化學系
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國立臺灣師範大學化學系座落於公館校區理學院大樓。本系成立於民國五十一年，最初僅設大學部。之後於民國六十三年、七十八年陸續成立化學研究所碩士班和博士班。本系教育目標旨在培養化學專業人才與中等學校自然及化學專業師資，授課著重理論及應用性。本系所現有師資為專任教授25人，另外尚有與中央研究院合聘教授3位，在分析、有機、無機及物理化學四個學門的基礎上發展跨領域之教學研究合作計畫。此外，本系另有助教13位，職技員工1位，協助處理一般學生實驗及行政事務。學生方面，大學部現實際共322人，碩士班現實際就學研究生共174人，博士班現實際就學共55人。
本系一向秉持著教學與研究並重，近年來為配合許多研究計畫的需求，研究設備亦不斷的更新。本系所的研究計畫大部分來自國科會的經費補助。此外，本系提供研究生獎助學金，研究生可支領助教獎學金（TA）、研究獎學金（RA）和部分的個別教授所提供的博士班學生獎學金（fellowships）。成績優良的大學部學生也可以申請獎學金。
本校圖書館藏書豐富，除了本部圖書館外，分部理學院圖書館西文藏書現有13萬餘冊，西文期刊合訂本有911餘種期刊，將近約3萬冊。此外，西文現期期刊約450種，涵蓋化學、生化、生物科技、材料及其他科學類等領域。目前本系各研究室連接校園網路，將館藏查詢、圖書流通、期刊目錄轉載等功能，納入圖書館資訊系統中，並提供多種光碟資料庫之檢索及線上資料庫如Science Citation Index，Chemical Citation Index，Chemical Abstracts，Beilstein，MDL資料庫與STICNET全國科技資訊網路之查詢。
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Item 第一原理模擬在材料開發的應用：(I) 錫碘化物鈣鈦礦的介電性質分析，(II) 銅單原子催化劑在鈀表面上的動力學分析，以及 (III) 電場於顯式溶劑之電化學模擬(2023) 廖振成; Liao, Chen-Cheng在材料科學與凝態物理領域不斷演進中，第一原理模擬已經在方法上具有非常重要的地位。這些模擬由量子力學出發，不依靠經驗參數，為我們提供了在微觀尺度上研究材料原子組成和電子性質的方式。第一原理模擬不僅提供了實驗上無法觀測到的微觀現象，也在於它們具有普遍地提供預測能力。隨著人工智慧(AI)的出現，AI驅動的算法與基於第一原理的模擬之間的協同作用已帶來了加速材料發現和設計的新時代。這種融合不僅有助於了解複雜現象，並有助於促進新一代設備的設計。基於第一原理的模擬和AI的緊密結合不僅是互補的；它正在革命性地改變我們在21世紀如何接近、理解和利用材料的潛力。第一部分 (I) 錫碘化物鈣鈦礦的介電性質分析 錫基鈣鈦礦是一種非常有潛力的材料，用以取代傳統具有毒性的鹵化鉛鈣鈦礦，但其不穩定性限制了其發光性能。然而，二維的錫基鈣鈦礦能夠提升激子束縛能進而提升光致發光量子產率(PLQY)。除此之外，二維錫基鈣鈦礦中的有機層與無機層之介電常數差異亦會影響機子束縛能。本篇將透過密度泛函理論探討以下二維錫基鈣鈦礦：(TEA)2SnI4, (PEA)2SnI4, (p-FPEA)2SnI4, (p-ClPEA)2SnI4 以及(p-BrPEA)2SnI4之介電常數，並探討其與PLQY之關係。其結果顯示改變陽離子組成，並不會大幅地影響陽離子層之介電常數，反而會誘導陰離子層的介電常數產生變化。 第二部分 (II) 電場於顯式溶劑之電化學模擬 本研究系統性評估了對Cu(111)表面上電化學CO二聚化的顯式溶劑模型。在存在吸附物和銅表面的情況下，對溶劑的組成在室溫下進行了分子動力學採樣。