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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    N-保護-3-硝基吲哚和2-氨基苯扎丙酮的不對稱有機催化形式 [4+2] 環加成反應
    (2022) 王文洋; Wang, Wen-Yang
    近年來,發現一些具有生物活性的天然物,都有著四氫-5H-吲哚并[2,3-b]喹啉的核心骨架。過去的文獻中,對於此類架構合成必須透過金屬催化劑控制立體選擇性,直接使用3-硝基吲哚搭配不對稱有機催化方法尚未被發表。本研究首次展示透過不對稱有機催化形式[4+2]環加成反應,構建四氫-5H-吲哚并[2,3-b]喹啉衍生物。使用雙功能金雞納生物鹼方醯胺催化劑,對3-硝基吲哚和甲基-2-(甲苯磺酰氨基)苯基α,β-不飽和酮,在溫和的反應條件下,進行鏡像選擇性有機催化反應,合成一系列含有三個連續立體中心的四氫-5H-吲哚并[2,3-b]喹啉衍生物,得到良好的產率(高達60%)和高度立體選擇性(高達15:1 dr和98% ee)。
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    有機催化不對稱Aza-麥可/麥可環化加成連鎖反應:控制三個立體中心合成螺環噻唑酮2-四氫吡咯酮衍生物
    (2021) 顏莉庭; Yen, Li-Ting
    本文使用(Z)-5-亞苄基-2-苯基-4(5H)噻唑酮以及(E)-4-(甲氧基氨基)-4-氧代丁-2-烯酸乙酯作為起始物,利用具有方醯胺架構的奎寧衍生物之掌性催化劑提供氫鍵,以活化此有機催化不對稱合成連鎖反應,進行兩次的麥可加成,反應得到螺環化合物。經過一系列條件的篩選,以甲苯作為溶劑,於-20 oC回復至室溫的條件下,添加5 mol%的催化劑進行反應,獲得具有三個手性中心的螺環噻唑酮衍生物,其產率為63%,鏡像選擇性達87% ee。此為一方便且溫和的反應策略,期望未來能為有機不對稱催化合成發展有所貢獻。
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    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。
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    有機催化連鎖反應與外消旋化合物之光學分割
    (2012) 葉倫輔; Lun-Fu Yeh
    有機催化連鎖反應和光學分割結合是很有趣的反應類型。本實驗使用醋酸硝基丙烯酯外消旋混合物和戊二醛,以催化劑50催化,進行SN2’-Michael共軛加成-脫去連鎖反應,得到高立體選擇性四取代基環戊烯衍生物(高達96% ee 和12:1 dr)。回收反應性較低的起始物,同樣得到高光學純度(高達99% ee)。在文獻上,此反應是第一次利用不對稱有機催化經由SN2’-Michael共軛加成-脫去連鎖反應,合成高選擇性環戊烯衍生物,並且得到光學分割效率(s)高達143。
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    有機催化連鎖外消旋硝基丙烯醇動力學分割之探討
    (2014) 鄭祐松; You-Song Cheng
    利用小分子有機催化劑,進行連鎖不對稱有機催化反應,短時間且高效率地,建構多重原子的鍵結與立體化學中心,是一種高效率的手性合成策略,避免繁瑣的步驟或是保護基的反應操作;此外,藉助反應活化能的差異,造成不同反應速率,進行動力學分割,分離外消旋化合物,並得到兩種高光學純度的分子,減少廢棄物生成,具有發展潛力。本實驗發展出以-雙苯基脯胺醇三甲基矽醚和酸試劑作為反應共催化劑,促使醛類分子與硝基丙烯醇,進行Michael加成/縮醛化反應,合成出多取代四氫吡喃化合物。透過10 mol%的苯甲酸,作為反應酸試劑,在1, 2-二氯乙烷為反應溶劑的條件,反應溫度為0 oC,並在-雙苯基脯胺醇三甲基矽醚(10 mol%)存在的最佳條件下,進行不對稱連鎖催化反應,可獲得不錯產率,鏡像超越值最高為99% ee的四氫吡喃衍生物,並且回收掌性硝基丙烯醇分子,光學純度最高達97% ee。
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    有機催化二級丙烯基醇動力學分割- 酸酐去對稱反應之探討
    (2013) 陳侃甫
    掌性4-二甲基胺基吡啶衍生催化劑可在外消旋二級醇的動力學光學分割反應中,達到良好的分割效果。本研究嘗試修飾已知催化劑與對掌輔助劑,使其具有4-二甲基胺基吡啶結構。目前的合成策略無法將L-脯胺酸衍生催化劑,修飾成具有4-二甲基胺基吡啶架構,但在修飾對掌輔助劑部分,成功的將樟腦磺酸內醯胺與本實驗室開發的樟腦吡氮咯啶酮,修飾成具有4-二甲基胺基吡啶結構的新有機催化劑。 外消旋二級醇的動力學光學分割反應,在文獻上已有許多探討,3-取代戊二酸酐的醇解去對稱化反應,也逐漸受到化學家重視,本研究使用外消旋硝基烯丙醇與3-苯基戊二酸酐,以雙官能基硫尿素-金雞納樹生物鹼衍生催化劑催化,氯仿為溶劑,在室溫下反應4-6小時,回收反應性較低的起始物,高達97% ee的鏡像選擇性,產物鏡像超越值亦可達90% ee。本研究將動力學光學分割與去對稱反應結合,沒有建構新的掌性中心,卻可以將外消旋分子分割,並與前掌性分子結合,得到高立體選擇性產物,此合成策略提供製備高純度鏡像異構物分子另外途徑。 關鍵字:有機催化、動力學光學分割、去對稱反應
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    有機催化硝基烯類化合物動力學分割-非掌性環己酮去對稱化反應之探討
    (2015) 林晃伊; Lin, Haung-Yi
    本研究在探討有機催化外消旋化合物動力學分割,並結合非掌性環己酮去對稱化反應,利用L-脯胺酸與樟腦架構的有機催化劑,先讓環己酮形成烯胺分子,烯胺分子與外消旋硝基烯類化合物反應,得到具有不錯產率(最高36%)及高鏡像選擇性(最高97% ee和 >99:1 dr)的產物,回收反應性較小的(R)-硝基烯類化合物,具有不錯的回收率及高光學純度(最高98% ee)。此反應經由SN2’的共軛加成-脫去反應,得到具三個掌性中心的產物分子,這是第一個成功以碳原子作為親核性試劑,同時進行動力學分割與去對稱化的例子。