（有機化學(xué)專業(yè)論文）羰基釕ru絡(luò)合物與nadph輔酶模型氧化還原反應(yīng)動力學(xué)研究.pdf

中文摘要 細(xì)胞色素 p - 4 5 0酶及n a d 印 ) h輔酶在一系列涉及生物電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的新陳代謝和氧 化還原過程中的重要地位是毋庸置疑的，它們在生物體內(nèi)主要起著轉(zhuǎn)移氧、氫及電子的 作用。然而，在對細(xì)胞色素p - 4 5 0 酶的研究中，由于反應(yīng)中間體的高反應(yīng)性和不穩(wěn)定性， 阻礙了 對其機理的 研究。同時， n a d ( p ) h輔酶的負(fù)氫轉(zhuǎn)移究竟是經(jīng)歷 h 一步歷程還是由 電 子引發(fā)的多步歷程也一直是爭議的焦點。 為此， 本文選用 r u o ( t e r p y ) ( t m e n ) ( c i o , ) : 及1 , 4 - 二 氫 h a n tz s c h 毗 吮 類 化 合 物 作 扣 模 型 ， 對 生 物 體 內(nèi) 細(xì) 胞 色 素 p -4 5 0 酶 和 n a d (p )h 輔 酶 的 相互作用機制進(jìn)行了研究。 本文合成了兩個系列取代的 1 , 4 一 二氫h a n t z s c h 毗吮類化合物，利用取代基效應(yīng)、反應(yīng) 活 化參數(shù)的測定、動力學(xué)同 位素效應(yīng)等手段對其與 r u o ( t e r p y ) ( t m e n ) ( c 1 0 , ) : 反應(yīng)的動力 學(xué)進(jìn)行了研究，從中推測反應(yīng)應(yīng)遵循電子轉(zhuǎn)移引發(fā)的多步機理。這一結(jié)論將有助于從分 子水平上理解生物體內(nèi)酶與輔酶間的作用機制。本論文還結(jié)合本組提出的熱力學(xué)判據(jù)， 從熱力學(xué)角度對反應(yīng)中負(fù)氫轉(zhuǎn)移的微觀機制進(jìn)行了分析，結(jié)果與動力學(xué)結(jié)論一致。此外， 本文還對撥基釘化合物的配體與其氧化性及立體效應(yīng)間的關(guān)系進(jìn)行了探索，這將為尋找 更為有效的細(xì)胞色素 p - 4 5 0 酶的模型物提供有益的信息。 關(guān)鍵詞: 撥基釘，1 , 4 一 二氫h a n t z s c h 毗睫， 動力學(xué)， 熱力學(xué)，電子轉(zhuǎn)移機理 ab s t r a c t t h e i m p o rt a n c e o f c y t o c h r o m e p - 4 5 0 a n d n a d ( p ) h c o e n z y m e i n m e t a b o l i s m a n d b io - o x i d a t io n - r e d u c t i o n p r o c e s s e s i s i n d u b it a b l e . t h e y p l a y v it a l r o l e s i n l i v i n g b o d i e s b y t r a n s f e r r i n g o x y g e n , h y d r o g e n a n d e l e c t r o n . i n t h e s t u d y o f c y t o c h r o m e p - 4 5 0 , t h e h i g h r e a c t iv it y a n d i n s t a b i l it y o f t h e a c t i v e in t e r m e d i a t e h i n d e r e d t h e c l a r i f i c a t i o n o f i t s m e c h a n i s m . a t t h e s a m e t i m e , t h e p r o b l e m t h a t t h e a p p a r e n t h y d r i d e t r a n s f e r o f n a d ( p ) h f o l l o w s o n e - s t e p h y d r i d e t r a n s f e r m e c h a n i s m o r m u lt i - s t e p h y d r i d e t r a n s f e r m e c h a n i s m i n it i a t e d b y e l e c t r o n t r a n s f e r i s t h e f o c u s o f d i s c u s s i o n s . i n t h i s t h e s i s , r u ( t e r p y ) ( t m e n ) o ( c io 刁 : a n d h a n t z s c h 1 ,4 - d i h y d r o p y r i