（应用化学专业论文）过氧钒配合物与有机小分子相互作用的NMR研究.pdf

摘要 在过去的三十多年里，双过氧钒化合物的合成及其与小分子相互作用一直是 化学和生物科学研究的重点和热点之一。本文在合成并表征数种双过氧钒化合物 的基础上，采用多核( 1 h 、1 3 c 和”v ) 、多维( 1 h - 1 hc o s y 和d o s y ) 和变温 n m r 等谱学手段，系统研究了相互作用前后体系中各物种的溶液结构，对一些 实验现象进行了解释，探讨了相互作用的模式和规律。主要结果总结如下： 1 。为探讨有机配体中取代基团对反应平衡的影响，在模拟生理条件下研究了 双过氧钒配合物【o v ( 0 2 ) 2 ( d 2 0 ) 】一 o v ( 0 2 ) 2 ( h o d ) 】一( 缩写为b p v ) 与- 取代皮考啉 酰胺的相互作用。它们反应性从强到弱的顺序为：- 甲基皮考啉酰胺n - ( 2 一 羟乙基) 皮考啉酰胺 n - 乙基皮考啉酰胺 n - 丙基皮考啉酰胺，这说明了皮考 啉酰胺上取代基通过电子效应影响反应。竞争配位导致一系列新的7 配位的过氧 钒物种生成。 2 为探讨双过氧钒配合物上有机配体对反应平衡的影响，研究了双过氧钒配 合物 o v ( 0 2 ) 2 l l 】圹【l l = 草酸根、皮考啉酸根、2 ，2 一联吡啶和l ，1 0 一邻菲嗲啉， 配合物分别缩写为b p v ( o x a ) ，b p v ( p i c ) ，b p v ( b i p y ) 和b p v ( p h e n ) 】与n - 甲基咪唑 ( n - m e i m ) 的相互作用，结果表明n - m e i m i 与4 种双过氧钒配合物的反应活性从强 到弱的顺序为：b p v ( o x a ) b p v ( p i e ) b p v ( b i p y ) b p v ( p h e n ) ，这说明金属离子中 心的配体配位能力和空间位阻都对反应平衡产生较大的影响，同时竞争配位的结 果导致新物种【o v ( 0 2 ) 2 ( n - m e i m i ) 一的生成。 3 为探讨眯唑环上取代基团对相互作用体系反应平衡的影响，研究了双过氧 钒配合物n h 4 o v ( 0 2 ) 2 ( 2 一( 2 - p y ) 一i m i ) 4 h 2 0 ( 缩写为b p v ( i m i p y ) ) 和眯唑类配体 ( 咪唑、2 甲基咪唑、4 甲基咪唑和组氨酸) 的相互作用，其从强到弱的顺序为：咪 唑 4 甲基眯唑 2 甲基咪唑 组氨酸。实验结果表明，咪唑环上取代基团空 间位阻对反应平衡产生较大影响，同时竞争配位的结果导致新的6 配位过氧物种 【o v ( 0 2 ) 2 l 】( l 为咪唑类配体) 的生成，当配体为4 甲基咪唑和组氨酸时，生成的则 是一对异构体。 4 为探讨毗啶环上取代基团对反应平衡的影响，研究了双过氧钒配合物b p v 与4 取代吡啶的相互作用，实验结果表明其反应性从强到弱的顺序为：吡啶 异 烟酸根 异烟酸甲酰胺 异烟酸甲酯。吸电子的诱导作用和吸电子的共轭效应 影响反应平衡。 利用多种n m r 谱学方法系统研究了双过氧钒化合物和有机配体的相互作 用，建立了适合研究过氧钒化合物与有机小分子相互作用的谱学方法，特别是利 用核磁共振中扩散排序( d o s y ) 技术，实现了混合物中各组分在样品管中的t 。虚， 分离，它是一种非常有应用前景的研究混合物的谱学方法。 关键词：双过氧钒化合物；有机小分子；相互作用；核磁共振 i i a b s t r a c t i nt h ep a s tt h r e ed e c a d e s ，t h ei n t e r a c t i o n sb e t w e e np e r o x o v a n a d a t e sa n do r g a n i cl i g a n d s h a v ea t t r a c t e dg r e a ti n t e r e s ti nb o t hc h e m i s t r ya n db i o l o g y i nt h i sw o r k ，m u l t i n u c l e a rn m r ( 1 h ，1 3 ca n d5 1 v ) ，m u l t i d i m e n s i o n a l ( d o s ya n d1 h 1 h c o s y ) ，a n dv a r i a b l et e m p e r a t u r e n m rw e r eu s e dt os t u d yt h ea b o v ei n t e r a c t i o ns y s t e m s t h r o u g ht h ec o m b i n a t i o no ft h e s e m e t h o d s ，s t r u c t u r e so fa l ls p e c i e s i ni n t e r a c t i o ns y s t e m sw e r eo b t a i n e