原子、分子、離子

原子、分子、離子、化合物 、錯合物、聚合物、大分子

乙酸異戊酯(Isoamyl Acetate)

乙酸異戊酯(Isoamyl Acetate)
台北市立第一女子高級中學國二年級黃兆蘭/台北市立第一女子高級中學化學科詹莉芬老師修改/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

基本資料

 

製備
乙酸與異戊醇在硫酸或磷酸作催化劑下直接酯化(Fischer esterification),以加熱迴流裝置反應製得粗品,反應式如下:

再經碳酸鈉(或氫氧化鈉)中和催化劑、氯化鈣脫水及精餾製得成品。

用途
1.利用乙酸異戊酯的香氣,可作為
(1)食品添加劑:應用於香蕉、梨、蘋果、草莓、葡萄、菠蘿等多種香型食品香精或煙用香精。譬如乙酸異戊酯溶在乙醇中的溶液,則是俗稱「梨子水(pear oil)」的人工香精。

二十二碳六烯酸(Docosahexaenoic acid,DHA)

二十二碳六烯酸(Docosahexaenoic acid,DHA)
台北市立第一女子高級中學二年級黃俐穎/台北市立第一女子高級中學化學科詹莉芬老師修改/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

何謂DHA
DHA,全名為二十二碳六烯酸(Docosahexaenic Acid,是一種多元不飽和脂肪酸,共有六個cis-雙鍵,分別在第4、7、10、13、16、19個碳,上因其化學結構中第一個雙鍵位於自尾端算起第三個碳的位置,所以是屬於n-3型的脂肪酸,另一個有名的亞麻油酸亦屬於此類。

DHA的結構如下:

人體內的不飽和脂肪酸可分為:n-7、n-9、n-3和n-6型。n-7和n-9屬於單元不飽和脂肪酸(Mono-Unsatarated Fatty Acid; MUFA),人體可自行從飲食中的飽和脂肪酸(Satarated Fatty Acid; SFA)中合成,但人類無法自行合成n-6和n-3型,一定要從飲食獲得,因此又稱為必需脂肪酸。

甲醛 (Methanal)

甲醛(Methanal)
臺北市立第一女子高級中學二年級蔡沂儒/臺北市立第一女子高級中學化學科詹莉芬老師修改/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

1.簡介

2.甲醛的製備

工業上由甲醇在的催化劑(銀/鐵+鉬氧化物/釩氧化物)混合高溫催化氧化製取。可以經由以下兩種途徑:
2CH3OH+O2→2HCHO+2H2O
CH3OH→HCHO+H2

3.化學性質及反應性

(1)甲醛的還原性很強,很容易被氧氣、過錳酸鉀等氧化劑氧化為甲酸(HCOOH),普通的甲醛中就含有ppm含量的甲酸。也可以被還原為甲醇。

(2)甲醛是重要的有機合成前趨物
甲醛自身聚合生成三聚甲醛(1,3,6-三氧雜環己烷)和多聚甲醛。多聚甲醛可製成聚甲醛塑膠(POE,杜邦出產之Derlin)。多聚甲醛因為分解快速而稍具臭味,可用於燻煙消毒、殺菌。

三聚甲醛或多聚甲醛亦是實驗中提供甲醛的試劑。

三聚甲醛結構(下圖左)和多聚甲醛(下圖右)


甲醛與乙醛發生交叉坎尼扎羅 (Cannizzaro) 反應生成季戊四醇,季戊四醇是製取炸藥季戊四醇四硝酸酯(PentaErythritol TetraNitrate) 的原料。
[Cannizzaro reaction] 醛分子在強鹼存在下發生分子間氧化還原反應,產生醇及酸,舉例:

甲醛與酚類縮合生成酚醛樹脂。

甲醛與4-取代酚類反應生成杯芳烴。

玻璃纖維(Fiberglass, Fibreglass, Glass fibre)

玻璃纖維(Fiberglass, Fibreglass, Glass fibre)
台北市立第一女子高級中學二年級魏瑀潔/台北市立第一女子高級中學化學科詹莉芬老師修改/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

玻璃纖維是一種以二氧化矽為基本材料利用擠壓或拉長等技術形成半徑極為纖細似纖維的的玻璃複合材料。雖然利用溫度改變來加工玻璃的技術已經有數千年歷史,但是約於1890年代,玻璃製造者才研發出玻璃纖維並廣泛地應用在紡織業。

