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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Item I. 發展 γ-乙烯基炔酸酯與 3-高醯基香豆素之化學選擇性 1,4-/1,7-膦催化加成反應建構二烯羧酸酯II. 亞烷基米氏酸作為接受者-供體-接受者反應物經硫脲催化劑進行有機不對稱 (3+2) 環加成/環化反應(2023) 黃炫瑞; Huang, Xuan-Rui過去幾十年中,膦催化反應因在有機合成中提供了一種強大且無金屬的碳-碳鍵建構方法而受到廣泛關注。自 Trost 教授和陸熙炎教授發表的開創性工作報導以來,聯烯酸酯和炔酸酯被認為是這個領域中最多用途的反應物。在所有電子不足的烯烴中,其中對γ-乙烯基炔酸酯的膦催化反應的研究仍在探索階段。在本研究中,我們使用γ-乙烯基炔酸酯和3-高醯基香豆素作為起始物,對兩者的化學選擇性的1,4-/1,7-加成反應,生成取代的二烯酸酯進行一系列的研究。在沒有添加酸性添加劑時,膦催化劑能夠促進 3-高醯基香豆素對γ-乙烯基炔酸酯的1,4-加成反應。當在反應中使用苯酚作為添加劑時,我們發現它能夠影響γ-乙烯基炔酸酯的加成反應位置,然後選擇性地生成1,7-加成產物。此外,通過親核性三級胺的催化也可以獲得1,4-加成產物。本文報導了一種奎寧衍生的硫脲催化的不對稱雙環化策略,使用亞烷基米氏酸作為受體-供體-受體與鄰位羥基偶氮甲基亞胺依序進行不對稱催化的 (3+2) 環加成/酯轉換/脫羧反應。儘管在低催化量下,也可以在室溫下以優異的反應效率以及優異的產率合成出具有良好鏡像選擇性的 chromeno[4,3-b]pyrrolidines 產物。此外,根據控制實驗,提出了一種合理的活化模型,該模型認為奎寧衍生的硫脲催化劑與亞烷基米氏酸結構之間的氫鍵作用對於優異的立體誘導起到重要作用。Item I.經添加劑控制膦催化γ-乙烯基炔酸酯之化學選擇性1,4-/1,7-加成反應建構含3-高醯基香豆素之二烯羧酸酯II.經硫脲催化亞烷基米氏酸與亞胺葉立德進行鏡像選擇性級聯反應合成𠳭酮[4,3-b]吡咯啶(2022) 許瀞文; Hsu, Ching-WenI.從 Horner 教授團隊發現兩性膦離子物種開始,親核膦催化成為建構碳-碳鍵重要而強大的合成工具。膦通過形成多樣的兩性離子中間體來活化缺電子烯烴,並根據不同反應物性質發展出多樣的反應類型。然而,至今對於透過膦催化劑活化缺電性丙二烯試劑進行1,4-加成反應的研究仍在探索中。在本研究中,我們藉由γ-乙烯基炔酸酯與3-高醯基香豆素之化學選擇性 1,4-/1,7-加成反應研究。在不加入酸性添加劑的條件下,經膦催化劑會促使3-高醯基香豆素對γ-乙烯基炔酸酯進行1,4-加成反應。而當利用苯酚添加劑調控反應環境酸鹼值時,發現能影響γ-乙烯基炔酸酯的反應位置,進而生成1,7-加成產物。此外,1,4-加成反應的進行亦可透過親和性三級胺的催化來達成,並能提供相對膦催化系統更佳的效率。II.由於亞烷基米氏酸其特殊的反應性,至今已被廣泛地用作建構雜環的實用合成子。其所具備雙親電反應位置的特性使得雙親核性試劑能夠在對亞烷基進行共軛加成後,接續與米氏酸的高活性的羰基反應並引發後續的脫羧過程達成環化的結果。然而,亞烷基米氏酸對 1,3-偶極的不對稱有機催化 (3+2) 環加成/環化反應的研究仍在探索中。 在此研究中,我們利用亞烷基米氏酸與鄰位接有羥基的亞胺葉立德作為 1,3-偶極經鏡像選擇性合成出 chromeno[4,3-b]pyrrolidines。藉由低催化量接有硫脲氫鍵片段的奎寧衍生物-QN-T (1 mol%),幫助後續 (3+2) 合環反應及內酯化建構出具有 3 個連續立體中心的 chromeno[4,3-b]pyrrolidines,在產率及優異立體選擇性上皆有優秀的表現。