da n dab e t t e r u n d e r s t a n d i n go ft h ee x p e r i m e n t a lp h e n o m e n aw a s a c h i e v e d t h ep o s s i b l ei n t e r a c t i o nm o d e s a n dm e c h a n i s mo ft h ei n t e r a c t i o ns y s t e m sa l ed i s c u s s e d t h em a i n c o n c l u s i o n sa l e s u m m a r i z e d 嬲f o l l o w s ： 1 t ou n d e r s t a n dt h es u b s t i t u t i n ge f f e c t so fo r g a n i cl i g a n d so nt h er e a c t i o ne q u i l i b r i u m ， t h ei n t e r a c t i o n sb e t w e e nd i p e r o x o v a n a d a t ec o m p l e x 【o v ( 0 2 ) 2 ( d 2 0 ) 】【o v ( 0 2 ) 2 ( h o d ) 】一 ( a b b r b p v ) a n das e r i e so fn - s u b s t i t u t e d - p i c o l i n a m i d el i g a n d si ns o l u t i o nw e r ee x p l o r e df o r m i m i c k i n g t h e p h y s i o l o g i c a l c o n d i t i o n s t h eo r d e ro fr e a c t i v ec a p a b i l i t yo ft h e p i c o l i n a m i d e 1 i k el i g a n d s w i t l l b p v i sa sf o l l o w s ： n - m e t h y l p i c o l i n a m i d e n - ( 2 一h y d r o x y e t h y l ) - p i c o l i n a m i d e n - e t h y l p i c o l i n a m i d e n - p r o p y l p i c o l i n a m i d e t h e s u b s t i t u t i n gg r o u pi n f l u e n c e st h er e a c t i v i t yb ya l le l e c t r o ne f f e c t c o m p e t i t i v ec o o r d i n a t i o n i n t e r a c t i o n sr e s u l ti nas e r i e so fn e ws e v e n - c o o r d i n a t e dp e r o x o v a n a d a t es p e c i e s 2 t ou n d e r s t a n dt h ee f f e c t so fo r g a n i cl i g a n d so ft h ed i p e r o x o v a n a d a t ec o m p l e x e so nt h e r e a c t i o ne q u i l i b r i u m ，t h ei n t e r a c t i o n sb e t w e e nas e r i e so fd i p e r o x o v a n a d a t ec o m p l e x e s 【o v ( 0 2 ) e l l r ( l l i = o x a l a t e ，p i c o l i n a t e ，2 , 2 一b i p y r i d i n e a n d1 , 10 一p h e n a n t h r o l i n e ，t h e c o r r e s p o n d i n gp e r o x o v a n a d a t es p e c i e sa b b r e v i a t eb p v ( o x a ) ，b p v ( p i c ) ，b p v ( b i p y ) ) a n d 1 - m e t h y l i m i d a z o l e ( n - m e - i m i ) i ns o l u t i o nw e r ee x p l o r e df o rm i m i c k i n gt h ep h y s i o l o g i c a l c o n d i t i o n s