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Item 四組份合成之有機鏻鹽在替代兩雜環耦合反應之應用 新型全碳 1,3-偶極體前驅物 3-Homoacyl Coumarin 用於鏡像選擇性 (3+2) 協同環化反應合成 Herbertenolide 衍生物之應用(2019) 陳奕儒; Chen, Yi-Ru第一章 四組份合成之有機鏻鹽在替代兩雜環耦合反應之應用 近年來，有機磷化物已被大量的使用在工業及實驗室之中，其中有機鏻鹽亦是重要的磷化物之一。有機鏻鹽的獨特性質讓其不只可以作為離子液體或是相轉移催化劑來輔助反應進行，更常見的是作為Wittig 反應的重要試劑。敝實驗室長期著墨在發展 Wittig 反應，直至目前為止已開發出兩類有機鏻鹽 Wittig 試劑的合成策略用以經由分子內 Wittig 反應合成不同的雜環分子。我們期望可以探索出新穎的可純化之穩定鏻鹽的合成策略，並利用此有機鏻鹽進行分子內 Wittig 反應來合成不同於以往的雜環分子。 在本章節中，我們成功的開發了一種四組份反應合成一系列可單離的穩定有機鏻鹽，並可藉由不同的組合路徑來達到相同的目標產物。其反應可由芳香環與2-雜原子取代苯甲醛或雜環取代醛在酸性條件下與有機膦試劑來進行合成。此經過設計的有機鏻鹽成亦功的經由敝實驗室的主要合成策略進行分子內 Wittig 反應，並得以高產率得到傳統需利用交叉耦合反應來合成的多種雙聯雜環（例如indole-benzofuran/indole-benzothiophen/indole-indole/pyrrole-benzofuran/thiophene-benzofuran），提供給欲合成此類產物的對象一種替代合成方案。 第二章 新型全碳 1,3-偶極體前驅物 3-Homoacyl Coumarin 用於鏡像選擇性 (3+2) 協同環化反應合成 Herbertenolide 衍生物之應用 地錢所分離出的天然物中，倍半萜烯 Herbertane 這類具有獨特生物活性的物質（例如抗菌或促進神經組織增生等性質）已經吸引許多科學家去對其進行研究。而其天然物或衍生物的合成亦為其重要議題之一，目前已有數個 herbertenolide 或其差向異構物的全合成以及其衍生物合成或其主要架構 tetrahydrocyclopenta[c]chromen-4-ones 的合成方法學研究被報導出來。然而，目前的策略遇到的困難是所需合成步驟較多或是所合成的物質取代基有限，使得合成的產物廣度受限，進而使得此類天然物的研究進展受到限制。因此，我們期望可以研發一類有效的合成方法學來進行 herbertenolide 衍生物的合成，特別是由環化反應來建構其環戊烷主架構的策略。 在各種類型的環化反應策略中，1,3-偶極環化反應被認為是建構環的強力策略之一。目前可利用多元的1,3-偶極試劑來建構多種含雜原子之環狀化合物，例如pyrrolidine或isoxazolidine。但當想要以此策略合成全為碳原子組成之環，例如 cyclopentane 時，卻鮮少有適當的全碳 1,3-偶極試劑可以被拿來運用，大多數的1,3-偶極試劑都是含有雜原子的。因此我們希望可以開發出新型的全碳1,3-偶極試劑，並運用其進行 (3+2) 環化反應策略建構出以 cyclopentane 為核心的herbertenolide 衍生物。 在這本章中，我們提出對全碳1,3-偶極試劑的歸納與描述，並提出3-homoacylcoumarin作為一種新型的全碳1,3-偶極試劑前驅物。我們成功的利用此試劑與 indandione alkylidenes 在掌性有機催化劑的催化下進行立體選擇性的 (3+2) 合環反應來得到高鏡像選擇性且高產率的 herbertenolide 衍生物。除此之外，我們也做了詳細的機構探討並發現此反應共有兩個反應路徑同時進行，其中具有高立體選擇性的協同反應路徑相對速度極慢的逐步反應路徑來說主導了反應的進行。