利用紅外線光譜儀確認，有兩支明顯之 NO 訊號，分別位於 1704 和 1658 cm-1，判斷為(L5)Fe(NO)2 (5)的特徵訊號。上述產物以 THF 為母液搭配 Et2O 在室溫下擴散法養晶，但未得到可以進行結構解析之晶體。. 2-5 錯合物之氧化反應性  低溫紫外光/可見光光譜儀之前置操作低溫恆溫器升溫至 100 ºC，同時利用氮氣將 UV/vis 光譜儀中樣品槽水氣吹出，過程持續 30 分鐘。接著在吹氮氣狀態下將低溫恆溫器降回至室溫後，放入盛裝有空白溶劑的待測樣品槽。利用液態氮降至−80 ºC，等待 15 分鐘讓空白樣品槽溫度平衡後，進行光譜測量。  1 mM 含氧之 THF 的配置 35. 28.

(41) 將氧氣通入無水 THF 20 分鐘，形成 10 mM 含氧之飽和溶液，再取 1 mL 含氧飽和溶液以無水 THF 稀釋成 1 mM 含氧之 THF。  0.10 mM 的樣品溶液之配置秤取 0.01 mmol 之樣品於樣本瓶，以 THF 溶解並使用定量瓶稀釋成 0.10 mM 的樣品溶液。. 1. 錯合物 1 與氧氣之反應取 3.00 mL 錯合物 1 待測溶液(0.10 mM)注入預先以氮氣置換的 UV cell，使用紫外可見光譜儀偵測之，待其穩定於−80 ºC。接著以針筒注入 0.30 mL 含氧之 THF 溶液(1 mM)，隨時間偵測其光譜變化。. 2. 錯合物 2 與氧氣之反應取 3.00 mL 錯合物 2 待測溶液(0.10 mM)，注入預先以氮氣置換的 UV cell，使用紫外可見光譜儀偵測之，待其穩定於−80 ºC，接著以針筒注入 0.3 mL 含氧之 THF 溶液(1 mM)。隨時間偵測其光譜變化。. 3. 錯合物 3 與氧氣之反應取 3.00 mL 錯合物 3 待測溶液(0.10 mM)，注入預先以氮氣置換的 UV cell，使用紫外可見光譜儀偵測之，待其穩定於−80 ºC，以針筒注入 0.3 mL 含氧之 THF 溶液(1 mM)。隨時間偵測其光譜變化。. 29.

(42) 4. 錯合物 3 與氧化劑之反應秤取[Cp2Fe](PF6) (0.0331 g, 0.1 mmol) 於樣本瓶，加入 9.0 mL THF 和 1.0 mL CH3CN，以定量瓶稀釋至 10.0 mM，再進一步以 THF 稀釋為 1.0 mM 之氧化劑溶液。取 3.00 mL 錯合物 3 待測溶液(0.10 mM)，注入預先以氮氣置換的 UV cell，使用紫外可見光譜儀偵測之，待其穩定於−80 ºC，以針筒注入 0.3 mL 氧化劑溶液(1 mM)。隨時間偵測其光譜變化。. 30.

(43) 第三章結果與討論 3-1 配位基之設計概念 Jørgensen 教授在 1966 年提出 Non-innocent ligand (NIL)的概念 36。此類型配位基具有氧化還原的活性(redox-activity)，與金屬離子鍵結後，配位基的氧化態會隨著錯合物整體的價數而調整；所以金屬離子在此錯合物中的價數是不明確的(ambi-valent)。典型的 NIL 例如： o-quinones、α-diimine、α-dithiolenes 等(圖 3-1A)，以及 bis(arylimino)acenaphthylene (BIAN) (圖 3-1B)。此配位體極具芳香性，因此可經由兩次還原，形成三種氧化態 37。. 圖 3-1 (A) NIR 的三種氧化還原態(B) BIAN 的三種氧化還原態 37. 大部分的 NIL 配位基具有共軛雙鍵之結構，其金屬錯合物在電子轉移的過程中，配位基骨架能夠調控中心金屬的電子密度，讓錯合物穩定在最合適的電子結構。先前文獻曾經選用 dmp-BIANs 配位基 31.

(44) 與鈦金屬形成六配位之錯合物。藉由循環伏安法觀測錯合物之氧化還原態，從光譜結果顯示有四組氧化還原峰，證實此配位基的確有助於調控電子性質，如圖 3-2。. 圖 3-2 [Ti(dmp-BIANisq)3]之結構及其 CV 圖譜 37. 通常較常見之含氮且中性的 DNIC 為{Fe(NO)2}10，大部分會氧化到 {Fe(NO)2}9 的產物，且一般而言穩定度不高；另外還原到 {Fe(NO)2}11 的產物則非常少見。因此我們採用下列兩種二亞胺的配位基(圖 3-3)，合成{Fe(NO)2}10 組態的雙亞硝基鐵錯合物，嘗試藉由配位基的電子調節能力，穩定氧化還原後的{Fe(NO)2}9 或{Fe(NO)2}11 物種。. 圖 3-3 兩種對稱之二亞胺配位基. 32.

(45) 3-1-1 錯合物 1 與 2 的合成及探討. 圖 3-4 雙亞硝基鐵錯合物合成的途徑. 合成錯合物 1 與 2 須使用 Fe(CO)2(NO)2 為共同前驅物，但此化合物為低沸點的液體，文獻上在−196 ºC 蒸餾純化。由於操作方式不易且產率不高，因此後續錯合反應使用之 Fe(CO)2(NO)2 起始物，皆由反應製備後未經處理(in situ)直接使用(圖 3-4)。為了監控時間對 Fe(CO)2(NO)2 之生成量，嘗試以 1 當量的[PPN][Fe(CO)3(NO)]與 1 當量的 NOBF4 分別反應 2 和 4 小時，藉由紅外線吸收光譜(圖 3-5)，得知反應 4 小時，Fe(CO)2(NO)2 之生成量較多。但由於此過程所需耗費時間較多，因此此處改用 2 當量的 NOBF4，結果發現只需 1.5 小時即可將起始物轉變為 Fe(CO)2(NO)2。. 33.