t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t e dt h ea c t i v i t yo r d e ro ft h e s ec o m p l e x e sw i t h 1 - m e t h y l i m i d a z o l e a sf o l l o w s ：b p v ( o x a ) b p v ( p i c ) b p v ( b i p y ) b p v ( p h e n ) b o t ht h e c o o r d i n a t i n gc a p a b i l i t ya n dt h e s t e r i ce f f e c to ft h eo r g a n i cl i g a n d sa f f e c tt h er e a c t i o n e q u i l i b r i u m a tt h es a m et i m e ，an e ws i x c o o r d i n a t e dp e r o x o v a n a d a t es p e c i e s 【o v ( 0 2 ) 2 ( n - m e - i m i ) 一i sf o r m e dd u e t ot h ec o m p e t i t i v ec o o r d i n a t i o n 3 t ou n d e r s t a n dt h es u b s t i t u t i n ge f f e c t so fi m i d a z o l er i n go nt h er e a c t i o ne q u i l i b r i u m ， t h ei n t e r a c t i o n sb e t w e e nd i p e r o x o v a n a d a t e c o m p l e xn h 4 o v ( 0 2 ) 2 ( 2 一( 2 p y ) 一i m i ) 4 h 2 0 ( a b b r b p v ( i m i - p y ) ) a n das e r i e so fi m i d a z o l e - l i k el i g a n d s ( i m i d a z o l e ，2 - m e t h y l - i m i d a z o l e ， 4 - m e t h y l i m i d a z o l e ，a n dh i s t i d i n e ) i ns o l u t i o nw e r ee x p l o r e df o rm i m i c k i n g t h ep h y s i o l o g i c a l i i i c o r l d i t i o n s t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ea c t i v i t i e so fb p v ( i m i - p y ) a n do r g a m c l i g a i l d sa sf 0 1 1 0 w s ：i m i d a z o l e 4 - m e t h y l i m i d a z o l e 2 - m e t h y l i m i d a z o l e h i s t i d i n e t h e s t e r i ce f l e e to ft h eo r g a n i cl i g a n d sa f f e c t st h er e a c t i o ne q u i l i b r i u m a tt h es a m et i m e ，i 删 s i x - e o o r d i n a t e dp e r o x o v a n a d a t es p e c i e s o v ( 0 2 ) 2 l 一w e r ef o r m e dd u et ot h ec o m p e t i t i v e c o o r d i n a t i o nb e t w e e n2 - ( 2 ，p y ) i m ia n dt h ei m i d a z o l e - l i k el i g a n d s w h e nt h el i g a n dw a s 4 - m e t h y l i m i d a z o l eo rh i s t i d i n e ，ap a i ro f i s o m e r sw a sf o r m e d 4 t om l d e r s t a i l dt h es u b s t i t u t i n g e de f f e c t so fp y r i d i n er i n go nt h er e a c t i o ne q u i l i b r i u m ， t h ei n t e r a c t i o n sb e t 、e e nd i p