Item 利用金屬和非金屬催化劑合成具有生物活性之分子(2013) 瑞迪; DONALA JANREDDY本論文的內容被分為三個章節，第一章節可被細分為三個部分，A部分主要是對於吲哚(indole)環的反應進行概述、分類及合成方法和相關文獻的說明。B部分的標題為「Carbazolones和2,3-disubstituted Indoles的簡易方法」，內容是介紹一個利用Fe/AcOH催化分子內還原3-hydroxy-2-(2-nitrophenyl)enones的含氮雜環化反應。C部分介紹2,3-disubstituted Indole在PdCl2催化下進行2-N-unprotected-2-alkynylanilines和多樣缺電子烯類的級聯反應(cascade reaction)。 第二章節介紹利用過渡金屬催化2-arylbenzoxazole衍生物和1,2,3-triazoles的合成。第二章節可被細分為三個部分，A部分主要是對於2-arylbenzoxazole衍生物進行概述、分類及合成方法的說明。此部分也對1,2,3-triazoles衍生物進行概述、分類及以azide和alkenes合成的方法說明。B部分介紹透過銅催化C-N和C-O鍵形成級聯反應，使2-arylbenzoxazole衍生物在芳香基團的鄰位上有胺或醯胺官能基的有效合成方法。C部分介紹一個新穎方法為透過銅催化在有氧環境下進行azide-alkene的氧化環加成反應。 第三章節介紹利用非金屬、過渡金屬催化合成naphthalene及其多元性導向的應用。第三章節可被細分為三個部分。A部分是naphthalene衍生物的概論及其合成方法。B部分描述一個有效率利用碘分子和2-(2-phenylethynyl)-Morita-Baylis-Hillman催化naphthalenes和iodo-substituted isochromene衍生物的合成。而iodo-substituted-derivatives則可以用來進行一連串的耦合反應如用硼酸、活化烯類、炔類分別可進行Suzuki coupling、Heck coupling、Sonogashira reaction。C部分介紹一個以PdCl2催化2-alkenylbenzaldehydes和缺電子烯類在有氧環境下分子間氧化環加成來合成naphthalenes的的有效路徑。Item 硝基烯與環狀1,3-雙羰基化合物在水的條件下進行反應之探討以及內環磺胺類衍生物之合成(2012) 巴朗; Barange Deepak Kumar本論文主要分為三個章節。在第一章節，主要是分為四個部分，其中A部分是回顧有關於在水的條件下所進行反應之相關文獻報導，在B部分和C部分是描述硝基苯乙烯與環狀1,3-雙羰基化合物在水的條件下進行反應以及內環磺胺類衍生物之合成，C部分則是介紹藉由矽膠在微波條件下進行一鍋化兩步合成以羥基亞胺基二氫苯呋喃類之衍生物。 在第二章節中，介紹藉由過渡金屬催化合成內環磺胺類衍生物以及其多方面的合成應用。在第二章節裡，主要是分為四個部分，其中A部分是回顧有關於合成內環磺胺類衍生物之相關文獻報導，這部分同時也簡要概述有關於三氮唑以往的合成方式和文獻探討。B部分是描述有效率且以一鍋化的方式，藉由銅催化[3+2]環加成反應來合成triazolothiadiazepine-1,1-dioxide之衍生物，以及利用上述的方法合成分別以吲哚啉和噻吩結合內環磺胺類之衍生物。而C部分是介紹一種新穎的合成策略，其藉由溴環化反應來合成出含有雙溴的呋喃結合內環磺胺類之衍生物，而此合成方法也可以應用於合成tetrahydrofuroisoquinolin-5(9bH)-one之衍生物。D部分是探討一種有效率且具有位向選擇性的合成方法，其藉由碘環化反應來合成出4-iodo-2,3-disubstituted-2H-thieno[3,2-e][1,2]thiazine-1,1-dioxide之衍生物。將所得到的產物4-iodo-2,3-disubstituted-2H-thieno [3,2-e] [1,2] thiazine-1,1-dioxide與一系列的硼酸（Suzuki偶聯反應）和活潑烯烴（Heck 偶聯反應）進行偶聯反應。