(46) 圖 3-5 [PPN][Fe(CO)3(NO)]與 NOPF6 反應之紅外吸收光圖譜監測. 錯合物(L1)Fe(NO)2 (1)的合成及探討將 L1 配位基(0.080 g, 0.2 mmol)裝入 25 mL 樣品瓶，以 THF 溶解，並導入 in situ 製備的 Fe(CO)2(NO)2 中，配位基加入後，溶液立即轉變深紫色，反應 2 小時後移除溶劑，以 THF 回溶搭配 n-hexane 使深紫色固體析出，並利用 n-hexane 潤洗固體三次，將固體抽乾。最後以 THF 回溶並過濾，再利用 THF 為母液搭配 Et2O 在室溫下以擴散法養晶，兩個禮拜後可得少量深紫色針狀晶體，但參雜有大量無色晶體，經鑑定為[PPN]BF4 鹽類副產物。此鹽類溶解度與紫色產物相近，因此難以與紫色晶體完全分離。紫色晶體以 X-ray 繞射解析可得(L1)Fe(NO)2 (1)之結構(圖 3-6)，鐵離子的配位環境為 tetrahedral 構形。詳細晶體參數請參閱附錄，特徵鍵長鍵角數據整理如下表 3-1。. 34.

(47) 圖 3-6 (L1)Fe(NO)2 (1)之 X-ray 結構解析圖(省略氫原子) 表 3-1 錯合物 1 之鍵長鍵角 Bond lengths [Å ] Fe(1)–N(1). 1.660. Fe(1)–N(3). 2.006. Fe(1)–N(2). 1.659. Fe(1)–N(4). 1.979. N(2)–O(2). 1.195. N(3)–C(2). 1.259. N(1)–O(1). 1.188. N(4)–C(1). 1.340. C(1)–C(2). 1.471. Bond angles [°] Fe(1)–N(2)–O(2). 162.4º. Fe(1)–N(1)–O(1). 174.1º. Fe–N–O 角度大於 160º，鍵長為 Fe–N: 1.660–1.659 Å , N–O: 1.195– 1.188 Å ，為{Fe(NO)2}10 的產物。N–C：1.259–1.340 Å ，鍵長屬於雙鍵；C–C：1.471 Å ，鍵長屬於單鍵。. 金屬錯合物 (L2)Fe(NO)2 (2)的合成及探討將 L2 配位基(0.1004 g, 0.2 mmol)裝入 25 mL 樣品瓶，以 THF 溶. 35.

(48) 解，並導入 in situ 製備的 Fe(CO)2(NO)2 中，配位基加入後，溶液立即轉變深藍色，反應 2 小時後移除溶劑。在嘗試溶解度時發現此錯合物於 CH3CN、THF 及極性更低的溶劑皆具有極佳的溶解度：對此錯合物溶解度極佳，僅對 HMDSO (hexamethyldisiloxane)溶解度較差。嘗試以 n-pentane 混合部分 HMDSO 為母液，外層搭配 HMDSO 進行擴散養晶(diffusion-out)。此方式所得樣品之晶形非常薄，無法經由 X-ray 繞射鑑定。而後，參考施偉志學長的建議，改以高極性的 MeOH 搭配 THF 母液在室溫下進行雙層法養晶，兩周後可得深藍色薄片晶體，X-ray 繞射解析得其結構(圖 3-7)。鐵的配位環境與錯合物 1 同樣為 tetrahedral 構型。詳細晶體參數請參閱附錄，特徵鍵長鍵角數據整理如表 3-2：. 圖 3-7 (L2)Fe(NO)2 (2)之 X-ray 結構解析圖(省略氫原子). 36.

(49) 表 3-2 錯合物 2 之鍵長鍵角 Bond lengths [Å ] Fe(1)–N(1). 1.659. Fe(1)–N(3). 1.978. Fe(1)–N(2). 1.680. Fe(1)–N(4). 2.024. N(2)–O(2). 1.197. N(3)–C(2). 1.322. N(1)–O(1). 1.192. N(4)–C(1). 1.286. C(1)–C(2). 1.513. Bond angles [º] Fe(1)–N(2)–O(2). 159.5º. Fe(1)–N(1)–O(1). 174.8º. Fe-N-O 角度大於 160º，錯合物 2 的 Fe–N、N–O 鍵長同樣也介於 {Fe(NO)2}10 的鍵長範圍，所以也是{Fe(NO)2}10 的產物。N–C：1.286– 1.322 Å ，鍵長屬於雙鍵；C–C：1.513 Å ，鍵長屬於單鍵。. 3-1-2 金屬錯合物 1 與 2 之紅外線吸收光譜比較雙亞硝基鐵錯合物中，若配位基的電子貢獻度大，則中心金屬電子密度較高，金屬 π-back bonding 到 N-O 鍵的 π*軌域的能力也相對來的大，故 N-O 鍵結變弱，吸收頻率低；若配位基電子貢獻度小，則反之。因此藉由 NO 的振動頻率可以了解配位基提供給中心金屬電子密度的多寡。將錯合物 1 溶於 THF 經紅外光吸收光譜儀偵測在 1714 cm-1 和 1674 cm-1 有兩個 NO 特徵吸收峰(圖 3-8)；錯合物 2 的 NO 訊號則是. 37.

