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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    不對稱催化製備螺氧雜吲哚環戊二烯[c] chromen-4-ones和藉由分子內Wittig反應合成多種類雜芳烴
    (2021) 衫地普 瓦各; Sandip Sambhaji Vagh
    第一部分: 本部分以一個章節闡述了有機催化(3 + 2)環加成反應的重要性。以及描述所有碳1,3-偶極反應,特別是通過環加成反應形成的所有碳螺環。 第一章: 本實驗使用起始物3-高醯基香豆素 (3-homoacyl coumarin) 與亞烷基吲哚酮(alkylidene oxindoles) ,藉由雙功能金雞納鹼催化劑催化逐步的(stepwise) (3+2) 環加成反應去建立具有對掌體選擇性 (enantioselective) 之螺環吲哚酮其架構中含有全碳的五環結構並且有連續五個立體中心,可以得到良好的產率以及立體選擇性,此外我們也更換亞烷基吲哚酮上的取代,包含兩種具有羰基取代的酯基 (ester group)、苯甲醯基 (benzyl group) 以及去除羰基之苯基 (phenyl group) 去比較羰基在氫鍵催化下的影響。放大反應證實此反應即使在克級條件下進行仍然能夠維持良好的產率以及立體選擇性。 第二部分: 第二部分分為三個章節,闡述了Wittig反應近年來的發展以及在合成各種雜芳烴中的應用。還簡要介紹了一些雜芳烴6/5/5和6/6/5骨架的合成方法及其生物學重要性。此外,本部分探討使用不同方法來形成C–C鍵(例如MBH反應,RC型反應),及其在有機化學中的重要性。 第二章: 本章節的研究利用本實驗所發表之磷兩性離子 (phosphorus zwitterion) 之合成策略,利用三組分反應(three-component reaction)建構新型磷兩性離子中間體,並在醯氯 (acyl chloride) 以及鹼的作用下,進行Wittig反應建構茚並- [1,2-b]吡咯。藉由反應機構的探討,螺環噁二唑(spiro-indene-1,2'-[1,3,4]oxadiazol)的形成是合成上述雜芳烴的關鍵步驟,出乎意料的是使用不同膦試劑能得到螺環噁二唑衍生物,經由探討發現利用不同親和性的膦試劑能夠影響其脫去與否,進而使得反應導向不同的結果。相比於過去合成茚並- [1,2-b]吡咯的策略,本篇提供一個全新的合成策略,不但能有良好的產率其產物的取代基也相當廣泛。 第三章: 長期以來,本實驗室一直致力於在不同位置的共軛羰基化合物中添加膦試劑以進行Wittig反應,進而生成磷兩性離子或膦鹽。在延續過去研究的同時,我們對於開發雜環化合物的新方法感興趣。因此,本章節中我們開發了一種通過MBH型/酰基轉移/ Wittig反應構建功能化呋喃[3,2-c]香豆素(furo[3,2-c]coumarins) 的新方法。 此方法的特點是兩性離子的O-酰化反應是由PPh3與烷酸酯的MBH型反應形成的,生成了甜菜鹼(betaine)中間體,該中間體通過前所未有的酰基轉移/Wittig反應進一步產生了上述雜芳烴。在無金屬的一鍋化反應中藉由末端鏈烷酸酯(terminal alkynoates)和酰氯的幫助下,成功在呋喃[3,2-c]香豆素的芳香環上建立酮官能基並且同時形成兩個雜環。此外,此方法也可適用於內部鏈烷酸酯(internal alkynoates) /丙酰胺類(propiolamides)化合物,通過MBH型/ Wittig反應生成2,3-二取代的呋喃[3,2-c]香豆素和呋喃[3,2-c]喹啉酮(furo[3,2-c]quinolinones)。 第四章: 本章節討論了通過RC型/酰基轉移/ Wittig策略合成螺環[環戊達[c]色烯-二氫吲哚]二酮衍生物的方法。螺環產物是在溫和且無金屬的條件下從簡單的帶有羥吲哚的鏈烷酸酯作為起始物所製備而得,具有良好至高的產率。經由RC型/ Wittig反應同時形成兩個雜環,其由末端炔酸酯,PPh3和酰氯形成螺[環戊[c]亞甲基-吲哚]二酮。
