化學

氧氮環丙烷(上)

氧氮環丙烷(上)(Oxaziridine (I))
國立臺灣師範大學化學系碩士班 洪嘉駿

氧氮環丙烷 (oxaziridine) 是由氮原子、氧原子和碳原子所組成的三員雜環有機化合物,也是合成反應中常用的親電試劑以及生產聯胺時會產生的中間物。氧和氮因為其電負度高的緣故一般來說常常作為親核試劑加成,但是由於氧氮環丙烷極高度的三員環環張力以及相對較弱的氮-氧鍵,所以此類化合物便作為親電試劑,也就是氧原子或是氮原子的提供者;氧氮環丙烷上的碳原子並不會被親電試劑直接加成,通常是直接與環上的氧原子或氮原子反應。

基連尼-費雪合成

基連尼-費雪合成 (Kiliani–Fischer Synthesis)
國立臺灣師範大學化學所碩士生 張依湄

基連尼—費雪合成 (Kiliani–Fischer synthesis),是指由兩位德國化學家先後提出合成單醣的方法。

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圖一、Heinrich Kiliani(來源:參考資料[1])

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圖二、Hermann Emil Fischer(來源:參考資料[2])

海因利希.基連尼 (Heinrich Kiliani, 1855.10.30 — 1945.2.25),出生在德國的烏茲堡,他在慕尼黑工業大學 Emil Erlenmeyer [3] 教授的指導下取得他的博士學位,於 1892 年最終取得了教授職,在慕尼黑工業大學時期主要研究醣類化學,他在醣類的基礎發展上有很大的貢獻。1897 年前往德國的弗萊堡大學擔任藥物化學的教授,1945 年逝世於德國弗萊堡。

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)

五氧化二磷

五氧化二磷 (Phosphorus Pentoxide)
國立臺灣師範大學化學系碩士生 董柏廷

五氧化二磷(實驗式為 P2O5,分子式為 P4O10,圖一),又稱磷酸酐,其真實結構是以十氧化四磷的方式存在,為白色粉末或是晶體,熔點為 340oC,在 360oC 會昇華,極易潮解,具有強脫水能力與腐蝕性,是一種在有機反應中常見的脫水劑,但是同時具有高危險性,與有機物接觸有可能會有燃燒的危險,且在受熱或是遇水分解時,會放出腐蝕性氣體,故操作時要多加注意。1.2.3

芬頓反應與廢水處理

芬頓反應與廢水處理(Fenton’s Reaction & Waste Water Treatment)
國立臺灣師範大學化學系碩士班 洪嘉駿

芬頓反應是英國科學家芬頓 (Henry John Horstman Fenton) 在 1890 年代發明 [1]。所使用的試劑為二價鐵離子 (Fe2+) 和過氧化氫 (hydrogen peroxide, H2O2),其二價鐵離子和過氧化氫在溶液中(通常為水)會反應產生氫氧根自由基 (hydroxyl radical, HO•) 和氧化羥基自由基 (peroxyl radical, HOO•),藉由此反應產生的氫氧根自由基我們可以用來氧化分解來自工廠的排放廢水或化學污泥廢棄物中的有機汙染物,例如除去三氯乙烯(trichloroethylene,簡寫 TCE),以提升放流放水的水品質,降低排放汙染。且使用芬頓試劑的技術在經由改良,提升效率和降低成本後已有多家企業使用來降低排放水的有機汙染物 [1]

根岸交叉耦合反應

根岸交叉耦合反應(Negishi Cross-coupling Reaction)
國立臺灣師範大學化學系博士生 林欣慧

背景介紹

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圖一、根岸教授賢伉儷合影。(來源:參考資料 1)

本反應是由根岸英一(Ei-ichi Negishi,圖一)1 教授於 1976 年發表。根岸教授生涯致力於有機金屬的研究,因成功針對使用鎳或鈀催化的有機鹵烴 (organic halide) 交叉耦合反應進行改善,於 2010 年與鈴木章 (Suzuki Akira)、理察.赫克 (Richard Heck) 三人共同獲頒諾貝爾化學獎。此外,根岸教授所發表的研究成果亦有許多已成功應用在工業合成,本文將要介紹的反應也是其中之一。3,4

有機化合物中最重要的部分非屬碳—碳鍵結莫屬,因此有機化學家皆致力於研究 C–C 鍵結方法的開發。1972 年熊田誠 (Makoto Kumada) 教授及其研究團隊率先發表利用鎳或鈀催化格里納試劑 (Grinard reagent) 與有機鹵烴進行交叉耦合反應3(即熊田交叉耦合反應,Kumada cross-coupling,圖二)。

克萊門森還原

克萊門森還原 (Clemmensen Reduction)
國立臺灣師範大學化學系碩士生 鍾長志

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圖一、克萊門森。(參考資料 1)

克萊門森 (Erik Christian Clemmensen),1876 年出生於丹麥,1900 年移居美國,之後開發克萊門森還原反應並且在 1913 年獲得哥本哈根大學博士學位。1914 年開始在製藥公司工作,分別開發了苯甲酸鈉 (sodium benzoate)、香草精 (Vanillin)、香豆素 (Coumarin) 的製造方法。他和友人創辦聯邦化工集團 (Commonwealth Chemical Corporation),後來被孟山都化學公司 (Monsanto Company) 併購,並且與合作夥伴開發出糖精 (Saccharin)。克萊門森於 1941 年逝世,本文所要介紹的克萊門森還原是其最著名的代表作1

3D有趣的實驗:大氣壓力的力量

3D有趣的實驗:大氣壓力的力量
國立臺北教育大學自然科教育系 周金城副教授

前言

一莫耳的水18克,體積約18毫升,100℃的水加熱變成100℃的水蒸氣,體積可達30586毫升,體積膨脹1700倍。當我們在奶粉罐裡加入少許的水加熱使其沸騰,此時將鐵罐密封起來,水在沸騰後變成水蒸氣時體積膨脹最高可達1700倍。相反的,當水蒸氣變成水時,體積縮小1700倍。於充滿水蒸氣的鐵罐外澆冷水讓奶粉罐降溫,裡面的水蒸氣因為降溫凝結成水,體積也縮小1700倍,體積瞬間縮小,導致奶粉罐外的大氣壓力的擠壓,使瓶內往內收縮而變形。

實驗影片

3D 有趣實驗:神奇的大氣壓力,上傳Youtube網站,

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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。

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