(50) 在 1723 cm-1 和 1690 cm-1 (圖 3-8)。錯合物 1 與 2 同樣為 α-diimine 的配位基，又 L2 配位基具有芳香性，以至於電子貢獻度較 L1 小，中心金屬電子密度較低，則金屬 π-back bonding 能力弱，NO 吸收頻率高。因此由錯合物 1 與 2 之紅外吸收光譜(圖 3-8)，發現錯合物 2 之 νNO 較相對於錯合物 1 來的大。接著將錯合物 1 及 2 之 NO 紅外吸收光譜與其他 DNICs 相比較(圖 3-8)，Lippard 教授將還原的 β-diketiminate 製備成{Fe(NO)2}9 電子結構的[(Ar-nacnac)Fe(NO)2]. 21. 。還原後之配位基電子會在結構上共振，. 電子貢獻度低，吸收頻率較高。再將[(Ar-nacnac)Fe(NO)2]經由還原得到[(Ar-nacnac)Fe(NO)2]−，其中的 Fe-N-C-C-C-N 原子在同一平面上，推測具有芳香性質(aromaticity)，中心鐵獲得氮所施予的兩個電子，. 圖 3-8 (L1)Fe(NO)2 (1)和(L2)Fe(NO)2 (2)之紅外線光譜圖. 38.

(51) 讓鐵金屬電子密度提升，NO 吸收頻率低。廖文峯教授選用中性的 TMEDA 合成出{Fe(NO)2}10 電子結構的(TMEDA)Fe(NO)2，其配位基上的氮屬於 sp3 混成，電子供給能力比 sp2 的氮配位基強，故吸收頻率高於[(Ar-nacnac)Fe(NO)2]−。錯合物 1 中，配位基上的 N 為 sp2，且具有雙鍵使得 N 上電子不易 donate 出去，因此具有較低 π-backbonding，吸收頻率較高。. 圖 3-9 文獻上 DNICs 在 THF 溶液下所測得的 IR 吸收位置. 由圖 3-9 可知，越往右側的 DNICs 其配位基具有較強的電子提供能力，錯合物也相對不穩定，如： [(Ar-nacnac)Fe(NO)2]− 為 {Fe(NO)2}10，當暴露於空氣，此錯合物會迅速經過一個電子氧化成 {Fe(NO)2}9 的[(Ar-nacnac)Fe(NO)2]，同時[(Ar-nacnac)Fe(NO)2]在空氣下則可以穩定存在一段時間。(TMEDA)Fe(NO)2 同樣為{Fe(NO)2}10， EPR 在加入氧氣前後皆無訊號，並且由 EXAFS 發現有 peroxynitrite. 39.

(52) 的生成。此現象不同於[(Ar-nacnac)Fe(NO)2]−暴露於空氣之結果。另外越靠近圖左側{Fe(NO)2}9 處，錯合物越穩定存在，越往右則越不穩定。而錯合物 2 之 νNO 傾向{Fe(NO)2}9 的[(Ar-nacnac)Fe(NO)2]，表示配位基電子貢獻能力相當。既然[(Ar-nacnac)Fe(NO)2]能夠進行還原，並單離出{Fe(NO)2}10 的產物。那麼推估錯合物 2 有機會單離經一個電子還原成{Fe(NO)2}11 的產物。. 3-1-3 金屬錯合物之電化學性質探討 L1 及 L2 所配位的 DNICs 屬於{Fe(NO)2}10 電子組態，為了瞭解錯合物 1、2 是否容易被氧化或還原成不穩定的{Fe(NO)2}11、{Fe(NO)2}9，因而使用循環伏安儀對錯合物 1、2 進行測量。在 CH3CN 下，對(L1)Fe(NO)2 (1)進行電化學測量，可發現具有兩組可逆之氧化還原峰(圖 3-10)，其半電位分別是 E1/2 = −0.229 V (1+/10)， ∆E = 0.071 V，ipa/ipc = 0.86；另一半電位在 E1/2 = −1.542 V (10/1−)，∆E = 0.079V，ipa/ipc = 0.94。另外在 E1/2 = 0.958 V 以及 E1/2 = −2.324 V 具有兩組不可逆之氧化還原峰(附錄圖 A-5)。接著改用 THF 對錯合物 1 進行電化學測量，僅偵測到兩組準可逆(quasi-reversible)之氧化還原峰 (圖 3-11)，推測是由於溶劑的效應而導致錯合物相對不穩定。其半電位分別是 E1/2 = −0.263 V (1+/10)，∆E = 0.149 V，ipa/ipc = 0.654；另一半電位在 E1/2 = −1.557 V (10/1−)，∆E = 0.066V。ipa/ipc = 0.546。 40.

(53) 圖 3-10 錯合物 1 在 CH3CN 下之 CV 圖譜(掃描速率為 25 mV/s). 圖 3-11 錯合物 1 在 THF 下之 CV 圖譜(掃描速率為 25 mV/s). 在 CH3CN 下，對(L2)Fe(NO)2 (2)進行電化學測量，由圖 3-12 顯示具有三組可逆之氧化還原峰圖，其半電位為 E1/2 = −0.320 V(2+/20)， ∆E = 0.078 V，ipa/ipc = 0.92；另一半電位是在 E1/2 = −1.287 V (20/2−)， 41.

(54) ∆E = 0.085 V，ipa/ipc = 0.95；還有一個半電位為 E1/2 = −2.165 V (2−/22−)， ∆E = 0.086 V，ipa/ipc = 0.98。另外在 E1/2 = 0.882 V 具有一組不可逆之氧化還原峰。接著改用 THF 對錯合物 2 進行電化學測量，限於溶劑可偵測的範圍，所以只偵測到三組氧化還原峰。其中一組可逆之氧化還原峰半電位在 E1/2 = −1.487 V (2−/22−)，∆E = 0.173 V。ipa/ipc = 0.95；兩組準可逆之氧化還原峰(圖 3-13)，推測是由於溶劑的效應而導致錯合物相對不穩定。另一半電位分別是 E1/2 = −0.169 V (2+/20)，∆E = 0.164 V，ipa/ipc = 0.83；還有一半電位在 E1/2 = −2.497 V (2−/22−)，∆E = 0.156V。ipa/ipc = 0.23。. 圖 3-12 錯合物 2 在 CH3CN 下之 CV 圖譜(掃描速率為 25mV/s). 42.