d i n e s w e r e c h o s e n a s t h e m o d e l s t o m o d if y t h e r e a c t i o n o f c y t o c h r o m e p - 4 5 0 w it h n a d ( p ) h c o e n z y m e i n b i o l o g ic a l s y s t e m s . i n t h i s t h e s i s , t w o s e r i e s o f s u b s t it u t e d h a n t z s c h 1 ,4 - d i h y d r o p y r i d in e s w e r e s y n t h e s i z e d . t h e m e t h o d s o f s u b s t i t u t i o n e ff e c t , a c t i v a t i o n p a r a m e t e r s a n d i s o t o p i c e ff e c t s w e r e u s e d t o s t u 勿t h e ir r e a c t i v i t y w i t h r u ( t e r p y ) ( t m e n ) o ( c i o , ) , . m u l t i - s t e p h y d r i d e t r a n s f e r m e c h a n i s m i n i t i a t e d b y a n e l e c t r o n t r a n s f e r w a s d r iv e n fr o m t h e u p p e r r e s u lt s . t h i s c o n c lu s i o n w o u l d b e h e l p f u l i n u n d e r s t a n d i n g t h e r e l a t i o n s h i p o f e n z y m e w i t h c o e n z y m e i n l i v i n g b o d i e s . b y u s i n g o f t h e e n e r g e t i c c r i t e r i a p r o p o s e d b y o u r g r o u p , t h e m e c h a n i s m , w h i c h i s c o n s i s t e n t w it h t h e r e s u l t o f k i n e t i c s t u d y w a s d r i v e n . o t h e r w i s e , t h e r e l a t i o n s h i p o f o x o - r u t h e n i u m c o m p o u n d s l i g a n d s w i t h t h e ir o x id a t io n r e a c t iv it y a n d s t e r i c e ff e c t w a s s t u d i e d . t h e r e s u lt w o u l d g i v e v a l u a b l e i n f o r m a t i o n i n f i n d i n g m o r e e ff e c t iv e b i o - m o d e l s o f c y t o c h r o m e p - 4 5 0 k e y w o r d s : o x o - r u t h e n i u m , h a n t z s c h 1 ,4 - d i h y d r o p y r id i n e , k i n e t i c , t h e r m o d y n a m i c , e l e c t r o n t r a n s f e r 擊開大母 碩士李位格灰1 9 9 9 年6月 i . 前言 一，研究背景 經(jīng)過億萬年的生化演變，在自 然界中己經(jīng)形成了可以 在水中運行的催化氧化體系，其 選擇性和高效性都是工業(yè)生產(chǎn)無法比擬的。酶就是這樣一種生物催化劑，對生命過程中 的各種化學(xué)反應(yīng)起著調(diào)節(jié)和控制的作用。近年來，人們投入大量精力致力于在簡單的化 學(xué)體系中模擬酶的催化反應(yīng)fi.z l ，尋找催化作用的共同特點，推測其反應(yīng)機理，以期將其 應(yīng)用于非生命過程的一般有機反應(yīng)。 從有機化學(xué)研究的角度，在生物體內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)實際上就是一系列涉及生物電子 轉(zhuǎn)移反應(yīng)的新陳代謝和氧化還原過程，其中氧化還原酶及其輔酶起著不可替代的重要作 用。 在 眾多的 氧化酶中， 細(xì) 胞色素p - 4 5 0 酶 ( c y t o c h r o m e p - 4 5 0 ) 吸引了 廣泛的 關(guān)注3 。 