簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 魏楷庭
Kaiting Wei
論文名稱: 鐵金屬離子配位導致碳氮異位紫質環內硝基還原反應 及環內硝基碳氮異位紫質之鋅離子配位化學研究
Iron Assisted Nitro Group Reduction in Inner-Carbon Nitro Substituted N-Confused Porphyrin and the Zinc Coordination of inner-carbon Nitro Substituted N-Confused Porphyrin
指導教授: 洪政雄
Hung, Chen-Hsiung
張一知
Chang, I-Jy
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 化學系
Department of Chemistry
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 92
中文關鍵詞: 紫質亞硝酸還原鋅紫質錯合物鐵紫質錯合物
英文關鍵詞: porphyrin, nitrite reduction, zinc porphyrin, iron porphyrin
論文種類: 學術論文
相關次數: 點閱:124下載:1
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 一氧化氮分子在生物體中扮演著重要的角色,其主要的來源是在血液中的亞硝酸離子,藉由亞硝酸還原酶的幫助下將亞硝酸離子還原成一氧化氮分子並釋放出去。先前在我們實驗室利用了環內碳上及環外氮上都含有氫原子的金屬錯合物FeII(HCTPPH)Br與亞硝酸鹽反應,成功模擬亞硝酸鹽還原反應,對此實驗的延伸我們實驗室選用Furuta教授發表的環內修飾亞硝酸基的碳氮異位紫質CTPPNO2和實驗室自己開發環內修飾亞硝酸基與環外氮上甲基修飾的CH3CTPPNO2¬,在CTPPNO2及CH3CTPPNO2與3當量的FeBr2反應過程中,環內碳上的亞硝基被還原成一氧化氮分子並轉移至中心金屬鐵上,形成一氧化氮鐵紫質錯合物{FeNO}6。藉由最後產物的[Fe(CH3CTPP)NO][FeBr4]晶體結構可知,因其結構中含有一陰離子FeBr4且反應必須與3當量FeBr2才能完全反應的結果可推得,在此反應的過程中須有額外的FeBr2提供電子使亞硝酸基進行還原反應形成一氧化氮分子。除此之外,由低溫的UV-Vis光譜追蹤可知,在反應的過程中經過一亞硝酸基未還原的中間產物,綜合上述光譜分析和晶體結果,我們可以成功的描繪出此反應的反應機制
    CTPPNO2¬分別與zinc chloride和zinc acetate反應可得到2H form與3H form不同共振形式的碳氮異位紫質鋅錯合物,其中3H form 形成dimer的結構。dimer的結構會因為shielding使外翻pyrrole環外碳上的氫化學位移upfield到2.51ppm,而其他的性質及初步的光譜鑒定與結構也做了深入的探討。

    目錄 第一章 鐵金屬離子配位導致碳氮異位紫質環內硝基還原反應 1 一. 緒論 1 (一)紫質化合物 1 (二)紫質衍伸物 2 (三)碳氮異位紫質的特性 6 (四)電子吸收光譜 8 (五)一氧化氮(NO)與紫質蛋白 10 二. 實驗 14 (一)實驗藥品及前置處理 14 (二)儀器設備 14 (三)化合物的合成與鑑定 15 三. 實驗結果與討論 17 (一) (CTPPNO2)的配製 17 (二) (CH3CTPPNO2)的配製 24 (三) 由CTPPNO2及CH3CTPPNO2分別合成[Fe(HCTPP)NO][FeBr4]與 [Fe(CH3CTPP)NO][FeBr4]及其性質 31 四. 反應機構綜合討論 49 參考文獻 53 第二章 環內硝基碳氮異位紫質之鋅離子配位化學研究 56 一. 緒論 56 二. 實驗 60 三. 實驗結果與討論 62 (一)Zn(HCTPPNO2)Cl(2a) 62 (二) [Zn(CTPPNO2)]2 (2b) 71 (三) Zn(CH3CTPPNO2)Cl(2c) 78 四. 結論 86 參考文獻 88 圖目錄 圖 1-1 porphyrin ring unit 1 圖1-2 紫質衍生物 2 圖1-3 異位紫質的結構 4 圖 1-4 carbaporphyrin 的種類 5 圖1-5 碳氮異位紫質金屬錯合物命名 6 圖1-6 一般紫質(圖上)與碳氮異位紫質的互變異結構(tautomer)(圖下) 7 圖1-7 不同價數的碳氮異位紫質分子 8 圖1-8 四軌域模型 9 圖 1-9 哺乳動物產生NO的機制 10 圖1-10 Copper Nitrite Reductase (CuNiR) 11 圖1-11 Cytochrome cd1 Nitrite Reductase (cd1 NiR) 12 圖1-12 一氧化氮配位化學反應循環 13 圖1-13 CTPPNO2在CH2Cl2中的UV-vis 