雙亞硝基鐵錯合物之新衍生物：合成與反應性的探討

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研究生：	林津瑋 Chin-Wei Lin
論文名稱：	雙亞硝基鐵錯合物之新衍生物：合成與反應性的探討 A New Member of A Class of Dinitrosyl Iron Complexes（DNICs）：Synthesis, Reactivity
指導教授：	廖文峯 Wen-Feng Liaw
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	理學院 - 化學系 Department of Chemistry
論文出版年：	2004
畢業學年度：	92
語文別：	中文
論文頁數：	80
中文關鍵詞：	雙亞硝基鐵錯合物、一氧化氮、酵素活化中心、晴水解酵素
外文關鍵詞：	DNICs, nitrile hydratase, nitric oxide, sulfinate
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為了模擬NHase之後修飾作用，本研究中，首先利用[PPN] [(NO)Fe (S,S-C6H4)2]（1）（{Fe(NO)}6）與H2O2進行反應。結果指出，此反應與O2氧化之例子相當類似，皆可生成sulfinate產物—[PPN] [(NO)Fe(S,SO2-C6H4) (S,S-C6H4)]（3）。然而，若改變此一鐵硝基化合物之電子環境為{Fe(NO)}7之[PPN]2 [(NO)Fe (S,S-C6H4)2]（6A）時，則其與O2之反應係改採一denitrosylation之反應路徑；而此一反應差異，由此二化合物之結構比較中推測，係可能起因於後者之NO π反鍵結上的電子密度增加，進而提高其NO與氧氣的反應性。
然而，不同於上述之反應，若使用一同時具有氧化與硝基化潛力之NO+為反應試劑時，則不論是化合物1或化合物6A，皆無法氧化其硫配位基為sulfinate產物，相反地，卻是與之進行硝基化，而生成一具有雙鐵核之Dinitrosyl Iron Complexes（DNICs）—[PPN] [(NO)Fe(μ-S,S-C6H4)2Fe(NO)2]（7）。而此一結果，不只對於生化上RS-NO與DNICs之轉換現象，作了一相當良好之模擬呈現；同時，亦引發此一似protein-bound DNICs之雙鐵核硝基化合物的相關研究。
而使用相同之方法，本研究亦成功地由化合物3與NO+之反應中，合成了另一雙鐵核之DNICs —[PPN] [(NO)Fe(μ-S,SO2-C6H4)(μ-S,S-C6H4)Fe(NO)2]（8）。
同時，藉由相關之結構分析、光譜變化以及反應性探討，更進一步得以推論，此Fe(NO)2部位，係為一電子提供者，而它經由化合物7與化合物8較短之Fe(1)—Fe(2)距離、以及其近似平面之Fe(2)-(Sbridge)2-Fe(1)結構，進而使電子delocalization至Fe(1)S4N架構中，並形成一{Fe(NO)}7-{Fe(NO)2}9 coupling之電子結構。
而研究中，亦針對如此結構之化合物7，與硫粉、[Fe(S,S-CNMe2) 3]、[PPN] [(S,S-CNMe2)]等不同含硫物種，進行反應，以進而檢測其釋出NO之特性。實驗結果說明，隨著不同含硫物種之採用，則化合物7亦能以不同之形式釋出NO。而此一過程，或許即是生理上，DNICs釋出NO的ㄧ種可能調控機制。

In modeling the inactive form NHase, reactions of [PPN] [(NO)Fe(S,S-C6H4)2](1) ({Fe(NO)}6) and H2O2 or O2 give the sulfinate product, [PPN] [(NO)Fe(S,SO2-C6H4) (S,S-C6H4)](3). In contrast, [PPN]2 [(NO)Fe(S,S-C6H4)2](6A)({Fe(NO)}6) is denitrosylated when reacting with O2. On the basis of the X-ray crystal structure, the bent ∠Fe-N-O in complex 6A implies the increase of electron density on NO π antibonding orbital promoting the reactivity of O2 and NO∙. However, both 1 and 6A produce the same dinuclear dinitrosyl iron complex (DNICs) [PPN][(NO)Fe(μ-S,S-C6H4)2Fe(NO)2 ] (7) when reacting with NO+. It thus appears that the variations of electronic environment between the two complexes show no selectivity toward NO+. The nitrosylation reaction not only gives a good mimic pattern of transformation of RS-NO into DNICs but also opens up the study of the dinuclear DNICs. By the same synthetic method, [PPN] [(NO)Fe(μ-S,SO2-C6H4)
(μ-S,S-C6H4)Fe(NO)2](8), a new member of a class of dinuclear DNICs, is also synthesized. It is suggested from the X-ray crystal structure data, IR/UV spectroscopy, and related reactivities that the Fe(NO)2 serves as an electron donor. The electron-donation occurs from Fe(2) to Fe(1) via the shortening Fe(1)—Fe(2) distance assigned as an {Fe(NO)}7-{Fe(NO)2}9 electronic structure. Further studies of 7 by reacting with S8, [Fe(S,S-CNMe2) 3], and [PPN] [(S,S-CNMe2)] proved that the NO-releasing preference is modulated by different thiolate compounds/ligands.

