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 經由分子內威悌反應與β -醯化之多樣性導向合成雜環化合物與酮基官能化亞烷基化合物(2024) 周宥成; Zhou, You-Cheng本論文旨在探討鄰羥基亞烷基茚二酮與膦、醯氯和鹼的反應條件下進行化學選擇性反應的研究。在此反應系統中,當起始物經過膦的麥可加成後形成葉立德中間體。該中間體具有兩個可能進行氧醯化的位置,並且通過調控兩當量醯化試劑的反應活性,可以引導反應沿著兩個不同的機制進行,從而實現化學選擇性的多樣性導向合成策略,合成出具有苯並呋喃衍生物和 β 位醯化產物。此方法可以在溫和的反應條件下進行,並且應用許多的受質當中皆具有良好的產率。Item (一) 使用鄰羥基對亞甲基苯醌經由 1,6-膦加成/氧-醯化/威悌反應建構官能化苯并呋喃衍生物(二) 膦催化之化學選擇性還原/亞硝酸離去/威悌反應建構 3-烯基苯并呋喃衍生物(三) 亞烷基米氏酸與亞胺葉立德經 (3+2) 環加成/內酯化反應合成高鏡像選擇性之𠳭酮[4,3-b]吡咯啶(2022) 柳彥成; Liou, Yan-Cheng(一)穩定的鄰羥基對亞甲基苯醌化合物通過有機膦、醯氯和鹼處理,在無金屬且溫和條件下,有效合成官能化的苯并呋喃。同時,在催化條件下亦證明此一鍋化法之1,6-膦加成/氧-醯化/威悌反應,具有相似的合成官能化苯并呋喃的功效。(二)經由使用催化量的膦試劑進行分子內威悌反應,提供在無金屬條件下建構官能化 3-烯基苯并呋喃的有效方法。該一鍋化反應是通過將有機膦進行麥可加成到氧-醯化之硝基苯乙烯而引發,其中膦是通過用苯基矽烷對氧化膦進行化學選擇性還原而生成,從而產生膦葉立德,通過氧-醯化/亞硝酸消除/威悌反應製備多官能化的 3-烯基苯并呋喃衍生物。 (三)亞烷基米氏酸與亞胺葉立德經由硫脲片段衍生之金雞納鹼催化下,在短時間內進行 (3+2) 環加成/酯交換反應,在短時間內建構優異產率與鏡像選擇性之𠳭酮[4,3-b]吡咯啶衍生物。此外,我們根據實驗結果的發現,提出了催化劑與亞烷基米氏酸活化的反應模型。Item 一、藉由高活性之亞烷基前驅物通過催化型分子內威悌反應合成非那烯[1,2-b]呋喃酮及呋喃[3,2-c]喹啉酮二、透過分子內威悌或𝛽-醯化反應合成二苯並環庚[1,2-b]呋喃酮或酮基官能化亞烷基茚二酮衍生物(2023) 張晴棻; Chang, Ching-Fen第一部分: 我們開發了一個以高活性之亞烷基前驅物做為起始物,、 來進行不需額外添加鹼 之催化型威悌反應。主要概念是加入芳基亞磺酸做為捕獲親核試劑(trapping reagent)來得到 3-芳碸烷基化合物,、 且能夠做在適當的反應條件下釋出穩定的 高活性亞烷基化合物,得以避免產生不必要的[2+1]副產物。 本部分的研究中,我們成功以 3-芳碸烷基非那烯酮及 3-芳碸烷基喹啉酮作為 起始物,並和磷、醯氯作用會合成出非那烯[1,2-b]呋喃酮和呋喃[3,2-b]喹啉酮。、 在優化的過程中,我們也發現可以透過溫度或是添加劑的調控能有助於反應的 進行,且在不需額外加入鹼的條件下及能獲得良好的產率,也進一步的推測: 反應中氧化磷被還原後得到的磷試劑不僅做為親核試劑和亞烷基化合物進行 加成,也做為鹼來推動去質子化的步驟順利地得到威悌產物。隨後我們也陸續 完成一些取代基效應的探討,研究其對電子效應或是立體效應的影響,並得到 更多樣性且結果良好的目標產物。 第二部分: 前半部是以二苯並環庚-5,7-二酮作為起始物,分別透過無鹼之催化行威悌反應 或是以三苯基磷誘導反應來得到二苯並環庚[1,2-b]呋喃酮。開發了兩種方法, 催化條件則能節省試劑的用量、使得反應廢棄物回復到催化循環中繼續反應且 提供了一個更快速有效的合成策略;而誘導條件則是使用非常溫和、容易取得 且價格便宜的三苯基磷也提供了一個更簡易、好上手的合成策略。同時,也發 現此反應取代基耐受性好,也利用控制實驗來探討磷試劑在此反應做為親核試 劑也能作為鹼的功用。後半部分則是發展了以順序的一鍋化合成法,以炔酮先藉由 MBH 合環後,、 再 經由磷誘導的威悌反應或是𝛽-醯化來得到二苯並環庚[1,2-b]呋喃酮或是酮基官 能化亞烷基茚二酮衍生物。