• 學位論文

利用原子力顯微鏡觀察生化分子在表面上的形貌及測量分子間作用力

本論文是以原子力顯微鏡(atomic force microscope, AFM)作為研究工具，對生化分子進行表面形貌掃瞄以及測量分子間作用力。利用AFM的輕敲式模式觀察普昂(prion)胜肽片段SHPrP109-122、沙門氏菌(salmonella)及微脂球(liposome)等生化分子在表面上的形貌。結果顯示，普昂會形成大範圍的類澱粉樣纖維沉澱，其長寛高分別為> 400 nm、11.2 ± 1.3 nm及0.9 ± 0.1 nm。實驗發現探針的力道會影響所觀測得的高度，因此必須以不使普昂高度變化的力道來掃瞄表面形貌。配合固態核磁共振儀(solid state NMR)的實驗結果，我們推測類澱粉樣纖維是以反向平行(anti-parallel)的方式排列而成，並組成兩條互相同向平行的原纖維細絲。 對於微脂球及沙門氏菌表面形貌掃瞄結果顯示，微脂球的平均直徑及高度為299 ± 70 nm及52.9 ± 17.1 nm；沙門氏菌呈桿狀，其長寛高分別為2.37 ± 0.44 m、1.29 ± 0.20 m及0.74 ± 0.22 m。實驗中發現，沙門氏菌的表面有大小似微脂球的小隆起，推測可能是細胞膜表面的皺摺。在觀察微脂球形貌時發現，微脂球在雲母(mica)及石墨(HOPG)的表面上會因為不穩定，而崩解形成脂雙層(lipid bilayer)及單層脂質層，造成微脂球不穩定的原因，推測與微脂球的組成、大小、接觸的表面性質以及探針的作用等有關聯。利用此現象我們將修飾了沙門氏菌抗體的微脂球置於HOPG表面上，待微脂球崩解即可在HOPG表面上形成具有沙門氏菌抗體的脂質層，藉此修飾方法，我們以抗原–抗體間的作用力將沙門氏菌固定在表面上。 對於分子間作用力的測量，我們利用AFM測量15c5對鹼金族、鹼土族及Pb2+的斷鍵力(unbinding force)，並且觀察溶劑極性及鄰近分子對於斷鍵力與錯合機率的影響。結果顯示15c5對Na+與Mg2+不會發生2:1錯合，而對K+與Pb2+會形成2:1的錯合，且斷鍵力各別為41 ± 10 pN及70 ± 17 pN，而。我們利用改變探針載荷速率(loading rate)實驗，發現在室溫下測量到的斷鍵力不受探針載荷速率的影響，暗示15c5與K+錯合物的錯合/解離速率快過於探針的載荷速率，錯合物沒有由探針獲得能量幫助解離，因此測量的斷鍵力為熱力學平衡狀態下的作用力。

• 學位論文

以同步輻射光源結合雷射技術研究1D能態硫原子的自游離態、光解有機硫化物產物硫原子的分支比以及氙分子的高激發雷德堡能態

利用同步輻射的VUV光源結合雷射技術研究1D2硫原子收斂在游離極限S+(2D03/2,5/2) 的自游離態，由1D2硫原子躍遷至自游離雷德堡系列: 3s23p3(2D03/2) nd[3/2] 以及 3s23p3(2D05/2) ns[5/2]，分別將其主量子數n推進到 16 和32，也指認了n = 5-9 的 3s23p3(2D03/2) nd[1/2]1 與 (2D05/2) nd[5/2] 兩個雷德堡系列，以及新系列 (2D03/2) nd[5/2]，n = 7-13。能量在 85 335 cm-1 的未知譜線則根據量子缺陷被指認為 3s23p3(2D03/2) 6d 1P。由已指認的1D2硫原子的自游離態光譜，決定了二硫化碳、環硫乙烯以及環硫三亞甲基經193 nm光解後，產物硫原子在3P及1D之分支比S(3P)/S(1D)，分別為2.67±0.47、1.34±0.11以及0.85±0.04，在環硫三亞甲基光解反應中，證實有3P能態硫原子產生，可能經由激態能量轉移至三重態位能面而來。結合同步輻射光源及紅外光雷射，研究氙分子之高激發雷德堡能態，利用高解析度同步輻射光源選擇高能態氙原子，經碰撞形成激發態氙分子，以紅外光雷射激發到自游離能態後分解形成 Xe + Xe+ + e-，經偵測氙離子可獲得在84 000-86 000 cm-1能量範圍內的氙分子雷德堡態，光譜有19個氙分子譜帶被觀測到，對應氙分子譜帶與原子譜線，這些譜帶的解離極限可能在 Xe* 7p, 6d與 6p’能態。