e r o x o v a n a d a t ec o m p l e xb p va n d4 - s u b s t i t u t e dp y r i d i n e f o r m i m i c k i n gt h ep h y s i o l o g i c a lc o n d i t i o n s t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ea c t i v i t i e s o fb p va n do r g a n i cl i g a n d sa sf o l l o w s ：p y r i d i n e i s o n i c o t i n a t e n - m e t h y li s o n i c o t i n a m i d e m e l v l i s o n i c o t i n a t e b o t ht h ee l e c t r o n - w i t h d r a w i n g i n d u c t i o n e f f e c t 觚d e l e c t r o n w i t h d r a 、衍n gc o n j u g a t e de f f e c t so f t h eo r g a n i cl i g a n d sa f f e c tt h er e a c t i o ne q u i l i b r i u m n m rw e r eu s e dt os t u d yt h ei n t e r a c t i o n sb e t w e e nd i p e r o x o v a n a d a t e sa n ds m a l lo r g a m c m o l e c u l e s as p e c t r o s c o p i cm e t h o dw a se s t a b l i s h e dt oe x p l o r et h i st y p eo f i n t e r a c t i o n s i t1 s w o 曲m 洲o m n g t h a td o s yc a nb eu s e dt oa n a l y z et h ec h e m i c a ls t r u c t u r e sa n dc o m p o n e 鹏 o fm i x n l r e sw i t l l o u tc h e m i c a ls e p a r a t i o n t h i sm a k e si ti m p o r t a n tf o rt h ei n v e s t i g a t i o no f c o m p l i c a t e dm i x t u r e sa v o i d i n gt i m e c o n s u m i n gs e p a r a t i o na n dp u r i f i c a t i o nt h a tm a yd e 咖o y t h ei n s p e c t e ds y s t e m k e yw o r d s ：d i p e r o x o v a n d a t e s ；s m a l l o r g a n i cm o l e c u l e ；i n t e r a c t i o n s ；n u c i e a r m a g n e t i cr e s o n a i v 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。 作者签名：勃p 八 日期：加髫年6 月 易日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被 查阅和借阅。本人授权湖南科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容 编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和 汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 日期：知馏年 日期：加占年 6 月f 日 莎月f ( 日 |叭 羹 斥多 名 钮 ， 签 奎 者 师 作 导 燮塑壹型垫查堂堡主堂垡笙壅 第一章绪论 钒元素的化学性质较复杂，其化合物具有生物效应的多样性，与生命体系或 生物体系中许多常见的无机、有机小分子以及生物大分子都可发生较强相互作 用，研究钒化合物的相互作用，对于了解它在生命体系的功能、代谢和生化反应 历程等均有重要作用。