光譜 18 圖1-14 在CTPPNO2各種不同的溶液內的UV-vis光譜 19 圖1-15 NCTPP的UV-vis光譜在 (a) CH2Cl2 and (b) DMF 19 圖1-16 CTPPNO2在CH2Cl2中加入不同酸 20 圖 1-17 CTPPNO2¬ 1H NMR 21 圖1-18 CTPPNO2的晶體結構圖 22 圖1-19 CTPPNO2的重要鍵長 22 圖1-20 CTPPNO2與各原子與porphyrin平均平面的距離 23 圖 1-21 CTPPNO2平均平面與外翻pyrrole的夾角 24 圖1-22 (a)CH3CTPPNO2 (b)CTPPNO2 UV-vis光譜圖 26 圖1-23 CH3CTPPNO2 1H NMR 27 圖 1-24 CH3CTPPNO2¬ 2D NMR COSY 放大圖 28 圖1-25 CH3CTPPNO2的晶體結構圖 28 圖1-26 CH3CTPPNO2的重要鍵長 29 圖1-27 CH3CTPPNO2個原子與porphyrin平均平面的距離 30 圖 1-28 CH3CTPPNO2平均平面與外翻pyrrole的夾角 31 圖1-29 {FeNO}6(1a)的UV-vis光譜 32 圖1-30 3eq FeBr2與濃度10-8 M的CTPPNO2在-15°C的UV-vis追蹤光譜 33 圖1-31 不同當量的FeBr2與2 mM的CTPPNO2反應UV-vis光譜 34 圖 1-32 (1a)和(1c)的UV-vis光譜圖 35 圖1-33 Fe(CTPP)NO(1c) NMR光譜 36 圖1-34 FeBr2分別與CTPPNO2和CH3CTPPNO2反應UV-vis光譜 37 圖1-35 FeCl3與CTPPNO2反應的當量數測定 38 圖1-36 FeBr2與FeCl3分別與CTPPNO2反應的UV-vis光譜比較 49 圖1-37 FeII(HCTPPH)Br和FeIII(HCTPP)Br UV-vis光譜 40 圖1-38 FeII(HCTPPH)Br和FeII(CTPPCH3)Br以及Fe(CTPPNO2)X的UV-vis光譜比較 41 圖1-39 Fe(HCTPP)NO(1a) solution IR (THF and CH3CN) 43 圖1-40 [Fe(CH3CTPP)NO]+ ESI-MS (+)光譜 44 圖1-41 [Fe(CH3CTPP)NO]+ ESI-MS (-)光譜 45 圖1-42 [Fe(CH3CTPP)NO][FeBr4](1b)晶體結構圖 46 圖1-43 [Fe(CH3CTPP)NO][FeBr4](1b)的鍵長 47 圖1-44 [Fe(CH3CTPP)NO][FeBr4](1b)各原子距離平均平面的距離 48 圖1-45 C-NO2斷鍵 50 圖 2-1 異位紫質環的分子修飾 57 圖 2-2 已發表配位在碳氮異位紫質的金屬 57 圖 2-3 異位紫質分子的配位型式 59 圖 2-4 Zn(CTPPNO2)Cl(2a) UV-vis光譜 63 圖2-5 CTPPNO2酸化UV-vis光譜 63 圖2-6 鋅紫質錯合物的共軛式轉換 64 圖2-7 Zn(HCTPPNO2)Cl(2a)的1H NMR光譜 65 圖2-8 Zn(HCTPPNO2)Cl(2a)的1H COSY NMR光譜 66 圖2-9 Zn(HCTPPNO2)Cl(2a)的1H-13C HSQC NMR光譜 67 圖2-10 Zn(HCTPPNO2)Cl(2a)的晶體結構圖 68 圖2-11 Zn(HCTPPNO2)Cl(2a)原子間的鍵長 69 圖2-12 Zn(HCTPPNO2)Cl(2a)各原子與平均平面的距離 70 圖 2-13 Zn(HCTPPNO2)(1a)平均平面與外翻pyrrole的角度 70 圖2-14 [Zn(CTPPNO2)]2 (2b) UV-vis光譜 72 圖2-15[Zn(CTPPNO2)]2 (2b)的1H NMR光譜 73 圖2-16 [Zn(CTPPNO2)]2 (2b) 1H COSY NMR放大光譜 73 圖2-17 [Zn(CTPPNO2)]2 (2b) 1H-13C HSQC NMR光譜 74 圖2-18 [Zn(CTPPNO2)]2 (2b)的晶體結構圖 75 圖2-19 [Zn(CTPPNO2)]2 (2b)原子間的鍵長 76 圖2-20 [Zn(CTPPNO2)]2 (2b)兩個分子間的距離 76 圖2-21 [Zn(CTPPNO2)]2各原子與平均平面的距離 77 圖 2-22 Zn(CTPPNO2) 平均平面與外翻pyrrole的角度 78 圖2-23 Zn(CH3CTPPNO2)Cl(2c)的UV-vis光譜圖 79 圖2-24 Zn(CH3CTPPNO2)Cl(2c) 1H NMR光譜 80 圖2-25 Zn(CH3CTPPNO2)Cl(2c) 1H NMR COSY 光譜 81 圖2-26 Zn(CH3CTPPNO2)Cl(2c) 1H-13C HSQC NMR光譜 81 圖2-27 Zn(CH3CTPPNO2)Cl(2c)的晶體結構圖 