細(xì)胞 色素p - 4 5 0 酶是指一系列含有正鐵血紅素的酶，它們得名于在4 5 0 n m處的特征紫外吸收， 它在生物體內(nèi)作為氧循環(huán)的載體，其活性位可催化有機底物如烴、類固醉、維生素、脂 肪酸等的加氧反應(yīng)13 ,4 。人們發(fā)現(xiàn)這類酶在生物體的解毒過程中起著重要作用，它們在人 或動物的肝臟中將外來的有毒化合物如殺蟲劑或藥物氧化成低毒或無毒的物質(zhì)。此外， 細(xì)胞色素p - 4 5 0 還被發(fā)現(xiàn)對化學(xué)致癌物具有一定的抗癌活性。 在細(xì)胞色素 p - 4 5 0參與的催化氧化反應(yīng)中，氧氣中的一個氧原子與底物結(jié)合，另一個 氧則由 一 個或多 個電 子 轉(zhuǎn)移酶 ( 如二 氫煙酞 胺腺 嗓吟 二核普 酸n a d ( p ) m提供的 兩 個電 子 所還原，形成水( s c h e m e 1 . 1 ) 。 除氧氣外，生物體內(nèi) 存在的過氧化氫、 脂肪酸過氧化物等 也可被細(xì)胞色素 p - 4 5 0 作為氧的來源。 s + o z + n a d p h + h 十 一 竺 竺 竺 些竺罵 s o + 姚 。 + n a d p + s = s u b s t r a t e s o= o x i d i z e d p r o d u c t s c h e me 1 . 1 下圖 顯示了 細(xì)胞色素p - 4 5 0 的 催化氧化循環(huán)過 程 ( s c h e m e 1 .習(xí)5 。 在研究中 發(fā)現(xiàn)， 在反 應(yīng)中 可產(chǎn)生四 價撥基鐵葉琳正離子基中間體的h p r - 1 ( h o r s e r a d i s h p e r o x i d a s e ) 具有與細(xì)胞 色素p - 4 5 0 相同的反應(yīng)性6- 9 1 ，據(jù)此推斷出使細(xì)胞色素p - 4 5 0 產(chǎn)生氧化作用的活性中間體是 四價的撥基鐵葉琳正離子基13 ,10 1 。由于此反應(yīng)中間體的高反應(yīng)性和不穩(wěn)定性，人們迄今為 i 南開大李碩士母位格灰1 9 9 9 年6月 止還未能將其分離得到并進(jìn)行表征，這也阻礙了細(xì)胞色素 p - 4 5 0催化氧化機理研究的進(jìn) 程。釘是元素周期表中位于鐵下一周期的鐵的同系物，具有與鐵相同的價電子結(jié)構(gòu)和類 似的化學(xué)性質(zhì)。高價態(tài)的撥基釘葉琳比它的鐵同系物更為穩(wěn)定，從而可以獲得反應(yīng)中間 體的信息，使細(xì)胞色素p - 4 5 0 催化氧化反應(yīng)的機理研究成為可能。 p r o p o s e d c a t a ly t i c c y c l e f o r t h e c y t o c h r o m e p - 4 5 0 o x i d a t i o n o f o r g a n ic s u b s t r a t e s=s u b s t r a t e s o = o x i d i z e d s u b s t r a t e s c h e me 1 . 2 在生物體內(nèi)發(fā)生的許多酶促反應(yīng)中，除了酶蛋白的作用外，還需要有其它輔助因子， 如金屬離子或非蛋白質(zhì)的小分子有機物在酶反應(yīng)中的參與，才能起到催化作用。這些小 分子有機物被稱為輔酶。在酶促反應(yīng)中，輔酶起著攜帶及運載底物的電子或某類基團(tuán)的 作用， 因 此也一直是生 物有機化學(xué)研究的重點。 煙酞 胺腺m吟二核昔酸 ( n ic o t ia m i d e a d e m i n e d i n u c l e o t id e , n a d ) 和其2 一 磷酸鹽( n i c o t i a m i d e a d e m i n e d in u c l e o t i d e p h o s p h a t e , n a d ( p ) ) . 以 及它們的還原態(tài)( n a d ( p ) h ) ( f ig u r e 1 . 1 ) ， 是生物體內(nèi)的氧化還原酶的一種輔酶，在一系 列涉及生物電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的新陳代謝和氧化還原過程中有著不可替代的重要作用。例如， 它參與生命體內(nèi)醇的氧化，乳酸的合成，在生物體的呼吸鏈中，它將燃料分子的高能電 子傳遞給最終受體分子氧。 擊開大母 碩士李位格成1 9 9 9 年6月 n一及- - -n h , 與, - n r ho , r =h r= p 0 2 瓏- nadh nadp h f i g u re 1 . 1 n a d ( p ) h輔酶脫氫催化的 還原反 應(yīng)發(fā)生 在分子的1 , 4 一 二氫毗q環(huán)上， 分子的其余部分 只作為與酶結(jié)合時分子識別用。 