例如，c a n t l e y 等发现钒酸根对三磷酸腺苷( a t p ) 酶的抑制 作用i l l ；d u b y a k 等报道了钒酸盐具有类胰岛素的作用【2 l ；t h o m p s o n 等合成和表 征了许多含钒化合物( u i 、i v 和v ) 并研究它们的类胰岛素活性1 3 1 ；p o s n e r 等研究 了含不同有机配体的过氧钒化合物对蛋白酪氨酸磷酸酶活性的抑制，进而评价它 们的类胰岛素活性i 4 】；c r a n s 等则研究过氧钒配位方式及其所处的环境对其生理活 性的影响 s , 6 1 ；a b u o m a r 等在生理条件下进行过氧钒化合物与配体相互作用的动 力学、反应机理以及切割d n a 活性相互关系的研究【7 ，8 1 。因此，对过氧钒物种与 有机配体间的相互作用及其相关的配位化学研究成为揭示其生物活性的重要基 础。 目前，5 1 v n m r 技术的发展日臻成熟，已成为一种相对独立的表征钒化合物 的谱学手段，根据物种”v 化学位移大小，同时结合1 h 、1 3 cn m r 谱可推导钒与 配体的配位方式。例如，p e t t e r s s o n 等采用”vn m r 结合电势系统地研究了过氧 钒物种和咪唑或伐丙组二肽相互作用体系的物种组成及分布【9 l ；c o n t e 等人采用 5 1 vn m r 和电喷雾质谱( e s i m s ) 研究了组氨酸及其衍生物和过氧钒化合物相互 作用，并根据理论计算的结果，推测出气相中过氧物种的结构【1 0 , 1 1 】；陈忠等利用 多核( 1 h ，1 3 c 和”v ) 多维( c o s y 和d o s y ) 、变温n m r 等谱学方法研究了过氧 钒配合物与有机配体相互作用的模式0 2 - 1 6 1 。 钒及其化合物具有灵活的配位功能，易与含n 、o 和s 的化学基团配位形成种 类繁多的含钒配合物( 如钒的酯、酸酐、羧酸等配合物) ；可聚合形成多种多聚物； 许多高价态钒化合物也用于选择性氧化碳氢化合物，如过氧钒有机配合物作为催 化剂，对多种类型的有机物，包括化学性质很稳定的饱和烃及芳香烃，常温常压 下，在水溶液和有机溶剂中均具有很强的氧化性 1 7 , 1 5 1 ，它可作为一种重要的催化 剂在工业生产、不对称合成及水中有机污染物的氧化降解中广泛应用，是一类有 着广阔前景的有机反应绿色催化剂1 1 9 】，跟传统的方法相比具有所消耗的试剂成本 低、安全、高效、环境污染小等许多突出的优点，同时钒化合物还可作为高温超 导新材料【2 0 1 。然而，随着钒化合物类胰岛素作用的发现，其生物活性引起了人们 极大的兴趣，在钒化合物潜在的药理作用中，其降血糖的作用是最引入注目的； 目前学术界已逐渐公认钒是生命体的一种必需的微量元素。因此，自二十世纪八 第一章绪论 十年代以来钒化合物及其相关的钒化学已成为化学和生命科学领域的研究重点 和热点之一。 1 1 钒化合物的溶液化学性质 1 1 1 钒的氧化还原性质 钒为第v b 族的过渡元素，其价电子结构为3 d 3 4 s 2 ，故其价态可从一3 变n + 5 。 它在水溶液中的存在状态取决于以下四个方面的性质：氧化还原性、酸碱性、配 位化学( 包括与h 2 0 及o h 。的配位) 和成酐聚合，因此，其存在状态与接触空气与 否、p h 值的高低、共存的配体及浓度有关。在生理条件下( p h = 3 - 7 、有氧环境、 水溶液和室温) ，只有+ 3 、+ 4 和+ 5 三种氧化态在动力学和热力学上有可能存在， 见图1 1 【5 1 。在生理条件下v ( i i i ) 很不稳定，可被空气中的0 2 氧化成高价钒；v ( i v ) 相对于v ( v ) 也较不稳定，但在含还原剂的溶液中或在强酸性溶液中( 如p h 1 0 时，阴离子单体【v o 。】3 一是主要的物种；p h 含脂肪氮和氧原子的配体 含氧原子的配体。因此，就过氧钒金属中心 的电子结构而言，它更喜欢和含氮( 特别是芳香氮) 而不是和含氧的配体配位，这 也进一步解释了过氧钒和组氨酸相互作用的生成常数较其它氨基酸大的实验事 实。 1 3 3 双过氧钒与配体相互作用的e s i m s 研究 c o n t e 及其合作者采用e s i m s 结合5 1 vn m r 等谱学方法，以1 ：1 的甲醇或乙醇 水溶液为溶剂，来研究过氧钒和组氨酸衍生物的相互作用；电喷雾对过渡金属而 言是种温和的电离技术，已成功地应用于许多有机、无机体系 1 0 , 1 1 】，可获得物质 溶液结构的直接信息。陈忠等研究小组，利用多核多维及变温n m r 结合电喷雾质 谱( e s i m s ) 等谱学方法研究过氧钒配合物相互作用过程、物种的配位方式以及新 1 2 1 8 6 4 2 o 0 o ，0 o n n o o 湖南科技大学硕士学位论文 物种的溶液结构。 物种 o v ( 0 2 ) 2 ( h 2 0 ) 一在中性的乙醇水溶液( 1 ：1 ) 中的化学位移一般位于一6 8 9 p p m 附近，这和溶剂为纯重水或水时不完全一样，倘若对此溶液在负离子模式下 进行e s i m s 研究，见图1 9 ，则观察到的物种既有裸露的双过氧物种【o v ( 0 2 ) 2 一( m z 1 3 1 ，1 0 0 ) 也有和与溶剂发生配位的物种【o v ( 0 2 ) 2 ( e t o h ) 】- ( m z1 7 7 ，5 5 ) 以及 【o v ( 0 2 ) 2 ( e t o h ，h 2 0 ) 】_ ( m z1 9 5 ，5 ) ，此外还有其它的过氧钒物种也可在谱图中 观察到。 