化學與社會 | 科學Online

併發聯繼催化

2015/05/16

併發聯繼催化(Concurrent Tandem Catalysis)
國立臺灣師範大學化學系碩士班一年級薛園馨

在講究效率與原子經濟 (Atom Economy) 的現在，一鍋化 (one pot) 的合成策略可以達到減少溶劑、省下繁複的純化時間與管柱層析時所使用的沖堤液、避免因純化步驟中造成產物流失而使產率下降等等的優點，是合成化學家努力的目標，這次要介紹的併發聯繼催化 (Concurrent Tandem Catalysis) 便是其中一種方法。

併發聯繼催化指的是在單一個反應容器內有兩個或多個催化循環結合使反應物順利的進行多步反應來產生預期的產物，這當中必須考慮到每個催化劑與基質、與中間產物的選擇性才能有好的產率，併發聯繼催化可細分為以下幾種主要類型。¹

第一型

圖一、第一型的反應(作者繪製)

如圖一，反應物經催化劑甲催化後產生中間產物 C，中間產物 C 在與反應物 B 經催化劑甲催化下得到產物 P。¹如圖二，首先銥金屬配位在反應物 4-戊炔-1-胺(I) 的參鍵上，配位後參鍵被氮的孤對電子攻擊而進行分子內合環反應，再脫去金屬得到的中間產物 2-甲基吡咯啉(II)，此時溶劑內的三乙基矽烷 (III) 與中間產物 (II) 經過銥金屬催化下進行矽氫加成反應 (Hydrosilylation)，得到最終產物含矽的吡咯烷 (IV)。²

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分子篩

2015/05/04

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分子篩 (Molecular Sieves)
國立臺灣師範大學化學系博士生林欣慧

「分子篩」^1,2是 McBain 在 1932 年所提出的概念，他認為應該有一種物質，可以在「分子」為單位的層級中，進行尺寸或形狀的篩選，而達到分離的效果。³

分子篩又稱為合成沸石 (Zeolites)，是一種具有單一孔徑的多孔材質，主要由矽、鋁、鎵、鍺、鋅、鈹等等四面體配位的原子之結晶氧化物所構成，可以吸附特定的液體或氣體；因此在一般的化學實驗室及工業界都是很常見可作為乾燥劑使用或作為純化產物的材料。（圖一）

圖一分子篩 (Linde Type 4A)（圖片來源：本文作者林欣慧拍攝）

其作用原理是利用分子篩的特殊單一孔徑結構，對分子尺寸進行篩選，只有小於孔洞尺寸的分子可以進入晶體的孔洞中；當目標分子進入孔洞中，又因為分子篩中的金屬離子對於極性大的分子產生作用力（凡德瓦耳力或靜電力等等），將目標分子吸附住，而達到純化的效果。以除水能力為例，分子篩大約可以吸收約本身重量的 20% 以上的水；且使用過的分子篩再以適當條件(加熱或微波)除去雜質或水分，便可繼續重複使用，是相當好且環保的純化介質。

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原子鐘發展背景與現況及高精度時鐘在基礎科學扮演的角色

2015/03/10

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原子鐘 (Atomic clock) 發展背景與現況及高精度時鐘在基礎科學扮演的角色
東京大學理學博士黃郁珊編譯/國立臺灣大學科學教育發展中心陳藹然博士責任編輯

自古以來時間的計時依賴的是規律而週期的變化，比如說每天的日升日落。後來人類發明了機械式的鐘擺時鐘，其準度可達10^-5。而較晚發明的石英振盪器所產生的電子振盪訊號可到達10^-9的穩定度，使之成為原子鐘發明前最精準的計時方式。由於傳統的鐘擺或是電子振盪器的頻率易受環境條件的強烈影響（例如溫度、濕度、材質老化等等），使得他們的計時精確度無法得到進一步的突破。相對地，原子內部能階的躍遷頻率 (transition frequency) 基本上取決於各種基本常數因而具有極小的環境影響參數。因此，原子的內部躍遷頻率成為極有價值的計時參考源。自1950年以來原子鐘就成為世界上最準的計時儀器。

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化學技術與應用

目前世界上最精準的時鐘－光晶格光頻原子鐘在低溫環境下的突破

2015/03/10

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目前世界上最精準的時鐘－光晶格光頻原子鐘在低溫環境下的突破
東京大學理學博士黃郁珊編譯/國立臺灣大學科學教育發展中心陳藹然博士責任編輯

編譯來源：次世代時間標準「光格子時計」の高精度化に成功（科学技術振興機構(JST) 2月10日新聞稿）

東京大學香取秀俊教授的研究團隊在2015年二月份的《自然光子學期刊》 (Nature Photonics) 發表他們的光晶格光頻原子鐘的研究成果，該研究團隊成功地打造兩台以鍶原子為基礎的最先進光頻原子鐘（如圖一），藉由兩台原子鐘的互相比較，證明其相對誤差在2×10^-18的範圍內，相當於兩台時鐘須花160億年才會產生１秒的相對誤差。此外，透過系統分析，這兩台原子鐘的不準確度(inaccuracy)為7.2×10^-18，這是世界上首次的成果，相較於目前用來定義「秒」的微波銫原子鐘，其準確度高了一百倍。

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