透過針對五和七環亞烷基化合物的研究,發現其結 構不同的反應活性,更拓展了這些化合物的合成策略。Item (一)、藉由插烯-麥可/串級反應建構有多個四級碳中心的三氟甲基螺環吡唑哢二呋喃茚二酮(二)、炔酸酯藉由MBH反應/醯基轉移/威悌反應建構呋喃香豆素(三)、磷誘導藉由RC反應/醯基轉移/威悌反應建構螺環香豆素衍伸物(四)、磷誘導乙烯基環丙烷開環/氧醯化/威悌反應建構 3-吡喃甲酮衍伸物(2022) 王品晴; Wang, Pin-Ching(一)我們開發了一種新穎性的不對稱有機催化方法建構複雜結構,其中包含五個四級碳中心的三氟甲基螺環吡唑哢二呋喃茚二酮衍伸物。在反應中使用亞芳基吡唑哢和亞芳基二氫茚二酮在方醯胺奎寧的催化和硬脂酸做為添加劑的幫助下,獲得三氟甲基-螺吡唑二呋喃茚二酮產物。反應中,藉由多次的麥可反應和關鍵引入三氟乙醯基以進行多次的合環反應,可以一次建構具有掌性的五個四級碳中心和一個三級碳中心。目前在優化條件後的鏡像選擇性高達88%,而產率高達72%。(二)我們開發了一個新方法以合成呋喃香豆素衍伸物和呋喃喹啉酮衍伸物。藉由三苯基磷分別對末端炔酸酯進行MBH反應,隨後再引入醯氯,進行氧醯化反應,整個過程涉及醯基轉移和威悌反應此兩個關鍵步驟,最終得到呋喃香豆素產物。同時可以在沒有金屬的條件下運用一鍋化方式自動建構含有酮官能基的兩個雜環。此類產物結構中的環戊烷融合香豆素延伸物其已知是一個極具有生物活性片段的結構,也可以順利被合成。(三)延續先前的構想,我們設想額外引入了一組烯烴並含有生物活性結構,以驗證是否可以進行相似的RC反應。使用空氣穩定的三苯基磷對具有羥吲哚骨架的末端炔酸酯進行RC反應、引入醯氯進行氧醯化反應並進行醯基轉移、威悌反應得到螺環環戊烯香豆素融合羟吲哚,起始物上的羟吲哚片段也可以置換成二氫茚二酮和吡唑哢片段。此反應可在無金屬試劑下,運用一鍋化的方式自動建構兩個環,並且可被量化製作,額外的延伸在起始物上引入不同的雜環化合物,像是羥吲哚、二氫茚二酮和吡唑哢這些極具有生物活性片段的結構,也可以得到相對應的產物。較為稀奇的是開環的1,3-雙酮化合物也可以被引入已進行反應。(四)為了合成出稀少被合成出的特殊吡喃六環產物,我們使用乙烯基環丙烷作為五個原子環化反應之提供者和苯甲醯氯進行反應,以合成六圓雜環產物。我們期望透過磷的加成可得酮型異構物再藉由互變異構化獲得烯醇型異構物,透過苯甲醯氯進行氧醯化反應、鹼去質子化得到葉立德中間體,最後合環並藉由威悌反應得到吡喃六環產物。進行了一系列控制反應探討後,仍舊無法順利得到吡喃六環產物,而是鹵化產物。目前已知在不含鹼的環境中,會傾向生成鹵化產物,但若加入太弱的有機鹼或較強的無機鹼,反應無法進行,目前可知磷試劑必須存在於反應。在未來,持續對鹼性的強弱進行測試,嘗試獲得最初目標產物。Item 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。Item 經2-萘酚和2-羥基苯甲醛衍生物合成鏻鹽作為威悌反應試劑前驅物及其應用於威悌反應合成9H-二苯并哌喃衍生物 發展亞胺葉立德前驅物及1,3茚二酮衍生物的有機鹼催化劑控制之多樣性導向(3+2)環化反應: Chromenopyrrolidines的合成(2020) 陳禹亨; Chen, Yu-Heng第一章: 9H-二苯并哌喃之相關化合物具有作為螢光染劑及醫療的功能,過去多以金屬催化的方式進行合成,而在過往的文獻中,我們也發現要在此結構上建構碳碳雙鍵需要較為繁複的合成步驟,我們在實驗中藉由合成磷鹽起始物進行威悌反應來得到相關產物,而此方法也是過去建構雙鍵於9H-二苯并哌喃結構上時較少被使用過的策略,我們成功以非金屬的反應方式,利用較少步驟合成出具有E/Z兩種異構物的產物。 關鍵字: 9H-二苯并哌喃、威悌反應、磷鹽。 第二章: 亞胺葉立德在過去多用於進行(3+2)的合環反應,而其反應位向經常受到電子效應之影響,而傾向於特定的反應位向,我們利用多樣性合成的概念,利用改變鹼性催化劑的方式,分別以4-二甲氨基吡啶(DMAP)和四甲基胍(TMG)成功調控反應位向,得到兩種具有高度位向選擇性之Chromenopyrrolidines衍生物,能在溫和的反應下進行且不使用金屬試劑。