特別的是,接有芳香類及雜芳香類取代基的反應物在30 ˚C 的反應環境下可以非常有效率地完成反應 (15-120 分鐘)。此外,經由更換掌性催化劑為 CN-T 的簡單操作,即可得到高產率及鏡像選擇性的產物的鏡像異構物。Item 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)。Item 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。Item 一、雙功能硫脲催化亞烷基米氏酸與亞胺葉立德進行 (3+2) 環加成、內酯化不對稱合成𠳭酮[4,3-b]吡咯啶二、膦催化誘導化學選擇性還原/亞硝酸脫去/威悌反應合成3-烯基苯并呋喃(2021) 王恆偉; Wang, Heng-Wei一、以亞烷基米氏酸與亞胺葉立德在有機催化下進行不對稱合成,經由 (3+2) 環加成與內酯化,脫去了丙酮及二氧化碳,建構chromeno[4,3-b]pyrrolidine骨架。而金雞納鹼衍生的硫脲催化劑僅需1 mol%,即可在短時間得到高產率,並且擁有優秀的鏡像及非鏡像選擇性,而副產物丙酮與二氧化碳對環境友善也容易去除。二、以方便製備的硝苯乙烯衍生物進行氧-醯化反應,並在催化膦的系統下進行3-烯基苯并呋喃的合成。在催化膦的系統中,還原劑苯基矽烷會還原氧化膦,並依序進行膦-麥可加成、亞硝酸脫去與威悌反應,在一鍋化且非金屬的條件下,建構3-烯基苯并呋喃骨架。在此,硝基不僅作為好的拉電子基來幫助膦偶極體產生,建構苯并呋喃,也在過程中扮演好的離去基形成碳-碳雙鍵,提供一種新的方式建構3-烯基苯并呋喃的骨架。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 以吡咯啶-樟腦衍生之有機催化劑應用於活化烯類及酮類的Michael加成反應(2012) 馬達南; Magar Dhananjay Ravindra本論文主要探討酮類化合物及不同烯類之有機催化Michael加成反應,以吡咯啶-樟腦衍生之有機催化劑進行反應,得到具有高產率及高立體選擇性之Michael加成產物,內容共分成三部分予以探討。 第一章:不對稱合成之簡介 此章節介紹了掌性的概念,及文獻中以不對稱合成方法製備掌性分子的整理,其中針對不同類型及活化方式的有機催化發展做深入的探討。 第二章:酮類化合物對alkylidene malonates的Michael加成反應 本實驗中,以吡咯啶-樟腦衍生之有機催化劑,有效進行酮類化合物對alkylidene malonates的Michael加成反應,得到相對應的Michael加成產物,有高達95%的產率,非鏡像選擇性大於99% de,及最高96% ee的鏡像選擇性;生成的Michael加成產物亦可藉由化學反應,轉換成掌性的內酯,且不影響其立體選擇性。 第三章:藉由Michael加成反應進行3-nitro-2H-chromene的光學分割 以吡咯啶-樟腦之衍生物,做為雙功能有機催化劑,醋酸為添加劑,在無溶劑、0 oC的反應條件下,進行外消旋之2-aryl-3-nitro-2H-chromene的光學分割。大致上,酮類化合物與外消旋之2-aryl-3-nitro-2H-chromene的Michael加成反應,均可順利得到高產率及高立體選擇性的Michael加成產物(最高產率47%,非鏡像比例92:8,93% ee);而經由光學分割後,回收之起始物chromene也有高達42%的產率及72% ee的鏡像選擇性。Item 一、不對稱烯丙基加成反應;二、有機官能基分子調控中孔洞材料孔道結構之探討(2009) 王詩貴本論文主要分為二個部分,摘要如下: 第一部分旨在探討不對稱烯丙基加成反應,以對掌輔助劑camphorpyrazolidinone (165)為架構衍生之N-乙醛醯胺172與-酮醯胺173,進行不對稱烯丙基加成反應,均有不錯的結果。