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研究生: 俞崇楷
Yu, Tsung-Kai
論文名稱: 雙核鈷三價與雙核鈷二、三價在多硫配位基的配位化學及其異構物
Isomers of Dicobalt(III) and Dicobalt(II/III) Thiolate Complexes
指導教授: 許鏵芬
Hsu, Hua-Fen
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: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 128
中文關鍵詞: 似鑽石狀混合價數雙核異構物烴基硫似蝴蝶狀
外文關鍵詞: butterfly-like, dinuclear, thiolate, isomer, cobalt, mixed-valence, diamond-like
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  • 為了解金屬與烴基硫的配位化學,在本研究中將二價鈷金屬起始物與(PS3")3– {[P(C6H3-3-Me3Si-2-S)3]3–},(PS3')3– {[P(C6H3-5-Me-2-S)3]3–}進行反應。與 (PS3")3– 反應可得雙核鈷三價化合物的三種異構物,δ–[Co2(PS3")2] (1),、λ–[Co2(PS3")2] (2) 與 [Co2(PS3")2] (3)。化合物1、2為一對鏡像異構物,在其結構中具有似蝴蝶狀(butterfly–like)的 [Co2(μ2–S)2] core。化合物3為化合物1、2的結構異構物,在其結構中具有似鑽石狀(diamond–like)的 [Co2(μ2–S)2] core。
    二價鈷金屬起始物與 (PS3')3– 反應可獲得二個混合價數雙核鈷二、三價的化合物,λ–[Co2(PS3')2]– (4) 與δ–[Co2(PS3')2]– (5)。4與5為鏡像異構物,且於1、2有類似的結構。

    In our effort to understand metal thiolate coordination chemistry, we have explored the reactions of cobalt(II) with trisbenzenethiolatophosphine ligands such as (PS3')3– and (PS3")3–, where (PS3')3– = [P(C6H3-5-Me-2-S)3]3– and (PS3")3– = [P(C6H3-3-Me3Si-2-S)3]3–. The reactions of cobalt(II) with PS3" ligand led to three isomers of dicobalt(III/III) complexes, δ–[Co2(PS3")2] (1), λ–[Co2(PS3")2] (2) and [Co2(PS3")2] (3). Compounds 1 and 2 are a pair of enantiomers and consist of [Co2(μ2–S)2] butterfly–like core. Compound 3 is a structural isomer of 1 and 2 and contains a [Co2(μ2–S)2] diamond core. The reactions of cobalt(II) with PS3' ligand result in two mixed–valence dicobalt(II/III) complexes, λ–[Co2(PS3')2]– (4) and δ–[Co2(PS3')2]– (5). They are a pair of enantiomers and have geometries similar to those of 1 and 2.