Item 高活性烯類在製備新穎的Wittig試劑之合成與應用以及有機催化反應上的研究(2012) 徐祥恩; Hsu, Hsiang-En本論文係主要利用具有強烈拉電子官能基的活潑烯類分子I分別進行有機合成。首先當R1為苯甲醯基時,烯類分子I在醯氯化合物與三丁基膦反應下可形成Wittig試劑,接著在三乙基胺反應下,可生成多官能基取代的呋喃化合物II;當R為乙酯基以及R1為氫原子時,在三丁基膦反應下亦可形成另一種Wittig試劑,接著與醛類化合物進行反應,可生成多官能基取代烯類分子III;而當R與R1同為氫原子時,分別在二苯基乙基膦催化下,與醛類分子以及親核性試劑反應,或在三苯基膦催化下,與亞胺分子以及親核性試劑反應,可生成多官能基取代的三組分產物IV;最後在二級胺催化劑催化下與環己酮進行有機不對稱加成反應,可生成多官能基取代的不對稱產物V。Item 香豆素衍生物於 Wittig 反應及有機不對稱催化的應用(2012) 楊玫春; Yang, Mei-Chun本論文主要分為兩個部分: 第一部份以香豆素衍生物為起始物製備新型雜環化合物經由分子內 Wittig 反應; 第二部份發展有機催化 Michael 加成反應,以香豆素衍生物作為 Michael 受體與環己酮或丙醛進行反應。 第一部份,設計三種香豆素衍生物作為 Michael 受體與醯氯、三丁基膦以及三乙基胺進行分子內 Wittig 反應,合成多官能性的呋喃[3,4-c]香豆素、呋喃[3,2-c]香豆素以及具有呋喃分子取代的香豆素化合物。 第二部分,設計具有 Michael 受體的香豆素衍生物,以香豆素衍生物為起始物與環己酮、丙醛進行有機催化 Michael 加成反應,合成以香豆素為主結構的一種新型的 Michael 加成產物,具高立體選擇性 (非鏡像選擇性 20:1,鏡像超越值 91% ee ) 以及良好的產率 80%。如果將環己酮置換為丙醛,以丙醛與 具 Michael 受體的香豆素衍生物進行有機催化 Michael 加成反應,得到的 Michael 加成產物可進一步與 PCC 進行氧化反應,產物為新類型且具兩個掌性中心的多官能性內酯衍生物。Item 利用有機膦試劑經由分子內 Wittig 反應合成呋喃香豆素及呋喃萘醌(2012) 吳宗澤; Zong-Ze WuFuro[3,2-c]coumarin 為自然界中常見的雜環化合物之一。因其豐富的藥理活性而被人們作為藥物使用。利用實驗室在 2010 年發表的文獻中,合成四取代呋喃時單離出兩性離子中間體為契機,我們開發出簡單且直接的方法去合成 furo[3,2-c]coumarin。反應使用4-羥基香豆素 13 作為起始物,先與醛試劑 50 進行羥醛縮和反應。隨後反應中的磷試劑進行共軛加成,單離出兩性離子化合物 48,產率介於 50-98%。再將化合物 48、醯氯試劑 51 與三乙胺加入反應中,先由兩性離子 48 進行氧-醯化反應後,由三乙胺去質子化再進行分子內 Wittig 反應。我們即可得到呋喃香豆素 49,產率介於 61-99%。Item Wittig reaction之應用:呋喃香豆素及具有呋喃取代香豆素分子之合成(2011) 陳昱彰; Yu-Jhang Chen本論文主要在探討經由分子內 Wittig reaction 來合成呋喃香豆素以及具有呋喃取代之香豆素分子。呋喃香豆素為香豆素眾多衍生物中重要的一群,其廣泛的藥學活性、光化學以及光物理性質吸引了許多科學家的高度注意。值得一提的是,目前對於呋喃并於吡喃酮之結構異構物 furo[3,4-c]coumarin 的合成研究報導較少。於是我們藉由使用三丁基磷對香豆素衍生物48進行共軛加成,接著加入醯氯試劑50進行醯化反應,最後利用三乙基胺做為鹼試劑進行去質子化以產生 phosphorus ylide 作為中間體來進行分子內 Wittig reaction 進而合成呋喃香豆素52。 此外,我們也將相似的合成條件應用至 coumarin-chalcone 的混成物56及63以探討三丁基磷進行共軛加成的化學選擇性;在大部分的例子中,我們僅獲得了具呋喃取代之香豆素分子57和64的結果顯示其選擇性極佳。我們也針對呋喃分子57進行光物理性質(吸收及螢光)的測量,並對其紅位移現象以及量子產率加以描述。