與一般纖維或聚合物比較,玻璃纖維不一樣的性質是玻璃纖維仍保留一些結晶性的玻璃結構,加熱軟化玻璃纖維與加熱玻璃有相似的性質。科學上嚴謹的定義玻璃屬於一種液體物質,與一般固體比較,隨著溫度之改變,玻璃或玻璃纖維都具有很大的黏度及黏度改變。

於1938年開始,Owens Corning公司的發明家羅素(Russell Games Slayter)發展出現在所用的玻璃纖維,當時的用途是絕緣體材料。

玻璃纖維是以二氧化矽SiO2為單元形成的三度網狀聚合物,其基本結構以矽原子為中心外接四個氧原子,形成一個十分地穩定的四面體的結構,每個氧被兩個矽原子所共用。一般而言玻璃纖維沒有真正的熔點,但大約在2000℃時會軟化,若冷卻速度太快時,二氧化矽的排列並會凌亂而無章法,結晶性較差。二氧化矽可以做出相當理想的玻璃纖維,但缺點是製造所需的溫度太高,所以常在其中摻入雜質來降低製造溫度。
中心原子矽與四個氧原子鍵結形成四面體結構:

 

玻璃纖維有幾個性質:

有機太陽能電池(Organic Solar Cell)

有機太陽能電池(Organic Solar Cell)
國立台灣師範大學化學系蕭全佑研究生/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

太陽能電池主要目的是將光能轉換成電能。而有機太陽能電池主要係以具有半導體性質之有機材料製作,其優點:(1)製造成本低(2)化合物結構可設計性(3)材料質輕(4)加工性能好(5)製造大面積的太陽能電池及大量生產(6)高吸光係數(7)具有可撓曲,半透明等特性。但目前亦有多項缺點待克服,如功率轉換效率低,載子遷移率低,高電阻,耐久性差等問題。

依有機材料不同特性,有機太陽能電池又可區分為(1)染料敏化太陽能電池(dye-sensitized solar cells,DSSC),1991年瑞士聯邦理工學院的M. Graumltzel教授的研究團隊,發明具光敏性質之染料吸附於半導體奈米多孔洞結構之TiO2電極,搭配具有氧化-還原性質(I / I3-)之電解液,製作出光電轉換效率高達7 %之染料敏化太陽能電池,目前這種電池的光電轉換效率最高已超過 11%,其發展潛力備受矚目。(2)小分子有機太陽能電池(Molecular Solar Cells)。(3)高分子有機太陽能電池(polymer solar cells),1981 年時A. Takahashi研究團隊最早將共軛高分子材料使用於製作太陽能電池。目前高分子有機太陽能電池常用的材料為聚 3-己烷基噻吩(poly (3-hexylthiophene), P3HT) 聚合物半導體(p 型材料)、苯基-C61 丁酸甲酯 (phenyl-C61-butyric acid methylester, PCBM)(n 型材料)所組成。其做法是將這兩種有機半導體材料以溶劑溶解後進行混合,而後再塗佈到元件上。均勻混合後的 pn 介面面積能有效提高,增加激子被拆解的機會而提升電池效率。

喜樹鹼(II)

喜樹鹼(II)
國立台灣師範大學化學系林明楠博士生/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

結構與活性關係(SAR – Structure-activity relationship)

 

 

 從生物活性研究發現,若在位置7,9,10和11有取代基改變可以增加喜樹鹼的生物活性和物理性質,如效力和代謝的穩定。其中擴大的一個亞甲基環內酯也被證實可增強其活性,如在homocamptothecin。而取代基在12和14號位置則會導致其生物活性下降。

喜樹鹼(Camptothecin)(I)

喜樹鹼(Camptothecin)(I)
國立台灣師範大學化學系林明楠博士生/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

簡介:
喜樹鹼(CPT)是屬於一種具有細胞毒性喹啉類生物鹼,它能抑制DNA拓撲異構酶一(又稱拓撲一)。在1966年M. E. Wall and M. C. Wani利用系統篩選天然物發現其具有抗癌能力。它從中國本土樹的樹皮和莖中分離(喜樹,快樂樹)。喜樹鹼從初步的臨床試驗中發現具有明顯的抗癌活性,但也包括低溶解度及(高)藥物不良反應。由於這些缺點使得藥物合成化學家開發出多種合成喜樹鹼和各種衍生,以增加化學產品效益,且具有良好的效果。其中拓撲替康(topotecan)和伊立替康(irinotecan)這兩個喜樹鹼類似物已獲批准,可用於現今癌症化療上。