    總目錄 英文摘要 I 中文摘要 II 誌謝 III 總目錄 IV 內文目錄 IV 圖(Figure)目錄 VIII 示意圖(Scheme)目錄 XII 表目錄 XIII 附表目錄 XIV 內文目錄 第一章 序論 1.1 鈷金屬的介紹 1 1.1.1 腈水合酵素(nitrile hydratase,NHase)的介紹 1 1.1.2 硫氰水解酵素(thiocyanate hydrolase,SCNase)的介紹 2 1.2 鈷金屬與多硫環境的配位化學 3 1.2.1 以雙硫基烴類(dithiolate)系列作為配位基的鈷化合物 3 1.2.2 以thiophenol作為配位基的鈷化合物 5 1.2.3 其他含有thiolate配位基的鈷化合物 8 1.3 研究動機 10 第二章 實驗部份 2.1 實驗條件 11 2.2 所使用的溶劑及其前處理的程序 11 2.3 所使用的樣品以及溶劑的來源 12 2.4 配位基與化合物的合成步驟 14 2.4.1 (PS3")H3 與 (PS3')H3 配位基的合成 14 2.4.2 化合物δ–[Co2(PS3")2] (1) 晶體的合成 15 2.4.3 化合物λ–[Co2(PS3")2] (2) 晶體的合成 16 2.4.4 化合物 [Co2(PS3")2] (3) 晶體的合成 16 2.4.5 化合物δ–[Co2(PS3')2]– (4) 與λ–[Co2(PS3')2]– (5)晶體的合成 17 2.5 儀器的使用與樣品的準備 18 2.5.1  X–ray單晶繞射(X–ray Single Crystal Diffractometer) 18 2.5.2 元素分析(Elemental Analyzer,EA) 18 2.5.3 電子光譜(Electronic Spectroscopy) 19 2.5.4 循環伏安法(Cyclic Voltammograms,CV) 19 2.5.5 核磁共振氫光譜(1H NMR) 19 2.5.6 X–ray粉末繞射(Powder X–ray Diffraction,PXRD) 20 第三章 結果與討論 3.1 化合物δ–[Co2(PS3")2] (1)、λ–[Co2(PS3")2] (2)以及 [Co2(PS3")2] (3)的合成與探討 21 3.1.1 以MeOH為反應溶劑的合成步驟(合成方法I) 22 3.1.2 以CH3CN為反應溶劑的合成步驟(合成方法II) 23 3.1.3 以THF為反應溶劑的合成步驟(合成方法III) 24 3.2 鏡像異構物δ–[Co2(PS3")2] (1) 與λ–[Co2(PS3")2] (2) 的結構探討 27 3.2.1 化合物1、2的晶體結構分析 27 3.2.2 化合物1、2的分子結構分析 34 3.3 [(Co)2(PS3')2] (3) 的結構探討 40 3.3.1 化合物3的晶體結構分析 40 3.3.2 化合物3的分子結構分析 44 3.4 化合物δ–[Co2(PS3')2]– (4) 與λ–[Co2(PS3')2]– (5) 的合成流程與結構 52 3.4.1 化合物4與5的合成步驟 52 3.4.2 化合物4與5的晶體結構分析 53 3.4.3 化合物4與5的分子結構分析 53 3.5 化合物的鑑定與電化學性質 63 3.5.1 化合物的元素分析 63 3.5.2 X–ray粉末繞射(powder X–ray diffraction,PXRD) 64 3.5.3 電化學性質(Electrochemistry) 66 3.5.4 電子光譜(Electronic Spectroscopy) 68 3.5.5 核磁共振光譜(Nuclear Magnetic Resonance,NMR) 73 第四章 結論 79 參考文獻 80 圖目錄 圖1-1. Co–Type NHase(左)與SCNase(右)的活化中心。 2 圖1-2. bis-(trifluoromethyl)-1,2-dithietene 3 圖3-1. 化合物1結晶成斜方晶系的晶體單位晶格內分子的分布情形。氫原子已省略,鈷、硫、磷原子的熱擾動係數為35%。 29 圖3-2. 化合物1分子間的苯環距離示意圖。 30 圖3-3. 斜方晶系晶體內分子的一維空間結構。 30 圖3-4. δ–[(Co)2(PS3")2](左)與λ–[(Co)2(PS3")2](右)鏡像異構物的定義示意圖。Ph(SiMe3)取代基部分以"︹"連接表示。 31 圖3-5. 化合物1、2於三斜晶系中共結晶的單位晶格(unit cell)。氫原子省略,熱擾動係數為35%。左上為1,右下為2。 32 圖3-6. 化合物1(上)、2(下)的ORTEP圖。熱擾動係數為35%,氫原子已省略。 36 圖3-7. 化合物1(左)與2(右)的 [Co2(μ2-S)2] core示意圖。原子熱擾動係數為35%。[Co2(μ2-S)2] core 的邊長以紅色標示。 