在 n a d 口 ) h脫氫催化的 還原反應(yīng)中，其 1 , 4 一 二氫毗淀環(huán) 4 - ( 1 .碳上的 氫以 表觀h的形式 轉(zhuǎn)移至底 物( s c h e m e 1 . 3 ) ， 而其氧化型n a d ( p ) 則從另一個 底 物接受一 個負(fù) 氫離子， 從而 構(gòu)成生 命體內(nèi)n a d ( p ) h / n a d ( p ) 氧化還原的 循環(huán)體系。 h 一、一 + 卜(i 0“cd /一n (尸+n|r nh= 0日c 十s 一 一 一 一 一 - 卜 njr n a d 口) h s c h e me 1 . 3 從有機化學(xué)的角度看， n a d ( p ) h的化學(xué)模擬之所以受到高度重視，其原因在于: 1 ) n a d ( p ) h的活 性部位 1 ,4 一 二氫毗pt 環(huán)具 有相對簡單的 化學(xué)結(jié)構(gòu)， 故易于 進(jìn)行化學(xué)修飾: 2 ) 模型的建立和改進(jìn)可以 揭示生命體內(nèi) 氧化還原作用的化學(xué)實質(zhì)，從而有利于人們從化學(xué) 的角度對生命過程進(jìn)行調(diào)控; 3 ) 輔酶的化學(xué)模擬可為溫和條件下的有機合成提供更為有效 的 催化劑;4 ) 模型的修飾已 經(jīng)并將進(jìn)一步提供治療心腦血管、肝、脾等臟器頑癥的高效新 藥。 綜上所述，細(xì)胞色素p - 4 5 4酶及n a d ( p ) h輔酶在生物體內(nèi)的氧化還原過程中有著至 關(guān)重要的 作用， 近年來有大 量的 工作 研究撥 基金屬葉 琳的 合成和反 應(yīng)性以 及n a d ( p ) h輔 酶模型催化還原反應(yīng)中的負(fù)氫轉(zhuǎn)移機理。下面將對這兩方面的研究分別作一概述。 南開大毋 碩士母位格大1 9 9 9 年6月 二. 毅 基釘( o x o - r u t h e n i u m ) 絡(luò)合物的 研究 釘和餓是元素周期表中僅有的顯示 v i ii化合價的元素，而它們在絡(luò)合物中可以以過 渡金屬可能具有的十一種氧化態(tài)( v i i i 到一 1 1 ) 形式出現(xiàn)，對應(yīng)電子軌道中d到d “ 的狀態(tài)。 八價態(tài) 和七 價態(tài)的釘 可以以r u v o ; 及 r u v o 汀 形式 存在，當(dāng) 金屬結(jié)合上 其它配體時， 釘 可以顯示從正三到正六的價態(tài)。 對 c 基釘絡(luò)合物的大量研究表明這類化合物可以在溫和條件下促進(jìn)有機氧化反應(yīng) 1 1 .12 1 。目前，對這類反應(yīng)的研究集中在烷烴中c - h鍵的氧化、醉輕基的氧化、烯烴的環(huán)氧 化及不對稱合成等幾方面。 其中， r u ( v i i i ) 和r u ( v ii ) 的氧化反應(yīng)僅局限于對化合物r u v 0 io a 及 r u v n 0 a 1 - 的 研究，而對 r u ( v i ) 和 r u ( i v ) c 基絡(luò)合物而言，由于可通過在金屬上連接不 同的配體來調(diào)節(jié)反應(yīng)活性， 從而引 起了 研究者更為廣泛的興趣( i 2 b ( 一) . 釘( v i ii ) 早在一個世紀(jì)以 前，人們就在對金屬及其氧化物的研究中 得到了r u 0 a ，但直到 1 9 5 3 年，才開始把它作為氧化劑用于有機反應(yīng)。這是一種有很高毒性的黃色晶體“ 3 7 ，可由金屬 釘粉與臭氧反應(yīng)得到( 0 l o r u 0 a 是較為溫和的氧化劑，在水或有機溶劑中都可使用。在適當(dāng) 的溫度下，可以氧化烯、炔、醇、芳烴、醚等類化合物，但在發(fā)生反應(yīng)時，對各種官能團(tuán) 沒有選擇性。此外，它在室溫下還可作為許多氧化反應(yīng)的催化劑。 ( 二) 釘( v i d 正七價態(tài)的撥基釘是以 r u o , l 離子形式存在的， 可以 通過在堿性k o h溶液中 氧化r u 或 k 2 r u 0 4 1 得到 b s l 。 在水溶液中， r u o , 1 -可以 氧化醇 經(jīng)基. 但同 時也會引 起 c - c鍵的斷 裂 1 6 1 。 為了 提高氧化反 應(yīng)的 選擇性， 人們合成了 ( b u 4 n ) r u 0 , 1 ( t b a p ) ， 發(fā)現(xiàn)在非水溶 劑中， r u 0 4 3 - 是一種更為溫和的氧化劑， 可以把一級醇氧化成醛，二級醇氧化成酮，而 不影響分子中的 烯鍵n l 。 此外， 在n m o 困- m e t h y l m o r p h o l i n e n - o x i d e ) 的 存在下， ( p r , n ) r u o , ( t p a p ) 可以 在室 溫下， 快 速高 效地 選擇 性 催化 氧化 輕基， 而 不影 響分 子中 的 烯丙 基、 環(huán) 氧、內(nèi)醋、硅醚、縮醛等活潑官能團(tuán)(1 8 1 。