學位論文
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Item 三乙基胺促進連鎖反應合成多取代四氫呋喃苯并吡喃之架構(2019) 吳育丞; Wu, Yu-Chen近幾年來，已經發現具有四氫呋喃苯并吡喃架構的天然物，甚至有些天然物擁有生物活性。目前探討合成此類架構的文獻相對稀少，本文提供新的合成途徑，藉由有機鹼三乙基胺，促進具有多親電位子的硝基丙烯基醋酸酯，與多親核位子的1-(2’-羥基苯基)丁烷-1,3-二酮，在低溫的條件下，進行高效率的連鎖反應Michael/acetalization/oxa-Michael反應，合成三環並聯線性的外消旋多取代四氫呋喃苯并吡喃，其架構具有四個連續的立體中心，包含兩個四級碳立體中心，產率可達62%。在反應選擇性方面，多取代四氫呋喃苯并吡喃與多取代呋喃比例為5:1-6:1。不對稱合成高純光學純度之呋喃苯并吡喃產物，後續在研究探討。Item 四組份合成之有機鏻鹽在替代兩雜環耦合反應之應用 新型全碳 1,3-偶極體前驅物 3-Homoacyl Coumarin 用於鏡像選擇性 (3+2) 協同環化反應合成 Herbertenolide 衍生物之應用(2019) 陳奕儒; Chen, Yi-Ru第一章 四組份合成之有機鏻鹽在替代兩雜環耦合反應之應用 近年來，有機磷化物已被大量的使用在工業及實驗室之中，其中有機鏻鹽亦是重要的磷化物之一。有機鏻鹽的獨特性質讓其不只可以作為離子液體或是相轉移催化劑來輔助反應進行，更常見的是作為Wittig 反應的重要試劑。敝實驗室長期著墨在發展 Wittig 反應，直至目前為止已開發出兩類有機鏻鹽 Wittig 試劑的合成策略用以經由分子內 Wittig 反應合成不同的雜環分子。我們期望可以探索出新穎的可純化之穩定鏻鹽的合成策略，並利用此有機鏻鹽進行分子內 Wittig 反應來合成不同於以往的雜環分子。 在本章節中，我們成功的開發了一種四組份反應合成一系列可單離的穩定有機鏻鹽，並可藉由不同的組合路徑來達到相同的目標產物。其反應可由芳香環與2-雜原子取代苯甲醛或雜環取代醛在酸性條件下與有機膦試劑來進行合成。此經過設計的有機鏻鹽成亦功的經由敝實驗室的主要合成策略進行分子內 Wittig 反應，並得以高產率得到傳統需利用交叉耦合反應來合成的多種雙聯雜環（例如indole-benzofuran/indole-benzothiophen/indole-indole/pyrrole-benzofuran/thiophene-benzofuran），提供給欲合成此類產物的對象一種替代合成方案。 第二章 新型全碳 1,3-偶極體前驅物 3-Homoacyl Coumarin 用於鏡像選擇性 (3+2) 協同環化反應合成 Herbertenolide 衍生物之應用 地錢所分離出的天然物中，倍半萜烯 Herbertane 這類具有獨特生物活性的物質（例如抗菌或促進神經組織增生等性質）已經吸引許多科學家去對其進行研究。而其天然物或衍生物的合成亦為其重要議題之一，目前已有數個 herbertenolide 或其差向異構物的全合成以及其衍生物合成或其主要架構 tetrahydrocyclopenta[c]chromen-4-ones 的合成方法學研究被報導出來。然而，目前的策略遇到的困難是所需合成步驟較多或是所合成的物質取代基有限，使得合成的產物廣度受限，進而使得此類天然物的研究進展受到限制。