本研究通過考慮引入外加平板電場，對CO二聚化反應路徑上的能量和功函數進行探討。我們觀察到，即使在引入外加電場的情況下，使用定電位修正，CO二聚化過程的活化能和反應能仍然保持相近的數值，分別約為0.95電子伏特和0.35電子伏特。這一發現在顯式溶劑模擬下，再次確認了CO二聚化主要是一個由熱驅動的過程。此外，引入外加電場範圍從+0.2 V/Å到-0.2 V/Å，在pH = 7條件下，導致有效的電化學電位相對於標準氫電極從+1.766 V變化到-0.565 V。第三部分 (III) 銅單原子催化劑在鈀表面上的動力學分析 本研究焦點是通過在Pd(111)表面上之單原子銅催化劑進行電化學CO和CHO耦合過程，探討C-C鍵形成進行計算。我們發現了過程中穩定的中間體，即[CuO2](CO)2，在暴露於CO氣體分子時被視為一種四牙和四面體的中間產物。在本篇電化學計算中，將CO團氫化為CHO的能量需求為0.87電子伏特，其低於常規Cu表面相應步驟的能量。本研究觀察到從頂層Pd原子到吸附物分子的電荷轉移效應，尤其是在過渡態處。這一現象導致了0.67電子伏特的C-C鍵形成能障。此外，C-C鍵形成的為放熱反應，為-0.21電子伏特，代表了利於生成C-C鍵的化學平衡條件。最後，由動力學建模分析討論氣體分子(CO、CO2、O2)的溫度和壓力影響，我們發現[CuO2]*(CO)2中間體在室溫下大量存在，並在乾燥的環境條件下表現出很好的化學耐受性。Item 一、2-碘苯甲醯胺衍生物和炔丙基二羰基化合物以銅金屬催化進行氧化級聯雙環化反應合成3-羥基-3-呋喃基異吲哚酮衍生物二、以一鍋化方法進行克腦文蓋爾縮合反應/亞胺化/π-Aza 電環化合成三取代吡啶三、以銅金屬進行串連環化異吲哚並 [1,2-b] 喹唑啉-12(10H)-酮和 5,13-二氫11H-喹唑啉 [2,3-b]喹唑啉-11-酮衍生物(2023) 林豊鈞; Lin, Li-Chun一:利用2-碘苯甲醯胺衍生物和炔丙基二羰基化合物作為起始物並利用銅催化促成氧化級聯分子間雙環化來進行3-羥基-3-呋喃基異吲哚啉酮衍生物的一鍋化合成。本次的策略包含環化反應、偶聯反應、雙C(sp3)-H官能化。本次合成3-羥基-3-呋喃基異吲哚啉酮衍生物的策略是利用不同取代基的2-碘苯甲醯胺衍和各種不同的炔丙基二羰基及炔丙基磺醯基芳基酮。二:我們開發出一種以溴丙烯醛、苯甲醯乙腈和乙酸銨為起始物並利用銅金屬進行催化反應歷經三個不同反應後生成三取代吡啶。3-溴丙烯醛與苯甲醯乙腈會先進行克腦文蓋爾縮合反應形成2,4-二烯酮隨後和氨進行反應，並生成相應的氮雜三烯。最後經過6π-氮雜電環化/芳構化反應並生成三取代的吡啶。三:我們開發出一種反應過程簡單、產率高的一鍋化方法，透過銅催化將N-(2-溴芐基)-2-碘苯甲醯胺的進行串聯反應而合成出吲哚並 [1,2-b] 喹唑啉-12(10H)-酮和氰化銅Item 第一部分 通過 BF3.Et2O 介導的 1-萘酚和 Ynones 的一鍋級聯 4,5-環化反應合成 Perinaphthenones 第二部分 3-溴丙烯醛與苯胺反應合成α-溴烯胺酮的研究(2022) 勃喀許; Prakash Bhimrao Patil中文摘要 第一部分 本部分包含一章，闡述了路易斯酸介導的炔酮和1-萘酚的環化反應。 第 1 章：“通過 BF3.Et2O 介導的 1-萘酚和 Ynones 的一鍋級聯 4,5-環化反應合成 Perinaphthenones” 我們提供了一種簡單而獨特的方法，用於使用 α-萘酚與 ynone 的 C4-C5 環環化反應合成高度取代的環萘酮。我們使用現成的起始材料在 30 分鐘內在 C4-C5 位點完成了 1-萘酚的脫芳香環環化，收率從良好到中等。此外，所提出的程序不僅可以替代前述方法，而且還可以簡單地合成迄今為止難以獲得的 4,6-二芳基環萘酮衍生物。