• 學位論文

鎳金屬催化合成多取代異喹啉衍生物及其在有機發光二極體與天然物合成上的應用

多取代異喹啉衍生物可以廣泛被應用在合成藥物、天然物以及有機發光二極體的材料上。因此如何以簡便的方式合成異喹啉衍生物是長久以來被關注的一門學問。本篇論文提供一系列簡便的鎳金屬催化合環方法，利用酮肟化合物作為起始物，可以合成出C1、C3與C4上具有不同官能基的異喹啉衍生物，並將之應用在合成藥物Papaverine以及有機發光二極體的銥金屬配位基。除此之外，在本篇論文中另外討論合成異喹啉衍生物的困難性，包括：1.苯腙化合物作為起使物，會生成吲唑或茚的副產物。2.酮肟化合物本身會有E,Z-form而影響反應的產率。3. 二苯甲酮肟在鎳金屬催化下會打斷起始物的氮氧鍵形成副產物的現象。

• 學位論文

二-(2-苯基吡啶)-(2,2’-雙吡啶)-銥金屬錯合物之電子激發態之光譜動力學研究

摘要 我們研究錯合物二-(2-苯基吡啶)-(2,2’-雙吡啶)-銥金屬[Ir(ppy)2bpy]PF6在不同極性溶劑下之激態衰減動力學，發現在可見光放光譜帶具有三磷光放光譜帶，放光峰分別在460 nm、500 nm和580 nm。並且利用時間相關光子計數，測量短時域之生命期。藍色譜帶之生命期約為0.79 ns~2.56 ns，綠色譜帶之生命期約為0.13 ns~4.8 ns，橘色譜帶之生命期約為0.34 ns~0.84 ns。並且研究其放光能階之生命期對於溶劑極性之關係，以及低溫放光光譜的相對位移程度，由測得生命期和低溫位移情況，我們指派放光峰460 nm為主要來自配位基間ppy-bpy之3π-π*，放光峰500 nm為主要來自於3MLCT(ppy)B，指派放光峰580 nm為主要來自於3MLCT(bpy)A能階。此環銥金屬錯合物不僅最低能量之能階3MLCT(bpy)放光，3MLCT(ppy)及3LLCT均能釋出磷光。