因此，我們期望可以研發一類有效的合成方法學來進行 herbertenolide 衍生物的合成，特別是由環化反應來建構其環戊烷主架構的策略。 在各種類型的環化反應策略中，1,3-偶極環化反應被認為是建構環的強力策略之一。目前可利用多元的1,3-偶極試劑來建構多種含雜原子之環狀化合物，例如pyrrolidine或isoxazolidine。但當想要以此策略合成全為碳原子組成之環，例如 cyclopentane 時，卻鮮少有適當的全碳 1,3-偶極試劑可以被拿來運用，大多數的1,3-偶極試劑都是含有雜原子的。因此我們希望可以開發出新型的全碳1,3-偶極試劑，並運用其進行 (3+2) 環化反應策略建構出以 cyclopentane 為核心的herbertenolide 衍生物。 在這本章中，我們提出對全碳1,3-偶極試劑的歸納與描述，並提出3-homoacylcoumarin作為一種新型的全碳1,3-偶極試劑前驅物。我們成功的利用此試劑與 indandione alkylidenes 在掌性有機催化劑的催化下進行立體選擇性的 (3+2) 合環反應來得到高鏡像選擇性且高產率的 herbertenolide 衍生物。除此之外，我們也做了詳細的機構探討並發現此反應共有兩個反應路徑同時進行，其中具有高立體選擇性的協同反應路徑相對速度極慢的逐步反應路徑來說主導了反應的進行。Item 不對稱有機催化之手性藥物合成(2019) 鄭祐松; Cheng, You-Song小分子有機催化劑介導的有機催化反應自20世紀萌芽，到了2000年初開始蓬勃發展，透過有機合成所製備因應不同有機合成策略，十餘年的發展能量始終維持高檔，溫和的操作手法與對環境友善的重視，讓有機催化逐漸取代傳統的金屬催化，同時顯示此領域在有機合成的重要性。純手性藥物合成策略開發，長年來熱度不減，製備純手性藥物在於避免另一鏡像異構物於生物體內產生相異的生理表現，使用有機催化策略獲得高光學純度的純手性藥物，替代有潛在污染風險且操作較為複雜的金屬試劑反應，便是個重要課題。 使用Ｌ-脯氨酸衍生之三苯基矽醚做為有機催化劑，在反應環境中添加醛類和外消旋硝基苯基丙烯醇分子，進行二級胺催化反應，利用醛類與二級胺縮合形成掌性烯胺中間體，加成至外消旋硝基苯基丙烯醇，過程中進行了不對稱催化連鎖Michael/acetallization反應，生成高鏡像選擇性的多取代四氫吡喃分子，具有五個連續掌性中心，同時反應中伴隨著外消旋化合物的動力學分割現象，也分割了具高光學純度的硝基苯基丙烯醇，所得兩種掌性化合物中，多取代四氫吡喃產物利用官能基轉換可生成艾杜醣醛酸衍生分子，是作為肝素的前驅物，硝基苯基丙烯醇則為高經濟性的氨基羥基丁酸衍生物，亦是氨肽酶和HIV-I蛋白酶抑製劑的主要骨架。 另一方面，使用掌性布忍斯特酸催化含羥基異噁唑分子，產生掌性相對離子中間體，配合吲哚進行親核性Friedel-crafts加成反應，也成功掌性四級α-胺基酸衍生產物，並建構兩個連續四級碳中心，有效結合兩個具活性的芳香化分子，吲哚類四級α-胺基酸是作為HIV反轉錄抑制劑的重要分子，擁有極佳的藥物半效應濃度；因此經由不對稱有機催化劑，反應過程中具活性的掌性中間體能有效地掌控純手性產物的生成，此文兩種合成策略期盼對製備掌性藥物的未來發展也有微薄奉獻。