我們還注意到新創建的化合物是發光的。 關鍵詞：環萘酮；圍產期; α-萘酚；伊諾內斯；無溶劑。 第二部分 本部分闡述了α-溴烯胺酮的合成及其應用 第 2 章：“3-溴丙烯醛與苯胺反應合成 α-溴烯胺酮的研究” 使用一鍋法描述了-溴烯胺酮的合成。不需要外部溴化劑，因為反應由對甲苯磺酸一水合物 (TsOH.H2O) 介導的 3-溴丙烯醛與苯胺在二甲亞砜 (DMSO) 中的反應催化。在鄰位連接有空間位阻吸電子基團的苯胺用於進行化學選擇性1,2-加成。此外，使用額外的苯胺衍生物作為親核試劑的反應產生了少量的 1,4-加成產物。對於苯胺衍生物，3-溴丙烯醛表現出廣泛的反應性。關鍵詞：一鍋法合成； α-溴烯胺酮；3 溴丙烯醛；苯胺；二甲基亞砜。 第三部分 本部分包含通過溶劑捕獲異納扎羅夫中間體合成環戊烯稠合衍生物。 第 3 章：“碘介導的與乙腈/丙酮的間斷 Iso-Nazarov 反應用於獲得高度取代的環戊烯稠合衍生物。” 我們實現了前所未有的碘介導溶劑捕獲的共軛二烯底物異納扎羅夫反應，以產生非對映選擇性環戊烯稠合衍生物。目前的方法是第一個捕獲共軛二烯醛在乙腈/丙酮中的異納扎羅夫反應中產生的環戊氧基烯丙基陽離子。 關鍵詞: 異納扎羅夫, 乙腈, 丙酮,Item 高解析度線性飛行時間式質譜儀之通用原理的開發與應用(2023) 蔡易宏; Cai, Yi-Hong高質量解析度的質譜儀(mass spectrometer)對於許多領域的研究是強而有力的重要工具，因此提高質譜儀的質量解析度是一項至關重要的課題。到目前為止，高質量解析度的質譜儀有軌道阱質譜儀(orbitrap mass spectrometer)、離子迴旋共振式質譜儀(FTICR mass spectrometer)與多圈式飛行時間式質譜儀(multi-turn time-of-flight mass spectrometer)等。這些高質量解析度的質譜儀有一共通缺點，在高質荷比(mass-to-charge ratio)範圍分析之靈敏度會大幅度下降，因此這個問題會導致儀器無法在高m/z範圍作質量分析。線性飛行時間式質譜儀(linear time-of-flight mass spectrometer)對於高範圍質荷比有極佳的靈敏度，同時對於質量量測的速度也非常快，但其質量解析度不佳。現有的最佳化方法對此類型儀器的並不是非常有效，或者必須通過犧牲質量範圍和靈敏度來實現高質量解析度。本研究發展出耦合空間與速度聚焦之理論，能夠使線性飛行時間式質譜的質量解析度大幅度上升。這個聚焦理論結合大數據之分析，可以充分了解到儀器中各種實驗參數與質量解析度關係，進而預測出最恰當的儀器設計。除此之外，這個研究結果對線性飛行時間式質譜儀中兩大普遍的迷思: 「質量解析度正比於離子的飛行時間」與「質量解析度與質量並無明顯相關性」，提出不同的看法與解釋所造成的原因。過往的研究因為運算資源與最佳化方法不足，很難歸納出質量解析度與儀器中各種參數之關聯性。在建立此聚焦理論前，必須先了解游離源產生離子的原理。不同游離的方法導致質量解析度下降的因素會不同，所以最佳化過程中需要離子聚焦的方式也會因此不同。此研究會著重於基質輔助雷射脫附游離法(matrix-assisted laser desorption/ionization)，因為此技術是飛行時間式質譜儀在高m/z範圍的分析最常使用游離源之一。此技術在高分子量物質的檢測有很好的靈敏度與便利性，所以此技術被廣泛地應用在各種領域的研究上。此游離源是利用雷射脫附的原理，使物質從固態直接昇華成為氣態離子。這個過程會使同質量的離子有不同的初始動能，而這些初始動能的差異會導致儀器的質量解析度大幅度下降。耦合空間與速度聚焦是能夠對離子初始動能差異進行有效的補償之方法，並且準確地預測出線性飛行時間式質譜儀中的最佳實驗參數，使質量解析度大幅度提升。