82 圖2-28 Zn(CH3CTPPNO2)Cl(2c) 鍵長 83 圖2-29 Zn(CH3CTPPNO2)Cl(2c)各原子與平均平面的距離 84 圖 2-30 Zn(CH3CTPPNO2)Cl(2c)平均平面與外翻pyrrole的角度 84 表目錄 表1-1 CTPPNO2 晶體結構的重要鍵長(Å)鍵角(deg) 22 表1-2 CH3CTPPNO2 晶體結構的重要鍵長(Å)鍵角(deg) 30 表1-3 {FeNO}6的IR比較 42 表1-4 [Fe(CH3CTPP)NO][FeBr4](1b)的重要鍵長(Å)與鍵角(deg) 48 表1-5 {FeNO}6文獻晶體特性的比較 58 表 1-6 Crystal data and refinement for CTPPNO2、CH3CTPPNO2、(1b) 52 表2-1 Zn(HCTPPNO2)(2a) 晶體結構的重要鍵長(Å)鍵角(deg) 69 表2-2 Zn(CTPPNO2) dimer(2b)晶體結構的重要鍵長(Å)鍵角(deg) 77 表2-3 Zn(CH3CTPPNO2) (2c) 晶體結構的重要鍵長(Å)鍵角(deg) 83 表2-4 三種Zn錯合物與起始Ligand的鍵長與角度的比較 85 表2-5 Crystal data and refinement for (2a)、(2b)、(2c) 87

    53

    參考文獻:

    (1) Milgrom, L. R. The colours of Life : An Introduction to the Chemistry of Porphyrin and
    Related Compound 1997.
    (2) Dolphin, e. The porphyrins 1978.
    (3) Barkigia, K. M.; Berber, M. D.; Fajer, J.; Medforth, C. J.; Renner, M. W.; Smith, K. M. J.
    Am. Chem. Soc. 1990, 112, 8851.
    (4) Collman, J. P.; Boulatov, R.; Sunderland, C. J.; Fu, L. Chem. Rev. 2003, 104, 561.
    (5) Kang, S. A.; Marjavaara, P. J.; Crane, B. R. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 10836.
    (6) Ema, T.; Senge, M. O.; Nelson, N. Y.; Ogoshi, H.; Smith, K. M. Angewandte Chemie
    International Edition in English 1994, 33, 1879.
    (7) Ren, Z. M., T.;McRee,D. E. J. Mol. Biol. 1993, 234, 433.
    (8) Yasui, M. H., S.;Kai, Y.;Kasai,N;Kusunoki, M.;Matsuura, Y. J. Biochem 1992, 111, 317.
    (9) Ghosh, A. Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 1918.
    (10) Narayanan, S. J.; Sridevi, B.; Chandrashekar, T. K.; Vij, A.; Roy, R. J. Am. Chem. Soc.
    1999, 121, 9053.
    (11) Chmielewski, P. J.; Latos-Grażyński, L. Coord. Chem. Rev. 2005, 249, 2510.
    (12) Furuta, H.; Ishizuka, T.; Osuka, A.; Ogawa, T. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 2945.
    (13) Pushpan, S. K.; Srinivasan, A.; Anand, V. R. G.; Chandrashekar, T. K.; Subramanian, A.;
    Roy, R.; Sugiura, K.-i.; Sakata, Y. J. Org. Chem. 2000, 66, 153.
    (14) Fowler, C. J.; Sessler, J. L.; Lynch, V. M.; Waluk, J.; Gebauer, A.; Lex, J.; Heger, A.;
    Zuniga-y-Rivero, F.; Vogel, E. Chemistry – A European Journal 2002, 8, 3485.
