化合物構造

異構物、簇類結構

含氧雜環(上)

含氧雜環(上)(Oxygen Heterocyclic Ring (I))
國立臺灣師範大學化學系碩士生 鍾長志

在有機化學領域中,雜環化合物 (heterocyclic compound, heterocycle),1扮演重要的角色。根據 IUPAC 的定義,雜環化合物為「在環形分子中,具有至少兩種不同的元素之環狀化合物」。而常見的有機雜環分子中,以含氧雜環、含氮雜環,含硫雜環最為常見,如圖一所示,而本篇將著重於介紹含氧三員~七員雜環及常見的製備方式。

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圖一、基本的雜環化合物。(作者繪製)

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。

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)。

內酯

內酯 (Lactone)
國立臺灣師範大學化學系碩士生 鍾長志

內酯 (lactone) 命名源自於酯類 (ester),為一種環形酯類,與其相像的結構還有內醯胺 (lactam),結構較為簡單的內酯命名以酯基為主體如圖一所示,以希臘字母分別表示,如圖二所示,依序為 a-lactone(三員環)、β-lactone(四員環)、γ-lactone(五員環)、δ- lactone(六員環)、ε-lactone(七員環)。

奈米碳管透膜

奈米碳管透膜(Carbon Nanotube Membranes)
國立臺灣師範大學化學系碩士班二年級 薛園馨

工業革命後,工廠排放的廢水越來越毒(如重金屬、有毒化學物質等),而舊型水處理 (water treatment) 的設備已不堪使用,因為舊型的設備對病原體的種類、溫度、pH 相當敏感,使得處理效率降低,甚至有些汙染完全無法解決;且舊型水處理的最終手段—消毒水,其主要成分是次氯酸鈉 (Sodium hypochlorite, NaClO),會產生多種副產物(如鹵代酰胺,有致癌的可能性);而消毒水所不能解決的污染我們就束手無策了。而奈米碳管的問世,讓我們有新的選擇來解決飲用水品質與海水淡化的議題。

氯化鋅(Zinc Chloride)

氯化鋅(Zinc Chloride)
國立臺灣師範大學化學系碩士班二年級江孟潔

氯化鋅的性質

外觀無色或白色晶體,沸點 $$756^\circ C$$ $$(1029~K)$$,熔點 $$275^\circ C$$ $$(548~K)$$,密度 $$2.907~g/cm^3$$,易溶於水,溶於甲醇、乙醇、甘油、丙酮、乙醚,不溶於氨水。無水的氯化鋅受到空氣中的濕氣潮解形成鹽酸,同時也會與水、氨和其他有機溶劑形成複合物離子,鹼性物質在氯化鋅溶液中產生沉澱氫氧化鋅。氯化鋅的性質為路易士酸因此也具有親電性質。1-2

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氯化鈉

氯化鈉 (Sodium chloride)
國立臺灣師範大學化學系碩士班二年級江孟潔

氯化鈉的性質

氯化鈉為食鹽的主要成分,分子式為 $$\bf{NaCl}$$,為離子化合物,其外觀無色立方結晶或白色結晶,沸點 $$1413^\circ C$$,熔點 $$801^\circ C$$,密度 $$2.165~g/cm^{3}$$,用於製造純鹼和燒鹼及其他化工產品,食品工業和漁業用於鹽腌,還可用作調味料的原料和食用防腐劑。

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