中文摘要………………………………………………………………………..…...i
英文摘要………………………………………………………………………..…..ii
目錄………………………………………………………………………..…..iii
第一章：緒論 ………………………………………………………….…………..1
1-1：前言……………………………………………………………….……….1
1-2：NO的儲存與傳輸~DNICs……………………………………………….1
（1）DNICs………..…………………………………………………………….1
（2）Fe(NO)2架構之模型化合物研究……………………………………...4
1-3：NO與蛋白質的後修飾作用~NHase……………………………………...7
（1）NO與含硫蛋白之後修飾作用…………………………………………...7
（2）NHase.………………………………………..………………………...….7
（3）修飾後之NHase模型化合物研究……………………………………….9
1-4：實驗研究方向…………………………………………………………….11
第二章：實驗部份………………………………………………………………….13
2-1：一般實驗………………………………………………………………..13
2-2：儀器……………………………………………………………………..13
2-3：藥品……………………………………………………………………..14
2-4：化合物的合成、鑑定與反應性研究…………………………………..15
2-5：晶體結構解析（Crystallography）………………………………….23
第三章：結果與討論……………………………………………………….…….30
3-1：化合物[PPN] [(NO)Fe(S,S-C6H4)2]（1）與化合物[PPN] 2 [(NO)Fe (S,S-C6H4)2]（6A）對O2、H2O2與NO+的反應性探討
（1）[PPN] [(NO)Fe(S,S-C6H4)2]（1）（{Fe(NO)}6）對O2與H2O2的反應性比較
（2）化合物[PPN]2 [(NO)Fe(S,S-C6H4)2]（6A）（{Fe(NO)}7）對O2的反應性探討∼電子環境的影響
（3）[PPN] [(NO)Fe(S,S-C6H4)2]（{Fe(NO)}6）（1）與[PPN]2 [(NO)Fe (S,S-C6H4)2]（{Fe(NO)}7）（6A）對NO+的反應性比較
3-2：化合物[PPN] [(NO)Fe(μ-S,SO2-C6H4) (μ-S,S-C6H4)Fe(NO)2]（8）的合成、光譜、結構分析、磁性與反應性探討
3-3：化合物[PPN] [(NO)Fe(μ-S,S-C6H4)2Fe(NO)2]（7）的磁性、反應性、與DNICs性質探討
第四章：結論
References
















Table
Table 2-1. Crystallographic Data of [PPN]2 [Fe(H2O)2(OSO2-C6H4)2]
Table 2-2. Crystallographic Data of [Me4N]2 [Fe(NO)(S,S-C6H4)2]
Table 2-3. Crystallographic Data of [PPN] [(NO)Fe(μ-S,S-C6H4)2Fe(NO)2]
Table 2-4. Crystallographic Data of [PPN] [(NO)Fe(μ-S,SO2-C6H4) (μ-S,S-C6H4)Fe(NO)2]
Table 2-5. Crystallographic Data of [PPN] [(NO)Fe(S,S-C6H4) (S,S-CNMe2)]
Table 3-1-1. Selected bond distances（Å）and angles（deg）for [PPN]2 [Fe(H2O)2(OSO2-C6H4)2]（5）
Table 3-1. 不同H2O2當量數以及不同的溶劑條件下（CH3CN與THF）之產率結果
Table 3-1-2. Selected bond distances（Å）and angles（deg）for [Me4N]2 [Fe(NO)(S,S-C6H4)2]（6）
Table 3-1-3. Selected bond distances（Å）and angles（deg）for [PPN] [(NO)Fe(μ-S,S-C6H4)2Fe(NO)2]（7）
Table 3-2-1. Selected bond distances（Å）and angles（deg）for [PPN] [(NO)Fe(μ-S,SO2-C6H4) (μ-S,S-C6H4)Fe(NO)2]（8）
Table 3-2. 化合物(NO)Ni0-Fe(NO)2、NiII-Fe(NO)2、8、7與Fe(NO)2(PPh3)2之Fe(NO)2部分的結構參數比較
Table 3-3-1. Selected bond distances（Å）and angles（deg）for [PPN] [(NO)Fe(S,S-C6H4) (S,S-CNMe2)]（9）
Table 3-3. [Me4N]2 [Fe(NO)(S,S-C6H4)2]（6）、[PPN] [(NO)Fe(S,S-C6H4) (S,S-CNMe2)]（9）與[(NO)Fe(S,S-CNMe2) 2]之結構比較