目 前，這種催化劑己被應(yīng)用于精細(xì)化工合成中。 ( 三)釘( vi) 11 六價的 撥基釘化合 物是抗磁性分子， 其分 子中的 兩 個娥基多數(shù)采取反 式構(gòu)象( f i g u r e 南 開大毋 碩士李位論成 1 9 9 9 年6月 2 ) ， 這種t r a n s - o = r u = o結(jié)構(gòu)被稱為 ” r u t h e n y l o t r a n s - d i o x o r u t h e n i u m ( v i ) 2 r 0 r 0 c i s - d i o x o r u t h e n i u m ( v i ) f i g u r e 1 . 2 人們合成了各種配體 包括氧、氯和含氮雜環(huán)) 的六價雙碳基釘絡(luò)合物，并對其結(jié)構(gòu)和 氧化性進(jìn)行了研究，在此我們主要綜述含氮雜環(huán)配體的絡(luò)合物。 1 .葉琳環(huán)配體 g r o v e s等人用碘苯或過氧酸 m - c p b a ( 鄰氯過氧苯甲酸) 氧化 r u ( c o ) ( t m p ) ( t n i p = ( 5 , 1 0 , 1 5 , 2 0 ) - t e t r a m e s it y i p o r p h i n a t o ) ， 得到r u v ( t m p ) 0 2 1 9 1 。 這是一個抗磁性分子， 在 8 2 1 c m， 處有一個強的紅外特征吸收峰，經(jīng) 勺 同位素標(biāo)記證明為撥基釘?shù)墓舱裎铡?r u ( t m p ) o , 可將p h , p 氧化 成p h ,p 0 12 o 1 ， 在 常 溫常 壓 下 還能 催 化o : 對 各種 烯烴的 環(huán) 氧化 反應(yīng)12 1 1 在催化氧化烯烴環(huán)氧化反應(yīng)中，每產(chǎn)生2 摩爾環(huán)氧化產(chǎn)物要消耗 1 摩爾分子氧，這個 反應(yīng)還具有立體選擇性， 但催化產(chǎn)率較低， 在2 4 小時內(nèi)， 每摩爾撥基釘可催化氧化1 6 - 4 5 爾烯烴12 1 1 。在反應(yīng)過程中， r u ( t m p ) o ， 轉(zhuǎn)移一個氧原子到底物，其本身形成的單rx基 化合物 r u ( t m p ) o發(fā)生歧化反應(yīng)生成 r u ( t mp ) o : 及r u ( t m p ) ， 這一步是決速步驟。 r u ( t n i p ) 再與分子氧反應(yīng)生成中間體r u 0 ( t m p ) o ，由此構(gòu)成催化循環(huán)體系( s c h e m e 1 .4 ) 0 、 、 從 泛 二 三 全 擊開大李 碩士李位 倫文1 9 9 9 年6月 c h e 領(lǐng)導(dǎo)的小組也合成了r u ( p o r p ) o , 類化合物， 盡管它們的電 位 e 0 值較低， 還是可 以將甲基環(huán)己烷及金剛烷中的叔碳一 氫鍵氧化得到醇圈。在用大葉琳環(huán)配體化合物如 r u v ( t c d p ) o , h , t c d p = m e s o - t e tr a k is ( 2 ,6 - d ic h lo r o p h e n y l) p o r p h y r i n 和r u ( 2 ,4 ,6 - ( me 0 ) 3 t p p 0 2 ) h , ( 2 , 4 , 6 - ( me o ) 3 t p p ) = m e s o - t e t r a k i s ( 2 , 4 ,6 - t r i m e t h o x y p h e n y l ) p o r p h y r i n 進(jìn)行 烯烴環(huán)氧化反應(yīng)時，發(fā)現(xiàn)烯烴的結(jié)構(gòu)對氧化反應(yīng)的速度有很大影響，這說明反應(yīng)可能經(jīng) 歷氧原子轉(zhuǎn)移機理。此外，活化墑值 s 也與烯烴及葉琳配體的結(jié)構(gòu)有明顯的關(guān)系。由此 可見，通過改變配體葉琳環(huán)的結(jié)構(gòu)，可能對含有碳碳雙鍵的底物進(jìn)行選擇性氧化。 2 .氮雜大環(huán)配體 選擇叔胺基配體是由于它們具有以下特點:一， 這些配體的強給電子能力可以使高價 態(tài)的金屬中心得到穩(wěn)定;二，由于配體的。 軌道電子處于飽和狀態(tài)，使它們在發(fā)生氧化反 應(yīng)時，仍能穩(wěn)定地配位在金屬離子上;三，配體之間的電子轉(zhuǎn)移需要很高的能量，這使 得人們可以很容易地區(qū)分電子轉(zhuǎn)移是發(fā)生在配體上還是在絡(luò)合物的中心金屬離子上。在 這種大環(huán)金屬絡(luò)合物中，金屬與配體結(jié)合得比較牢固，不容易發(fā)生配體離去的反應(yīng)，同 時，這類絡(luò)合物參與反應(yīng)時，不同位置上的 n - c h , 基團(tuán)的空間位阻作用可使反應(yīng)具有一 定立體選擇性。 