f i g 1 9 e s i 。m ss p e c t r ao fp e r o x o v a n a d a t ec o m p o u n d 图1 9 双过氧钒的e s i - m s 谱 除了用e s i m s 研究上述相互作用体系外，”vn m r 的研究也是必要的，相互 作用体系的”vn m r 谱中( 以水为溶剂) ，在一6 9 5 、一7 j 5 和一7 4 6p p m 位置出现谱峰， 这和t r a c e y 等人的研究结果相一致；当溶剂换成1 ：l 的乙醇水溶液时，它们的化学 位移则分别为一6 8 5 、一7 2 9 和一7 4 2 p p m ，这些实验事实说明除了原有的过氧钒外， 都有新的过氧物种生成。c o n t e 及其合作者用e s i m s 结合”vn m r 系统研究了双 过氧钒和组氨酸衍生物的相互作用。从实验结果得知，e s i m s 谱的分裂规律和”v n m r 谱的出峰位置都很类似。 1 4 本论文工作的选题思路 在过去的三十多年里，过氧钒化合物和小分子的相互作用一直是化学和生物 学的研究热点之一。a b u o m a r 研究小组在生理p h 条件下，进行了过氧钒与有机 配体相互作用的动力学、反应机理以及d n a 切割活性相互关系的探讨【7 8 1 ； p e t t e r s s o n 等人的在h + h 2 v 0 4 - h 2 0 2 l ( l 为配体) 体系中，进行电势及”vn m r 波谱研究 5 6 - 6 0 1 。厦门大学陈忠研究小组也进行过双过氧钒配合物与有机小分子、 酪氨酸磷酸酶等生物小分子相互作用的n m r 和e s i m s 研究 1 2 - 1 6 】；山西大学分子 1 3 阳 伯 o ， 8皇w寸皇釜蕾丑。篮 第一章绪论 科学研究所等研究小组也报道了钒配合物的合成、表征及生物活性的研究f 6 2 1 。这 些研究小组得到了相互作用体系许多有用的信息，比如生成常数、物种的分布等 等，但是过氧钒化合物和小分子的相互作用仍有许多值得进一步探讨的地方，本 课题的研究主要有以下二个方面： ( 1 ) 利用多种n m r 技术表征体系的溶液结构：n m r 是用来描述物质溶液结 构强有力的工具，但以前的研究往往只侧重用简单的”vn m r 谱来描述含钒物种 在相互作用前后的变化，对新生成的物种一般只作”vn m r 谱表征，缺乏其它 n m r 谱学数据的支持，同时对配体与中心金属钒的配位方式和作用模式描述甚 少。因此本文的研究方法之一就是利用多核( 1 h 、1 3 c 和”v ) 、多维( 1 h1 hc o s y 和d o s y ) 和变温n m r 等谱学手段来解决上述问题，对相互作用体系的溶液结构 进行详细的表征，以揭示相互作用的模式和规律。 ( 2 ) 探讨配体上取代基团对相互作用的影响：影响相互作用的因素较多，如 酸碱度、离子强度、反应温度和配体的配位能力强弱等等，目前这一类的研究已 有不少。但对于配体上不同取代基( 包括位置和取代基团的不同) 对相互作用产生 的影响则鲜见报道，因此研究取代基如何影响相互作用也是本论文的研究兴趣之 1 4 湖南科技大学硕士学位论文 第二章过氧钒配合物与- 取代皮考啉 酰胺相互作用的n m r 研究 2 1引言 由于钒化合物具有类胰岛素作用和生物活性，同时发现在某些金属酶中存在 钒化合物【1 4 1 ，在体内可影响多种磷酸酶，对酶的活性具有直接的调节作用，对酶 蛋白的表达具有调控作用，对各种代谢功能均有重要作用，因此对它的研究已逐 步转向生理活性或其药理毒理方面，已成为生物和生化学科的研究热点和重点之 一t 5 6 3 , 6 4 1 。例如，c a n t l e y 等发现钒酸根对a t p 酶的抑制作用【l j ，d u b y a k 等人报告钒 酸盐具有类胰岛素的作用 2 1 ，a b u o m a r 等在生理条件下进行过氧钒化合物与配体 相互作用的动力学、反应机理以及切割d n a 活性的研究【7 8 】；在国内也有报道过氧 钒配合相互作用的研究，以及关于钒化合物生物效应的化学基础和药用前景的研 究【2 4 1 。研究表明过氧钒配位方式及环其所处的境对其生理活性影响较大【6 5 1 ，因此 对过氧钒物种与有机配体间的配位化学性质的研究已成为揭示其生物活性的重 要基础。该领域的主要研究方法有核磁共振( n m r ) t 6 6 - 7 0 、电喷雾质谱 f e s i m s ) t 1 5 , 6 7 - 7 0 、拉曼光谱【7 1 1 和从头计算 6 6 , 6 7 】等。 p e t t e r s s o n 等采用5 1 vn m r 结合电势，系统地研究了相互作用体系 h + h 2 v 0 4 - h 2 0 2 l ( l 为配体) 中的物种组成及分布【9 1 ，本章节是在过氧钒化合物与 皮考啉衍生物相互作用研究的基础上【6 6 】，侧重研究皮考啉酰胺之上取代基团对 反应平衡的影响。