有機化學

芳香環酶抑制劑

芳香環酶抑制劑 (Aromatase Inhibitor)
臺北市立第一女子高級中學二年級王咸婷/臺北市立第一女子高級中學化學科江慧玉老師

芳香環酶抑制劑原理:

有些乳腺癌需要雌激素的增長。這些癌症具有雌激素受體(ERS),所以也被稱為ER陽性,它們可以被雌激素反應。因為雌激素會幫助乳癌細胞的生長,而芳香環酶是一種合成雌激素的酶,所以芳香環酶抑制劑可藉由幫助人體停止製造雌激素,進而用來治療乳癌。

人體會將雄性素轉換成雌激素,尤其對停經後婦女最為重要,因為停經後,卵巢已不再能供給雌性激素,故此種轉換為停經後婦女雌性激素主要來源。這種轉換需要一種名為芳香環酶的蛋白質,雄性素會接合在這個蛋白質上面的受器,進一步轉變成雌激素。芳香環酶抑制劑則會阻斷芳香環酶上面的接受器位置,讓雄性素無法靠近,因而停止雌激素的製造,且當芳香環酶抑制劑與芳香環酶的受器結合時,會永遠地改變這個蛋白質,而產生變質,藉此永久“關閉”它的功能,使芳香環酶永遠無法再製造雌激素。

河豚毒素 Anhydrotetrodotoxin 4-Epitetrodotoxin

河豚毒素 Anhydrotetrodotoxin 4-Epitetrodotoxin
臺北市立第一女子高級中學二年級許馨文/臺北市立第一女子高級中學化學科江慧玉老師

河豚以其美味、汗劇毒而聞名,若誤吃河豚有毒的部位,會導致立即性的全身痲痹、肌肉鬆弛,導致橫隔膜停止運動而無法呼吸,甚至衰竭死亡。大部分人認為其體內的劇毒是河豚體內產生的,但日本化學家研究出河豚體內的毒是由一種河豚喜愛的食物在體內累積所形成。

二甲苯 (Xylene)

二甲苯 (Xylene)
臺北市立第一女子高級中學二年級簡珽宇/臺北市立第一女子高級中學化學科江慧玉老師

二甲苯 $$(\mathrm{C_8H_{10}})$$ 是苯環上兩個氫被甲基取代的化合物,根據環上兩個甲基的位置不同而有三種結構異構物。分別為:

  • 1,2-二甲苯,苯環上的兩個甲基處於鄰位,俗名為鄰二甲苯。
  • 1,3-二甲苯,苯環上的兩個甲基處於間位,俗名為間二甲苯。
  • 1,4-二甲苯,苯環上的兩個甲基處於對位,俗名為對二甲苯。
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 鄰二甲苯  間二甲苯 對二甲苯

內醯胺

內醯胺 (Lactam)
國立臺灣師範大學化學系黃鈺雅碩士班二年級

哌啶(piperidine)、內醯胺(lactam)、吡咯里西啶(pyrrolizidine)、吡啶酮(pyridone)為自然界中,常見之含氮雜環天然物,如圖1(a~d)所示。此類含氮骨架之天然物,多具有生物活性或醫藥活性之特質。因此,過去許多化學學者致力於探討合成含氮雜環化合物之相關研究。

光氣(phosgene)

光氣(phosgene)
國立臺灣師範大學化學系黃鈺雅碩士班二年級

越南戰爭期間(西元1955年~1975年),美軍曾使用落葉劑,使越軍無法躲藏於樹林中,此案例係過去較為人熟知,因使用化學武器之因素,得以以寡敵眾之戰爭。

其實化學武器早在第一次世界大戰時已被廣泛應用,而法國為此戰役中率先使用催淚瓦斯之國家。接著德國亦在第二次伊普爾之役(Second Battle of Ypres)利用氯氣攻擊法國,使得德國得以運用較少之兵力,進而造成敵軍大量死亡或受傷,這是第一次這麼大規模地使用化學武器之戰役。隨後各國就蓬勃地展開研發新型的毒氣,其中常使用之氣體以芥子氣、氯氣與光氣為主,而本篇文章主要針對光氣之合成方式與其實際應用進行初步介紹。[1]

羧酸衍生物 (Carboxylic acid derivatives)