(55) 圖 3-13 錯合物 2 在 THF 下之 CV 圖譜(掃描速率為 25 mV/s). 由循環伏安法比較錯合物 1 及 2 的電化學性質： (1) 兩者[LnFe(NO)2]+/0 之氧化還原電位在 THF 下為−0.3 V 左右，判斷應為{Fe(NO)2}9/10 的氧化還原訊號。 (2) 由循環伏安法比較 CH3CN 和 THF 對錯合物 1 的影響，觀測在 CH3CN 下，錯合物 1 氧化還原後物種趨於可逆，且相對穩定。 (3) 由循環伏安法比較 CH3CN 和 THF 對錯合物 2 的影響。在 THF 下，錯合物 2 中[L2Fe(NO)2]+/0 與[L2Fe(NO)2]0/− 氧化還原峰的∆E1/2 = 1.318 V (2+/20)；[L2Fe(NO)2]0/−與[L2Fe(NO)2]−/2−氧化還原峰的∆E1/2 = 1.01 V (2−/22−)，由於此電位差小於錯合物 2 中[L2Fe(NO)2]+/0 與 [L2Fe(NO)2]0/−氧化還原峰，因此推斷如此小電位差為 L2 配位基的還原所導致。改用 CH3CN 偵測錯合物 2 的氧化還原電位，錯合物. 43.

(56) 2 中[L2Fe(NO)2]+/0 與[L2Fe(NO)2]0/−氧化還原峰的∆E1/2 = 0.907 V (2+/20)；[L2Fe(NO)2] 0/−與[L2Fe(NO)2] −/2−氧化還原峰的∆E1/2 = 0.878 V (2−/22−)，上述氧化還原電位差值類似，故推斷錯合物 2 氧化還原反應可能發生在金屬上，也即表示 CH3CN 能穩定還原後之物種。. 圖 3-14 錯合物 2 加入 KC8 還原反應. 清華大學的施偉志學長，曾將錯合物 1 及 2 以 KC8 試劑還原(圖 3-14)，並利用電子順磁共振光譜儀(EPR)進行鑑定。以錯合物 1 的還原態光譜為例，[(L2)Fe(NO)2]−的順磁電子在 g = 1.999 位置呈現五重分裂訊號，耦合常數為 5.5 G 及 1.4 G (圖 3-15A)。為了釐清順磁(未成對)電子與配位基氮原子的交互作用，以. 15. NO 取代[(L2)Fe(NO)2]−. 之 14NO，其 EPR 光譜(圖 3-15B)和原始光譜大致相同，耦合常數則為 5.5 G 及 2.0 G。由此可知未成對電子與 L2 中的亞胺(imine)上氮原子有較強的作用，而一氧化氮上的氮原子僅佔有少許的貢獻。. 44.

(57) 圖 3-15 還原態錯合物 2 的 EPR 圖譜 (A) M[(L2)Fe(14NO)2]；(B) M[(L2)Fe(15NO)2] (M = K+-18-c-6). 另外，錯合物 2 的還原態藉由冠醚的輔助，可成功地結晶。還原前後錯合物 2 的結構特徵有所變化(圖 3-15)，明確地顯示配位基 C=N 的鍵級減少，亦即此還原反應是發生在配位基的共軛二亞胺。此一結果和 Wieghardt 教授在 2008 年研究結果相近 37。因此更證實錯合物 2 的還原是發生在配位基上。如此，錯合物 2 的還原態仍是以 {Fe(NO)2}10 形式存在，而非起初假設之{Fe(NO)2}11 組態。. 45.

(58) 表 3-3 錯合物 2 與其還原產物之鍵長[Å ]比較 anionic 2−. neutral 2 Fe(1)–N(1). 1.659. Fe(1)–N(1). 1.648. Fe(1)–N(2). 1.680. Fe(1)–N(2). 1.656. N(2)–O(2). 1.197. N(2)–O(2). 1.208. N(1)–O(1). 1.192. N(1)–O(1). 1.214. Fe(1)–N(3). 1.978. Fe(1)–N(3). 2.052. Fe(1)–N(4). 2.024. Fe(1)–N(4). 2.052. N(3)–C(2). 1.322. N(3)–C(2). 1.399. N(4)–C(1). 1.286. N(4)–C(1). 1.331. C(1)–C(2). 1.513. C(1)–C(2). 1.418. 3-1-4 錯合物 1、2 之電子吸收光譜及與氧氣之反應由紫外/可見光光譜圖得知，錯合物 1 在 390 (3300)、550 (3050)、 925 (705) nm 有電荷轉移(charge transfer)吸收峰(圖 3-14)，錯合物 2 在 580 (2350)、1040 (1490) nm 同樣也是電荷轉移吸收峰(圖 3-15)。錯合物 1 及 2 都是空氣敏感的化合物，接觸氧氣時溶液隨即由藍紫色褪為淺黃色。有鑑於文獻中(TMEDA)Fe(NO)2 與氧氣形成 peroxynitrite 的報導，我們嘗試將錯合物 1、2 在−80 ºC 下加入氧氣，並由 UV/vis 進行追蹤。. 錯合物 1 與氧氣之反應將氧氣通入無水 THF 20 分鐘，形成 10 mM 之飽和溶液，再稀釋. 46.