這些實驗參數包括提取區域、加速區域與儀器整體等長度，此外還有儀器內各種電壓大小之配置與提取延遲之時間。為了能系統性地進行實驗參數的最佳化，本論文首次引進飛行時間拓樸之概念。飛行時間拓樸是離子群在儀器中的飛行時間分布之特質，而且每一組實驗參數無論是否有經過最佳化都只會對應出一種飛行時間拓樸。經過大量的最佳化運算後，這些飛行時間拓樸型態可以藉由大數據分析來分類，目前歸納出的飛行時間拓樸種類為「無轉折點」、「一最大飛行時間轉折點」、「一最小飛行時間轉折點」與「一最大與一最小飛行時間轉折點」等四種。不同型態的飛行時間拓樸會有不同程度的離子聚焦效果，因此彼此之間的質量解析度上限差距非常大，可以從數倍至數千倍以上。在此計算模型的預測下，要獲得最佳的飛行時間拓樸型態與高的質量解析度，線性MALDI-TOF MS游離源中的提取長度(s0)與加速區域的長度(d)，必須增加至一般質譜儀好幾倍以上，並且與儀器的總長(L)達到特殊比率。這些特殊比率的範圍會隨著m/z不同而有所不同。當m/z越大時，此特殊比率範圍也會隨之縮小。這個研究指出高質量m/z 100,000要達到高質量解析度，則游離源中各區域長度對於總長之特殊比率範圍都必須被嚴格規範(2.33%> s0/L > 1.33%與28% > d/L > 14.33%)，然而此實驗參數範圍可以適用m/z 100,000以內任意質量的最佳化。 從這些結果我們首創出高解析度線性MALDI-TOF MS通用原理: 1. 最佳提取延遲必須遵守耦合空間與速度聚焦之條件。2. 相同m/z之離子在不同長度的儀器中要保持相同的最佳質量解析度之數值，則最佳化後提取與加速區域的長度對於儀器總長之比率必須保持不變，提取延遲之大小必須按照此比率延長或者縮短，同時提取電壓範圍之數值也需要保持一樣。這兩個通用原理相較於過往的最佳化方法，能提供更恰當的實驗參數，有效地解決線性飛行時間式質譜儀在高m/z範圍的質量解析度不佳之問題。此聚焦理論可應用於任意m/z離子、任意尺度線性MALDI-TOF MS的最佳化，因此對於高質量解析度質譜儀的開發與應用是具有突破性。Item 以核磁共振研究來理解轉運蛋白之野生型和突變型A97S的結構及動力學差異(2023) 馮于真; Feng, Yu-Chen家族性類澱粉多發性神經病變，是一種具遺傳性的罕見疾病。它是類澱粉沉積症的一種，類澱粉蛋白會影響人體的器官與組織，尤其是心臟及神經病變。嚴重時會導致器官衰竭終至死亡，而對於此疾病目前沒有完全有效的治療方法。轉運蛋白是一種負責運輸甲狀腺素及視黃醇結合蛋白的同源四聚體蛋白，也是家族性類澱粉多發性神經病變的代表性蛋白之一。主要的途徑為此蛋白質的突變型因四聚體結構解離而形成單體，其三級結構會因錯誤折疊而形成類澱粉蛋白。在本研究中，選擇了野生型和A97S突變型進行比較，A97S是台灣病人特有的突變型。透過液態核磁共振光譜儀的分析，來進一步認識兩者之間在結構上以及蛋白質的內部動態的細微變化。發現相較於野生型，A97S突變型中，尤其是在突變的胺基酸位置附近，在蛋白質的結構上的較為明顯的不同，連帶影響到了相鄰的胺基酸。而在動態的分析上，在第97個胺基酸(點突變位置)附近也發現了較為快速的內部動態，所以我們推論出A97S突變型在構型上及內部動力學的差異所帶來影響可能為致病的因素。Item 二維有機-無機混成半導體中的自旋極化光致放光光譜(2023) 江秉益; Jiang, Ping-Yi在本研究中透過合成一系列具備強量子侷限的II-VI族的有機-無機層狀奈米片。奈米片本身為兩個原子厚度的無機層，並將各個無機單層透過雙牙基胺配體以共價鍵互相連接，配體亦可作為介電絕緣層將將電子限制於平面內。吸收光譜中觀察到的吸收出現巨大的藍移以及C3v的對稱性為二維形貌的固有性質。