c h e的小組對含有大環(huán)叔胺基配體的雙撥基釘( vi) 化合物的合成及氧化性能進(jìn)行了 研 究。 他們用h 2 0 2 氧化 r u ( h , o ) , ( r - t m c ) j 的 方法合成了 結(jié) 構(gòu)為 r u o , ( r - t m c ) j 的一系列 化合物任 ig u r e 1 . 3 ) 12 1 0 1 / / u 、nn - /i 仁 1 4 - t m c1 5 - tmc1 6 - tmc f i g u r e 1 .3 此類化合物可以 將苯甲醇氧化為苯甲 醛， 其自 身生成 r u ( i d 絡(luò)合物。當(dāng)它與環(huán)己 烯作 用時，氧化反應(yīng)發(fā)生在烯丙位的碳原子上，得到 2 一 環(huán)己烯酮，即在發(fā)生氧化反應(yīng)的同時， 不影響相鄰的碳碳雙鍵。 在進(jìn)一 步的 研究中， 選擇了 系 列化合 物 t r a n s - r u ( n ) , q廣 ( n q t m c , c r - m e , , n 2 0 , , p y t n , b p y ) l. 通過改變配體，使 化合 物具有不同的電 位， 從而產(chǎn)生不同的 氧化能力， 這 種氧化能力的差別在反應(yīng)速度中得以體現(xiàn)( t a b l e 1 . 1 ) 。其中氧化能力最低的 t r a n s - 6 擊 開大母 碩士音位格我 1 9 9 9 年6月 r u v ( t m c ) o 于 在室 溫下不與 烴類發(fā)生反 應(yīng)， 而其它 化合 物均 可使醇、 烯及芳 烴發(fā)生 氧化 反應(yīng)2 7 1 t a b l e 1 . 1t r a n s - 雙撥基釘 vi) 化合物電 位及其與節(jié)醇及四氫吹喃的反應(yīng)速度 e 0 m ( p h 1 . 0 v s . s . c .e . ) r a t e c o n s t a n t ( m s ) : a t 2 9 8 k ,m e a s u r e d i n a q u e o u s s o l u t i o n b e n z y l a l c o h o lt e tr a h y d r o f u r a n tr a n s - r u v ( t m c ) 0 2 1 2 tr a n s - r u v ( c r m e , ) 0 2 1 tr a n s - r u v ( n 2 0 2 ) 0 x t r a n s - r u v l( ty p n ) o j tr a “ 一 r u v ( b p y ) 0 2 1 2 + 0 . 6 6 0 . 7 6 0 . 8 9 0 . 9 2 1 . 01 1 .9 8 x 1 0 3 .2 5 x 1 0 9 31 x1 0 6 . 8 5 x 1 0 2 .0 8 x 1 0 4 .2 x 1 0 - 1 .2 x 1 0 -2 1 . 7 x 1 0 3 . 5 t m c = 1 ,4 , 8 , 1 1 - t e tr a m e th y l- 1 ,4 , 8 , 1 1 - t e tr a a z a c y c l o t e tr a d e c a n e . c r me , = m e s o - 2 , 3 , 7 , 1 1 , 1 2 - p e n t a m e t h y l - 3 , 7 , 1 1 , 1 7 - t e tr a a z a c y c l o- 1 1 ,3 , 1 1 h e p t a d e c a - 1 ( 1 7 ) , 1 3 , 1 5 - t r i e n e n 2 0 2 1 , 1 2 - d i m e t h y l - 3 ,4 :9 , 1 0 - d i b e n z o - 1 , 1 2 - d i a z a - 5 , 8 - d i o x a c y c t o p e n t a d e c a n e p y t n = n ,n - d i m e t h y l- b i s ( 2 - p y r i d y lm e t h y l) p r o p y le n e d i a m i n e b p y = 2 , 2 - b i p y r i d i n e 從 表中 數(shù) 據(jù)可見， lo g k ( 反 應(yīng) 速率 常 數(shù) ) 與e 0 ( r u = o ) 有線 性 相關(guān)的 關(guān)系 ( 二 。 .9 9 3 ) 。 在氧 化節(jié)醇的反應(yīng)中，不同的六價拚基釘化合物在電位上變化 3 4 0 m v可引起反應(yīng)速度上變化 1 0 ， 倍。這說明在對 c - h的氧化過程中可能經(jīng)歷從 c - h鍵到 r u = o撥基上的電荷轉(zhuǎn)移機理 ( c h a r g e t r a n s f e r ) ，因 此電 位的 改 變才會引 起反 應(yīng)速度上的巨 大變化。 