化學

五氧化二磷

五氧化二磷 (Phosphorus Pentoxide)
國立臺灣師範大學化學系碩士生 董柏廷

五氧化二磷(實驗式為 P2O5,分子式為 P4O10,圖一),又稱磷酸酐,其真實結構是以十氧化四磷的方式存在,為白色粉末或是晶體,熔點為 340oC,在 360oC 會昇華,極易潮解,具有強脫水能力與腐蝕性,是一種在有機反應中常見的脫水劑,但是同時具有高危險性,與有機物接觸有可能會有燃燒的危險,且在受熱或是遇水分解時,會放出腐蝕性氣體,故操作時要多加注意。1.2.3

芬頓反應與廢水處理

芬頓反應與廢水處理(Fenton’s Reaction & Waste Water Treatment)
國立臺灣師範大學化學系碩士班 洪嘉駿

芬頓反應是英國科學家芬頓 (Henry John Horstman Fenton) 在 1890 年代發明 [1]。所使用的試劑為二價鐵離子 (Fe2+) 和過氧化氫 (hydrogen peroxide, H2O2),其二價鐵離子和過氧化氫在溶液中(通常為水)會反應產生氫氧根自由基 (hydroxyl radical, HO•) 和氧化羥基自由基 (peroxyl radical, HOO•),藉由此反應產生的氫氧根自由基我們可以用來氧化分解來自工廠的排放廢水或化學污泥廢棄物中的有機汙染物,例如除去三氯乙烯(trichloroethylene,簡寫 TCE),以提升放流放水的水品質,降低排放汙染。且使用芬頓試劑的技術在經由改良,提升效率和降低成本後已有多家企業使用來降低排放水的有機汙染物 [1]

根岸交叉耦合反應

根岸交叉耦合反應(Negishi Cross-coupling Reaction)
國立臺灣師範大學化學系博士生 林欣慧

背景介紹

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圖一、根岸教授賢伉儷合影。(來源:參考資料 1)

本反應是由根岸英一(Ei-ichi Negishi,圖一)1 教授於 1976 年發表。根岸教授生涯致力於有機金屬的研究,因成功針對使用鎳或鈀催化的有機鹵烴 (organic halide) 交叉耦合反應進行改善,於 2010 年與鈴木章 (Suzuki Akira)、理察.赫克 (Richard Heck) 三人共同獲頒諾貝爾化學獎。此外,根岸教授所發表的研究成果亦有許多已成功應用在工業合成,本文將要介紹的反應也是其中之一。3,4

有機化合物中最重要的部分非屬碳—碳鍵結莫屬,因此有機化學家皆致力於研究 C–C 鍵結方法的開發。1972 年熊田誠 (Makoto Kumada) 教授及其研究團隊率先發表利用鎳或鈀催化格里納試劑 (Grinard reagent) 與有機鹵烴進行交叉耦合反應3(即熊田交叉耦合反應,Kumada cross-coupling,圖二)。

克萊門森還原

克萊門森還原 (Clemmensen Reduction)
國立臺灣師範大學化學系碩士生 鍾長志

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圖一、克萊門森。(參考資料 1)

克萊門森 (Erik Christian Clemmensen),1876 年出生於丹麥,1900 年移居美國,之後開發克萊門森還原反應並且在 1913 年獲得哥本哈根大學博士學位。1914 年開始在製藥公司工作,分別開發了苯甲酸鈉 (sodium benzoate)、香草精 (Vanillin)、香豆素 (Coumarin) 的製造方法。他和友人創辦聯邦化工集團 (Commonwealth Chemical Corporation),後來被孟山都化學公司 (Monsanto Company) 併購,並且與合作夥伴開發出糖精 (Saccharin)。克萊門森於 1941 年逝世,本文所要介紹的克萊門森還原是其最著名的代表作1

3D有趣的實驗:大氣壓力的力量

3D有趣的實驗:大氣壓力的力量
國立臺北教育大學自然科教育系 周金城副教授

前言

一莫耳的水18克,體積約18毫升,100℃的水加熱變成100℃的水蒸氣,體積可達30586毫升,體積膨脹1700倍。當我們在奶粉罐裡加入少許的水加熱使其沸騰,此時將鐵罐密封起來,水在沸騰後變成水蒸氣時體積膨脹最高可達1700倍。相反的,當水蒸氣變成水時,體積縮小1700倍。於充滿水蒸氣的鐵罐外澆冷水讓奶粉罐降溫,裡面的水蒸氣因為降溫凝結成水,體積也縮小1700倍,體積瞬間縮小,導致奶粉罐外的大氣壓力的擠壓,使瓶內往內收縮而變形。

