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研究生: 陳廷奕
Chen, Ting-Yi
論文名稱: 三氮二氧配位基鈷金屬超氧錯合物之反應性探討
Reactivity Studies of a Cobalt-superoxo Complex supported with a BDPP ligand
指導教授: 李位仁
Lee, Way-Zen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 化學系
Department of Chemistry
論文出版年: 2019
畢業學年度: 107
語文別: 中文
論文頁數: 64
中文關鍵詞: 超氧化物氧氣活化
英文關鍵詞: Superoxo, Oxygen Activation
DOI URL: http://doi.org/10.6345/THE.NTNU.DC.003.2019.B05
論文種類: 學術論文
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  • 本研究使用參考文獻(Tetrahedron: Asymmetry 2004, 15, 177.)之三氮二氧五牙基(簡稱H2BDPP),合成二價鈷錯合物CoII(BDPP)(1),本實驗室王俊傑學長經研究證實,此二價鈷錯合物於低溫下有活化氧氣的反應性,經過實驗驗證可以得到CoIII(BDPP)(O2)(2),並且得知CoIII(BDPP)(O2)(2) 可以對較弱的氫氧鍵受質進行奪氫反應,例如 : TEMPO-H、azadol,得到 CoIII(BDPP)(OOH)。本研究則針對CoIII(BDPP)(O2)(2) 的質子化以及質子化後還原的過程進行研究,將CoIII(BDPP)(O2)(2) 質子化後可以得到在 -90⁰C 穩定的質子化中間體CoIII(BDPP)(O2)(H+)(C₂HF₃O₂-)(3) / CoIII(BDPP)(O2)(H+)( OTf-)(3'),並透過UV-Vis 光譜、EPR光譜、rRaman光譜鑑定此中間體的性質,將CoIII(BDPP)(O2)(H+)( OTf -)(3') 在 -120 ⁰C 加上還原劑加以還原,可以在UV-Vis光譜上發現類似CoIII(BDPP)(OOH) 的訊號,推測可能有 CoIII(BDPP)(OOH) 的生成。於此同時也以兩種路易士酸 Sc(OTf)3 、 B(C6F5)3 作為質子類比試劑,與CoIII(BDPP)(O2)(2)反應後可觀測到與質子光譜相同的UV-Vis光譜以及相同的EPR 光譜,將 CoIII(BDPP)(O2)(Sc3+)(OTf-)3(4) ,在 – 90 ⁰C 下再加入還原劑,可以在UV-Vis光譜上觀察到類似CoIII(BDPP)(OOH)的光譜訊號,推測產物為CoIII(BDPP)(OOSc)2+。透過此研究,可以了解超氧化物經質子化的性質變化,以及質子化後的還原反應機制。

    In previous study, N3O2 pentadentate ligand H2BDPP, published on Tetrahedron(Tetrahedron: Asymmetry 2004, 15, 177.), was deprotonated and employed to react with CoCl2 to form a CoII(BDPP)(1) complex. Senior researcher Chun-Chieh Wang had found that CoII(BDPP)(1) could react with dioxygen and formed CoIIIBDPP(O2)(2) intermediate only under low temperature . CoIIIBDPP(O2)(2) was well-characterized by UV-Vis spectrum, EPR spectrum and rRaman spectrum. CoIIIBDPP(O2)(2) was found to be able to conduct HAT with substrates with weak O-H bond, like TEMPO-H, Azadol, and formed the bio-relative intermediate CoIIIBDPP(OOH). CoIIIBDPP(OOH) was crystallized under -20⁰C and well-characterized by UV-Vis spectrum, rRaman spectrum and XRD. To understand the reactivity of superoxide, especially the protonation and electron transfer process. We protonated CoIIIBDPP(O2)(2) and got a low-temp stable intermediate. The protonated superoxo, CoIII(BDPP)(O2)(H+)(C₂HF₃O₂-)(3) / CoIII(BDPP)(O2)(H+)(OTf-)(3') was well-characterized by UV-Vis spectrum, EPR spectrum and rRaman spectrum. When CoIII(BDPP)(O2)(H+)(OTf-)(3') was reacted with decamethylferrocene under -120 ⁰C , we could get a UV-Vis spectrum was similar to CoIII(BDPP)(OOH). In addition, we took two Lewis Acids, Sc(OTf)3, B(C6F5)3 , as analogues of proton. We could get almost identical UV-Vis signals and EPR signals with the protonated one after CoIIIBDPP(O2)(2) was reacted with Sc(OTf)3 and B(C6F5)3. The reaction with Sc(OTf)3 was further reduced by decamethylferrocene under -90 ⁰C. The UV-Vis spectrum shared two feature peaks with CoIII(BDPP)(OOH). The hypothetical CoIIIBDPP(OOSc)2+ was likely formed.
    Through this study, we believed to establish a new cobalt superoxo model to understand the protonation and electron transfer process which was still rare in bioinorganic region.