經Sonogashira偶聯反應後的產物可以有效率地合成為疊氮化合物的前驅物，其可以多方面的合成應用於合成出三氮唑結合噻吩和內環磺胺類之衍生物。在第三章節中，主要是收錄整本論文中所有標記的化合物之1H和13C光譜圖以及X光晶體的數據。Item 金屬催化環丙烷及螺旋化合物之合成與分子內1,3-偶極環化加成反應(2010) 白蕙棻本文共有三個主題，分別為探討利用鈀金屬催化環丙烷之合成、金陽離子催化螺旋化合物之合成及分子內nitrile oxide與環形烯醇的1,3-偶極環化加成反應。 我們利用鈀金屬催化帶有雙酮基的1, 3-環己共軛雙烯及苯乙烯溴化物使形成環丙烷的結構，為單一非鏡像異構物。鈀金屬Pd(PPh3)4 先與苯乙烯溴化物配位形成鈀(II)的離子，再與碳酸銀結合形成鈀陽離子錯合物，此時鈀陽離子配位於酮基的氧上後使α位置氫的酸性增加而可以讓碳酸鉀拔除，再由下方同向接上雙烯位置，最後還原除去後我們可得到具有立體選擇性的雙環[4.1.0]庚烯衍生物。 利用金與銀共催化系統催化帶有炔基的烯醇化合物，經Claisen-type rearrangement形成了帶有雙鍵及酮基的螺旋化合物，不但反應時間快速，室溫條件及極高的產率也為此反應主要的優點，但是產物為一組非鏡像異構物，因此藉由氫化反應將雙鍵還原得到單一非鏡像異構物。 將帶醛肟的烯醇衍生物，以N–氯丁二內亞醯胺（NCS）和三乙基胺為環化條件，進行分子內環化加成反應，得到單一位向選擇性的nitrones衍生物或isoxazolines衍生物。Item 含有1,3-環己二烯π共軛骨架的有機雙極性染料用於染料敏化太陽能電池之研究(2010) 陳冠甫; Chen, Kuan-Fu本篇論文分為三個研究主題，第一個研究主題是我們研發以1,3-環己雙烯當作主要骨架的有機化合物染料來當作染料敏化太陽能電池的材料，並測試、探討其物理性質，以作為將來發展類似結構時的依據。在這些自行合成的染料結構中，除了 16 和 45 的結構，其他染料結構均包含了1,3-環己二烯的架構，希望藉由此環形的架構增加染料分子堆疊在二氧化鈦的程度，使染料在二氧化鈦上的吸附量增加，但是卻相對減少共軛分子間堆疊時常見到的 π – π 堆積作用力，進而增加染料的轉換效率。在物理性質方面，我們分別測試了染料個別的吸收光譜、螢光激發光譜和電化學性質。同時也將其製作成染料敏化太陽能電池的元件，利用太陽光模擬及特定波長光束輸出系統進行光電轉換效率與單色光轉換效率的測試，其中利用 14a 製備的元件其光電轉換效率可達到4.4 %，為利用 N719 製備元件的70 % (η = 5.87 %)，也從4b和其對照組 (16 和 45) 應証了環己二烯結構的優點。 在第二個主題中，我們探討了具有 TICT 態的染料對於 DSSCs 的效率影響，同時以相關數據證明了 4b 在激發態時會有 TICT 態。 TICT 態會使分子的偶極距增大，也會阻礙分子內電子的再結合。從相關的物性測試中，得知 D-π-A 分子具有 TICT 現象時會影響 Jsc 的數值，進而提高染料敏化太陽能電池的元件效率。 第三個題目是我們設計兩種新型 D-D-π-A 型式的有機染料，其中 D-π-A 的架構和第一個題目的結構 (4b和4c) 相似。我們希望藉由 D-D-π-A 的架構擴大染料的吸光範圍及消光系數，另一方面則是減少染料分子間的堆疊及提高熱穩定性，進而增加染料的轉換效率。目前此部份研究進行至化合物的合成。Item 壹、N-溴代丁二醯亞胺作為催化劑在有機合成上的應用; 貳、磷化物在有機合成上之應用；參、合成含有1,2,4-噁二唑之吡唑類衍生物在CB1受體拮抗劑之生物活性研究(2008) 郭俊偉; Chun-Wei Kuo本論文共分成三部分 第一部分以便宜易取得之N-溴代丁二醯亞胺 (NBS) 試劑，分別催化合成具生物活性1,5-benzodiazepines衍生物以及吲哚基硝基烷化合物，此高效催化效率皆可使反應順利進行，並得到高產率的產物。 