實驗影片

3D 有趣實驗:神奇的大氣壓力,上傳Youtube網站,

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苯炔

苯炔 (benzynes)
國立臺灣師範大學化學系碩士生 薛園馨

苯炔 (benzynes) 是苯環上一個雙鍵藉由脫去反應 (elimination reaction),得到帶有兩個雙鍵一個三鍵的六員環高活性分子,因六員環構型關係,本來鍵角應該是 180 度的三鍵 SP 混成軌域被扭曲而遠小於180度,這強大的角張力 (angle strain) 讓苯炔的三鍵性質變弱,在化學家的眼中苯炔更像是兩性離子 (zwitterion) 或雙自由基 (biradical) 的分子,而紅外光譜學 (infrared spectroscopy) 也佐證了這個現象,Rasziszhewski 教授在 1992 年發表在國際期刊1 上測出來苯炔的紅外光譜是在 1846 cm-1,鍵能比三鍵 (~2250 cm-1) 弱很多,而其如 NMR、UV 等光譜學都有類似結果,而這項性質被化學家廣泛應用在各種合成策略上,如親核加成、[4+2] 或 [2+2] 的環加成 (cycloaddition) 反應或插入反應 (insertion reactions) 等等。

阿拉伯膠

阿拉伯膠 (Gum Arabic)
國立臺灣師範大學化學系碩士生 董柏廷

阿拉伯膠 (gum arabic) 是一種常用在工業及食品加工業上的天然植物膠,主要是由分布在非洲北部及阿拉伯半島上的阿拉伯膠樹(學名:Acacia senegal,豆科金合歡屬)樹幹所流出的汁液所製成。1.2

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圖一、顆粒大小不同的阿拉伯膠。(圖片來源:參考資料 4)

阿拉伯膠其名稱由來主要是因為阿拉伯膠大部分由阿拉伯地區進口到歐洲,其最早可以追溯到五千多年前,古埃及人就已經使用,隨著時間的推移,它的應用也非常廣泛,從最初只是用來當染料、水彩及油墨的增稠劑,到之後的黏著劑及平版印刷都有它的蹤跡

鏡像異構物的分離方法(下)

鏡像異構物的分離方法(下)(Separation of Enantiomeric (III))
國立臺灣師範大學化學系碩士班 薛園馨

連結:鏡像異構物的分離方法(中)

V、生物拆分法

此法其原理是利用具有光學活性且十分專一的生物酶只與待分離外消旋混合物其中一種鏡像異構物進行反應7,而另外一種鏡像異構物則不會與生物酶進行反應,反應後的產物與沒反應的起始物物性、化性相差甚大,便可將其分離,得到高光學純度的產物,例如布洛芬 (ibuprofen) 是一種市售的非甾體抗炎藥,1960 年代英國化學家從丙酸中提取出布洛芬,1969 年與 1974 年在英國與美國分別發售,用於止痛、退燒與消炎,以前市售的布洛芬是一種外消旋混合物,只有 (S)-(+)-異丁苯丙酸(右旋布洛芬)有藥性,因此每一藥片都有兩倍劑量的布洛芬((R)-與(S)-form),在化學家的研究下,布洛芬便可以使用動力學拆分法來純化

鏡像異構物的分離方法(中)

鏡像異構物的分離方法(中)(Separation of Enantiomeric (II))
國立臺灣師範大學化學系碩士班 薛園馨

連結:鏡像異構物的分離方法(上)

II、優先結晶法(結晶法):

優先結晶法 (preferential crystallization or resolution by entrainment) 是在工業上最喜歡的方法,其原理是在過飽和的外消旋混合物中加入某單一鏡像異構物晶體作為結晶中心,此時溶液中與此鏡像異構物晶體旋光性質相同的鏡像異構物,便會以此晶體為中心逐漸結晶出來,另一個異構物則結晶的比較慢且少,經過重複多次結晶後便可分離消旋混合物4,如圖七所示。例如在過飽合的外消旋氫安息香 (hydrobenzoin) 甲醇溶液中加入左旋氫安息香當晶種 (seed) 其結晶中左旋氫安息香會佔多數,再經過 15 次再結晶循環後便可以得到光學純度 (optical purity) 97% 的左旋氫安息香,其他如甲基多巴 (methyldopa)、萘普生 (naproxen)、氯黴素 (chloramphenicol) 等藥物亦是用此方法分離,此方法因不用加入額外的拆分劑 (resolving agent),成本低廉且規模可以很大,是第一優先的方法,但缺點是能應用此方法的基質不多。

鏡像異構物的分離方法(上)

鏡像異構物的分離方法(上)(Separation of Enantiomeric (I))
國立臺灣師範大學化學系碩士班 薛園馨

目前醫學上很多藥物都是擁有一個或多個立體中心的化學分子,在這些藥物中,有些藥物的鏡像異構物對人體有強烈副作用,最著名的就是 1953 年德國格蘭泰公司發明的抗妊娠反應藥物沙利竇邁 (thalidomide)(圖一),1956 年販售,但在 1960 年時發現產下畸形兒的數量有不尋常提升,在調查過畸形兒的母親後發現大多都有服用沙利竇邁,最後德國格蘭泰公司在 1961 年 11 月撤回市場上所有沙利竇邁,但在這短短五年期間,造成了上萬名海豹肢症 (phocomelia) 的孩童(圖二)。

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