(59) 成 1 mM 以估算氧氣當量。將錯合物 1 以無水 THF 配製成 0.1 mM 的樣品溶液，取 3.0 mL 待測溶液注入預先以氮氣置換的 UV cell，待其穩定於−80 ºC 時，接著以針筒注入含氧之 THF 溶液 (圖 3-16) 。由結果顯示在 390、550、925 nm 之特徵吸收峰逐漸降低，同時在 330 nm 有新的吸收峰增長，此結果與(TMEDA)Fe(NO)2 灌入氧氣產生的吸收峰不相似，推測沒有過氧化亞硝酸根鍵結的鐵錯合物形成。. 圖 3-16 錯合物 1 在−80 ºC 下與氧氣反應之 UV/VIS 吸收光譜圖. 錯合物 2 與氧氣之反應將氧氣通入無水 THF 20 分鐘，形成 10 mM 之飽和溶液，再稀釋成 1 mM 以估算氧氣當量。將錯合物 2 以無水 THF 配置成 0.1mM 的樣品溶液。並取 3 mL 樣品溶液注入預先以氮氣置換的 UV cell，待其穩定於−80 ºC 時，以針筒注入含氧之 THF 溶液 (圖 3-17) 。由結果. 47.

(60) 顯示在 580 及 1040 nm 之特徵吸收峰逐漸降低，這中間過程沒有任何新特徵吸收峰的生成，推測沒有過氧化亞硝酸根鍵結的鐵錯合物形成。. 圖 3-17 錯合物 2 在−80 ºC 下與氧氣反應之 UV/vis 吸收光譜圖. 由上述 UV/vis 光譜的分析，錯合物 1 及 2 與氧氣反應時均沒有看到 peroxynitrite 的特徵吸收峰。推測有兩種可能的原因：(i)亞胺鄰近芳香環上的異丙基，立體障礙的因素可能造成氧氣不容易進入與鐵形成配位；(ii) (TMEDA)Fe(NO)2 的紅外吸收光譜在較低頻率的位置，表示有較高的電子密度在{Fe(NO)2}核心。中心金屬電子密度多，容易與氧氣氧化。錯合物 1 及 2 配位基給電子能力較弱，與氧氣反應較慢，因此不容易得到 peroxynitrite 的中間體。錯合物 1、2 加入氧氣後的 UV/vis 光譜圖類似{Fe(NO)2}9，在可見光區沒有電荷轉移的吸收. 48.

(61) 峰。針對上述原因，後續嘗試進行配位基的修飾，減少配位基側臂的立體障礙，並修飾取代基變化針對吡啶環的電子提供能力進行調整。 3-2 不對稱配位基之設計概念前述所使用之對稱的亞胺配位基(L1 及 L2)，由於芳香環上異丙基的立體障礙因素，可能導致氧氣不易接近與鐵形成配位。為了減少側臂的立體障礙，此處針對配位基進行修飾，選取立障較小且合成較為容易之吡啶起始物，和三種不同取代基的苯胺進行縮合。首先採用與 L1 結構相似之鄰二異丙基苯胺，其後選擇具有電子誘導效應的苯胺衍生物，對位為氟原子或二甲基胺基取代，進行配位基合成，設計如圖 3-18 所示。. 圖 3-18 不對稱之亞胺配位基. 3-2-1 錯合物 3、4 和 5 的合成及探討錯合物 (L3)Fe(NO)2 (3)的合成及探討將裝有 L3 配位基(0.0532 g, 0.2 mmol)裝入 25 mL 樣品瓶，以 THF 溶解，並導入 in situ 製備的 Fe(CO)2(NO)2 中，配位基加入後溶液立 49.

(62) 即轉變為酒紅色。反應後移除溶劑，經純化後利用 CH2Cl2 搭配 Et2O 在室溫下以雙層養晶法得到酒紅色針狀晶體，經 X-ray 繞射解析可得錯合物((L3)Fe(NO)2 (3)的結構(如圖 3-19)。此 DNIC 的配位環境如預期為四面體構形，特徵鍵長鍵角數據整理如下表 3-4。. 圖 3-19 (L3)Fe(NO)2 (3)之 X-ray 結構解析圖(省略氫原子). 表 3-4 錯合物 3 與其還原產物之鍵長[Å ]比較 Bond lengths [Å ] Fe(1)–N(1). 1.640. Fe(1)–N(3). 2.056. Fe(1)–N(2). 1.652. Fe(1)–N(4). 2.047. N(2)–O(2). 1.192. N(3)–C(2). 1.345. N(1)–O(1). 1.193. N(4)–C(1). 1.280. C(1)–C(2). 1.426. Bond angles [º] Fe(1)–N(2)–O(2). 169.0º. Fe(1)–N(1)–O(1). 50. 171.2º.

(63) 錯合物中 Fe–N: 1.640–1.652 Å , N–O: 1.192–1.193 Å，且兩個 Fe– N–O 鍵角均大於 160º，符合{Fe(NO)2}10 的範圍。此外，配位基上的 N–C: 1.280–1.345 Å ；C–C: 1.426 Å ，表現為中性二亞胺之共軛雙鍵鍵長，呼應核心的{Fe(NO)2}10 電子組態。. 錯合物 (L4)Fe(NO)2 (4)的合成及探討將 L4 配位基(0.045 g, 0.2 mmol)裝入 25 mL 樣品瓶，以 THF 溶解，並導入 in situ 製備的 Fe(CO)2(NO)2 中，配位基加入後溶液立即轉變為紅棕褐色，反應後移除溶劑。經純化後以 THF 回溶，利用紅外線光譜儀確認有兩支明顯之 NO 訊號，分別位於 1699 及 1654 cm-1，判斷有 DNIC 的生成。再利用 CH3CN 為母液搭配 Et2O 在室溫下以擴散法養晶。一周後發現藍綠色塊狀結晶析出於淺褐色的母液，伴隨有黃褐色沉澱物。藍綠色晶體經由 X- 光單晶繞射結構鑑定為 [Fe(L4)3](BF4)2 (4′)，是二價鐵鍵結三個配位基的產物(圖 3-20)。. 51.