羧酸衍生物 (Carboxylic acid derivatives)
國立臺灣師範大學化學系博士班一年級陳筱鳳

羧酸為含有羧基官能基團的有機酸化合物。羧基的化學性質由 $$\mathrm{C}\text{=}\mathrm{O}$$ 和 $$\mathrm{OH}$$ 相互影響呈現出,並非兩基團性質相加如此簡單[1],由於羧酸根負離子 $$(\mathrm{-{CO_2}^-})$$ 具有共軛結構,可藉由共振增加其穩定性,使得羥基上的氫原子較容易解離,羧酸在水溶液中呈酸性。

苯乙烯(styrene)

苯乙烯(styrene)
國立臺灣大學科學教育發展中心陳藹然博士、鄭文/國立臺灣大學科學教育發展中心陳藹然責任編輯

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維基:保利龍餐盒http://zh.wikipedia.org/wiki/發泡膠盒

苯乙烯(styrene),顧名思義,結構就是乙烯為主結構,其中一個氫被苯基取代,為一無色液體,濃度低時帶有甜甜的香味。自然界就有苯乙烯的存在,可以從咖啡、肉桂等植物中提煉出來,英文名字styrene 就是因為苯乙烯為天然樹脂蘇合香(或稱安息香,styrax)主成分而得名,苯乙烯是重要的石化原料,被廣泛的使用於製造各種石化聚合物製品,例如橡膠、玻璃纖維、塑膠管、汽車零件、鞋子、酒杯、食物容器、地毯襯背等,2010年苯乙烯年產量即高達2500萬噸。其中大家最熟悉的苯乙烯製品就是以苯乙烯作為單體之聚苯乙烯(polystyrene, PS)。聚苯乙烯質地硬而脆,無色透明,可以和多種染料混合產生不同的顏色;發泡聚苯乙烯(俗稱保麗龍)是良好的熱絕緣體,因此經常被用來作為建築絕緣材料,如建築結構隔熱板,同時兼具吸音、隔音等效果。

雖然苯乙烯的沸點是145度,但是卻是一種容易揮發的且易燃的有機物。苯乙烯對人類有直接接觸危險性:當人們因為身處工地、剛裝潢好的空間、吸煙室或使用影印機等的環境中,導致暴露在被苯乙烯蒸氣所汙染之室內空氣時,眼睛就有可能因苯乙烯刺激而紅腫、流淚。如果皮膚接觸到苯乙烯,也會有吸入或滲透的危險性。此外,含苯乙烯產品之製造、使用及處理過程中,如果處理或控管不當就可能將苯乙烯釋放至空氣、水及土壤,導致使用或製造苯乙烯場所工作的人員暴露於苯乙烯中。苯乙烯的吸入相當可能會造成神經系統的影響。所幸在空氣中之苯乙烯,通常很快地會在1到2天內被分解,在土壤或水中之苯乙烯可能會被細菌或其他微生物所分解。

丙烯(Propene)

丙烯(Propene)
國立臺灣大學科學教育發展中心陳藹然博士

丙烯是由碳和氫兩種元素組成的有機化合物,名字中的「丙」代表分子擁有3個碳原子,「烯」則是指其中兩個碳以雙鍵型式(C=C)結合。(圖一)

丙烯分子量只有42,室溫室壓下氣體密度約1.81 kg/m3,是無色、幾乎不溶於水的氣體。加高壓後可以變成液體,便利輸送。和一般烯烴類化合物一樣。帶有淡淡令人不舒服的味道。

丙烯主要來源是石油裂解的副產物,是非常重要的石化工業原料;自然界植物也會產生丙烯。此外,丙烯也是燃燒產生的空污廢氣組成,城市空氣裡含量約10.5 ppb,工業都市空氣中丙烯含量可以上昇到260 ppb。

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圖一、丙烯分子結構式C3H6

丙烯有兩個危險性:極高的可燃性和窒息性。

當可燃性氣體和空氣混合達到一定濃度後,只要在一定溫度就能夠出現閃爍起火狀況,這個溫度稱為「閃點(flash point)」,丙烯的閃點是 -108 oC。但是閃燃後只要溫度降到閃點以下,燃燒就無法持續而熄滅。如果因為閃燃造成的持續燃燒讓溫度不斷上昇超過了燃點(Fire point),引起大爆炸,那火勢就可能會一發不可收拾。一般物質的燃點溫度約比閃點高 10 oC。丙烯引起的火災可以用乾粉或二氧化碳滅火並灑水降溫,但是除非丙烯氣體已確定停止供應或不再漏氣,否則不要輕易將火勢撲滅,以免引起二次爆炸。

