理學院

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學院概況

理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系(均含學士、碩士及博士課程),及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所,另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人,陣容十分堅強,無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。

特色

理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內,座落於臺北市公館,佔地約10公頃,是個小而美的校園,內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。

理學院創院已逾六十年,在此堅固基礎上,理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現,更在臺灣許多研究中獨占鰲頭,曾孕育出五位中研院院士。近年來,更致力於跨領域研究,並在應用科技上加強與業界合作,院內教師每年均取得多項專利,所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。

在科學教育研究上,臺灣師大理學院之排名更高居世界第一,此外更有獨步全臺的科學教育中心,該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務;是全國人力最充足,設備最完善,具有良好服務品質的中心。

在理學院紮實、多元的研究基礎下,學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇,無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作,均是絕佳選擇。

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    (一) 催化劑控制多樣性導向合成螺環/三取代四氫喹啉衍生物(二) 多樣性導向策略合成螺環羥吲哚和環戊二烯[b]吲哚之衍生物
    (2023) 張禎玲; Chang, Chen-Ling
    第一部分: 多樣性導向合成策略已成為製備各式化合物重要技術之一,透過試劑、手法及時間的調控,可快速且具高度選擇性的建構複雜骨架化合物。近年來,使用此策略的方法日新月異,並且廣泛運用在藥物分子的製備上。為延續多樣性導向合成策略,本文報導一種透過有機鹼催化劑及溶劑調整的方式,建構螺氫喹啉-茚二酮及3-亞甲基氫喹啉-茚二酮衍生物。在DMAP 和 TMG 鹼催化試劑下,利用起始物鄰甲苯磺醯氨基苯基取代的對醌甲基和芳基烯丙基-茚滿二酮經由aza-1,4/1,6-加成可調控的形成動力學及熱力學產物。最後在控制實驗及機制研究顯示,於TMG系統中會優先生成1,4-加成螺氫喹啉-茚滿二酮中間體,再經逆反應/1,6-加成/1,3-nitrogen重排/vinylogous 1,6-加成形成3-亞甲基氫喹啉-茚二酮衍生物。並對一鍋化、克級反應及其他雜芳基烯基底物進行探討。 第二部分: 為銜接以及擴展過去實驗室所發展的有機膦試劑多樣性導向,本文我們發展出利用試劑的添加順序、時間的調控,順利建構螺戊二烯二氫吲哚產物及苯基環戊二烯[b]吲哚衍生物。目前根據初步機制推測,在反應前期,膦試劑會具有選擇性地進行1,6-或1’,4’-加成反應。在1,6-加成反應途徑會優先生成關鍵中間體betaine七元環,接續再進行開環/δ-C-醯基轉移/分子內威悌反應後,可獲得螺環產物。而另一途徑則是透過膦試劑添加時間的控制,逕而選擇進行1’,4’-加成反應並產生不同的betaine中間體,接著進行β-C-醯基轉移/分子內威悌反應/異構化後,得苯基環戊二烯[b]吲哚衍生物。
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    (一) 經有機膦試劑催化直接型 β 位醯化反應建構官能化 2-亞芳基羥吲哚化合物(二) 經分子內威悌反應合成螺環羥吲哚和環戊二烯[b]吲哚之衍生物(三)多樣性導向策略經有機鹼調控合成螺環/三取代四氫喹啉衍生物
    (2022) 鄭蔚晴; Jeng, Wey-Chyng
    (一) 在過去,有機催化量磷烷反應在有機合成中無所不在,具有構建多樣天然活性分子的巨大潛力。膦試劑廣泛應用於建構碳碳鍵和雜環分子。我們利用環狀查爾酮骨架分子-吲哚酮作為起始物,可在吲哚酮親電子性質的β位直接進行醯化反應。除了產物外,此部分的另一重點在於對於線型和環狀查爾酮在膦試劑催化反應中結果觀察在此研究中發現線性查爾酮傾向形成威悌產物,環狀查爾酮則傾向生成β醯化產物。(二) 在此部份我們發展出以多樣性導向合成螺戊二烯二氫吲哚和苯基環戊二烯[b]吲哚的方法。在此部分的研究中利用膦試劑先形成膦兩性離子在含有醯氯的環境底下進行氧醯化反應為關鍵步驟。此一反應由膦試劑進行1,6-加成反應來啟動,接續的反應過程中生成關鍵的betaine七元環中間體,隨後的開環/δ-C-醯基轉移/環化/分子內威悌反應,即可得螺戊二烯二氫吲哚產物;在反應中,我們發現另一產物苯基環戊二烯[b]吲哚衍生物,根據結果結構推測在前期膦試劑的加成具有選擇性,透過添加時間的控制,可有效的使膦試劑進行1-4,加成反應,並進行β-C-醯基轉移/環化/分子內威悌反應。(三) 多樣性導向已成為建構複雜分子的通用、快速和選擇性的合成策略,廣泛用於藥物開發。過去,我們發現基於催化劑的多樣性導向策略用於建後生物學重要的化合物,讓我們對多樣性導向有延伸興趣。我們希望報導一種新穎且有效的有機鹼控制方法,用於製備螺氫喹啉-茚二酮和 3-亞甲基氫喹啉-茚二酮衍生物。DMAP控制進行aza-1,4-麥克/1,6-加成/級聯反應,將鄰甲苯磺醯氨基苯基取代的對醌甲基化合物加成到芳基烯丙基-茚滿二酮中主要產生螺氫喹啉-茚滿二酮產物。或者,使用TMG作為鹼試劑時,觀察到亞甲基氫喹啉-茚滿二酮衍生物的選擇性形成。控制實驗和機制研究表明,在TMG系統中,生成了作為中間體的螺氫喹啉-茚滿二酮,進一步經歷了逆向1,6-加成/1,3-sigmatropic重排/vinylogous 1,6-加成序列獲得亞甲基氫喹啉-茚滿二酮。也可一鍋化、克級反應和其他雜芳基烯基底物。