    (15) Lash, T. D.; Hayes, M. J.; Spence, J. D.; Muckey, M. A.; Ferrence, G. M.; Szczepura, L.
    F. J. Org. Chem. 2002, 67, 4860.
    (16) Chmielewski, P. J.; Latos-Grażyński, L.; Rachlewicz, K.; Glowiak, T. Angewandte 54

    Chemie International Edition in English 1994, 33, 779.
    (17) Furuta, H.; Asano, T.; Ogawa, T. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 767.
    (18) Szterenberg, L.; Latos-Grażyński, L. Inorg. Chem. 1997, 36, 6287.
    (19) Furuta, H.; Maeda, H.; Osuka, A. Chem. Commun. 2002, 0, 1795.
    (20) Furuta, H.; Ishizuka, T.; Osuka, A.; Ogawa, T. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 5748.
    (21) Furuta, H.; Maeda, H.; Osuka, A. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 803.
    (22) Stȩpień, M.; Latos-Grażyński, L. Org. Lett. 2003, 5, 3379.
    (23) Stępień, M.; Latos-Grażyński, L. Chemistry – A European Journal 2001, 7, 5113.
    (24) Stȩpień, M.; Latos-Grażyński, L. J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 3838.
    (25) Stȩpień, M.; Latos-Grażyński, L. Acc. Chem. Res. 2004, 38, 88.
    (26) Srinivasan, A.; Ishizuka, T.; Osuka, A.; Furuta, H. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 878.
    (27) Hinderberger, D.; Piskorski, R. P.; Goenrich, M.; Thauer, R. K.; Schweiger, A.; Harmer,
    J.; Jaun, B. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 3602.
    (28) Ermler, U. G., W.;Shima, S.;Goubeaud, M;Thauer,R. K. Scinece 1997, 278, 1457.
    (29) Spiro, T. G. Science 1997, 278, 17.
    (30) Thauer, R. K. Microbiology 1998, 144, 2377.
    (31) Rachlewicz, K.; Wang, S.-L.; Ko, J.-L.; Hung, C.-H.; Latos-Grażyński, L. J. Am. Chem.
    Soc. 2004, 126, 4420.
    (32) Furuta, H.; Ishizuka, T.; Osuka, A.; Dejima, H.; Nakagawa, H.; Ishikawa, Y. J. Am.
    Chem. Soc. 2001, 123, 6207.
    (33) Gouterman, M. J. Mol. Spectroscopy 1961, 6.
    (34) Lundberg, J. O. W., E.;Gladwin, M. T. Nat Rev Drug Discov 2008, 7, 156.
    (35) Giulivi, C. Free Radical Biol. Med. 2003, 34, 397.
    (36) Gladwin, M. T.; Grubina, R.; Doyle, M. P. Acc. Chem. Res. 2008, 42, 157.
    (37) Williams, P. A. F., Vilmos;Garman, Elspeth F.; Saunders, Neil F. W.;Ferguson, Stuart
    J.;Hajdu, Janos Nature 1997, 389. (38) Einsle, O.; Messerschmidt, A.; Huber, R.; Kroneck, P. M. H.; Neese, F. J. Am. Chem.
    Soc. 2002, 124, 11737.
    (39) Perissinotti, L. L.; Marti, M. A.; Doctorovich, F.; Luque, F. J.; Estrin, D. A.
    Biochemistry 2008, 47, 9793.
    (40) Enemark, J. H.; Feltham, R. D. Coord. Chem. Rev. 1974, 13, 339.
    (41) Ching, W.-M.; Chuang, C.-H.; Wu, C.-W.; Peng, C.-H.; Hung, C.-H. J. Am. Chem. Soc.
    2009, 131, 7952.
    (42) Yuichi Ishikawa; Ichiro Yoshida; Kaori Akaiwa; Eiji Koguchi, T. S., Hiroyuki Furuta1
    Chem. Lett. 1997, 5, 453.
    (43) Geier, G. R.; Ciringh, Y.; Li, F.; Haynes, D. M.; Lindsey, J. S. Org. Lett. 2000, 2, 1745.
    (44) Chmielewski, P. J. L.-G., L. J. Chem.Soc., Perkin Trans. 1995, 2, 503.
    (45) Joseph, C. A.; Lee, M. S.; Iretskii, A. V.; Wu, G.; Ford, P. C. Inorg. Chem. 2006, 45,
    2075.
    (46) Mason, J.; Larkworthy, L. F.; Moore, E. A. Chem. Rev. 2002, 102, 913.
    (47) Doppelt, P. Inorg. Chem. 1984, 23, 4009.
    (48) Wyllie, G. R. A.; Scheidt, W. R. Chem. Rev. 2002, 102, 1067.

    QR CODE