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    (一) 磷試劑誘導MBH反應/醯基轉移/Wittig反應建構呋喃[3,2-c]香豆素衍生物(二) 經RC反應/醯基轉移/Wittig反應建構羥吲哚螺環戊[c]色烯衍生物
    (2021) 侯柏志; Hou, Bo-Jhih
    第一部分 論文第一部分研究是藉由Morita-Baylis–Hillman reaction (MBH型) /醯基轉移/ Wittig反應策略建構出2,3-雙取代呋喃[3,2-c]香豆素。反應是藉由有機磷試劑對末端炔酸酯進行MBH型反應生成鏻兩性離子,再與醯氯進行氧醯化反應,經醯基轉移/分子內Wittig反應建構出官能化呋喃[3,2-c]香豆素。而此方法也可適用於內部炔酸酯作為起始物,進行另一種MBH型/分子內Wittig反應生成雙取代呋喃[3,2-c]香豆素。在兩個策略皆能得到良好的產率,特別是在第二個策略亦可藉由置換起始物為內部炔醯胺進而生成呋喃[3,2-c]喹啉酮的產物。 本研究也透過數個控制實驗,驗證了反應機制的走向,並經由X-ray單晶繞射鑑定出關鍵的鏻兩性離子中間體,除此之外本策略亦適用於克級反應,對於之後的量化具有很大的潛力。 第二部分 延續第一部分研究在MBH型反應上的成功,因此論文的第二部分我們嘗試使用類似於MBH型反應的Rauhut–Currier reaction(RC型反應)來進行探討。因此我們延伸第一部分起始物的骨架設計出含羥吲哚的末端炔酸酯,藉由磷試劑對羥吲哚末端炔酸酯進行RC型反應生成鏻兩性離子,接著再與醯氯進行氧酰化反應,經酰基轉移/分子內Wittig反應,建構出羥吲哚螺環戊[c]色烯。在起始物的部分除了原先使用的羥吲哚骨架外,亦可藉由引入不同雜環化合物來得到不同種類的螺環戊[c]色烯。最後我們也經由數個控制實驗及使用非環類雙酮骨架的炔酸酯作為起始物,驗證了本策略的反應機制。
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    有機不對稱催化連鎖反應之探討
    (2013) 管軒浩; Hsuan-Hao Kuan
    近期化學家開發之有機連鎖合成策略,在合成多個掌性中心的產物分子反應,開展有機合成新的領域,特別是在天然物的全合成,以及藥物化學。有機不對稱催化連鎖反應,為一種低成本高效率的合成方式,避免繁瑣分離及純化中間產物的操作,減少保護以及去保護基的步驟,降低時間和成本的消耗;另一方面,此種反應類型可同時建立多個碳-碳鍵以及立體化學中心,合成出具有高鏡像選擇性的化合物。本實驗發展出以硫尿素雙氫鍵衍生之有機催化劑與鹼性試劑共催化的方式,促使硝基烯類與乙醛酸乙酯進行Morita-Baylis-Hillman反應,製備硝基烯丙醇化合物。以20 mol%的4-二甲氨基吡啶,在無溶劑的條件,室溫下與20 mol%的硫尿素雙氫鍵衍生之有機催化劑進行共催化,或是將鹼性添加劑改成咪唑(100 mol%),可在水溶液中進行反應。此兩種方法,皆可在短時間內得到高產率(56-92%)的2-羥基-3-硝基-4-芳香環類/烷類-3-丁烯酸酯衍生物。更進一步地,以2-芳香環亞甲基氫茚-1,3-二酮與醛類為前驅物,成功合成出多取代二螺環己烷衍生之預期產物。此三分子的有機不對稱催化連鎖反應,在,-L-雙苯環脯胺醇矽醚有機催化劑(5 mol%)的催化下,以二甲基甲醯胺為溶劑,1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷(20 mol%)為添加劑,反應溫度為-20 oC的最佳條件下進行。其反應機構是經由兩次的Michael加成反應,接著進行分子內aldol環化反應,可得到不錯的產率以及>95:5的非鏡像選擇性,鏡像超越值高達99% ee。