• 學位論文

BMVC 相關小分子於癌症的研究：癌症檢測與光動力治療

本論文介紹了一個具有癌細胞辨識能力的有機小分子BMVC，BMVC在細胞中的特色是在癌細胞的細胞核中發出很亮的螢光訊號，然而在正常細胞中則只在細胞質有微弱的螢光，基於這特別的螢光特性，使我們可以利用BMVC的螢光區分正常細胞和癌細胞，進而運用BMVC成為臨床上極具潛力的癌症檢測螢光探針。 而本論文主要探討的重點是”為什麼BMVC可以成為一個癌細胞檢測螢光探針?” 從共軛焦顯微鏡的結果得知，BMVC主要位於癌細胞的細胞核(nucleus)與粒線體(mitochondria)，而在正常細胞中主要卻是在溶酶體(lysosome)。一些前驅實驗得知，BMVC主要是經由胞吞作用(endocytosis)進入細胞，送入溶酶體後，會留置在正常細胞的溶酶體中。然而若是利用FCCP改變溶酶體或是經由microinjection越過胞吞作用進入溶酶體，則BMVC有機會進入正常細胞的細胞核。但是針對癌細胞，我們並不確定BMVC為何不會被留在癌細胞的溶酶體中。直到最近研究顯示，溶酶體的膜通透(lysosomal membrane permeabilization)和癌細胞與細胞死亡極為相關，引領我們探討癌細胞和正常細胞本身的溶酶體膜通透程度的異同。後續我們利用cathepsin免疫螢光染色實驗以及空泡形成(vacuolization)的實驗顯示癌細胞與正常細胞的溶酶體膜通透性不同。這項不同可能導致BMVC被留置在正常細胞的溶酶體中，但可自由的穿出癌細胞地溶酶體，而終至癌細胞的細胞核與粒線體。 另外，利用一系列BMVC衍生物探討其結構與細胞中位置之關係，結果顯示hydrogen bonding capacity (HBC)值高的BMVC衍生物對於正常細胞溶酶體膜的通透能力差，因此被留在溶酶體中的比例大。然而，由溶酶體釋出的BMVC衍生物在癌細胞中的位置則與親脂性(lipophilicity)相關，較親脂(lipophilic)的BMVC衍生物則較容易停留在粒線體。這項結果顯示，我們可以經由調控有機小分子的HBC和親脂性，來決定這個小分子在細胞中的位置。更重要的是，從分析這些BMVC衍生物得知，具有和DNA作用螢光大幅增強且特定分子特性的BMVC衍生物具有潛力成為癌症檢測的螢光探針。 最終，延續”癌細胞選擇性”的想法，一個結合BMVC和porphyrin的複合分子o-2B-P被設計為具癌細胞選擇性的光動力治療藥物，結合BMVC與porphyrin提供了450-500nm這段特別的光激發波段，可選擇性地激發o-2B-P而不去傷害到細胞或是組織中含porphyrin的自然分子。此外，o-2B-P在光照前主要位在細胞質，呈現紅色的螢光，但在光照後，則會位移到細胞核，呈現黃綠色的螢光，實驗證實這樣照光產生o-2B-P位移的過程代表了光動力治療的發生，重要且有趣地是，這個過程在癌細胞與在正常細胞中發生的速率是不一樣的，藉此不同，在調控的照光強度與時間下，我們可選擇性地殺死癌細胞而盡量不破壞到正常細胞。 總結而言，這份研究始於BMVC在癌細胞與正常細胞中差異的螢光訊號應用至臨床癌症檢測。然而，在共軛焦螢光顯微鏡實驗中，發現BMVC在癌細胞與正常細胞中是位於不同的胞器，更深入的探討發現，BMVC在細胞中位置的不同可能是癌細胞和正常細胞間溶酶體膜通透性的不同所造成，而這個不同點將有機會被應用至未來癌症探針發展或是選擇性抗癌藥物的設計。我們進而也設計了系列BMVC衍生物以篩選出更佳的癌症探針分子。根據不同的BMVC衍生物在細胞中位於不同的位置，促使我們發現可以利用分子結構特性例如：親脂性和HBC調控小分子在細胞中的位置與生理反應，同時提供正常細胞與癌細胞胞器間異同之資訊，也讓我們了解細胞中的胞器如：溶酶體或粒線體各會吸引那些分子結構特性的小分子進出。最終，o-2B-P於光動力治療的應用成果展示了癌細胞標的分子與抗癌藥物結合成選擇性抗癌藥物的成功案例。

• 學位論文

鈷催化共軛烯酮與炔類之不對稱還原偶合及[3+2]環化反應

在本篇論文中，首先在CoI2/(R)-BINAP)/Zn/ZnI2催化系統下，以1,4-dioxane為溶劑、H2O為質子的來源，在室溫下反應24小時，將炔類(1a-1g)及環共軛烯酮(2a-2d)順利的進行分子間不對稱還原偶合反應，並且得到一系列具有高鏡像、立體、位向選擇率的多取代烯類衍生物。接著藉由產物2.3a、2.3f絕對結構的鑑定，更進一步的了解手性配位基在反應中間體中所造成的立體效應對於產物絕對結構的影響。 此外，分別在CoBr2/dppe/Mn/ZnCl2/CH3CN以及CoI2/BINAP/Zn/ZnI2/1,4-dioxane的催化系統下，不額外添加H2O為質子來源，在40oC下反應24小時，可將炔類(1a-1l)以及環共軛烯酮(2a-2e)順利的進行分子間[3+2]還原環化加成反應，並且得到一系列具有高立體選擇率之[2.2.1]及[3.2.1]雙碳環醇衍生物。此分子間[3+2]還原環化加成反應拓展炔類與共軛烯酮，在過渡金屬催化下新的反應類型。並且利用同位素實驗更進一步的了解反應機構。 最後我們延續上述分子間[3+2]還原環化加成反應，利用CoI2/(R,R′,S,S′)-Duanphos/Zn/ZnI2催化系統下，以1,4-dioxane為溶劑，在室溫下反應24小時，將炔類(1a-1i)以及環共軛烯酮(2a-2e)順利進行不對稱分子間[3+2]還原環化加成反應，並且得到一系列具有高鏡像及立體選擇率的[2.2.1]及[3.2.1]雙碳環醇衍生物。藉由產物3.3a絕對結構的鑑定，使得我們更進一步的了解手性配位基在反應機構中的影響。此外我們根據炔類與環共軛烯酮類化合物分別進行不對稱還原偶合反應以及不對稱[3+2]還原環化加成反應的結果，進一步探討此兩種反應的互相關係。