同时，本章还利用多核( 1 h ，1 3 c 和”v ) 多维( c o s y ，d o s y ) 和 变温n m r 等谱学技术，在模拟生理条件下研究体系n h 4 v 0 3 h 2 0 2 l ( l 为有机皮考 啉酰胺衍生物) 的相互作用模式、物种的配位方式以及新物种的溶液结构，以研究 不同皮考啉酰胺对反应平衡的影响，揭示相互作用的规律和机制。 2 2 实验部分 2 2 1 试剂及仪器设备 实验所用的试剂：偏钒酸铵，3 0 h 2 0 2 ，无水甲醇，乙酸乙酯，浓硫酸，甲 胺，乙胺，正丙胺，乙醇胺，无水碳酸钠，无水硫酸镁等均为国产分析纯试剂， 未经进一步纯化；皮考啉酸是百灵威公司的产品，重水为北京汉威士波谱公司产 品，实验用水均为二次蒸馏水。 主要仪器设备的名称及型号：v a r i a nu n i t y + 5 0 0m h z 超导核磁共振仪；p e c t r u n o n e 傅里叶变换红外光谱仪；r e 5 2 a 旋转蒸发仪；d f 1 0 1 s 集热式恒温加热磁力 搅拌器等。 1 5 第二章过氧钒配合物与- 取代皮考啉酰胺相互作用的n m r 研究 2 2 2 - 取代皮考啉酰胺的制备 - 取代皮考啉酰胺衍生物，如- 甲基皮考啉酰胺、- 乙基皮考啉酰胺、_ ( 2 一 羟乙基) 皮考啉酰胺、- 丙基一皮考啉酰胺( 分别缩写为：n - m e - p i c o l i n a m i d e ， n - e t p i c o l i n a m i d e ，n - e t o h p i c o l i n a m i d e 和n - p o r - p i c o l i n a m i d e ) 的制备过程的反应 式如下： o h 2 s 0 4 o h + c h a o h 吾瓜1 而 o o c h 3 # 2 赢r n h o h n 、 r 皮考啉酸甲酯的制备：将6g ( o 0 4 9m o o 皮考啉酸溶于7 0m l 甲醇中，在搅 拌下加入1 0m l 浓硫酸，油浴加热回流2 0h ，减压蒸出过量甲醇，冷却，加水 3 0m l ，用约2 0g 无水n a 2 c 0 3 调节至p h = 8 ，用乙酸乙酯萃取3 次( 每次2 5m e ) ， 合并有机相并用无水m g s 0 4 干燥，过滤，减压蒸馏，即得浅黄色的皮考啉酸甲 酯【7 z 。74 1 ，产率约为8 6 。 i 取代皮考啉酰胺制备及表征：取已制备的皮考啉酸甲酯5 5 9 ( 0 0 4m 0 1 ) ，再 加甲胺( 乙胺，正丙胺，乙醇胺) 0 0 8m o l ，室温搅拌1 2h ，放置过夜，用乙酸乙酯 萃取3 次( 每次2 5m e ) ，合并有机相并用无水m g s 0 4 干燥，过滤，减压蒸馏，得 皮考啉酸酰胺，其结构式见图2 1 。 o 1 村 o 3 日入o h o 2 o 4 乩， 随 一 f i g 2 1 s t r u c t u r e so f n - s u b s t i t u t e dp i e o l i n a m i d e 1 ，n - m e - p i c o l i n a m i d e ；2 ，n - e t - p i c o l i n a m i d e ；3 ，n - e t o h - p i c o l i n a m i d e ；4 ，n - p r o - p i c o l i n a m i d e 图2 1 - 取代皮考啉酰胺的结构 甲基皮考啉酰胺：淡黄色液体，产率6 7 。1 3 cn m r ( c d c l 3 ) 6 ：1 6 5 0 ， 1 5 0 0 ，1 4 8 0 ，1 3 7 3 ，1 2 6 0 ，1 2 2 1 ，2 6 1 。1 hn m r ( c d c l 3 ) 6 ：3 0 5 ( s ，3 h ，c h 3 ) ， 7 5 3 ( m ，1 h ，p y h ) ，7 9 4 ( m ，1 h ，p y - h ) ，8 0 6 ( s ，1 h ，n h ) ，8 2 9 ( d ，j = 7 8 1h z ， 1 6 湖南科技大学硕士学位论文 1 h ，p y h ) ，8 6 3 ( d ，j = 4 2 1h z ，1 h ，p y h ) 。红夕f 、光谱v ：3 3 9 2g i l l 。1 ( n - h ) ，1 5 9 0 锄1 ( c = n ) ，1 5 2 8 锄一、1 4 6 5e m 、1 4 3 3e i l l 。1 ( c = c ) ，1 2 8 8 锄一、1 2 5 2 锄。1 ( c n ) ，1 6 7 1 锄。1 ( c = o ) 。 乙基皮考啉酰胺：淡黄色液体，产率6 9 。1 3 cn m r ( c d c l 3 ) 8 - 1 6 3 9 ， 1 5 0 0 ，1 4 7 8 ，1 3 7 8 ，1 2 6 2 ，1 2 2 4 ，3 4 4 ，1 4 9 。