第二部分以磷化物試劑，二氯化磷酸乙酯 (ethyl dichlorophosphate)或是二氯化磷酸苯酯 (phenyl dichlorophosphate)進行官能基的轉變及Beckmann 重排反應，反應順利可在室溫下進行並且得到高產率的產物。 第三部分為探討含1,2,4-噁二唑為新型CB1受體拮抗劑之抗肥胖藥物的開發研究，以Rimonabant（SR141716A, Acomplia™）作為先導化合物進行pyrazole-C3位置的官能基修飾，依生物同質性概念成功引入1,2,4-噁二唑取代之新型化合物並顯現高度之CB1受體親和力、功能活性與CB2/1選擇性。發現具高度CB1親和力與CB2/1選擇性的化合物如11g, 11h等，將適合針對減重機制與抗肥胖藥物的特性進一步深入研究動物體內活性（in vivo efficacy）、藥物動力學（pharmacokinetics）及毒理試驗（toxicology）期能獲得具有潛力治療肥胖症的先導藥物或候選藥物。Item 金屬催化1,3-雙烯與官能基之分子內環化反應(2006) 曹文正; Wen-Cheng Tsao本論文共分成四部份： 以鈀(0)催化分子內異核環化反應，使g位置帶有三級醇之共軛雙烯化合物與芳香烴溴化物行加成反應，得到單一非鏡像立體選擇性異構物。反應可經由兩種途徑來解釋，帶羥基之環形共軛雙烯可得1,4-oxyarylation產物；帶羥基之非環形共軛雙烯可得1,2-oxyarylation產物。 以鈀(0)催化分子內環丙烷化反應，使帶有雙羰基之共軛雙烯化合物與乙烯溴化物反應，得到單一非鏡像立體選擇性異構物。反應得到雙環[4.1.0]庚烯衍生物。 以二氯化鉑為催化劑，在醇為溶劑中行分子內炔與共軛雙烯之環化反應，得到單一非鏡像立體選擇性的聯結雙環醚化合物。 以金離子催化帶有芳香炔的雙烯進行分子內環化異構化反應，得到單一非鏡像立體選擇性異構物。反應在起始物芳香環上沒有強拉電子基情況下，得到芳香環進行親電子性加成的產物。反應在起始物芳香環上有強拉電子基或缺乏芳香環的情況下，得到1,3,6-三烯環形化合物。Item 理論化學之研究：1. 由氨基丙二腈生成甘胺酸之反應機制 2. 1,3-丁二烯與1,4-二氮-1,3-丁二烯進行共軛雙烯[四加二]環加成反應(Diels-Alder)時，位能曲面與分子軌域作用之關係(2006) 朱鴻舜本論文分為兩大主題：一、由氨基丙二腈生成甘胺酸之反應機制。甘胺酸是蛋白質結構中最小的胺基酸，實驗家透過化學演化(chemical evolution)反應，可以利用簡單的無機物分子，合成出包含甘胺酸在內的各種有機分子。此處，我們將研究從氨基丙二腈反應產生甘胺酸的各種反應機制，並且針對部分反應過程中，分子軌域的作用情況予以討論。本研究共分為兩個部分。 第一部分 利用ab initio計算方法，我們針對化學演化中，由氨基丙二腈(amino-malononitrile)到氨基乙腈(amino-acetonitrile)之各種可能的反應路徑加以考慮，並且根據反應物所擁有的各種活化位置，探討其分支反應及其反應機制。反應路徑上所有的駐留點(stationary point)均分別利用HF/6-311G(d,p)和MP2/6-311G(d,p)幾何優選，並利用counterpoise計算方法校正BSSE，以求得位能曲面上的相對能量。此處將主要的結論歸納如下：(i) 比較各種反應機制中所需要的活化能大小，可以確認化學演化之可能性。(ii) 起始物所選擇的反應方向可以利用前線軌域理論(frontier orbitals theory)加以分析，由於H2O HOMO的對稱特性，H2O傾向於和起始物的nitrile group進行反應。(iii) 反應起始物的nitrile group與H2O作用的活化能為49.00 kcal/mol，遠低於後續反應機制中所需之活化能，因此為本研究過程之速率決定步驟。當起始物之nitrile group與H2O作用後，所放出的能量即足以完成後續反應。(iv) Boys-Bernardi counterpoise計算顯示，所有在MP2層次下之BSSE能量修正值均高於HF計算結果。 