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研究生: 程本毅
Cheng Ben Yi
論文名稱: 十七至十九環二醯胺化合物的合成及利用研究
Study of synthesis and make use of 17-to 19- membered macrocyclic diamides.
指導教授: 劉高家秀
Liu Gao, Jia-Xiu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 化學系
Department of Chemistry
論文出版年: 2001
畢業學年度: 89
語文別: 中文
中文關鍵詞: 大環醯胺
英文關鍵詞: crown, diamide
論文種類: 學術論文
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  • 本研究以謝清白和呂志昇學長改良的大環醯胺合成法合成一系列十七至十九環含硫、氧或含氮的雙苯大環二醯胺化合物,利用萃取及傳輸實驗對過渡金屬鈀(II)、銅(II)、鎳(II)離子的錯合能力進行探討。
    萃取實驗中含硫大環二醯胺化合物(2a,2b,2c,4b,4c)對鈀(II)金屬離子的萃取效果比對銅(II)和鎳(II)金屬離子的萃取效果好;含氧大環二醯胺化合物(1a,1b,1c)對鈀(II)金屬離子並沒有萃取效果,對銅(II)金屬離子的萃取效果比鎳(II)金屬離子的萃取效果好;含兩個氧原子和一個氮原子的大環二醯胺化合物(3a)對銅(II)金屬離子的萃取效果比對鈀(II)和鎳(II)金屬離子的萃取效果好。
    由傳輸實驗結果來看,含硫大環二醯胺化合物(2a,2b,2c,4b,4c)傳輸實驗的接受層金屬離子濃度是鈀(II)金屬離子濃度高於銅(II)金屬離子濃度高於鎳(II)金屬離子濃度; 含氧大環二醯胺化合物(1a,1b,1c)對鈀(II)金屬離子並沒有傳輸效果,接受層金屬離子濃度是銅(II)金屬離子濃度高於鎳(II)金屬離子濃度; 含兩個氧原子和一個氮原子的大環二醯胺化合物(3a)接受層金屬離子濃度是銅(II)金屬離子濃度高於鈀(II)金屬離子濃度高於鎳(II)金屬離子濃度。
    由實驗得知含硫的大環二醯胺化合物(2a,2b,2c,4b,4c)對過渡金屬鈀(II)的錯合能力比較好,含氧(1a,1b,1c)或含氮(3a)的大環二醯胺化合物則對銅(II)有較好的錯合能力。
    為了知道配位子與鈀(II)離子錯合的平衡常數(K),因此利用紫外/可見光光譜法(UV/VIS)來偵測配位子與金屬離子錯合的平衡常數,但與銅(II)及鎳(II)離子的錯合因無新峰線產生而未測。
    分別以十八和十九環含硫的雙苯大環二醯胺化合物用氯仿和正己烷為溶劑養出鈀(II)單晶,經X-ray繞射鑑定後,得到兩顆皆為橘紅色但配位子和鈀(II)比例分別為1:1(十八環)和1:2(十九環)的晶體,且由(UV/VIS) Job’s plot (連續變化法)可發現其圖形介於1:1和1:2之間,因此認為1:1和1:2兩種錯合形式是在溶液中同時存在的。

    Nine 17-to 19-membered macrocyclic diamides containing sulfur, oxygen and nitrogen as other coordinating site were synthesized by methods developed earily in our laboratory. They were used to study the ability of complexation with palladium(II), copper(II) and nickel(II) ion using techniques such as solvent extraction and liquid membrane transport.
    In solvent extraction experiment, macrocyclic diamides containing sulfur have better ability of extraction with palladium(II) ion than copper(II) and nickel(II) ion. Macrocyclic diamides containing oxygen have better ability of extraction with copper(II) than nickel(II) and palladium(II) ion. Macrocyclic diamides containing oxygen and nitrogen have better ability of extraction with copper(II) than palladium(II) and nickel(II) ion.
    In liquid membrane transport experiment, macrocyclic diamides containing sulfur have higher concentration in accepted layer with palladium(II) ion than copper(II) and nickel(II) ion. Macrocyclic diamides containing oxygen have higher concentration in accepted layer with copper(II) than nickel(II) and palladium(II) ion. Macrocyclic diamides containing oxygen and nitrogen have higher concentration in accepted layer with copper(II) than palladium(II) and nickel(II) ion.