    中文摘要 Ι 英文摘要 III 圖索引 V 第一章 緒論 1 第一節 研究動機與目的 1 第二節 生物內含金屬酶的氧氣活化反應機制 3 第三節 含金屬超氧化物與質子、電子反應之相關文獻探討 6 第二章 實驗部分 10 第一節 實驗儀器、藥品及條件 10 一、實驗儀器 10 二、實驗藥品 10 三、實驗條件 14 第二節 配位基的合成與鑑定 16 第三節 鈷金屬錯合物的合成與鑑定 18 一、 二價鈷錯合物的合成 18 第四節 鈷金屬錯合物與氧氣之反應 20 一、 Co(BDPP) (1) 與氧氣反應形成鈷金屬超氧化物之反應 20 第五節 鈷金屬超氧化物與酸/路易士酸之反應 21 一、 CoIII(BDPP)(O2) (2) 與HOTf之反應 21 二、 CoIII(BDPP)(O2) (2) 與Trifluoroacetic Acid之反應 22 三、 CoIII(BDPP)(O2) (2) 與路易士酸 Sc(OTf)3 之反應 23 四、 CoIII(BDPP)(O2) (2) 與路易士酸 B(C6F5)3 之反應 24 第六節 質子化鈷金屬超氧化物去質子化滴定實驗 25 一、 CoIII(BDPP)(O2)(H+)(OTf-)(3') 與 DBU 之滴定實驗 25 二、 CoIII(BDPP)(O2)(H+)(OTf-)(3') 與 TMG 之滴定實驗 26 三、 CoIII(BDPP)(O2)(H+)(OTf-)(3') 與 TEA 之滴定實驗 27 第七節 酸化之鈷金屬超氧化物與還原劑之反應 28 一、 CoIII(BDPP)(O2)(H+)(OTf-)(3') 與 Decamethylferrocene 之反應 28 二、 CoIII(BDPP)(O2)(Sc3+)(OTf-)3(4) 與 Decamethylferrocene之反應 29 第三章 結果與討論 30 第一節 三氮二氧配位基鈷三價超氧化物與質子反應之探討 30 1.CoIII(BDPP)(1) 與 O2 反應生成 CoIII(BDPP)(O2)(2) 之反應 30 一、 CoIII(BDPP)(O2)(2)經質子化生成CoIII(BDPP)(O2)(H+)(C₂HF₃O₂-)(3) 以及CoIII(BDPP)(O2)(H+)(OTf -)(3') 之UV-Vis光譜探討 32 二、 CoIII(BDPP)(O2)(H+)(OTf-)(3') 以鹼試劑去質子化反應之UV-Vis光譜探討 37 三、 CoIII(BDPP)(O2)(2) 質子化生CoIII(BDPP)(O2)(H+)(OTf -)(3') 之EPR光譜探討 42 四、 CoIII(BDPP)(O2)(2) 被質子化生成CoIII(BDPP)(O2)(H+) 之Resonance Raman光譜探討 44 第二節 三氮二氧配位基鈷三價超氧化物與路易士酸反應之探討 46 一、 CoIII(BDPP)(O2)(2) 與 Sc(OTf)3反應生成CoIII(BDPP)(O2)(Sc3+)(OTf-)3(4) 之UV-Vis 光譜探討 46 二、 CoIII(BDPP)(O2)(2) 與 Sc(OTf)3反應生成CoIII(BDPP)(O2)(Sc3+)(OTf-)3(4) 之 EPR 光譜探討 48 三、 CoIII(BDPP)(O2)(2) 與 B(C6F5)3 反應生成CoIII(BDPP)(O2)[B(C6F5)3](5) 之 UV-Vis 光譜探討 50 四、 CoIII(BDPP)(O2)(2) 與 B(C6F5)3反應生成CoIII(BDPP)(O2)[B(C6F5)3] (5) 之 EPR光譜探討 52 第三節 質子化三氮二氧配位基鈷三價超氧化物與還原劑反應之探討 54 一、 CoIII(BDPP)(O2)(H+)(OTf-)(3') 於 -90 ⁰C與還原劑 Decamethylferrocene反應之 UV-Vis光譜探討 54 二、 CoIII(BDPP)(O2)(H+)(OTf-)(3') 於 -120 ⁰C與還原劑 Decamethylferrocene 反應之 UV-Vis 光譜探討 56 第四節 三氮二氧配位基鈷三價超氧化物與路易士酸反應後與還原劑反應之探討 58 一、 CoIIIBDPP(O2)(Sc3+)(OTf-)3(4)於 -90 ⁰C與還原劑 Decamethylferrocene反應之 UV-Vis光譜探討 58 第四章 結論與展望 60 參考文獻 64

    參考文獻
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    2. Nicole Kindermann, Can-Jerome Günes, Sebastian Dechert, and Franc Meyer. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 9831−9834
    3. Ryan L. Peterson, Jake W. Ginsbach, Ryan E. Cowley, Munzarin F. Qayyum, Richard A. Himes, Maxime A. Siegler, Cathy D. Moore, Britt Hedman, Keith O. Hodgson,, Shunichi Fukuzumi, Edward I. Solomon, and Kenneth D. Karlin. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 16454−16467
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    7. 王俊傑,國立台灣師範大學化學研究所碩士論文,2014。
    8. Zhang, Y.-X.; Du, D.-M.; Chen, X.; Lü, S.-F.; Hua, W.-T. Tetrahedron: Asymmetry 2004, 15, 177.

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