化學

鍵擊化學 (Click Chemistry)

鍵擊化學 (Click Chemistry)
國立臺灣師範大學化學系博士班三年級梁家榮

像點擊一下滑鼠一般的動作,就完成了一個化學反應。鍵擊化學(Click Chemistry)這個名詞,最早是在 2001 年由同年的諾貝爾化學獎得主 Prof. K. B. Sharpless 所提出。

這個名詞的概念是將兩種有機小分子快速且有效的接上,能夠使碳原子與雜原子間高產率的形成新的鍵結,同時只有極少的副產物生成。並且在許多不同的條件,例如改變部分的取代基,只要在主要反應的官能基不變的環境下,依然可以高效的合成出目標產物。

化學技術與應用
【2014諾貝爾化學獎深入報導】 打破光學顯微鏡的解析度極限-超高解析螢光顯微法

【2014諾貝爾化學獎深入報導】 打破光學顯微鏡的解析度極限-超高解析螢光顯微法

今年的諾貝爾化學獎頒給了由 Stefan Hell, William Moerner 和 Eric Betzig 所開發的超高解析螢光顯微法。所謂的超高解析螢光顯微法,就是能打破光的繞射極限(圖一)的顯微鏡技術。 得獎的顯微法有兩種:受激放射消去顯微法STED (STimulated Emission Depletion) Microscopy和光啟動定位顯微法PALM (PhotoActivated Localisation Microscopy)。這兩種方法是完全獨立被開發出來的方法,現今多應用在生物研究上。 以下將簡略地介紹為這三人摘下諾貝爾獎桂冠的研究。技術與理論的細節會放在各圖的圖解中,有興趣者請細讀圖解。 受激放射消去顯微法: STED (STimulated Emission Depletion) Microscopy 此技術由理論1,2到實做3的基礎都是由 Stefan Hell 所確立的。這三篇論文也為他贏得了這次諾貝爾化學獎的殊榮。「受激放射消去顯微法」採用與一般高解析度的共軛焦顯微鏡類似的聚焦掃瞄呈像方式。這個技術的核心概念是:假設一道光的聚焦永遠無法突破繞射極限,那就用兩道不同的光令其與螢光標誌交互作用而達成超高解析度的目標。這兩道光中,其中一道以平常手法聚焦的激發光用以激發螢光分子、另一道聚焦為甜甜圈圖案的抑制光則用以抑制除了甜甜圈中心之外所有被激發的螢光分子發光...

3D有趣實驗:竹筷乾餾-在家也能自己做竹炭

3D有趣實驗:竹筷乾餾-在家也能自己做竹炭
國立臺北教育大學自然科學教育系 碩士班湯筑翔

前言

乾餾又稱碳化、炭化、焦化。乾餾是指固體或有機物在隔絕空氣條件下加熱分解的反應過程或加熱固體物質來製取液體或氣體(通常會變為固體)產物的一種方式。本實驗利用鋁箔紙隔絕空氣對竹筷進行加熱,觀察乾餾過程以及檢測其產物性質。

實驗影片

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http://youtu.be/EfPW-5q1GCs (1920×1080 半寬)

http://youtu.be/wfs8Khs_4f8 (1920×1080 全寬)

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2D影像:一般螢幕直接觀看。http://youtu.be/rzHRg7jp-Rg

3D有趣實驗:空氣砲

3D有趣實驗:空氣砲
國立臺北教育大學自然科學教育系 碩士班湯筑翔

前言

本實驗利用簡單的裝置,以及乾冰遇水產生煙霧之特性,了解聲波傳播的特性以及空氣的流動。

實驗影片

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2D影像:一般螢幕直接觀看。http://youtu.be/65oFwi07l40

3D有趣實驗:神奇煉金術

3D有趣實驗:神奇煉金術
國立臺北教育大學自然科學教育系 碩士班湯筑翔

前言

鋅粉(Zn)與氫氧化鈉(NaOH)水溶液混合後加熱反應生成鋅酸鈉(Na2ZnO2),在鋅粉過量的情況下加入銅,則鋅會還原在銅上面,即氧化還原反應。本實驗利用此原理將銅幣鍍上鋅,使其外觀酷似銀幣,並將其加熱得鋅銅合金(黃銅),使外觀呈現金色。

實驗影片

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http://youtu.be/T761VrUizjU  (1920×1080 全寬)

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2D影像:一般螢幕直接觀看。http://youtu.be/0mAtZu5SmyE

氧化銦錫(Indium Tin Oxide)