39 圖3-8. 化合物1(左)、2(右)的結構以鈷金屬的多面體模式表示圖。苯環及其取代基已簡略。除了碳原子為1%,其他原子熱擾動係數設定為35%。標示為紅色的線段為雙三角錐的軸。 39 圖3-9. 化合物3在單斜晶系(上)與三斜晶系(下)的晶體中分子的分布情形。 41 圖3-10. 化合物3在單斜晶系中的ORTEP圖。氫原子已省略,熱擾動係數為35%。 47 圖3-11. 化合物3的配位模式。鈷、硫、磷原子的熱擾動係數為35%,其他矽、碳、氫原子已省略。 47 圖3-12. 化合物3的配位情形。苯環及其上取代基已簡略,碳原子熱擾動係數設定為1%,其他原子為35%。下圖的鈷以多面體的模式顯示,紅色標示為雙三角錐的軸。 48 圖3-13. 化合物4(左)、5(右)共結晶成三斜晶系的單位晶格。陽離子、結晶溶劑分子以及氫原子皆已省略。原子熱繞動係數為35%。 55 圖3-14. 化合物4(上)與5(下)的ORTEP圖。氫原子以省略,熱擾動係數為35%。 56 圖3-15. 化合物4(左)、5(右)的結構以鈷金屬的多面體模式表示圖。苯環及其取代基已簡略。除了碳原子為1%,其他原子熱擾動係數設定為35%。標示為紅色的線段為四角錐的軸。 59 圖3-16. 1在三斜晶系(上)以及4(下)部分苯環的space filling模型。硫、磷、鈷原子的熱擾動係數為35%,其他為1%,氫原子已省略。 62 圖3-17. 在MeOH下經由「合成方法I」所得的1、2與3之混合產物的實驗PXRD圖譜(紅色線)。1在斜方晶系、1與2共結晶在三斜晶系以及3在單斜晶系之晶體的加成理論PXRD(藍色線)。 65 圖3-18. 在CH3CN下經由「合成方法II」所得的1與3之混合產物的實驗PXRD圖譜(紅色線)。1在斜方晶系以及3在單斜晶系之晶體的加成理論PXRD(藍色線)。 65 圖3-19. 在THF下經由「合成方法III-2」所得的1產物的實驗PXRD圖譜(紅色線)。1在斜方晶系之晶體的理論PXRD(藍色線)。 65 圖3-20. 1(上)、1與3的混合產物(合成方法II)(下)在CH2Cl2溶劑中的循環伏安圖。 66 圖3-21. 化合物1在CH2Cl2溶劑中的電子光譜圖。波長範圍:(a) 250 ~ 1100 nm,(b) 500 ~ 1100 nm。 69 圖3-22. 化合物1、2與3的混合產物(合成方法I)在CHCl3溶劑中的電子光譜圖。波長範圍:(a) 250 ~ 1100 nm,(b) 500 ~ 1100 nm。 70 圖3-23. 化合物1與3的混合產物(合成方法II)在CH2Cl2溶劑中的電子光譜圖。波長範圍:(a) 250 ~ 1100 nm,(b) 500 ~ 1100 nm。 71 圖3-24. 合成方法I、II以及III-2的產物之電子光譜疊合圖。波長範圍:(a) 250 ~ 1100 nm,(b) 500 ~ 1100 nm。 72 圖3-25. 1在CD2Cl2溶劑中測得的300MHz 1H NMR光譜圖。 74 圖3-26. 1、2與3混合產物在THF溶劑中測得的500MHz 1H NMR光譜圖。 75 圖3-27. 1與3混合產物在CD2Cl2溶劑中測得的300MHz 1H NMR光譜圖。 76 圖3-28. 1在CD2Cl2溶劑中測得的COSY 500MHz 1H NMR光譜圖。 77 圖3-29. 1在CD2Cl2溶劑中測得的500MHz 1H NMR光譜圖。 78 Scheme 目錄 Scheme 1-1. Dithiolate系列的配位基及其化合物。 5 Scheme 1-2. Thiophenol系列的配位基及其化合物。 6 Scheme 1-3. 其他含有thiolate配位基的鈷化合物。 9 Scheme 1-4. (PS3")H3(左)與 (PS3')H3(右)。 10 Scheme 3-1. δ–[Co2(PS3")2] (1)、λ–[Co2(PS3")2] (2)與 [Co2(PS3")2] (3)的合成流程圖。(合成方法I) 22 Scheme 3-2. δ–[Co2(PS3")2] (1)與 [Co2(PS3")2] (3)的合成流程圖。(合成方法II) 23 Scheme 3-3. δ–[Co2(PS3")2] (1) 或 [Co2(PS3")2] (3)•2THF的合成流程圖。(合成方法III) 24 Scheme 3-4. (PS3")3– 與鈷的鍵結模式。 26 Scheme 3-5. (a)[Co(bdt)2{P(Bun)3}]–。