1 hn m r ( c d c l 3 ) 6 ：1 2 8 ( t ，j = 7 2 7 h z ，3 h ，c h 3 ) ，3 6 5 ( m ，2 h ，c h 2 ) ，7 4 5 ( m ，1 h ，p y - h ) ，7 8 7 ( m ，1 h ，p y h ) ， 8 0 7 ( s ，1 h ，n h ) ，8 2 2 ( d ，j = 7 8 2h z ，1 h ，p y - h ) ，8 5 6 ( d ，j = 4 6 8h z ，1 h ，p y h ) 。 红外光谱v ：3 3 9 1e m 以( n - h ) ，1 5 9 0 锄“( c = n ) ，1 5 2 6o l l 一、1 4 6 4 锄、1 4 3 4a n q ( c = c ) ， 1 3 0 6e m 、1 2 4 1a n 。1 ( c n ) ，1 6 7 0c n l 。1 ( c = o ) 。 n - ( 2 羟乙基) 。皮考啉酰胺：淡黄色液体，产率6 1 。1 3 cn m r ( c d c l 3 ) 6 ：1 6 5 5 ， 1 4 9 7 ，1 4 8 2 ，1 3 7 4 ，1 2 6 3 ，1 2 2 3 ，6 2 5 ，4 2 6 。1 hn m r ( c d c l 3 ) 6 ：1 9 6 ( b s ， 1 h ，o h ) ，3 6 8 ( m ，2 h ，c h 2 ) ，3 8 7 ( 1 ，j = 5 0 5h z ，2 h ，c h 2 ) ，7 4 6 ( m ，1 h ，p y h ) ， 7 8 6 ( m ，1 h ，p y h ) ，8 2 3 ( d ，j = 7 8 2h z ，1 h ，p y h ) ，8 4 6 ( s ，1 h ，n h ) ，8 5 7 ( d ， j = 4 3 8h z ，1 h ，p y h ) 。红外光谱v ：3 3 8 0 锄。( o - h ) ，3 3 9 1g i l l 。( n h ) ，1 5 9 0c l n 以( c = n ) ， 1 5 3 3c n l 、1 4 6 5 锄、1 4 3 5a i i 。1 ( c = c ) ，1 2 9 8 锄、1 2 4 5 锄1 ( c n ) ，1 6 6 3 锄。1 ( c = o ) 。 - 丙基皮考啉酰胺：淡黄色液体，产率7 3 。1 3 cn m r ( c d c l 3 ) 6 ：1 6 4 2 ， 1 5 0 1 ，1 4 8 0 ，1 3 7 4 ，1 2 6 1 ，1 2 2 2 ，4 1 2 ，2 2 9 ，1 1 5 。1 hn m r ( c d c l 3 ) 6 ：1 0 0 ( t ， j = 7 3 9h z ，3 h ，c h 3 ) ，1 6 7 ( m ，2 h ，c h 2 ) ，3 4 5 ( m ，2 h ，c h 2 ) ，7 4 3 ( m ，1 h ， p y h ) ，7 8 5 ( m ，1 h ，p y - h ) ，8 1 l ( s ，i h ，n h ) ，8 2 1 ( d ，j = 7 8 2h z ，1 h ，p y h ) ， 8 5 6 ( d ，j = 7 6 6h z ，1 h ，p y h ) 。红外光谱v ：3 3 9 2t i n _ ( n h ) ，1 5 9 0c m 1 ( c = n ) ， 1 5 2 8c r l l 、1 4 6 5 锄、1 4 3 3 “( c = c ) ，1 2 8 8e l n 、1 2 5 2c l r l 叫( c - n ) ，1 6 7 1c l n 1 ( c = o ) 。 本章节涉及的过氧钒物种【o v ( 0 2 ) 2 ( d 2 0 ) 【o v ( 0 2 ) 2 ( h o d ) 】一( 缩写为：b p v ) 及 o v ( 0 2 ) 2 ( l ) 一( l = n - m e p i c o l i n a m i d e ，n - e t - p i c o l i n a m i d e ，n - e t o h p i c o l i n a m i d e 和n - p o r p i c o l i n a m i d e ) 均按文献【6 5 ，6 6 】在线合成得到( 摩尔比n h 4 v 0 3 h 2 0 2 l = 1 ：5 ：1 ) 。 2 2 3n m r 实验及实验条件 n m r 实验的主要测试条件f 2 l 】：温度为2 5o c ，溶剂为n a c i ( 0 1 5m o l l ) 重水 或水溶液，1 h 和1 3 cn m r 谱以d s s ( 4 ，4 二甲基4 硅代戊磺酸钠) 为内标，5 1 vn m r 谱以v o c l 3 为外标。1 hn m r 谱的主要测试参数：脉冲重复时间4 0s ，脉冲宽度 5 0 “s ，采样时间2 o s ，谱宽1 0k h z 。1 3 cn m r 谱的主要测试参数：脉冲重复时 间4 0s ，脉冲宽度4 0 s ，采样时间0 8s ，谱宽5 0k h z ，累加5 0 0 0 次，谱图采 用2h z 展宽因子处理，傅立叶变换点数1 2 8k 。5 1 vn m r 谱的主要测试参数：脉 1 7 第二章过氧钒配合物与肛取代皮考啉酰胺相互作用的舳研究 冲宽度5 0t t s ，谱宽1 0 0k h