氧化銦錫(Indium Tin Oxide)
臺北市立第一女子高級中學二年級黃詩婷/臺北市立第一女子高級中學化學科江慧玉老師

一、透明卻能導電,是「透明電極」的材料

「透明電極」是液晶顯示器不可或缺的零件,因為液晶顯示器的構造,是在發光層的正前方設置電極。

一般而言,透明和導電是無法同時成立的。例如,普通的玻璃是透明的,但是它不導電;而金屬會導電,但是它不透明。

1954 年,德國的 G. Rupprecht 博士開發了透明電極。他在透明的「氧化銦」化合物中,添加 $$5$$~$$10\%$$ 的錫,成功地導電了。該化合物稱為 ITO(Indium Tin Oxide:氧化銦錫),幾乎所有的液晶顯示器都使用 ITO 的透明電極。

掌性(chirality)

掌性(chirality)
國立臺灣師範大學化學系胡婷嘉研究生

對掌性(chirality),又稱手性,是由希臘語的手這個字發展出來的,這些分子的特徵是他們在鏡子裡反映出來的鏡像和他們本身是不一樣、無法重合的分子。

若我們把右手拿去照鏡子,在鏡子裡出現的鏡像不會是右手而是左手,而右手和左手是無法重合的。所以左手和右手都是掌性化合物(chiral molecule),如圖一。左右手是一組異構物稱為鏡像異構物(enantiomers)。而有掌性分子就有非掌性分子(achiral molecule),他們的鏡像和本身是可以重疊的!像是椅子、球……等,如圖二。

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圖一、掌性為左右手無法重疊

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圖二、非掌性

碳烯

碳烯 (Carbene)
國立臺灣師範大學化學系胡婷嘉研究生

碳烯(carbene) 又稱為卡賓,是碳中心經由兩個共價鍵結合兩個基團,且有兩個未鍵結電子的電中性分子(沒有形式電荷 formal charge)。是一種十分不穩定的中間體。

雖然他是電中性但因為它周圍只有六個電子並不符合八隅體,所以為高度缺電子且反應性很高的中間體。最簡單的碳烯為亞甲基碳烯(圖一),但她非常不穩定,所以沒有被分離出來過。現在有一些含氮的雜環碳烯(N-heterocyclic Carbene),又稱為穩定碳烯(圖二)。因氮上的孤對電子對可以使缺電子的碳烯穩定(圖三),且氮的電負度比碳大,故可以穩定碳烯的孤對電子,使含氮的碳烯更穩定,甚至可以被單獨分離出來。

化學技術與應用
【2014諾貝爾化學獎】如何將光學顯微鏡變成奈米顯微鏡

【2014諾貝爾化學獎】如何將光學顯微鏡變成奈米顯微鏡

艾瑞克・貝齊格(Eric Betzig),史蒂芬・海爾(Stefan W. Hell)以及威廉・莫納(William E. Moerner)等三人得到了2014年的諾貝爾化學獎,這是因為他們越過了一個科學上設想的限制,也就是一個光學顯微鏡永遠無法超越0.2微米的解析度規格。利用分子的螢光,科學家現在可以監看在細胞內部分子之間的相互作用;他們可以觀察與疾病相關的蛋白質之聚集,也可以在奈米的尺度裡追蹤細胞的分裂。 紅血球細胞、細菌、酵母菌細胞以及游動精子:當科學家在十七世紀第一次開始在顯微鏡下研究活體組織時,一個新的世界在他們的眼前打開。這是微生物學出世之際,從此之後,光學顯微鏡成為生命科學家工具箱裡面最重要的工具之一。其它的顯微鏡術,例如電子顯微鏡,其所需的準備方法最終會殺死細胞。 發亮的分子越過了物理的屏障 然而,有一段很長的時間,光學顯微鏡被一個物理的屏障所阻礙,限制了所能解析的結構大小。在1873年,顯微鏡學家恩斯特・阿貝(Ernst Abbe)發表了一個方程式,證明了光學顯微鏡的解析度是如何受到光的波長,以及一些其它的因素所限制。因此這導致科學家們,在二十世紀的大半時間裡,相信光學顯微鏡是永遠無法用來觀察那些比所用的光之波長的一半還小的物體,也就是0.2微米(200奈米;微米 = 10-6 米 = 103奈米) (圖一)。細胞裡一些胞器的輪廓,例如細胞的發電機粒線體,雖可以看到,但是幾乎不可能分辨更小的物體,因此譬如想要追蹤細胞裡蛋白質分子之間的相互作用,就無法做到,這好比能看到一個城市的建築物,但卻無法看出市民如何的生活,和如何為其生存而努力。為了瞭解一個細胞如何的運作,你必須能追蹤個別的分子如何的工作。
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