Nitrosonium Ion Catalyzed Oxidative Bromination of Arenes

Pin-Hsien Chen, Shu-Jung Hsu and Duen-Ren Hou

Adv. Synth.Catal. 2024, 366, 1575–1582

國立中央大學 化學系 侯敦仁教授 

目前合成芳基溴化物 (aryl bromides) 的主要方法是以溴 (bromine, Br₂) 或 N-溴琥珀醯亞胺 ( N-bromosuccinimide, NBS)與芳香烴進行溴化反應。但是溴具有毒性與腐蝕性，使用上較為不便；而NBS則是反應性較低，常需使用路易士酸活化。因此開發具有試劑容易取得、反應條件溫和且安全的新型芳香烴溴化反應，是有吸引力的。

本研究使用鹼金屬溴鹽或溴化氫作為溴的來源，氧氣為氧化劑，在酸性的條件（如硫酸）下，以就地（ in situ）產生的亞硝鎓離子（nitrosnium ion, NO⁺）氧化多電子的芳香烴後，進行溴化反應。反應機制的研究支持：亞硝鎓離子氧化芳香烴產生陽離子的自由基，溴陰離子(Br^-)再與其進行加成與去質子化反應；不支持 Br₂ 或 Br⁺的產生，但有生成H₂O₂；氘的同位素效應很小（deuterium isotope effect, k_H/ k_D = 1.16）。反應溶劑為醋酸，反應溫度為室溫至50 °C，反應具有良好的位置選擇性及產率；並具有以下幾個特點：

1. 反應中不含任何金屬；氧化劑為空氣或氧氣。
2. 實驗操作容易，可以有效地生成芳基溴化物（27個例子，其中之一為10 mmol scale）。
3. 反應條件溫和，符合綠色化學的要求。

Synthetic investigations of the diisocyanide-bridged Cp*-cobalt rectangles 

Cheng-Chang Huang, Yu-Ting Chu, Yen-Chung Huang, Yu-Lun Chang, Shangwu Ding, Sodio C. N. Hsu

J. Chin. Chem. Soc. 2024, 71, 4, 347-435

高雄醫學大學 醫藥暨應用化學系 許智能教授  

在金屬錯合物的自組裝反應可以調控不同的配位基、鍵長、鍵角來進行有序且規則的反應，就猶如化學家樂高積木遊戲。在樂高零件的建構上，我們選擇了CpCoI₂CO 及 Cp*CoI₂CO作為金屬端零件，雙異氰基1,4-diisocyanobenzene [C₆H₄(NC)₂]作為線型連接零件(配位基)，不僅是σ-donor，也有π-acceptor 的效果進而穩定自組裝錯合物。2011年我們實驗室首先合成矩形的雙異氰基鐵硫核錯合物，其自組裝及分段合成的研究；2020年更將雙異氰基擴展成三異氰基或是雙異氰基鐵莘配位基。2024年透過改變分子樂高的實驗條件，我們合成了線性、矩形的有機金屬鈷錯合物。金屬端零件CpCoI₂CO 及 Cp*CoI₂CO與 [C₆H₄(NC)₂]比例為2:1或1:1的情況下進行自組裝反應，會分別得到線型錯合物[(CpCoI₂)₂( μ-C₆H₄(NC)₂)]及 [(Cp*CoI₂)₂( μ-C₆H₄(NC)₂)] 或矩形錯合物[(CpCoI₂)₄( μ-C₆H₄(NC)₂)₄及 (Cp*CoI₂)₄( μ-C₆H₄(NC)₂)₄。然而，由於CpCo產物的溶解度極差，除了對CNR振動進行紅外光譜(FT-IR)的鑑定外，無法對這些CpCo錯合物進行其他完整的鑑定。因此，使用Cp*(五甲基環戊二烯基)取代Cp來增加溶解度並能用更多光譜進行鑑定。分析比較自組裝及分段合成方法，發現自組裝方法有較高的產率。這些Cp*的鈷錯合物可藉由FT-IR、NMR、ESI-MS和晶體結構進行分析確認矩形結構的[(Cp*CoI)₄( μ-C₆H₄(NC)₂)₄]⁴⁺。 另外 [C₆H₄(NC)₂] 可以作為兩金屬中心之間的橋樑，在電化學的結果發現有兩個reversible的氧化還原峰，而這兩個訊號有重疊的現象彼此間的電位差也很小，這可歸因於兩個Cp*Co 中心之間透過 [C₆H₄(NC)₂] 的 π 交互作用進行傳遞的結果。 