對甲苯磺醯氯(4-Toluenesulfonyl chloride)

對甲苯磺醯氯(4-Toluenesulfonyl chloride)
國立臺灣師範大學化學系碩士生曹育碩

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對甲苯磺醯氯(4-toluenesulfonyl chloride,亦為tosyl chloride)同時具有甲苯與磺醯氯官能基團,為一具有刺鼻味之白色固體。磺醯基(sulfonyl group)為一強拉電子基,常扮演一級醇與二級醇的保護基(Protecting Group),並藉此形成較好的離去基,在親核取代反應中較常應用。

對甲苯磺醯氯是由對甲苯磺酸(p-toluenesulfonic acid)製備而獲得,對甲苯磺酸是一種不具氧化力的有機強酸,白色針狀粉末,吸水性強,容易潮解使紙張、木材脫水發生碳化,亦可作為酸催化劑使用。將對甲苯磺酸與氫氧化鈉中和可得對甲苯磺酸鈉,接者與五氯化磷作用,即獲得對甲苯磺醯氯,如下式:

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追求不再貴重的催化之路

追求不再貴重的催化 (catalysis)之路
國立臺灣大學化學系名譽教授蔡蘊明

現代人類的生活和文明離不開化學,化學品的製造經常隨伴著副產物的產生,這些副產物若不謹慎處理,容易造成環境的污染。從效率的角度來看,產生無用而需廢棄的副產物,是一種浪費。以現在愈來愈受注重的綠色化學(註1)概念來看,我們需要發展更有效率的化學製程,其中催化劑的發展是一個重要的方向;催化劑可以降低化學反應的活化能,使得反應加速,因此能在較為溫和的條件下進行反應,明顯的具有節能的效果。催化劑扮演的是協助的角色,本身並不會成為產物的一部分;透過一個循環的機制,催化劑在每一次的循環結束時,會重新產生,進行下一輪的催化循環,因此並不需要使用許多的催化劑。在工業上,好的催化劑用量最好能在0.01當量以下,愈少愈好,若是超過0.05當量,將不會是很理想的催化劑。

催化劑簡介

催化劑基本上分為兩種:異相催化與勻相催化。前者是使用的催化劑與反應溶液不互溶,催化的反應發生在催化劑與溶液的介面,因此催化劑的表面積愈大效果愈好。常見的異相催化劑,例如食品工業中,將不飽和脂肪酸的碳-碳雙鍵飽和化時,使用氫氣為還原劑,但需要鈀(Pd)、鉑(Pt)或(Rh)等金屬做為催化劑。這些金屬不溶於反應使用的有機溶劑,屬於異相催化劑。為了充份將金屬的表面攤開以提高效率,細微的金屬顆粒是靠著吸附的方式附著在各種固相的擔體上面,常用的擔體是木炭(charcoal)的粉末。異相催化的好處是去除容易,透過簡單的過濾即可,需要的話可以回收再使用,符合綠色化學的精神;但壞處是表面積的多寡與顆粒的大小和均勻度有關,不易控制。反應發生在兩相介面,攪拌的效率很重要,因此反應的時間必須視實際進行狀況來判定。不同的擔體會影響金屬的表面結構(註2),進而影響反應活性和選擇性,不同的金屬化學反應性也不同。

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圖1 銠(Rh)金屬是碳-碳雙鍵氫化常用的異相催化金屬,將三氯化銠與過量的三苯磷反應可得到著名的威爾金森催化劑(Wilkinson catalyst),此催化劑可以溶解於許多的有機溶劑中。

勻相催化的系統中,催化劑是可溶於反應溶劑中的,因此反應是發生在均勻的單相中,反應的速率易於掌控,但是去除催化劑以及回收不易。許多的勻相催化劑乃以金屬為催化的核心,那麼要如何讓金屬溶於有機溶劑呢?操控溶解度是利用金屬的配位能力,使用有機化合物做為配位基(ligand),與金屬生成的配位化合物(coordination compound),被稱為有機金屬化合物(organometallic compound),可以溶於有機溶劑 (圖1)。這些有機金屬的催化劑另一項最重要的優點,在於有機配位基的結構可以改變,進而影響金屬催化的活性以及選擇性,這就給予了化學家很大的空間去發展符合他們需求的催化劑。

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