3 毗陡及聯(lián)毗喧配體 ( i )反 式t r a p s - d i o x o - r u t h e n i u m ( v i ) g r i ff it h 等人合成了 一系列 含毗 吮配體的正 離子、 負(fù)離子 及中 性反式雙撥基釘( v i ) 化合 物，如:t r a n s - r u o , ( p y ) j ( b f . ) , 、( r i i ) r u o , c i , r 2 8 、 r u 2 0 6 1 r , ( r = p y r i d i n e , 4 - t - b u t y l p y r i d i n e ( 4 - b u p y ) 等 ) 、 t r a p s - r u o , ( p y ) 2 c i 2 , t r a p s - r u o , ( b i p y ) c 1 , 等。 這類化合物都可 將一級或二級醇分別氧化成醛或酮，或在助催化劑n mo的作用下發(fā)生催化氧化反應(yīng)，而 不影響烯丙位的雙鍘 s 。這類氧化劑有如下幾個特點:a 在總體反應(yīng)過程中，它們作為可 提供 4個電 子的氧化劑參與反應(yīng)。 盡管未能得到分離證實，一般認(rèn)為反應(yīng)歷程中生成了 四 價的碳基釘絡(luò)和物3 0 。而最終產(chǎn)物是二價釘?shù)脑蛑饕桥鳖惻潴w是一種r 電 子受 體?？梢允苟r釘?shù)?d 6 電子構(gòu)型得到很好的穩(wěn)定，而其它配體如輕基等則沒有這種穩(wěn)定 作用。 b . 在r u 2 0 6 ( p y ) , - t r a p s - r u o , ( p y ) , 2 及t r a p s - r u o 2 c i , ( 4 - b u p y ) 一催化氧化醇經(jīng)基的反 應(yīng)中，可以不使用助催化劑 n mo ，僅使用空氣或氧氣即可在室溫下發(fā)生反應(yīng)。這種不使 用助催化劑的體系在釘化合物中 是十分少見的， 可能是毗pq配體在反應(yīng)中起的促進(jìn)作用， 7 擊開大李 嘆士母位格文 1 9 9 9 年6月 但其機理還不很清楚。 以二聯(lián)毗q b i p y作為配體的化合物 r u a( b i p y ) 2 及 r u 0 2 ( b ip y ) 2 m ，由于溶解性差難 以作為有效的氧化劑2 9 ,3 0 1 。在配體上加以 修飾后得到的 t r a n s - r u o z ( d m b i p y ) 2 2 ( d m b i p y= 5 , 5 - d i m e t h y l - 2 , 2 - b i p y r i d y l ) 溶解度大大提高， 可使烯鍵發(fā)生環(huán)氧化反應(yīng)，或?qū)⒅俅佳趸?酮。 ( 2 )順式c i s - d i o x o - r u t h e n iu m ( v i ) 最初，人們是在電 化學(xué)及化學(xué)方法氧化 c i s - r u ( b p y ) 2 ( o h 2 ) 2 2 的過程中發(fā)現(xiàn)了 順式的 六價雙鎖基釘絡(luò)合物 c i s - r u v ( b p y ) 2 0 擴 + 3 7 1 。電 化學(xué)數(shù) 據(jù)表明 此化合物的 順式結(jié)構(gòu)比 其反 式異構(gòu)體氧化性更強，但此順式異構(gòu)體不穩(wěn)定，容易發(fā)生配體離去或異構(gòu)化為反式結(jié)構(gòu)。 c h e 和 d r a g o發(fā) 現(xiàn)使 用空間 位阻大的 配 體 可在水 溶液中 得到 c i s - r u v l 2 0 2 2 + ( l = 6 ,6 - c l 2 b p y 或 2 , 9 - d m p ) 13 2 . 1( d m p = 2 , 9 - d i m e t h y l - 1 , 1 0 - p h e n a n t h r o l i n e ) 。 這些 化合 物的 氧化性很 強 ( e 0 1 .o v v s .s .c .e . i n p h 1 。緩 沖 水溶 液 ) ， 可以 氧 化 飽 和烴中 的 仲、 叔 碳上的c - h 鍵。 ( 四 ) . 釘( 均 正五價的鎖基釘化合物較為少見，c h e的小組在對化合物 t r a n s - r u o x ( r - t m c ) ( x = c l -,n c o -,n ， 一) 進(jìn)行電 化學(xué) 氧化的 過程中 得到t t r a n s - r u 0 o x ( r - t m c ) 2 + ， 這一正 五價淡基釘可對苯甲醇進(jìn)行催化氧化得到苯甲醛3 4 此外，他們還用 c e ( 1 v ) 氧化 r u ( h 2 0 ) ( n a 0 ) 2 + ， 得到了【 r u v o ( n , o ) 2 ( n 4 0 = 2 - h y d r o x y - 2 - ( 2 - p y r i d y l ) e t h y l b i s ( 2 - ( 2 - p y r id y l ) e t h y l ) a m i n e ) ， 這是一種較強的氧化劑，它可將經(jīng)基氧化 成醛或酮，引起雙鍵的斷裂及氧化環(huán)己烷或金剛烷3 5 1 。