Item (壹)探討小分子結構與加速胰島類澱粉蛋白聚集功能 (貳)探討乙醯化反應對αA-水晶體蛋白片段(66-80)聚集的影響(2019) 鄭幃銜; Teh, Wei-Xuan本論文主要分成兩個部分，摘要如下： 第一部分旨在開發尋找可以加速類澱粉蛋白聚集的小分子。在本研究中，我們發現胡椒鹼的衍生物有加速聚胰島類澱粉蛋白聚集的效果。我們利用硫磺素-T動力學實驗對7個胡椒鹼衍生物包含胡椒鹼進行初步的篩檢發現具有胡椒鹼上的苯環以及羧酸這樣的結構都有加速胰島類澱粉蛋白聚集的效果。此外，連接苯環以及羧酸的長度也會影響加速聚集的效果。我們也透過變異胰島類澱粉蛋白上特定位置的胺基酸發現，羧酸會與1號位的賴胺酸以及11號位的精胺酸有靜電作用力而使這類的結構能加速胰島類澱粉蛋白的聚集。 第二部分旨在探討轉譯後修飾對類澱粉蛋白的聚集是否有影響。在本研究中我們探討了乙醯化反應，其中一種轉譯後修飾，對αA水晶體蛋白片段66-80聚集形成類澱粉蛋白纖維是否有影響。我們利用硫磺素-T動力學實驗發現乙醯化後的αA水晶體蛋白片段66-80不會聚集形成類澱粉蛋白纖維。透過穿透式電子顯微鏡的觀察，我們也沒有觀察到乙醯化後的αA水晶體蛋白片段66-80形成典型的類澱粉蛋白纖維。Item 成長大地豐富之銅鋇錫硫硒薄膜硫族化合物應用於光伏吸收層(2019) 葉又瑄; Ye, You-Syuan近年來，以銅鋅錫硫硒為吸收層的太陽能電池日漸蓬勃發展，其原因來自於它不使用稀有(例如: 銦)，以及有毒的元素(例如: 鎘) 作為其合成的材料，然而，陽離子的錯位，如銅與鋅的錯位，及相關的能隙拖尾現象限制了其太陽能電池效率的表現。由於鋇離子的離子半徑非常大且性質獨特，與鋇相關的缺陷活化能非常高，不易於生成，且生成的缺陷其為淺層，不會造成載子分離困難進而降低太陽能電池的效率，的銅鋇錫硫太陽能電池近年來被視為銅鋅錫硫硒的替代吸收層，且能帶約為2.0電子伏特的性質對於串聯式太陽能電池上電極應用更為合適。 對於室內光伏應用，理想的能隙範圍為1.9電子伏特，因此我們透過摻雜硒元素進去銅鋅錫硫的薄膜，降低其能隙，進而產生銅鋅錫硫硒新的吸收層。藉由調控硫和硒的比例，我們可以達到一可調能隙範圍1.89到2.05電子伏特之光伏吸收層，可應用於家用能源自主電子設備的光伏器件或作串聯太陽能電池之應用。 在此篇研究中，我們透過真空的方式去製備此銅鋅錫硫硒吸收層，藉由拉曼、光激發螢光頻譜，以及X-射線繞射分析去探討薄膜的品質與辨別相的結構，最後，得到一個可調控能隙極具有相當潛力的太陽能電池吸收層。Item 透過溶劑化電解液控制鋰硫電池中硫正極的還原機制(2019) 林子芸; Lin, Tzu-Yun能源的儲存已成為再生能源供電穩定的關鍵，其中鋰離子電池為大型儲能設備的首選。然而，鋰離子電池可以提供儲存的最高能量已無法滿足交通等市場需求，因此科學家們致力發展於尋找更高電容及能量密度的電池，而鋰硫電池因其具有高電容、高能量密度，且硫因價格低廉且對環境友善，因此被譽為下一世代的電池。但是在鋰硫電池運轉時產生的穿梭效應大幅降低鋰硫電池效能，其中溶劑化電解液因其具有抑制穿梭效應的能力，因此被視為抑制穿梭效應並提升鋰硫電池性能的解決方案。 本實驗分別使用傳統鋰硫電池電解液(1 M LiTFSI 溶於DOL/DME 1:1(v/v))和不同的溶劑化電解液，包括：4.2 M LiTFSI 溶於ACN/TTE 1:1(v/v)、4.2 M LiTFSI 溶於DME/TTE 1:1(v/v)和4.2 M LiTFSI 溶於THF/TTE 1:1(v/v)進行電化學性能的測試，更使用了循環伏安法、臨場拉曼光譜及臨場X光吸收光譜等分析技術探討在不同電解液下，硫電極在充放電過程中的反應機制，並進一步的探討反應機制對電池性能的影響。 