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    經由有機催化連鎖1,6/Acetalization/Oxa-Michael加成反應合成三環苯併吡喃酮架構
    (2017) 高勤為; Kao, Chin-Wei
    本文利用有機小分子進行有機不對稱三階連鎖反應,得以發展高度官能基非鏡像選擇性的三環苯併吡喃結構。本實驗室利用肉桂醛結合苯磺醯胺與1,3-雙酮所衍生之起始物,利用20 mol% 的碳酸銫,進行1,6/縮醛/1,4加成三階連鎖反應,得到多取代的三環苯並吡喃結構,同時建構四個光學立體中心,有著優異的產率 ( 高達99% ) 及非鏡像選擇性 ( 高達 > 20:1 ) 。此外,也經由單晶繞射X-ray確認產物結構之相對立體組態。
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    經由有機催化1,6-/縮醛化/1,4-連鎖反應合成三環苯併二氫吡喃之架構
    (2018) 趙姿晴; Chao, Tzu-Ching
    本文藉著使有具有拉電子基共軛雙烯化合物,及具有多反應位點之1-(2'-羥基苯基)丁烷-1,3-二酮,透過有機鹼活化下,進行1,6-/acetalization/1,4-加成連鎖反應,建立三環苯併二氫吡喃架構,且具有五個立體中心的產物,但其非鏡像選擇性不佳(1.6:1 dr);爾後,添加丁烯酮作為親電子性試劑,再進行1,4-加成反應,可使提升非鏡像選擇性(9:1 dr),有不錯的產率高達89%,且包含兩個四級碳的立體化學中心。此反應也可以進行一鍋化反應,利用雙烯、1-(2'-羥基苯基)丁烷-1,3-二酮及丁烯酮進行一鍋化1,6-/acetalization/1,4-/1,4-加成連鎖反應,也可以有好的產率74%,以及維持其非鏡像選擇性(9:1 dr)。然而,具有鏡像選擇性之產物,仍在進行探討研究中。
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    經由不對稱有機連鎖1,6/1,4-加成反應合成雙環[3.3.1]壬-9-酮架構
    (2016) 王得至; Wang, De-Chih
    利用有機小分子進行連鎖催化反應,為有效率之有機合成策略,另一方面,不對稱有機催化1,6-加成反應則較具挑戰。使用二烯化合物搭配環己酮的去對稱化反應,進行不對稱有機連鎖1,6-加成反應,可得到良好產率及優異立體選擇性的產物。   本文利用4-甲基環己酮114a為手性前驅起始物,在L-脯胺酸所衍生之有機催化劑I的作用下,與1,3-茚二酮所衍生的二烯化合物104,於室溫下進行1,6加成/1,4加成連鎖反應。得到以雙環[3.3.1]壬-9-酮為主體架構之產物115,產率45% - 99%,非鏡像選擇性> 20:1,鏡像選擇性最高達97% ee。
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    多取代螺環環己烷結構化合物之1,6/1,4/1,2有機催化連鎖反應
    (2017) 劉紀顯; Liu, Chi-Hsien
    藉由三單元有機催化連鎖反應,進行多取代螺環環己烷產物之生成。本實驗以乙醯乙酸酯與吡唑啉酮雙烯,加入20 mol%苯胺硫尿素氫鍵催化劑,並添加20 mol%的 1,4-二氮雜二環[2,2,2]辛烷,在二乙基醚為溶劑及常溫條件下,進行1,6-/Michael/aldol 三步驟連鎖反應,得到多取代螺環環己烷,此反應具有中等的產率(24-66%)及高非鏡像選擇性(up to > 20:1 dr);透過單晶繞射X-ray 分析,獲得產物相對立體化學組態。本實驗亦透過高級量反應,確定此反應穩定性,在大量合成產物的條件下,產率與非鏡像選擇性皆沒有差異。本實驗亦選定不同親核試劑,確定此反應對羰基酯類親核試劑具有較顯著的反應性;在反應機構部分,確定此反應機構在1,6-/Michael反應步驟,具有顯著誘導效應;本實驗成功以三步驟連鎖反應,生成6個鏡像立體中心,並具有多取代基結構,未來將繼續發展鏡像選擇性,並希望此新穎有機催化連鎖反應,可應用在藥物合成、染料開發,與有機合成領域。
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    有機催化連鎖1,6/1,4/1,2/1,2-加成反應生成多取代之三環化合物
    (2016) 張富傑; Chang, Fu-Jie
    藉由三個分子化合物,進行有機連鎖四階反應,發展高非鏡像選擇性官能基的直並連三環化合物。使用1,3-茚二酮雙烯化合物與乙醯乙酸乙酯,利用20 mol%的硫尿素衍生之有機催化劑及加入20 mol%的1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷,進行1,6/1,4/1,2/1,2-連鎖反應,得到密集官能基的三環化合物,有優異的產率(高達94%)及非鏡像選擇性(高達>20:1 dr)。此外,也經由單晶繞射X-ray確認其產物相對立體組態;然而,關於鏡像選擇性之有機連鎖反應仍在進行當中。