N-氧化物官能团对Ru(II)和Ir(III)配合物性质的影响比较

《Journal of Organometallic Chemistry》：A comparison of how the N-oxide functional group modulates the properties of a Ru(II) and an Ir(III) complex

本研究合成并表征了含N-氧化物配体的Ir(III)和Ru(II)异配位配合物，发现N-氧化物使Ir(III)发射光谱红移37 nm，而Ru(II)无显著变化，表明两者电子转移机制不同。

　　

芭芭拉·C·希格斯（Barbara C. Higgs）| 布雷-安娜·N·威利斯（Bre-Anna N. Willis）| 维内萨·A·M·古德温（Vinesah A.M. Goodwin）| 盖尔·昂（Ga?l Ung）| 科林·D·麦克米伦（Colin D. McMillen）| 埃洛伊丝·K·伯里克（Eloise K. Burick）| 乔治·巴罗索（Jorge Barroso）| 贾里德·A·皮恩科斯（Jared A. Pienkos）

美国田纳西大学查塔努加分校化学系，田纳西州查塔努加，37403

摘要

N-氧化物官能团在医药应用（例如成像剂）中得到广泛使用；然而，尽管有机金属化合物在医药化学中得到应用，其在过渡金属化学中的使用仍然有限。为了研究N-氧化物官能团对有机金属配合物性质的影响，我们合成了含有N-氧化物的Ir(III)和Ru(II)杂配过渡金属配合物及其不含N-氧化物的同类化合物（产率>67%）。这四种化合物通过核磁共振（NMR）光谱、红外光谱（IR光谱）、紫外-可见光谱、发射光谱、高分辨率质谱、循环伏安法、元素分析和单晶X射线衍射进行了表征。结果显示，N-氧化物官能团使Ir(III)化合物的发射峰发生红移（Δ 37 nm，810 cm^-1），而对Ru(II)化合物的发射峰影响较小。计算得出的HOMO和LUMO表面表明，并结合循环伏安法数据，Ir(III)化合物发生了涉及该N-氧化物的配体间能量转移（L→L'），而Ru(II)化合物则发生了不涉及N-氧化物的金属-配体电荷转移（MLCT）。

引言

N-氧化物官能团常用于药物的有机衍生物[[1], [2], [3], [4]]、前药[5,6]以及成像剂[7,8]中。例如，该官能团被用于检测肿瘤细胞缺氧区域的分子探针。使用N-氧化物官能团的优势在于氮氧键在肿瘤细胞典型的低氧环境中容易断裂。这种可断裂的N-氧化物官能团已被应用于目前用于治疗癌症的前药（如Banoxantrone [9]），并用于制备用于检测缺氧的荧光团[10]。

随着医药无机化学领域的不断发展[11,12]，令人惊讶的是N-氧化物官能团并未被广泛引入到含有过渡金属的生物活性化合物或成像剂中。实际上，文献中报道的大多数含有N-氧化物官能团的过渡金属化合物都是配位异构体，其中N-氧化物中的氧原子与金属中心发生配位[13]。仅有少数例证显示过渡金属配合物含有非配位的N-氧化物[[14], [15], [16], [17], [18]]。

我们的团队正在研究含有N-氧化物官能团的过渡金属化合物在医药化学中的应用。在我们的研究中，我们利用Acipimox配体通过螯合作用阻止了N-氧化物官能团与金属的配位[14]。本文描述了两种新的含有N-氧化物的过渡金属化合物的合成与表征，并将其与非N-氧化物同类化合物进行了对比（见图1）。

材料与方法

使用前，三乙胺（TEA）在KOH存在下进行蒸馏处理。其他试剂均按原样使用。bpy₂RuCl₂和[(^Phppy)₂IrCl]₂的制备方法参照了相关文献[[19], [20], [21], [22]]。

所有反应均在干燥的N₂气氛下进行。使用压力管进行反应时，所有反应混合物在加热前均用N₂冲洗。

红外光谱使用ALPHA-P仪器获得，数据分析采用OPUS 8.5软件。

核磁共振光谱数据由...

合成

(^Phppy)₂Ir(Acip)（1）和(^Phppy)₂Ir(Mpca)（2）的合成采用了之前报道的利用吡啶酸酯类配体制备Ir(III)化合物的策略（见图1）。首先，通过将IrCl₃和2,4-二苯吡啶（^PhppyH）在H₂O:Etoxyethanol（1:4, v/v）溶液中回流反应，制备出氯桥连接的Ir(III)二聚体[(^Phppy)₂IrCl]₂。随后，该二聚体分别与N^O螯合配体Acipimox或5-甲基-2-吡嗪羧酸（Mpca）反应，并在CH...

结论

通过X射线晶体学确定了化合物1-4以及Acipimox的丙酮溶液形式的晶体结构。虽然Acipimox中的N-氧化物氧原子可以参与C–H···O相互作用，但在本研究中发现它并未与过渡金属发生配位（化合物1和3）。Acipimox（化合物1和3）和Mpca（化合物2和4）的配位是通过一个羧酸氧原子及其最近的氮原子实现的。Trans键长度发生了延长...

作者贡献

芭芭拉·C·希格斯（Barbara C. Higgs）：方法学研究、数据验证、数据分析、调查、数据整理、初稿撰写、审稿与编辑、结果可视化、资金申请。布雷-安娜·N·威利斯（Bre-Anna N. Willis）：数据分析、调查、数据整理、初稿撰写、审稿与编辑。^§B.C.H.和B.-A.N.W.的贡献相当。维内萨·A·M·古德温（Vinesah A. M. Goodwin）：调查。盖尔·昂（Ga?l Ung）：审稿与编辑、指导。科林·D·麦克米伦（Colin D. McMillen）：数据验证、数据分析、资源协调

资金支持

作者感谢ACS Project SEED对维内萨·A·M·古德温和埃洛伊丝·K·伯里克（Eloise K. Burick）的支持。田纳西大学查塔努加分校的内部资金也支持了这项研究：包括研究和创意活动资助，以及来自本科生研究与创意办公室（Office for Undergraduate Research and Creative Endeavor）的SEARCH奖项。

数据可用性声明

CCDC 2477337-2477341文件中包含本文的补充晶体学数据。这些数据可从英国剑桥市Union Road 12号的CCDC获取，传真：[phone]。

补充材料：相关支持信息可在此下载：

未引用参考文献

[45,46]

CRediT作者贡献声明

芭芭拉·C·希格斯（Barbara C. Higgs）：审稿与编辑、初稿撰写、结果可视化、方法学研究、资金申请、数据分析。布雷-安娜·N·威利斯（Bre-Anna N. Willis）：审稿与编辑、初稿撰写、调查、数据分析。维内萨·A·M·古德温（Vinesah A.M. Goodwin）：调查。盖尔·昂（Ga?l Ung）：审稿与编辑、指导。科林·D·麦克米伦（Colin D. McMillen）：初稿撰写、结果可视化、数据验证、资源协调、数据分析

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究结果的财务利益或个人关系。

致谢

HRMS测量由戴维森学院（Davidson College）的David Blauch使用Agilent LC-MS仪器完成，该仪器是通过NSF MRI奖项（编号CHE-1624377）获得的。我们感谢德保罗大学（DePaul University）的Kyle A. Grice对本项目的指导。