• 學位論文

開發新穎EGFR激酶抑制劑於抗癌藥物之研究

肺癌是當前對人類的健康和生命最具威脅的惡性腫瘤，其中非小 細胞肺癌 (NSCLC)佔了約80% ~ 85%。研究顯示上皮生長因子受器 (EGFR)的過量表現和NSCLC 之間有相當密切的關連。EGFR 為一膜 蛋白，包含了膜外的配體 (ligand)結合受器及膜內的酪胺酸激酶 (tyrosine kinase)。愛瑞莎 (Iressa)和得舒緩 (Tarceva)是兩個通過美國 FDA 的NSCLC 上市藥物，藉由和三磷酸腺苷 (ATP)競爭EGFR 激酶 的活性位置來抑制激酶的活性。但服用愛瑞莎或得舒緩顯現療效的病 患，平均6–12 個月即會產生抗藥性，其中約50%的病患是因為單點 突變 (T790M)造成抗藥性，而使藥物失去效用，因此我們的目標是 發展兼具有一般EGFR 及突變EGFR 激酶抑制活性的化合物，期望在 將來對有抗藥性的病患能提供一個更佳的治療方法。 藉由混成設計(hybrid design)及循理性設計(knowledge-based design)，引入具有立體中心的(S)-phenyl-glycinol 及Michael acceptor 至高通量細胞篩選所獲得出的先導化合物43 中，得到一系列化合物 135，150，175 及178，對EGFR 激酶酵素及EGFR 過度表現的HCC827 肺癌細胞株皆具有1~9 nM 抑制活性，且對愛瑞莎抗藥性的雙突變 EGFR (T790M/L858R)激酶酵素也有10~305 nM 的抑制效果。在結構 與活性的研究中得知，具有立體中心的(S)-phenyl-glycinol 及Michael acceptor 在抑制EGFR 激酶活性上皆是不可或缺的重要因素，將於論 文中詳述，部分結果已發表於J. Med. Chem. 2010, 53, 7316–7326。

• 學位論文

脯氨酸和苯酚的紫外光致分解量子產率

人體裡的氨基酸都是左旋形式的，為了探討氨基酸分子單一對掌性(homochirality)的原因，本論文對於氨基酸分子的非對稱光分解做了初步的研究，我們選用了左旋脯氨酸來進行紫外光光分解的實驗，首先我們先測得脯氨酸的圓二色光譜(circular dichroism CD)，再從選用CD光譜峰值的波長的雷射來照射我們的氨基酸水溶液，氨基酸水溶液是放置在我們自行架設的不銹鋼腔體中，利用市售的傅式紅外線光譜儀測量照射後IR光譜的變化，從IR吸收峰的變化來計算出氨基酸分子的光分解量子產率，更進一步去推測光分解量子產率和氨基酸分子單一對掌性的原因。另外我們選擇了一個有排斥態(Repulsive State)的分子:苯酚，來和我們的氨基酸分子做比較，看看是否有排斥態的分子的光分解量子產率會不會比氨基酸安子要來的高。

• 學位論文

以超快時間解析螢光光譜研究四氰基乙烯與苯錯合物電子轉移動態學之溶劑效應

本論文以四氰基乙烯(TCNE, tetracyanoethene)與苯(benzene)所形成的電荷轉移錯合物，作為研究電荷再結合(charge recombination)過程的分子系統。利用實驗室自行架設之克爾光閘時間解析螢光光譜儀(optical kerr gating time-resolved fluorescence spectroscopy)以飛秒雷射脈衝激發四氰基乙烯-苯錯合物的電荷轉移吸收譜帶(charge transfer band)，量測四氰基乙烯-苯錯合物於乙、二氯甲烷與環己烷，三種極性不同溶劑的時間解析螢光光譜，探討溶劑極性對的電荷再結合速率的影響。藉由分析時間解析螢光光譜所獲得的實驗數據，可以得到激發態四氰基乙烯-苯錯合物的動態學；受到激發後的四氰基乙烯-苯錯合物一開始先被溶劑穩定，隨後進行電荷再結合的過程。實驗數據經擬合(fitting)後，所得到激發態四氰基乙烯-苯錯合物的電荷再結合速率於乙腈、二氯甲烷和環己烷分別為(3ps)-1 、(21 ps)-1與(70 ps)-1；電荷再結合速率受到溶劑solvation穩定激發態錯合物，拉近基態與激發態位能曲線，降低反應的活化能的影響，溶劑極性越高電荷再結合速率會變得越快。我們提出一個新的函數M(t)，描述激發態分子在緩解(relaxation)過程中激發態分子數(excited state population)與躍遷偶極矩(transition dipole moment)隨時間的變化；M(t)的計算方法為在各延遲時間t下將每一頻率 所測得的螢光放光強度除以其頻率的三次方，再對全部的頻率積分。根據M(t)的分析，我們發現四氰基乙烯-苯錯合物只有在極性溶劑中的時間解析螢光光譜，於時間零點附近有一個非常快速衰減的成分(<0.2 ps)，我們推測這是四氰基乙烯-苯錯合物被激發後，快速的solvation或錯合物結構之變化，使得錯合物內部電荷分布改變，導致transition dipole moment快速變化的過程。