(64) 圖 3-20 [Fe(L4)3](BF4)2 (4′)之 X-ray 結構解析圖(省略氫原子). 由紅外線光譜儀可觀測到 L4 與 Fe(CO)2(NO)2 反應會生成兩支 NO 的訊號，證實有錯合物 4 之生成，此錯合物的 NO 振動波數相對低於錯合物 1，顯示具有胺基 L4 提供較多電子給中心金屬。配位基的推電子效應可能導致 DNIC 的氧化或者 NO 的離去，在養晶的母液中進而形成穩定的六配位產物。. 錯合物(L5)Fe(NO)2 (5)的合成及探討將 L5 配位基(0.045 g, 0.2 mmol)裝入 25 mL 樣品瓶，以 THF 溶解，並導入 in situ 製備的 Fe(CO)2(NO)2 中，配位基加入後溶液立即轉變為深紫色，反應後移除溶劑。經純化後利用紅外線光譜儀確認有兩支明顯之 NO 訊號，分別位於 1704 及 1658 cm-1，判斷有錯合物 (L5)Fe(NO)2 (5)之生成。但目前未得到可進行結構解析之晶體。. 52.

(65) 3-2-2 金屬錯合物 3、4 與 5 之紅外線吸收光譜比較錯合物 3、4、5 溶於 THF 中，經由紅外線吸收光譜儀測得 NO 特徵吸收峰分別在 1706、1660；1699、1654 和 1704、1658 cm-1 (圖 3-21)。取代基的電子推拉能力，反應在 NO 的特徵吸收峰上。L4 配位基上對位的胺基有較好給電子能力，導致中心金屬電子密度大，金屬 π-back bonding 能力強，NO 吸收頻率變低。L5 配位基對位具有氟拉電子基，預期錯合物 5 的 NO 振動頻率比錯合物 3 還要高，但由於 L5 氟的孤電子對共振效應 (π-donating) ，抵銷 δ 鍵的誘導效應 (δ-withdrawing)，造成錯合物 3 與 5 的 NO 振動波數相近。. 圖 3-21 錯合物 3、4、5 之紅外線吸收光譜圖. 3-2-3 金屬錯合物之電化學性質探討在 CH3CN 下，對(L3)Fe(NO)2 (3)進行電化學測量，圖 3-22，可發. 53.

(66) 現其具有兩組準可逆(quasi-reversible)之氧化還原峰，其半電位分別是 E1/2 = −0.413 V (3+/30)，∆E = 0.073 V，ipa/ipc = 0.98；另一半電位在 E1/2 = −1.629 V (30/3−)，∆E = 0.082 V。ipa/ipc = 0.91。另外在 E1/2 = 0.915 V 以及 E1/2 = −2.406 V 具有兩組不可逆之氧化還原峰(圖 3-23)。接著改用 THF 對錯合物 3 進行電化學測量，僅偵測到兩組準可逆 (quasi-reversible)之氧化還原峰(圖 3-24)，限於溶劑可偵測的範圍，所以只偵測到兩組氧化還原峰。其中一組可逆之氧化還原峰半電位在其半電位分別是 E1/2 = −0.360 V (3+/30)，∆E = 0.112 V，ipa/ipc = 0.80；另一半電位在 E1/2 = −1.875 V (30/3−)，∆E = 0.112 V。ipa/ipc = 0.81。相較於錯合物 1，錯合物 3 的氧化電位較低(圖 3-22)，而還原電位更高；另外，再比較錯合物 2、3 的電化學性質，錯合物 2、3 的還原電位接近準可逆(ipa/ipc ~ 0.9) (圖 3-23)，顯示配位基具有非常好的電子調節效應。接著觀測錯合物 2、3 中[LnFe(NO)2]−/2−的氧化還波峰，可得知錯合物 2 的物種經二次還原後，相對穩定存在。綜合以上顯示錯合物 2 配位基具有良好芳香環，經過氧化還原，電子能夠非定域於芳香環中，因此氧化還原鋒相對可逆。. 54.

(67) 圖 3-22 錯合物 3(實線)與錯合物 1(虛線)在 CH3CN 下之 CV 圖譜. 圖 3-23 錯合物 3(實線)與錯合物 2(虛線)在 CH3CN 下之 CV 圖譜. 55.

(68) 圖 3-24 錯合物 3 在 THF 下之 CV 圖譜. 3-2-4 錯合物 3 與氧氣之反應由紫外/可見光光譜圖得知，錯合物 3 在 510 (425)、390 (450)、 330 (800)、270 (3200) nm 有電荷轉移特徵吸收峰(圖 3-26)。將錯合物 3 仿照錯合物 1 及 2 在低溫下加入氧氣的實驗。將錯合物 3 以無水 THF 配製成 0.1mM 的樣品溶液，取 3.0 mL 待測溶液注入預先以氮氣置換的 UV cell，待其穩定於−80 ºC 時以針筒注入含氧之 THF 溶液 (圖 3-26)。由結果顯示在 510 及 390 nm 的特徵吸收峰逐漸降低，同時在 330 及 270 nm 之特徵吸收峰逐漸遞增，此結果與(TMEDA)Fe(NO)2 灌入氧氣產生的吸收峰不相似，推測沒有過氧化亞硝酸根鍵結的鐵錯合物形成。. 56.