Accurate Kinetic Studies of OH + HO₂ Radical–Radical Reaction through Direct Measurement of Precursor and Radical Concentrations with High-Resolution Time-Resolved Dual-Comb Spectroscopy

I-Yun Chen, Che-Wei Chang, Christa Fittschen, and Pei-Ling Luo

J. Phys. Chem. Lett. 2024, 15, 14, 3733–3739

中央研究院 原子與分子科學研究所 羅佩凌助研究員 

OH與HO₂自由基皆是大氣中重要的關鍵分子，其自反應與交叉自由基-自由基反應亦在大氣與燃燒化學中扮演重要角色。實驗上由於不易實現同時定量與檢測多種自由基分子，自由基-自由基反應的動力學研究通常極具挑戰性。OH與HO₂的反應是一典型的自由基-自由基反應，已被研究多年，然而理論與實驗仍對此反應速率具有爭議，尤其是近期的兩個實驗發現該反應的速率係數存在一個數量級的顯著差異。本次工作，我們提出了一種基於同步雙色時間解析雙梳光譜技術之新型光譜儀來探索OH與HO₂的自由基-自由基反應，此光譜技術能夠以微秒級時間分辨率在兩個不同紅外分子指紋辨識區中同步進行測量。通過這種新的方法，我們實現了直接測定在反應過程中的前驅體分子(H₂O₂)以及自由基分子(OH與HO₂)之絕對濃度，並藉由動力學模擬進一步獲得精確的OH與HO₂之反應速率常數。此次研究成果除了解決近期兩個不同實驗組對此反應速率所提出的爭議外，本次實驗亦展現採用時間解析雙梳光譜技術直接測量反應系統中的前軀體、自由基和產物濃度的優勢，並為未來研究其他重要的自由基-自由基反應動力學提供了絕佳的機會。 

Cesium Carbonate Promoted Direct Amidation of Unactivated Esters with Amino Alcohol Derivatives

Chih-Hung Kuo, Wen-Tsai Hsieh, Ya-Hsu Yang, Teng-Li Hwang, Yu-Shan Cheng,

and Yuya A. Lin

J. Org. Chem. 2024, 89, 7, 4958–4970

國立中山大學 化學系 林渝亞助理教授 

含絲胺酸和蘇胺酸的寡肽在藥物開發上具有很高的潛力，因為這些胺基酸在具有廣泛生物活性的非核醣體胜肽(Non-ribosomal peptide, NRP)中非常普遍。本篇研究突破傳統的胜肽合成方法，成功開發了利用碳酸銫直接將未活化的酯類與胺基醇衍生物反應形成醯胺鍵的新策略。此方法無需使用過渡金屬催化劑或偶合試劑，且成功合成了多種含絲胺酸的寡肽(oligopeptides)和苯甲醯胺(benzamide)衍生物，產率高達90%。值得一提的是，此方法在溫和的反應條件下進行，大多數的天然胺基酸反應物都不會有消旋的現象，並且也展現出廣泛的官能基耐受性。此研究發現，親核試劑上的羥基對於反應的成功與否至關重要，對此我們提出了一種可能的機制，其中銫離子與反應物配位，促進鄰近效應並驅動後續的醯基轉移。最後，為了驗證此方法的實用性，我們透過此方法合成了具有生物活性的菸鹼醯胺(nicotinamide)衍生物，並獲得了令人滿意的產率。 

Rapid Enrichment of a Native Multipass Transmembrane Protein via Cell Membrane Electrophoresis through Buffer pH and Ionic Strength Adjustment

Tzu-Tzu Liu, Sin-Han Huang, and Ling Chao 

J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 17, 11634–11647

國立臺灣大學 化學工程學系 趙玲教授

細胞膜蛋白在各種細胞過程中扮演著重要角色，了解其結構和性質對於推進藥物開發和治療策略至關重要。然而，傳統研究膜蛋白質的方法通常需使用洗滌劑來使蛋白質從其脂質環境中溶解以進行分離純化，可能會導致膜蛋白結構和功能的損失。開發無洗滌劑的方法來純化和收集膜蛋白，對於膜蛋白研究至關重要。脂雙層膜電泳是一種直接在脂雙層環境中收集膜蛋白的新穎技術，然而，一般穿膜蛋白在膜中緩慢的泳動度阻礙了該技術的發展。在此，我們成功地開發了細胞膜電泳技術，通過調節緩衝液的pH值和離子強度，將含有12 個α螺旋的穿膜蛋白—葡萄糖轉運蛋白1的電泳動度顯著增強10²倍，以讓在其原生環境中進行快速分離濃縮。我們也發展力學模型，來了解電泳動度如何受膜內阻力、電滲流推力、以及施加電力所影響，模型預測與本研究中在不同pH值和離子強度下，實驗測得的穿膜蛋白的電泳運動度相一致。此外，用此模型預測之幾種脂質探針、脂質錨定蛋白質和重組膜蛋白的電泳動度，也都和先前研究中實驗量得的電泳動度相吻合。結果綜合顯示此模型可預測各式不同大小和電荷性質的穿膜蛋白的電泳動度以及所適用的有效操作條件範圍，提供此技術在濃縮和分離各式膜蛋白的廣泛應用。 