    Results show that macrocyclic diamides containing sulfur as other donor ligands have the best ability of complexation with palladium(II) ion, while macrocyclic diamides containing nitrogen and oxygen donor complexed better with copper(II) ion.
    T he equilibrium constants(K) with Pd(II) ion were determined using mole-ratio method of UV/Vis spectrometry.
    Two kinds of red-orange single crystal of the Pd(II)-macrocyclic diamide complexs containing sulfur in 18-and 19-membered rings were isolated and was analyzed by single crystal X-ray diffractions.The 18-membered ring is 1:1 [ligand : Pd(II)], while the 19-membered ring is 1:2 [ligand : Pd(II)]. The continuous variation method(UV/Vis) also showed that both one to one and one to two complexes with Pd(II) were co-existed in methanolic solutions.

    第一章:前言…………………………1 第二章:簡介…………………………4 2-1合成方法的簡介……………………….4 2-2大環冠狀化合物的錯和研究………….7 第三章:實驗部分…………………….12 3-1 儀器…………………………….……..12 3-2 藥品及器材………………….………..13 3-3 合成部分…………………….………..15 3-3-1 雙水楊酸二醯胺化合物(bissalicyclic diamides)之合成步驟………………………..15 3-3-2含有三個氧原子的大環冠狀二醯胺化合物的合成步驟………………………………………..…16 3-3-3 2,2’-雙(2-羧基苯基硫)乙基醚[2,2’-bis(2-carboxy phenyl-thio)ethyl ether]之合成步驟…………………………………………………..19 3-3-4 含有二硫原子及一氧原子的大環冠狀二醯胺化合物的合成步驟………………………………..20 3-3-5含有兩個氧原子一個氮原子的大環冠狀二醯胺化合物的合成步驟……………………………..23 3-3-6 1,2-雙(2-羧基苯基硫)烷化合物[1,2-bis(2-carboxylphenyl-thio)alkane]之合成步驟…………………………………………………..25 3-3-7 含二硫原子的大環冠狀二醯胺化合物的合成步驟………………………………………………..26 3-4 以快速原子撞擊質譜法(FAB-MS)對大環冠狀二醯胺化合物和金屬離子的錯合研究………………………………………………..29 3-5 大環冠狀二醯胺化合物對過渡金屬離子(Cu2+, Ni2+, Pd2+)的萃取研究……………….30 3-5-1震盪時間(shaking)對萃取的影響…………..35 3-5-2混和過渡金屬(Cu2+, Ni2+, Pd2+)離子的萃取實驗………………………………………………..36 3-6 大環冠狀醯胺化合物對過渡金屬離子(Cu2+, Ni2+, Pd2+)的傳輸研究………………………..37 3-6-1 單一金屬離子(Cu2+, Ni2+, Pd2+)之傳輸實驗……………………………………………………..39 3-6-2混合多種過渡金屬離子之傳輸實驗……….40 3-7大環冠狀二醯胺化合物和金屬離子錯合的平衡常數……………………..……………….41 3-8養晶過程…………………………………45 第四章:結果與討論…………………..46 4-1合成方法之探討…………………………46 4-2大環冠狀二醯胺化合物對Pd(II),Cu(II), Ni(II)金屬離子錯合能力的探討…………….50 4-2-1萃取實驗的結果與討論………………….50 4-2-2傳輸實驗的結果與討論………………….61 4-3穩定常數 (stability constants) 的探討…68 4-4 FAB-MS的結果與討論…………...….…78 4-5 X-射線繞射光譜的結果與討論…………85 第五章:結論……………………….…90 參考文獻……………....……………….93 附錄………………………………….