透過摻雜過渡金屬我們在材料中引入與摻雜雜質的自旋-軌道相互作用以及額外的光學活性，在C3v的對稱性下材料理論上會因為簡併性被打破進而產生更大的賽曼分裂，錳本身特殊的自旋躍遷機制以及長半生期的磷光放光都使摻雜錳的寬帶系半導體在低溫下以及在磁場中出現特殊的磁光現象，我們透過與物理系合作嘗試了解這些現象，並透過光學元件的設計，嘗試探討這些現象背後的作用的機制。Item 一價銠金屬催化具高鏡像選擇性之不對稱串聯反應：合成掌性二氫萘胺(2023) 鍾宜庭; Chung, Yi-Ting本論文敘述使用一價銠金屬與掌性雙環[2.2.1]雙烯配體L6a所形成的催化劑，催化𝛽-位具有不同取代基的酯化合物54與不同乙腈芳基硼酯24，進行不對稱串聯合環反應。在最優化條件下，生成一系列具有二氫萘胺結構之環化產物55，共有29個例子，具有最高79%的產率與高達99%的鏡像超越值。此外，以鈀金屬對乙醯基產物58aa的亞胺雙鍵進行氫化反應，可生成具有連續三個掌性中心的產物71，產率、鏡像超越值以及非鏡像異構物比例皆有良好的表現(95% yield, 96% ee, d.r.> 20:1)。Item 以大腸桿菌生合成之對胺基苯甲酸定量水中硝酸鹽及亞硝酸鹽(2023) 張嘉雯; Chang, Chia-Wen我們實驗室提出以全細胞生物感測器來有效檢測並定量水中的硝酸鹽及亞硝酸鹽的方法，參考葡萄糖在大腸桿菌中的代謝路徑建構之質體轉殖入 E. coli BL21(DE3)，其製造的T7 RNA polymerse (RNAP)會開啟T7啟動子製造下游蛋白，這些蛋白會加速葡萄糖代謝成為4-Aminobenzoic acid (PABA)，使我們在短時間內就可以得到大量PABA，其經由一系列反應得到最終產物在540 nm有最大吸收的色素，以吸收回推濃度、再以大腸桿菌還原硝酸鹽為亞硝酸鹽後並以同樣反應定量出硝酸鹽濃度。Item 碘催化2-苯乙烯醛與吲哚反應通過親核加成/4π-電環化/異構化序列合成 1H-茚 化合物類衍生物(2023) 蔡昊諭; Tsai, Hao-Yu茚是一類重要的分子，它不僅引起有機化學家的興趣，因為大量天然和合成化合物含有其特殊骨架而且皆能表現出生物活性或藥物活性，除此之外茚在材料科學也有了相當大的應用與發展，例如在光伏太陽能電池和新型螢光材料的製備。在過去的幾年裡，化學家已經開發了許多方法來構建這種雙環系統，其中探索最多的兩種是涉及分子內弗里德爾-克來福特反應的陽離子過程，以及過渡金屬在組裝茚框架中起關鍵作用的過程。而本篇論文研究的方向則是利用路易士酸的催化以及電環化過程，來構築中心骨架的茚結構，並藉由接上保護基來產生單一反式結構的起始物，其中可透過探討不同取代基作為親電子基在合環時對於4π電子對的影響，進而發現可利用熱力學的趨勢，得到較穩定的主產物，甚至衍生出對於不同的吲哚作為親核基的探討， 並利用聚焦式微波合成儀將反應時間控制，因為其穩定的加熱模式，進一步從結果探討對於1-甲基-3-(2-苯基-1H-茚-3-基)-1H-吲哚的高度單一反應性。Item 一價銠金屬催化具鏡像選擇性串聯環化：以配體效應控制銠金屬1,2-重排合成掌性2-茚酮(2023) 吳彥勳; WU, Yen-Hsung本論文敘述利用一價銠金屬與軸掌性雙膦配體(S)-BINAP (L1) 所形成之催化劑，催化不同的芳基硼酯34與反丁烯二酸二酯化合物32進行不對稱的串聯環化反應，獲得一系列具有2-茚酮(2-indanone)結構之掌性化合物35，共有19個例子，產率最高達93%，鏡像選擇性則是最高達89% ee，且改使用順丁烯二酸二甲酯(32b’)進行反應時，結果與反丁烯二酸二甲酯(32b)相同，並透過推測之反應機構證明其可能原因。在催化循環中的關鍵步驟為1,2-銠金屬轉移(1,2-rhodium shift)反應，透過氘標記反應實驗證明得到的產物35是經由1,2-銠金屬轉移反應。