在N-乙醛醯胺172的實驗中,篩選出以路易士酸Eu(OTf)3一當量進行催化為最佳反應條件,亦探討了溶劑的影響,本實驗的產率可達90%以上,但立體選擇性不甚理想,非鏡像超越值以48 % de為最高。在以-酮醯胺173進行之不對稱烯丙基加成反應方面,成功地篩選出以一當量的路易士酸Sn(OTf)2為反應催化的最佳條件,且發現不同的路易士酸會使產物的立體化學中心產生反轉現象,本實驗的產率可達90 %以上,非鏡像超越值更可高達99% de。另外,利用樟腦酮菘酸183衍生之雙體結構螯合劑202,催化鏡像烯丙基加成反應,以4-nitrobenzaldehyde (199)為反應受質,Zn(OTf)2為路易士酸催化劑,allyl trichlorosilane為反應試劑,得到70%之烯丙醇產物,鏡像選擇性為48.5% ee,可證明螯合劑202與Zn(OTf)2搭配,對反應的光學環境控制有一定之影響,雖然在嘗試一系列不同的對掌螯合劑、路易士酸、溶劑…等,仍無法有效提高其立體選擇性。 第二部分探討有機官能基分子對中孔洞材料孔道結構的影響。本實驗成功合成一步(one-pot)反應之二維六角堆疊中孔洞二氧化矽奈米材料,並利用添加不同劑量之有機矽分子-UDPTMS控制其孔道之排列,分別得到螺旋狀棍形與放射狀球形之孔洞材料,此方法提供一新穎便捷的方式控制孔道的排列。在應用方面,不論是藥物載體實驗,或是轉錄實驗皆有其不同於一般MSN的實用性,放射狀孔道材料仍有其後續應用的價值,希冀此研究能提供有關孔道結構控制的相關討論。Item 一、對掌樟腦架構衍生之α-重氮羰基輔助劑於不對N-H鍵嵌入反應之探討 二、有機催化Michael加成反應在製備掌性四級碳化合物之探討(2010) 劉軒如; Liu, Syuan-Ru本論文共分兩大部分:第一部分探討非鏡像選擇性之胺化反應,第二部分則探討鏡像1,4-加成反應。第一部分以本實驗室合成之對掌輔助劑110進行修飾,製備α-重氮羰基對掌輔助劑起始物123,在室溫下,以二氯甲烷為作為反應溶劑,與各種胺類受質124及5 mol%之二價銠金屬催化劑進行不對稱N-H鍵嵌入反應,可得到最佳產率(65%)及非鏡像選擇性(88:12),產物分子經由核磁共振光譜分析及X光單晶繞射確定新建構之立體中心構形為R。另外,可成功將對掌輔助劑110切除回收,得到98%之對掌輔助劑及80%的胺基醇化合物131e。 第二部分利用本實驗室所開發之含有樟腦分子架構之L-脯胺酸有機催化劑230催化β-硝基苯乙烯類起始物136、147及α,α-不同取代之醛類起始物198、228進行不對稱Michael加成反應,篩選出以-硝基苯乙烯136及4當量的2-苯基丙醛228為起始物,在室溫下,以甲醇為反應溶劑,以20 mol%的催化劑進行反應時,得到最佳之產率(62%)、非鏡像選擇性(88:12)及鏡像超越值(52%)。Item 一、以樟腦分子架構之新有機催化劑之開發探討 二、不對稱有機催化Mannich反應之探討(2009) 鄧博文摘 要 本論文分成兩大部分旨在合成新穎有機催化劑,並應用在不對稱反應上: 第一部分:自2000年以來,以L-脯胺酸催化不對稱有機反應可得到良好的產率與鏡像超越值,因此L-脯胺酸衍生之有機催化劑的合成與開發逐漸成為研究重要的議題。依此概念,本實驗室結合了特有的樟腦架構,及吡咯啶結構設計合成新的有機催化劑74,也將其應用在Michael加成反應和Friedel-Crafts烷化反應,雖然結果不如預期,但希望在將來此催化劑在其它不對稱合成形式可以有好的應用。 第二部分:利用本實驗室設計的含樟腦架構之對掌硫尿素-L-脯胺酸有機催化劑82催化Mannich反應。以雙羥基丙酮和含PMP保護之亞胺164為起始物,改變不同溶劑種類、催化劑的劑量數、更換不同添加劑,探討對產物鏡像選擇性的影響,得到最高產率為63 %,但立體選擇性不佳。之後也以雙羥基丙酮、4-硝基苯甲醛和對甲氧基苯胺為起始物,進行三分子的Mannich反應,得到產率為55 %,但立體選擇性不佳,適當的修飾有機催化劑結構,希望能應用在其它反應形式。