Improving Undergraduate Organic Chemistry Laboratories through Integration with Research: Prospects and a Model Study

Tsun Hei Yu, Pin-Yuan Lian, Jhih-Yu Lin, Li-Yu Chou, Yan-Ru Chen, and Chia-Chi Huang 

J. Chem. Educ. 2024, 101, 4, 1642–1647

淡江大學 化學系 黃家琪助理教授 

「大二有機化學實驗」旨在透過手作讓學生熟悉實驗室實務，但囿於「標準化實驗」與「技巧為先」的傳統課程設計，學習經驗相對瑣碎與脫離現實。本研究嘗試以「化學研究實境」取代現行的「實驗課」模型來引導學生超越實驗技巧的學習，更整體地體驗有機化學實驗的本質。模型緣起於一個真實的分析化學研究計畫，以計畫對兩個 porphyrin化合物的需求為模組，要求學生透過有機合成滿足這個需求，並解決生產過程中的種種挑戰。首先學生必須分析、比較課程所提供的複數個低安全疑慮的文獻方法，選出符合預期生產規模與分析化學實驗室硬體條件的方法。在初步複製文獻合成之後，學生進一步檢討生產方法，以符合環保、永續的概念。透過反應機制的討論與逐步測試，學生成功在不損及產率的前提下將所有反應溶劑 (丙酸與濃硫酸) 用量減半。任務中的一個創新經驗是利用網購的茶具提供蒸氣加熱，取代現代實驗室中已很罕見的蒸氣浴裝置 (steam bath)。最後，學生學習使用可生物分解的界面活性劑乳化其中一個疏水 porphyrin，有效獲得後續水相應用的方法。本研究提供了改進目前有機化學實驗課程的前瞻思維，引導學生從實際生產中不經意地學習到預設的實驗技巧與理論，並體悟有機化學實驗技巧在非有機化學領域的可應用性。 

Mechanistic and Kinetic Insights into Cellular Uptake of Biomimetic Dinitrosyl Iron Complexes and Intracellular Delivery of NO for Activation of Cytoprotective HO-1 

Han Chiu, Anyelina Chau Fang, Yi-Hong Chen, Ru Xin Koi, Kai-Ching Yu, Li-Hung Hsieh, Yueh-Ming Shyu, Tarik Abdelkareem Mostafa Amer, Yi-Jen Hsueh, Yu-Ting Tsao,

Yang-Jin Shen, Yun-Ming Wang, Hung-Chi Chen, Yu-Jen Lu, Chieh-Cheng Huang,

and Tsai-Te Lu 

JACS Au 2024, 4, 1550-1569

林口長庚紀念醫院 組織工程研究中心 陳宏吉醫師

林口長庚紀念醫院 組織工程研究中心 盧郁仁醫師

國立清華大學 生物醫學工程研究所 黃玠誠教授

國立清華大學 生物醫學工程研究所 魯才德教授

近年來，再生醫學與細胞療法已成為新興領域。然而，儘管我們能夠從人體取得細胞並移植到患處，但常常會面臨著患處不利的微環境，進而影響細胞的存活率，從而減弱治療效果。為此，在進行細胞移植之前，利用一氧化氮來活化具有細胞保護功能的HO-1，已成為一種潛在的策略，用以提升細胞療法的效果。