(69) 圖 3-26 錯合物 3 在−80 ºC 下與氧氣反應之 UV/Vis 吸收光譜圖. 3-2-5 錯合物 3 與氧化劑之反應將錯合物 1、2、3 加入氧氣均沒有明顯看出特徵吸收峰之改變，推測沒有過氧化亞硝酸根的生成，探究加入氧氣後之產物是否為 {Fe(NO)2}9 之產物，嘗試添加[Cp2Fe](PF6)氧化劑，隨時間觀測其變化。因此秤取[Cp2Fe](PF6) (0.0331 g, 0.1 mmol)配置成 1 mM 之氧化劑溶液。將錯合物 3 以無水 THF 配置成 0.1 mM 的樣品溶液。並取 3 mL 樣品溶液(0.1 mM)注入預先以氮氣置換的 UV cell，使用紫外/可見光譜儀偵測之，待其穩定於−80 ºC 時以針筒注入 0.3 mL 氧化劑溶液。隨時間偵測其光譜變化。由結果顯示在 510 及 375 nm 的特徵吸收峰逐漸減小(圖 3-27)，同時在 310 nm 之特徵吸收峰微幅增加，此結果. 57.

(70) 與錯合物 3 加入氧氣產生的吸收峰類似。此結果表示錯合物 3 在加入氧氣後，可能先進行一個電子的氧化，形成不穩定的{Fe(NO)2}9 中間體，再進一步轉化為其他物種。. 圖 3-27 錯合物 3 在−80 ºC 下與氧化劑反應之 UV/Vis 吸收光譜圖. 含硫的雙亞硝基鐵錯合物之配位基共帶有兩個負電，能夠讓錯合物穩定在{Fe(NO)2}9 電子組態(圖 3-28)。文獻報導帶負一價之二氮配位的 [TBA][(Ar-ancnac)Fe(NO)2]屬於{Fe(NO)2}9 組態，可以穩定在空氣下一段時間，穩定性和含硫的雙亞硝基錯合物較為接近；而中性 TMEDA 配位之[(TMEDA) Fe(NO)2I]中雖然同為{Fe(NO)2}9 組態，NO 的紅外線吸收頻率也跟[TBA][(Ar-ancnac)Fe(NO)2]相近，但卻容易與空氣作用變質。由此推測不帶電荷之二氮配位基，對於{Fe(NO)2}9 的穩定能力較差。. 58.

(71) 至於含二氮配位之{Fe(NO)2}10 錯合物，已知均無法穩定於空氣下，由前述實驗證實是和氧氣發生氧化反應。文獻中(TMEDA)Fe(NO)2 加入氧氣過程，曾捕捉到過氧化亞硝酸根的中間體；但紅外線吸收波數相近的(dmp)Fe(NO)238，在加入氧氣後並未捕捉到類似的中間體，僅能由 2,4-t-dibutylphenol (DBP)的硝基化反應，間接證實可能有過氧化亞硝酸根的生成。而我們所合成的錯合物中，錯合物 2 具有最高的紅外線吸收頻率，顯示 L2 配位基的共軛系統會分散 DNIC 核心的電子密度；當改用不對稱的 L3—L5 配位基時，雖可從紅外線吸收光譜觀察到取代基的電子效應，但彼此變化幅度小於 10 cm-1(圖 3-28)。再者，和(dmp)Fe(NO)2 及(TMEDA)Fe(NO)2 的吸收頻率相比，仍有 20 cm-1 的差距，顯示吡啶-亞胺配位基，提供電子的能力比上述配位基弱，此提供電子的能力，可能是錯合物與氧氣反應時，是否生成過氧化亞硝酸根的決定因素。. 59.

(72) 60. 圖 3-28 文獻及本論文代表性 DNICs 之紅外吸收光譜整理.

(73) 第四章結論. 本研究主要利用多種苯胺起始物，合成出二亞胺配位基。並利用這些配位基合成{Fe(NO)2}10 組態的雙亞硝基鐵錯合物。錯合物 2 比 1 的配位基具有較複雜的共軛系統，具有調節{Fe(NO)2}核心電荷密度的能力，不僅在紅外線吸收有較高頻率，另外由電化學中具有三組氧化還原峰更顯示配位基 non-innocent 的特性。若將錯合物 1、2 與氧氣直接反應，過程中由 UV/vis 光譜中均看到特徵吸收峰逐漸減小，且沒有看到含過氧化亞硝酸根的中間產物生成跡象。推測配位基電子貢獻度小和立體障礙之因素導致氧氣不容易進入與鐵配位，進行配位基的修飾，選用不同推拉電子基的苯胺合成錯合物 3、4 和 5，經由紅外線吸收光譜得知，配位基的推拉電子基團，對鐵並無顯著效應。將錯合物 3 參照先前實驗，在低溫下與氧氣和氧化劑反應，其實驗結果類似，均只看到特徵吸收峰減小。故推斷與氧氣的反應可能是進行一個電子的氧化，形成不穩定的{Fe(NO)2}9 中間體。預期未來能藉由即時偵測紅外線光譜儀的測量，探討錯合物與氧氣反應是先進行電子轉移或 NO 先離去。另外，針對配位基上吡啶部分進行修飾，將吡啶另一側以推電子能力的基團取代氫原子，再鑑定是否有過氧化亞硝酸根的生成。. 61.