• 學位論文

肝素寡醣體晶片的製備及其應用

Abstract Cell-surface heparan sulfate (HS) and its structurally related heparin (HP) play significant roles in a diverse set of biological processes, including cell-cell communication, viral infection, and molecular recognition. However, these materials are not readily available from nature. In this dissertation, we aim to prepare HS/HP oligosaccharides and resolve the difficulties encountered during the synthesis. With the synthesized oligosaccharides, surface plasmon resonance technology would be used to detect the role and relationship of these sugars with other biological molecules. Chapter 1 initially describes the major components of the cell surface carbohydrates. Structural characterizations as well as biological properties of HP/HS are then discussed to provide a deeper understanding of the relationship between HP and HS. Chapter 2 provides a brief introduction and reviews the literature on the synthesis of heparin octasaccharide or longer sugar chain in recent years. The specific aims and the retro-synthetic plans to address the new preparative routes are illustrated in Chapter 3. Chapter 4 outlines the construction of even-numbered HP/HS oligosaccharide skeletons from nonreducing end to reducing end, and in particular, the improvements on the reaction pathway. In Chapter 5, the synthesis of odd-numbered fully-protected HP and HS skeleton is detailed. The methodology utilized a linker-attached monosacchatide which was coupled with the even-numbered skeletons to obtain the target compound. The synthesis of HP/HS di-, tetra-, hex and octasaccharides through an eight-step functional groups transformation of the corresponding sugar skeletons is illustrated in Chapter 6. Chapter 7 presents the attachment of the prepared compounds into a chip together with the investigation of interaction with the proteins FGF1 and HBHA. Strong binding with FGF1 was detected. The conclusion of our synthetic work is summarized in Chapter 8. Finally, Chapter 9 provides the detailed experimental procedure and the characterization of all new compounds. 摘要 硫酸乙醯肝素(heparan sulfate, HS)與肝素(heparin, HP)是屬於葡胺聚醣(glycosaminoglycan, GAG)的生物分子。到目前為止已經被發現有許多生理反應或病毒的感染皆是透過和硫酸乙醯肝素的鍵結，但是硫酸乙醯肝素在自然界中不容易取得，為研究硫酸乙醯肝素與其他生物分子(例如:病毒、細菌、或生物體重要的蛋白質)間作用的機制。本論文將著重於如何使用化學合成來製備結構確定且成份均勻的硫酸乙醯肝素的寡醣體，再利用電漿表面共振技術，探討其與蛋白質的作用關係。 這篇論文分成九個章節，第一章主要是在描述細胞表面的醣類種類，並將重點著重在描述硫酸乙醯肝素與肝素兩者的結構與生物活性。第二章則次針對近幾年來醣類生物化學家，對有關合成肝素八醣或八醣以上的報導。第三章則是提出我們想要解決的幾個問題及我們想要合成的目標分子，並試著將目標分子進行反合成分析。 第四章描述了如何由非還原端來建構偶數肝素寡醣體的骨架，並且改進合成的路徑。第五章描述了我們對於構成硫酸乙醯肝素與肝素的奇數醣體骨架的的合成工作，在遇到一些問題之後，改由具丙烯基的單醣體骨架配合連結體重新建構單醣，並成功完成骨架建立工作。第六章是描述改變連結單元接上寡醣體骨架以後，經由八個步驟就可以得到硫酸乙醯肝素的雙醣體、四醣體、六醣體以及八醣體。最後，第七章提出了製成硫酸乙醯肝素的醣晶片後，針對於蛋白質FGF1和HBHA測試，並且在與FGF1的偵測中，獲得不錯的結果。 第八章結論中，我們統整了第四到第七章的合成與測試成果。第九章則是提供了在合成工作中所需要的實驗步驟與新產生化合物的詳細物理性質與光譜資料。