本研究結果顯示，溶劑化電解液相對於傳統鋰硫電池電解液具有更高的電容及更穩定的循環壽命。在臨場拉曼光譜中發現傳統鋰硫電池電解液會涉及複數個電化學及化學反應，因此可以觀察到各種不同的多硫化物，包括：S82-, S7-, S62-, S42-, S3●-，此現象也證明歧化反應的發生。然而若使用溶劑化電解液，只可觀察到中間產物S82-和S42-的生成，此說明了溶劑化電解液的電子轉移途徑較為單純且可以抑制歧化反應的發生。在臨場拉曼光譜實驗中更發現了除了濃度效應以外，不同溶劑對於鋰鹽的溶劑化能力不同，抑制歧化反應的能力也不同。在臨場X光吸收光譜中可以觀察到溶劑化電解液相較於傳統鋰硫電池電解液可溶解較少量的多硫化物。根據實驗結果，我們發現抑制歧化反應的發生可以讓電池具有更優異的電化學性能。Item 以理論計算方法探討CO在Cu(711)表面上的電化學還原(2019) 辜敏韶; KU, Min-Shao在現今社會中，使用銅做為電催化電極是現今將二氧化碳電還原成許多有用的燃料的其中一項主要方法。透過製備不同的銅電極材料表面來區分各種催化途徑成為CO2電還原化學最關注的主題之一；而催化體系設計的成功與否，取決於是否提高還原CO2的選擇性。利用理論計算，我們研究Cu(711)表面，以了解早期實驗觀察所顯示的C-C耦合的有趣選擇性。通過分析沿著CO2還原機理的各種關鍵中間體的電子結構，可以為設計用於Cn（n≥2）烴合成的Cu電極材料的新形態提供進一步的見解。Item 利用臨場紅外光譜研究二氧化鈦材料與硫化銦材料在光催化二氧化碳還原中所扮演之角色(2019) 林彩渝; Lin, Tsai-Yu光催化還原是現今熱門研究的主題。為了解決光觸媒材料現今困於低效率以及低選擇性。因此需要對光觸媒材料以及二氧化碳還原有更進一步的認識。本論文利用臨場紅外光技術研究二氧化碳還原反應在光觸媒材料表面的行為。在光觸媒材料裡面，二氧化鈦材料已經被廣泛研究，本論文針對Pure-TiO2、H-Ni-TiO2以及SCN-H-Ni-TiO2 三種二氧化鈦基材料進行探討尤其是表面處理。除了二氧化鈦材料本論文選用ZnS、In2S3以及ZnS/In2S3 混和物進行探討尤其是異質介面。 此研究發現在二氧化鈦基材料裡面SCN-H-Ni-TiO2表現出了與兩個二氧化鈦材料對於二氧化碳及水有更多的吸附量。而在ZnS/In2S3 (2:1)材料可以觀察到In2S3是主導二氧化碳吸附的分子，同時在ZnS/In2S3 (2:1)有比另外兩者有更多的吸附。在光催化二氧化碳還原過程中，二氧化鈦材料以及硫化銦材料裡面都可以觀察到COOH*的生成，這表示兩者有同樣的中間產物。 二氧化碳以及水是光催化二氧化碳還原過程中必備的兩個反應分子。為了更進一步探討二氧化碳以及水在光觸媒材料表面的作用，本論文設計了順序實驗去進行探討。二氧化鈦材料以及硫化銦基材料依先二氧化碳再水的順序以及先水再二氧化碳的順序利用臨場紅外光譜以及氣相層析光譜分析。在氣相層析光譜結果是先二氧化碳再水的效率會比先水再二氧化碳的效率還要好。結合紅外光譜的數據，本論文針對順序實驗提出了兩種不同的表面機制行為。