第二部分 針對最簡單的胺基酸分子，glycine，在自然界中可能的生成過程，本研究利用ab initio分子軌域理論計算方法，討論由amino acetonitrile至glycine的多種反應機構及其分支反應。研究結果顯示，最可能的二種反應途徑，在MP2/6-311G**下，其速率決定步驟所需之活化能分別為46.11與52.38 kcal/mol。考慮water-assisted reaction時，僅需一個水分子的加入，即可使能障大幅降低至10.65與21.74 kcal/mol，顯示水分子的加入具有重要的作用。藉由NBO分析其中間產物與過渡狀態，發現反應過程中，分子內作用力將明顯影響反應物之幾何結構、穩定性與反應活化能。進行分子間反應時，前線軌域理論可以提供合理的解釋，從而判斷分支反應中最可能的反應路徑。 二、1,3-丁二烯與1,4-二氮-1,3-丁二烯進行共軛雙烯[四加二]環加成反應(Diels-Alder)時，位能曲面與分子軌域作用之關係。 利用B3LYP/6-311G**研究1,3-丁二烯與1,4-二氮-1,3-丁二烯的各種旋轉異構物，於Diels-Alder反應時可能產生的各種反應途徑與過渡狀態。由於1,3-丁二烯與1,4-二氮-1,3-丁二烯均可扮演diene或dienophile，因此將產生兩種反應途經相互競爭。研究結果顯示，1,3-丁二烯通常傾向於扮演diene的角色，此時HOMO-LUMO secondary interaction以及立體結構互斥作用將影響到反應的活化能。由於二分子相互靠近時，反應能障主要受到特定π軌域之間的互斥作用所影響，其餘各分子軌域之間的安定作用和排斥作用則將大致相抵。因此，當軌域的能量過於接近時，將導致互斥作用增加而能障提升。然而，若反應物MO間的能量間隙過大，幾何結構在反應過程需要大幅度扭轉變形以增加軌域間的重疊度，將導致活化能上升。Item 應用丙烯基醋酸酯合成四取代之呋喃與萘併呋喃(2012) 黃琬澐; Huang, Wan-Yun合成多取代呋喃與呋喃衍生物為有機合成中具挑戰性及重要的一環，本文以丙烯基醋酸酯為前驅物，分別與容易取得的1,3-雙酮/α-拉電子取代基酮類起始物，經過一系列條件篩選及取代基探討，推測反應機構經由SN2’ 加成－脫去反應，進行Feist-Bénary type反應，合成高產率之四取代呋喃產物（up to 99%）。其中，以1,3-環戊酮為起始物，則得到吡喃為主產物。另一方面，若以萘醇為起始物，不需路易士酸催化，即進行Freidel-Crafts SN2'反應過程，接著，以oxa-Micheal 合環反應，有效合成萘併呋喃（up to 96%）。此方法能應用於丙烯基醋酸酯上，含有各種拉電子基、推電子基、雜環取代及烷基取代。然而，欲合成苯併吲哚並未得到預期結果，得到SN2反應而未環化的產物。Item 以 1,3-環己二烯及芴官能基為主體之有機染料研究及其染料敏化太陽能電池應用(2012) 謝毅穎本文中探討以芴基 (fluorenyl) 為推電子端，羧酸根為拉電子基團，而推拉電子基團中間以不同的共軛片段，如苯環、噻吩 (thiophene) 及1,3-環己二烯，設計成推電子端- 共軛-拉電子端 (Donor- conjugated system-Acceptor (D--A) 形式的染料 dh19、dh123、dh。本文中成功合成出染料 dh19 及 dh123，分別進行了核磁共振結構鑑定、高解析質譜結構鑑定、紫外光-可見光吸收光譜、循環伏特安培法、太陽能電池的光電轉換效率、EIS (electrochemical impedance spectroscopy) 等的實驗。以 AM 1.5 irradiation (100 mW/cm2) 所測得光電轉換效率，以 dh123 = 3.63% 為最高，其中 dh123 的 Jsc = 8.23 mA/cm2 高於 dh19 許多，推測可能原因是 dh123 有較出色的吸收光子能力，不論是消光係數還是紫外光-可見光吸收光譜波長涵蓋範圍，dh123 皆是較優秀的，而且 dh19 及 dh123 在吸附量上差異不大，因此 dh123 擁有較大的電流密度。