二氯二苯三氯乙烷

二氯二苯三氯乙烷 (DDT)
國立臺灣師範大學化學系徐榕蓉研究生/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

二氯二苯三氯乙烷(Dichlorodiphenyltrichloroethane,俗稱DDT),它是世界上最知名的殺蟲劑,它經過長久的歷史,曾經被視為靈藥,但由於它對環境長久性的汙染,一直備受爭議,目前已被禁止使用。

它不存在於自然界,可經由化學反應chloral和chlorobenzene(圖一)在硫酸催化下高溫縮和而成。

血紅素

血紅素 (Heme)
國立臺灣師範大學化學系江宣儀研究生/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

血紅素是由一個大型的有機雜環化合物紫質(Porphyrin),且該環內中心含鐵原子(iron)所組成,為一種含鐵輔基。並非所有的紫質具有鐵原子,但還有紫質的金屬蛋白都以血紅素為輔基,此即為原血紅蛋白(hemeprotein)。原血紅蛋白(hemeprotein)可依據不同的功能加以分類,包含運輸雙原子氣體分子、化學催化、偵測雙原子氣體、及電子傳輸。一般較為討論的為血紅蛋白(hemoglobin),具有含鐵的金屬蛋白質存在於脊椎動物的紅血球中,可將氧氣從肺臟運輸至其他身體的組織。

血紅素能與氧氣結合成氧合血紅素,將氧氣運輸至各組織,同時氧氣與血紅素極易分開,在到達肺部毛細管時,即與氧氣結合成氧合血紅素,但當紅血球到達組織毛細管時,氧馬上與血紅素分開,供給組織,此時血紅素稱為還原血紅素。血紅素同時與二氧化碳結合為二氧化碳血紅素,攜帶二氧化碳氣至肺部排出體外。血紅素在遇一氧化碳氣時,因一氧化碳對血紅素的親和力是氧氣之二百至二百五十倍,故即與一氧化碳結合為一氧化碳血紅素,而排斥氧,故須注意吸入一氧化碳氣。除了紅血球中含有血紅素外,在肌肉內亦存在有血紅素,稱為肌肉血紅素,作用為使肌肉在收縮時壓迫血管,而缺氧時供應氧氣。血紅蛋白(Hemoglobin)是高等生物體內負責運載氧的一種蛋白質。可以用平均細胞血紅蛋白濃度測出濃度。

血紅蛋白化學式:C3032H4816O812N780S8Fe4。人體內的血紅蛋白由四個亞基構成,分別為兩個α亞基和兩個β亞基,在與人體環境相似的電解質溶液中血紅蛋白的四個亞基可以自動組裝成α2β2的形態。

血紅蛋白的每個亞基由一條肽鏈和一個血紅素分子構成,肽鏈在生理條件下會盤繞摺疊成球形,把血紅素分子抱在裡面,這條肽鏈盤繞成的球形結構又被稱為珠蛋白。血紅素分子是一個具有紫質結構的小分子,在紫質分子中心,由紫質中四個吡咯(pyrrole)環上的氮原子與一個亞鐵離子配位結合,珠蛋白肽鏈中第8位的一個組氨酸殘基中的吲哚側鏈上的氮原子從紫質分子平面的上方與亞鐵離子配位結合,當血紅蛋白不與氧結合的時候,有一個水分子從紫質環下方與亞鐵離子配位結合,而當血紅蛋白載氧的時候,就由氧分子頂替水的位置。

味精

味精 (Vetsin)
國立臺灣師範大學化學系陳奕竹研究生/國立臺灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

 

味精,學名為 Monosodium glutamate, 又稱為麩胺酸單鈉 (sodium glutamate) 或MSG,在自然界裡,為非自然界基本胺基酸中的麩胺酸單鈉鹽。通常作為食品添加劑,但一般來說,味精是用來增加味道的。HS(調和關稅制度)編號為29224220,E number(對各食品添加劑的編號)則是E621。在貿易方面,麩胺酸單鈉又稱為 Ajinomoto, Vetsin, 或Accent。味精在之前主要是由小麥麵筋製成,現在則大部分藉由細菌發酵製作。患有乳糜瀉的患者只要藉由無麩質飲食方式,亦可食之。

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