Figure
Figure 1-1. NO與高電位之鐵硫蛋白質（HiPIP）的反應
Figure 1-2. (a) [NiII(μ-S(CH2)2N(Et)(CH2)3N(Et)(CH2)2μ-S)Fe(NO)2]；
         (b) [(NO)Ni0(μ-(SCH2CH2)2S)Fe(NO)2]
Figure 1-3. (a) [Fe(NO)2{Fe(NS3)(CO)}-S,S’]；
(b) [Fe(NO)2{Fe(NS3)(CN)}-S,S’]–；
(c) [Fe(NO)2{Fe(NS3)(NO)}-S,S’]
Figure 1-4. NHase之催化功能
Figure 1-5. NHase active site as determined by X-ray crystallography：(a)photoactivated form determined at 2.65 Å resolution and (b)NO inactivated form determined at 1.7 Å resolution
Figure 1-6. (a) [FeIII (PyPepSO2)2]-；(b) [FeIII (PyP{SO2}2)]-；
(c) [FeIII (LN2S3O2)]2-
Figure 1-7. 化合物1、3之可逆性
Figure 3-1-1. [PPN]2 [Fe(H2O)2(OSO2-C6H4)2]（5）的單晶結構圖
Figure 3-1-2. 化合物5的IR光譜(KBr)
Figure 3-1-3. 化合物5之UV/VIS光譜（CH2Cl2）
Figure 3-1-4. 化合物5之1H NMR光譜(CD2Cl2)
Figure 3-1-5. 化合物1的IR光譜(KBr)
Figure 3-1-6. 化合物1之UV/VIS光譜（THF）
Figure 3-1-7. 化合物2之IR光譜（THF）
Figure 3-1-8. 化合物2之UV/VIS光譜（THF）
Figure 3-1-9. 化合物3的IR光譜(KBr)
Figure 3-1-10. 化合物3之UV/VIS光譜（THF）
Figure 3-1-11. 化合物4的IR光譜(KBr)
Figure 3-1-12. 化合物4之UV/VIS光譜（CH2Cl2）
Figure 3-1-13. 化合物6A與過量氧氣在CH3CN中之UV/VIS光譜反應變化
Figure 3-1-14. [PPN]2 [Fe(S,S-C6H4)2]2之UV/VIS光譜（CH3CN）
Figure 3-1-15. [PPN] [NO3]的IR光譜(KBr)
Figure 3-1-16. [PPN]2 [Fe(S,S-C6H4)2]2與[PPN] [NO2]在CH3CN中之UV/VIS光譜反應變化
Figure 3-1-17. [Me4N]2 [Fe(NO)(S,S-C6H4)2]（6）的單晶結構圖
Figure 3-1-18. [PPN] [(NO)Fe(μ-S,S-C6H4)2Fe(NO)2]（7）的單晶結構圖
Figure 3-1-19. 化合物7的IR光譜(KBr)
Figure 3-1-20. 化合物7之UV/VIS光譜（CH2Cl2）
Figure 3-2-1. [PPN] [(NO)Fe(μ-S,SO2-C6H4) (μ-S,S-C6H4)Fe(NO)2]（8）的單晶結構圖
Figure 3-2-2. 化合物8的IR光譜：(a) CH2Cl2；(b)KBr
Figure 3-2-3. 化合物8之UV/VIS光譜（CH2Cl2）
Figure 3-2-4. Molecular orbital energy level orderings for five-coordinate nitrosyls and their correlations28
Figure 3-2-5. 以磷酸為標準樣品，所進行之31P NMR光譜分析：(a)反應試劑PPh3；(b)比對用之標準樣品OPPh3；(c)化合物8與PPh3之反應產物
Figure 3-2-6. 化合物8之1H NMR光譜（CD2Cl2）
Figure 3-3-1. 化合物7之1H NMR光譜（CD2Cl2）
Figure 3-3-2. 化合物7與硫粉之反應產物光譜：(a)IR(THF)；(b)UV/VIS光譜（THF）
Figure 3-3-3. 化合物7與[Fe(S,S-CNMe2) 3]之反應產物[(NO)Fe(S,S-CNMe2) 2]的光譜：
(a)IR(KBr)；(b)UV/VIS光譜（CH2Cl2）
Figure 3-3-4. 化合物7與[Fe(S,S-CNMe2) 3]之反應產物[(NO)Fe(S,S-C6H4) (S,S-CNMe2)]的光譜：(a)IR(THF)；(b)UV/VIS光譜（THF）
Figure 3-3-5. 化合物7與[PPN] [(S,S-CNMe2)] 於THF中之反應IR光譜變化：(a)反應5分鐘，中間產物訊號已出現；(b) 反應1小時，起始物訊號明顯下降；(c) 反應6小時，起始物訊號幾乎消失；(d) 反應約4天時，中間產物訊號亦幾乎消失，THF溶液顏色近乎透明，同時，瓶壁下方有大量綠色沉澱產物。
Figure 3-3-6. [PPN] [(NO)Fe(S,S-C6H4) (S,S-CNMe2)]（9）的單晶結構圖
Figure 3-3-7. 化合物9的IR光譜（KBr）
Figure 3-3-8. 化合物9之UV/VIS光譜（CH2Cl2）
Figure 3-3-9. 化合物9之1H NMR光譜（CD2Cl2）

                                

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