由林口長庚組織工程研究中心的陳宏吉醫師、盧郁仁醫師，以及清華大學醫學工程學系的黃玠誠教授和魯才德教授所組成的跨領域研究團隊，致力於探討再生醫學與細胞療法的新策略。他們在研究中針對兩種結構不同的雙亞硝基鐵錯合物，即DNIC-COOH與DNIC-COOMe，進行了詳細研究，包括進入細胞、在細胞內遞送一氧化氮以及調節下游HO-1的機制、動力學以及效力。首先，他們的研究發現了一個開創性的現象：DNIC-COOMe通過硫醇介導的機制能夠快速且有效地進入細胞，而相對地，DNIC-COOH則通過胞吞作用，較緩慢地進入細胞。進一步研究表明，DNIC-COOH與DNIC-COOMe在細胞內不僅可以通過氧氣誘導的機制釋放一氧化氮，還可以直接將一氧化氮(或次硝酸)遞送至水溶性蛋白型鳥苷酸環化酶(sGC)的血基質中心，從而促進下游HO-1的生成。值得注意的是，DNIC-COOH表現出較為緩慢的進入細胞和細胞內一氧化氮遞送的動力學特性，但這也導致了更有效地提升下游HO-1的表達。此外，在模擬移植後微環境的氧化壓力下，DNIC-COOH展現出了更好的細胞保護效果。這項研究成果進一步展示了雙亞硝基鐵錯合物作為細胞培養基添加物的潛力，並有望應用於新興細胞療法的發展。

國立嘉義大學 應用化學系 和 高雄醫學大學 醫藥暨應用化學系

蘇  明  德  教  授 

 

(文章內容版權為蘇明德教授所有，如需引用請聯繫midesu@mail.ncyu.edu.tw)

純淨的「氮」氣在常溫下是無色無味的氣體，「氮」比空氣略輕，在攝氏零下195.8度時會變成沒有顏色的液體；在零下210.00度時，則成為雪花狀的固體。「氮」在水中的溶解度很小，在平常的狀況下，1公升的水中只可溶解0.02 公升的「氮」氣。

 

 雖然〝氧〞是空氣中不可或缺的氣體，但地球空氣中含量最多的氣體卻是「氮」，據估計在大氣中，「氮」約佔總體積的78%。就氣體來說，「氮」和〝氧〞其實同樣重要，因為「氮」也是維持生命不可或缺的元素之一。只要給予正確的燃燒條件，〝氧〞是很容易起反應的，「氮」則不同，「氮」的特性是在室溫（攝氏25度）下不會有什麼反應。儘管呈現出如此的惰性，還是必須設法讓「氮」起化學反應，因為在這個地球上，每一種生物身上的每一股〝脱氧核醣核酸〞（DNA）、每一條肌肉纖維，以及每一個細胞中的每一種〝酶〞（又稱〝酵素〞）都需要「氮」。 

 

假如有一天，人類把空氣中的「氮」全部用光了，到時候世界會變成什麼模樣呢？若真的到那時候，地球上將發生一場前所未有的大火災，因為〝氧〞氣若是占了95％以上的空間，它就可以自由自在地與其它的物質化合，發揮〝氧化〞作用，使得一切可燃物質都燃燒起來。森林、榖類、房舍、工廠及所有生物都化為灰燼自不用說，即使是鋼鐵也會燃燒起來，發出很明亮的火光。這一場大火是任何一種救火物質都不能撲滅的。砂和泡沫滅火器所產生的〝二氧化碳〞，因為數量很少而不能起作用。水的儲存量雖然很多，可是遇到了高溫將會分解成〝氫〞和〝氧〞兩種氣體，不但不能夠止住火焰，反而會幫助大火的燃燒。由此可知，「氮」在空氣中占五分之四體積的重要性。

 

隨著校園中的鳳凰花盛開，一片火紅宣告著畢業的季節登場。祝福每位踏出校園展翅迎向世界的畢業生，未來的人生掌握在自己手裡，保有自己的獨特性，勇於多方嘗試並承擔責任，不用隨波逐流也不要為他人而活，勇敢的去實踐理想，運用所學帶給環境和社會更積極的影響！臺灣的化學學界及業界能有各位良才投入，讓臺灣未來整體的發展能持續翻新並在全球市場競爭中保持良好的成績和先機。

 

歡迎大家繼續透過化學圖書電子報獲得化學新知和研究新發現，也再次和大家宣傳我們【自然科學及永續研究圖書服務計畫-化學領域】的館際合作服務，當大家在研究中遇到無法獲得的期刊文章、或是無法開啟在電子報中〈書訊補給站〉介紹的專書、〈推薦報導〉的新知，〈臺灣研究新發現〉成果發表的期刊，別忘了「化學中心總圖書室」始終支持您的研究工作，可以提供「零距離、免付費」的館際合作服務，線上提出申請，化學領域的電子期刊、電子書，以及紙本文獻通通都有！化學中心總圖書室會於正常上班時間4小時內回覆(週一~五，09:00-17:00)，歡迎多加利用。

 

也請各位能花幾分鐘的時間填寫服務滿意度調查問卷，您的批評與指教才能使我們不斷改善服務方向和品質，再次謝謝大家。