(b)[Co2(S2C6Cl4)4]2–。(c) [Co(NS3)(CN)]–。(d) [Co(S-2,3,5,6-Me4C6H)2(bpy)]2。 51 Scheme 3-6. δ–[Co2(PS3')2]– (4) 與λ–[Co2(PS3')2]– (5) 的合成流程圖。 52 Scheme 3-7. CoIII/CoIII、d6/ d6 intermediate spin state。 76 表目錄 表2-1. 實驗所使用到的樣品、溶劑的來源與純度。 12 表3-1. 化合物1在單斜晶系晶體的X–ray單晶繞射參數。 28 表3-2. 化合物1與2在三斜晶系共結晶的X–ray單晶繞射參數。 33 表3-3. 化合物1與化合物2的重要鍵長數據(Å)。 37 表3-4. 化合物1與化合物2的重要鍵角數據(°)。 38 表3-5. 化合物3、單斜晶體的X–ray單晶繞射參數。 42 表3-6. 化合物3在三斜晶體的X–ray單晶繞射參數。 43 表3-7. 化合物3的重要鍵長(Å)與鍵角(°)數據。 46 表3-8. 化合物1與3的平均鍵長(Å)與鍵角(°)比較。 50 表3-9. 化合物4、5共結晶成三斜晶系晶體的X–ray單晶繞射參數。 54 表3-10. 化合物4、5的重要鍵長數據(Å)。 57 表3-11. 化合物4、5的重要鍵長數據(°)。 57 表3-12. 化合物4與5中二個鈷的配位鍵長(Å)與鍵角(°)之平均值比較。 60 表3-13. 化合物1、2與4、5的部分鍵長(Å)與鍵角(°)比較整理。 62 表3-14. 化合物1、2與3的混合產物(合成方法I)的元素分析表數據。 63 表3-15. 化合物1與3的混合產物(合成方法II)的元素分析表數據。 64 表3-16. 化合物1產物(合成方法III-2)的元素分析表數據。 64 附表目錄 附表 I. δ–[Co2(PS3")2] (1) 的原子位置與熱擾動參數(Å2)。 85 附表 II. δ–[Co2(PS3")2] (1) 的非等向性溫度因子(Å2)。 88 附表 III. δ–[Co2(PS3")2] (1) 的鍵長(Å)數據。 91 附表 IV. δ–[Co2(PS3")2] (1) 的鍵角(°)數據。 92 附表 V. [Co2(PS3")2]•3MeOH(1•3MeOH or 2•3MeOH)的原子位置與熱擾動參數(Å2)。 95 附錄 VI. [Co2(PS3")2]•3MeOH(1•3MeOH or 2•3MeOH)的非等向性溫度因子(Å2)。 98 附錄 VII. [Co2(PS3")2]•3MeOH(1•3MeOH or 2•3MeOH)的鍵長(Å)數據。 101 附錄 VIII. [Co2(PS3")2]•3MeOH(1•3MeOH or 2•3MeOH)的鍵角(°)數據。 102 附錄 IX. [Co2(PS3")2] (3) 的原子位置與熱擾動參數(Å2)。 105 附錄 X. [Co2(PS3")2] (3)的非等向性溫度因子(Å2)。 107 附表 XI. [Co2(PS3")2] (3) 的鍵長(Å)數據。 109 附表 XII. [Co2(PS3")2] (3) 的鍵角(°)數據。 110 附表 XIII. [Co2(PS3")2] (3)•2THF的原子位置與熱擾動參數(Å2)。 112 附表 XIV. [Co2(PS3")2] (3)•2THF的非等向性溫度因子(Å2)。 114 附表 XV. [Co2(PS3")2] (3)•2THF的鍵長(Å)數據。 116 附表 XVI. [Co2(PS3")2] (3)•2THF的鍵角(°)數據。 117 附表 XVII. [Li(MeOH)4][Co2(PS3')2]•3MeOH 的原子位置與熱擾動參數(Å2)。 119 附表 XVIII. [Li(MeOH)4][Co2(PS3')2]•3MeOH 的非等向性溫度因子(Å2)。 122 附表 XIX. [Li(MeOH)4][Co2(PS3')2]•3MeOH 的鍵長(Å)數據。 125 附表 XX. [Li(MeOH)4][Co2(PS3')2]•3MeOH 的鍵角(°)數據。 126

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    下載圖示 校內:2011-08-13公開
    校外:2011-08-13公開
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