…97 圖目錄: 圖1-1:valinomycin的結構圖…………………………………1 圖1-2:Pederson所合成的大環冠狀化合物結構……………2 圖3-1:含三個氧原子的大環冠狀二醯胺化合物的結構與代號……………………………………………………………...17 圖3-2:含兩個硫原子一個氧原子的大環冠狀二醯胺化合物的結構與代號………………………………………………...21 圖3-3:含兩個氧原子一個氮原子的大環冠狀二醯胺化合物的結構與代號………………………………………………...24 圖3-4:含兩個硫原子的大環冠狀二醯胺化合物的結構與代號……………………………………………………………...27 圖3-5:Pd(II)加熱曲線圖……………………………...……32 圖3-6:Cu(II)加熱曲線圖………………………………..….33 圖3-7:Ni(II)加熱曲線圖……………………………………33 圖3-8:鈀離子檢量線…………………………….…………34 圖3-9:銅離子檢量線………………….……………………34 圖3-10:鎳離子檢量線…………………………………...…35 圖3-11:以電動震盪器進行萃取的條件及其裝置圖…….....36 圖3-12:液膜離子傳輸裝置及單一傳輸的條件…….…..…..39 圖3-13:液膜離子傳輸裝置及混合傳輸的條件…………….40 圖4-1: 2a,2b配位子與Pd(II)在甲醇中錯合的紫外/可見光吸收光譜……………………………………………………...69 圖4-2:2c,3a配位子與Pd(II)在甲醇中錯合的紫外/可見光吸收光譜………………………………………….……………..70 圖4-3: Job’s polt……………………………………………71 圖4-4:2a,2b配位子與Pd(II)在甲醇中錯合得到的Job’s polt ………………………………………………………..……….72 圖4-5:2c,3a配位子與Pd(II)在甲醇中錯合得到的Job’s polt ………………………………………………..……………….73 圖4-6:2a配位子與Pd(II) 在甲醇中錯合利用紫外/可見光譜儀測定的吸收度與莫耳比例圖…………………………...…74 圖4-7:2b,2c配位子與Pd(II) 在甲醇中錯合利用紫外/可見光譜儀測定的吸收度與莫耳比例圖……………………….….75 圖4-8:3a配位子與Pd(II) 在甲醇中錯合利用紫外/可見光譜儀測定的吸收度與莫耳比例圖………………………….…..76 圖4-9:2a化合物對鈀離子的FAB-MS圖…………………79 圖4-10:2b化合物對鈀離子的FAB-MS圖………………..80 圖4-11:2c化合物對鈀離子的FAB-MS圖…………………81 圖4-12:單晶Pd2L(OAc)2的FAB-MS圖……………..……82 圖4-13:1c合物對銅離子的FAB-MS圖…………………..83 圖4-14:1c合物對鎳離子的FAB-MS圖…………………..84 圖4-15:單晶PdLH-2的結構圖………………………………86 圖4-16:單晶Pd2L(OAc)2的結構圖……………………..….87 圖4-17:單晶Pd2L(OAc)2的平面結構圖…………………..87 圖示目錄: 圖示2-1:Lehn以high dilution合成大環醯胺化合物的流程圖……………………………………………………………….4 圖示2-2:Kimura以模板效應的技巧合成大環冠狀二醯胺化合物的反應方程式…………………………………………….5 圖示4-1:合成含氧與含氧和氮的的大環冠狀二醯胺化合物的反應方程式……………………………………….………..48 圖示4-2:合成含硫大環冠狀二醯胺化合物的反應方程式………………………………………………………….…..48 圖示4-3:合成大環冠狀二醯胺化合物的結構及代號……………………………………………………………...49 表目錄: 表4-1:各化合物對Pd(II)單一萃取實驗結果………………52 表4-2:各化合物對Cu(II)單一萃取實驗結果……………..53 表4-3:各化合物對Ni(II)單一萃取實驗結果………………54 表4-4:各化合物混合萃取實驗結果……………….………59 表4-5:各化合物單一傳輸4小時所得之實驗結果……….62 表4-10:各大環化合物混合傳輸4小時所得之實驗結果……………………………………………………………...66 表4-11:配位子與Pd(II)在甲醇中錯合利用紫外/可見光譜儀測定以1:1錯合求得的平衡常數(K)…...………………….99 原始資料表目錄: 表一 Pd(II)單一萃取實驗用AA所得之原始數據(Peak Area)…………………………………………………..………55 表二 Cu(II)單一萃取實驗用AA所得之原始數據(Peak Area)……………………………………………………..……56 表三 Ni(II)單一萃取實驗用AA所得之原始數據(Peak Area)……………………………………………………..……57 表四 混合萃取實驗用AA所得之原始數據(Peak Area)…………………………………………………….…….60 表五 單一傳輸實驗用AA所得之原始數據(Peak Area)…………………………………………………..………67 表六 混合傳輸實驗用AA所得之原始數據(Peak Area)………………………………………………..…………67

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