在對醇的氧化過程中，可能經(jīng)歷了 雙電子的負(fù)氫轉(zhuǎn)移或單電子的氫原子轉(zhuǎn)移機理。 ( 五) . 釘( i v ) 幾乎所有已知的正四價撥基釘化合物都只含一個撥基，其中大多數(shù)是順磁性化合物并 至少含有一個含 n 的配體。它們與六價碳基釘相比是更為溫和的氧化劑，但多數(shù)不能用 作氧化反應(yīng)的催化劑。四 價的 撥基釘基團(tuán) 是9基鐵 f e s = 0 2 ( f e r ry l c a t io n ) 的等電子體， 它 可作為細(xì)胞色素p - 4 5 0 酶生化研究中的模型化合物，這引起了人們更為廣泛的興趣。 1 .口 卜 琳環(huán)及氮雜大環(huán)配體 在 s c h e m e 1 .4的循環(huán)過程中 存在的中間體r u o ( t m f ) 是正四價的 撥基釘化合物，人們 還 利 用r u ( m e c n ) 2 ( t m p ) 與 氧的 反 應(yīng) 得到了 它 12 0 1 ， 這 一 化合 物的r u = o在 紅 外8 2 3 c m 處 a 南開大李 嘆士母位格灰1 9 9 9 年6月 有特征吸收。 此外在 r u ( o e p ) ( p p h , ) b r 與p h i o反應(yīng)過程中 得到r u o ( o e p ) b r .日 一 、 p h c h d c h 2 - c - 0 00 e tp h c h d c h 2 c d ( o h ) 0 0 0 e t s c h e me 1 . 1 3 0筍 n +h )+一-d d一一+1 n h 0 /+ e i i / p h ch = c h-c-cooe t 、一 夕 p h ch- ch-c c 己 o e t p h c h d / e 、? c ooe t p h c h- c h d-c c ooe t s c h e me 1 . 1 4 為了區(qū)分h是一步還是多步轉(zhuǎn)移機理，人們設(shè)計了各種機理探針物，通過產(chǎn)物印證機 理。有人設(shè)想將底物中與反應(yīng)中心相鄰的位置連上易開環(huán)的三元環(huán)，如 s c h e m e 1 . 1 5中所 示的a 一 酮酸的a - 位上帶有三元環(huán)的化合物，如果發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移，所形成的自由基中間體 將會導(dǎo)致開環(huán)產(chǎn)物。而當(dāng)用 b n a h還原時，實驗結(jié)果表明并沒有得到設(shè)想中的開環(huán)產(chǎn)物， 由此推斷此反應(yīng)為h一步轉(zhuǎn)移(7 0 l 擊開大李 碩士李位倍武1 9 9 9 年6月 e - 一h+ 一e - v 1% 0 2h bn ah - 從 0 2h - w. 0 2 h h t r a n s f e r bnah 0 2 h 魂02h 武02h s c h e me 1 . 1 5 x u ( 等人研究n a d ( p ) h輔酶模型 還原 對硝基苯甲 叉丙二 酸乙 醋時 ( s c h e m e 1 . 1 6 ) ， 在 光照條件下得到了按電子轉(zhuǎn)移機理底物硝基被還原的產(chǎn)物， 但在熱條件下， 僅得到了c = c 雙鍵的還原產(chǎn)物，而且用氖代模型還原時，發(fā)現(xiàn)氫的轉(zhuǎn)移同溶劑中的氫無關(guān)，由此得出 了熱條件還原的h 一 步轉(zhuǎn)移機制。 議 - - c h 2 c h ( 0 0 0 e 0 2 0 2 n 1% g c h = c ( c o o e t ) 2 b y 4 2 0 ( e i0o c ) 2 c = c h n=n 議名 卜c h = c ( c o o e t ) 2 1山，0 s c h e me 1 . 1 6 同位素跟蹤和產(chǎn)物鑒定是機理研究中的一種直接的宏觀研究手段，要想了解 h -轉(zhuǎn)移的 微觀機制，還必須使用動力學(xué)方法。動力學(xué)方法主要基于二氫毗睫模型化合物轉(zhuǎn)移氫或 電子的過渡態(tài)中，二氫毗吮環(huán)上電荷分布的不同 所導(dǎo)致的動力學(xué)速率的不同。模型物的 取代基對反應(yīng)速率的影響與其對過渡態(tài)中 環(huán)上電 荷穩(wěn)定的 程度有關(guān)。 在對1 一 取代蒂基一 1 ,4 - 二氫煙酞胺( x - b n a h ) 和 n 一 取代節(jié)基一 5 一 硝基異喳琳正離子( z - b i q ) 的反應(yīng)機理研究中 ( s c h e m e 1 . 1 7 ) 2 1 ， 通過 測 量反 應(yīng) 常 數(shù) p 值， 計 算 得出 轉(zhuǎn)移的 氫原 子