第一個是先通二氧化碳再通水，此實驗會讓二氧化碳直接先吸附在活性位形成CO2-，這是有利於二氧化碳還原反應的發生；第二個是先通水再通二氧化碳，此實驗會讓水先吸附在活性位，造成大量水分解的發生，不利於二氧化碳還原的進行。總結，水及CO2- 在二氧化鈦材料以及硫化銦材料上的二氧化碳還原反應是重要的反應物。未來可以在二氧化碳還原中去探討是否可以利用二氧化碳及水的比例去抑制水分解的行為進行更進一步的研究。Item 人類降鈣素雙突變體提升抗纖維化能力及做為胜肽藥物之潛能(2019) 陳怡婷; Chen, Yi-Ting胜肽的不可逆聚集通常導致其生理功能的喪失。人類降鈣素為32個胺基酸組成的荷爾蒙胜肽，在人體內是由甲狀腺周圍的濾泡旁細胞所分泌，其自然態參與調節血鈣平衡和維持骨骼結構，因此可用於治療骨骼相關疾病，例如骨質疏鬆症和佩吉特氏病。然而降鈣素易形成類澱粉蛋白沉積物的高聚集傾向，導致其天然功能喪失限制做為臨床藥物的發展。由於鮭魚降鈣素具有較高的生物活性和較低的聚集傾向而替代人類降鈣素成為廣泛使用的治療藥劑。可惜的是，鮭魚降鈣素的序列只有50%與人類降鈣素相同，這種低序列同源性會導致嚴重的副作用，包括臨床治療中的厭食、嘔吐和免疫反應。已顯示針對序列做修飾可以調節人類降鈣素的聚集傾向。先前在預測軟體Waltzs幫助下所進行的研究指出，當人類降鈣素的12、17、26、27和31這五個胺基酸位置發生突變會顯著地降低聚集速率，但仍保持生理結構和功能。 在本研究中，我們嘗試對人類降鈣素序列做最小變化的修飾，成功設計並合成出抗聚集的雙突變變異體(Y12L N17H hCT)。從圓偏光二色性光譜中我們發現Y12L N17H hCT具有穩定的螺旋結構。此外，透過光誘導未修飾蛋白交聯反應和電泳分析顯示，人類降鈣素會形成高分子量寡聚物，而Y12L N17H hCT則是以單體為主。Y12L N17H hCT在緩衝溶液和脂質存在下皆能抑制原生型hCT聚集。最重要的是，Y12L N17H hCT仍具有生物活性，可以和降鈣素受體結合並能激活cAMP途徑。因此，我們推測Y12和N17在人類降鈣素形成類澱粉蛋白纖維過程中為關鍵的胺基酸位置，而Y12L N17H hCT有做為胜肽藥物之潛能。Item Yatein 和7-Deoxypodophyllotoxin 衍生物的合成研究(2019) 杜岳樺; Tu, Yueh-Hua依托泊苷（Etoposide）是目前臨床使用的抗癌藥物，主要作用機制為抑制DNA拓樸異構酶II。雖然依托泊苷是世界衛生組織所列的基本藥物，但其製造需要從植物鬼臼中分離出（−）-鬼臼毒素（(−)-podophyllotoxin），再利用人工合成得到。在2015年Sattely團隊研究顯示，此合成中的起始物（−）-鬼臼毒素，是以松柏醇經由多個酵素（DIR、PLR、SDH、 P450、OMT1及2-ODD）催化反應步驟得到。其中，我們有興趣的是Yatein在酵素2-ODD催化下，進行分子內合環反應，得到7-脫氧鬼臼毒素（7-deoxypodophyllotoxin）。為了探討酵素的反應機制，以β-piperonyl-γ-butyrolactone作為共同前驅物，合成酵素的受質Yatein和推測產物7-脫氧鬼臼毒素及其衍生物。我們的結果表明，最初提出的羥基化中間體不太可能參與該反應。相反，苯甲基自由基及碳陽離子中間體的形成可用於觸發碳–碳鍵形成以構建（-）-鬼臼毒素的碳環。