(74) 參考文獻 1. 2. 3.. Furchgott, R. F. and Zawadzki, J. V. Nature 1980, 288, 373-376. Palmer, R. M. J.; Ferrige, A. G.; Moncada, S. Nature 1987, 327, 524-526. Miller, M. R. and Megson, I. L. British journal of pharmacology 2007, 151, 305-321.. 4. 5.. Knowles, R. G. and Moncada, S. Biochem. J. 1994, 298, 249-258. Stuehr, D. J.; Kwon, N. S.; Nathan, C. F.; Griffith, O. W.; Feldman, P. L.; Wiseman, J. J. Biol. Chem. 1991, 266, 6259-6263.. 6. 7.. Ford, P. C.; Lorkovic, I. M. Chem. Rev. 2002, 102, 993-1018. de Lamirande, E.; Jiang, H.; Zini, A.; Kodama, H.; Gagnon, C. Reviews of. 8.. Reproduction 1997, 2, 48-54. Patel, R. P.; Levonen, A.-L.; Crawford, J. H.; Darley-Usmar, V. M.. Cardiovascular Research 2000, 47, 465-474. 9. Williams, D. L. H. Accounts of Chemical Research 1999, 32, 869-876. 10. Anthony, A. R. and Rhodes, P. Analytical Biochemistry 1997, 249, 1-9. 11. Hung, M.-C.; Tsai, M.-C.; Lee, G.-H.; Liaw, W.-F. Inorg. chem. 2006, 45, 6041-6047. 12. Enemark, J. H. and Feltham, R. D. Coord. Chem. Rev. 1974, 13, 339-406. 13. Costanzo, S.; Ménage, S.; Purrello, R.; Bonomo, R. P.; Fontecave, M.. Inorganica Chimica Acta 2001, 318, 1-7. 14. Tsou, C.-C.; Lin, Z.-S.; Lu, T.-T.; Liaw, W.-F. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 17154-17160. 15. Foster, M. W. and Cowan, J. A. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 4093-4100. 16. Ding, H. and Demple, B. PNAS. 2000, 97, 5146-5150. 17. Huang, H.-W.; Tsou, C.-C.; Kuo, T.-S.; Liaw, W.-F. Inorg. chem. 2008, 47, 2196-2204. 18. Tsai, M.-C.; Tsai, F.-T.; Lu, T.-T.; Tsai, M.-L.; Wei, Y.-C.; Hsu, I. J.; Lee, J.-F.; Liaw, W.-F. Inorg. chem. 2009, 48, 9579-9591. 19. Wang, J.-H. and Chen, C.-H. Inorg. chem. 2010, 49, 7644-7646. 20. Yeh, S.-W.; Lin, C.-W.; Li, Y.-W.; Hsu, I. J.; Chen, C.-H.; Jang, L.-Y.; Lee, J.-F.; Liaw, W.-F. Inorg. chem. 2012, 51, 4076-4087. 21.. Inorg. chem. 2011, 50, 1570-1579.. 22. Tsai, F.-T.; Kuo, T.-S.; Liaw, W.-F. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 3426-3427. 23. Tran, N. G.; Kalyvas, H.; Skodje, K. M.; Hayashi, T.; Moënne-Loccoz, P.;. 62.

(75) Callan, P. E.; Shearer, J.; Kirschenbaum, L. J.; Kim, E. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 1184-1187. 24. Beckman, J. S.; Beckman, T. W.; Chen, J.; Marshall, P. A.; Freeman, B. A. 25. 26. 27. 28. 29.. PNAS.1990, 87, 1620-1624. Beal, M. F. Current Opinion in Neurobiology 1996, 6, 661-666. Pacher, P.; Beckman, J. S.; Liaudet, L. Physiol. Rev. 2007, 87, 315-424. Goldstein, S.; Lind, J.; Merényi, G. Chem. Rev. 2005, 105, 2457-2470. Radi, R. Proceedings of the National Academy of Sciences 2004, 101, 4003-4008. Van Ausdall, B. R.; Glass, J. L.; Wiggins, K. M.; Aarif, A. M.; Louie, J. The. Journal of Organic Chemistry 2009, 74, 7935-7942. 30. Paulovicova, A.; El-Ayaan, U.; Shibayama, K.; Morita, T.; Fukuda, Y. Eur. J. Inorg. Chem. 2001, 2001, 2641-2646. 31. Hindo, S. S.; Mancino, A. M.; Braymer, J. J.; Liu, Y.; Vivekanandan, S.; Ramamoorthy, A.; Lim, M. H. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 16663-16665. 32. Gao, Y.; Zhang, Y.; Qiu, C.; Zhao, J. Applied Organometallic Chemistry 2011, 25, 54-60. 33. Connelly, N. G. and Gardner, C. Journal of the Chemical Society, Dalton Transactions 1976, (16), 1525-1527. 34. Fjare, D. E.; Keyes, D. G.; Gladfelter, W. L. Journal Organometallic Chemistry 1983, 250, 383-394. 35. Aboelella, N. W.; Kryatov, S. V.; Gherman, B. F.; Brennessel, W. W.; Young, V. G.; Sarangi, R.; Rybak-Akimova, E. V.; Hodgson, K. O.; Hedman, B.; Solomon, E. I.; Cramer, C. J.; Tolman, W. B. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 16896-16911. 36. Jørgensen, C. K. Coord. Chem. Rev. 1966, 1, 164-178. 37. Clark, K. M.; Bendix, J.; Heyduk, A. F.; Ziller, J. W. Inorg. chem. 2012, 51, 7457-7459. 38. Skodje, K. M.; Williard, P. G.; Kim, E. Dalton Ttrans. 2012, 41, 7849-7851. 39.王思惠(2011)。含酪胺酸及組胺酸之胜肽鍵雙亞硝基鐵錯合物之合成與特性探討。國立清華大學化學系碩士論文，新竹市。 40.李森源、陳皓君。(2002)。過氧亞硝酸根負離子與去氧核醣核酸的化學反應及其生物效應。中國化學期刊, 60(3), 319-334. 63.

(76) 附錄. 晶體結構 CV 圖譜 NMR 光譜. 64.

(77) 圖 A1 (L1)Fe(NO)2 (1)的 X-ray 繞射結構解析圖圖 A2 (L1)Fe(NO)2 (2)的 X-ray 繞射結構解析圖圖 A3 (L1)Fe(NO)2 (3)的 X-ray 繞射結構解析圖圖 A-4 [Fe(L4)3](BF4)2 (4′)的 X-ray 繞射結構解析圖圖 A-5 錯合物 1 在 CH3CN 下之 CV 圖譜(掃描速率為 25 mV/s). 65.

(78) 圖 A-1 (L1)Fe(NO)2 (1)的 X-ray 繞射結構解析圖(省略氫原子). 66.