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國立臺灣大學化學系

2028 臺大百大貢獻

國立臺灣大學的前身為1928年(日本昭和三年)創立的臺北帝國大學,而今日的臺大化學系可追朔至帝大時期的理農學部化學科。在臺灣大學即將於2028年迎接百年校慶之際,將陸續就「學術領航」、「產經發展」及「社會貢獻」三類,遴選出100件對世界或臺灣有深遠影響的重大貢獻事蹟,呼應百歲校慶標語「百年淬礪 世紀傳薪」。於2024年與2025年底陸續發佈的24件與15件臺大百大貢獻事蹟中,已有三件與化學系有直接的連結,經整理如下簡介。在邁入下一個百年之際,臺大化學系肩負著繼往開來的使命,將延續歷代教研人員在學術上的卓越表現,繼續培養國際級的研究、教學及產業人才。

 

臺灣天然物化學先驅者及有機化學人才培育

野副鐵男教授(Tetsuo Nozoe, 1902-1996)師承「日本有機化學之父」真島利行教授,1926年自東北帝國大學畢業後即進入臺灣總督府工作。1929年加入臺北帝國大學,擔任化學科教師,直到1948年離開更名後的臺灣大學,在臺大任教約二十年,他在天然物化學的先驅性發現以及培育有機化學領域人才,奠定了臺大化學系的龍頭地位。

他最重要的學術貢獻是發現並闡明了檜木醇(hinokitiol)的結構,將芳香性範圍擴展到非苯類。野副鐵男教授在1936年從檜木精油中分離出酸性化合物-檜木醇,揭示其非苯型七員環芳香性結構(tropolone,䓬酚酮)。1945年,偶然在檜木精油的鐵桶旁取得大量紅泥(檜木醇與鐵形成的錯合物),分離出公斤級晶體,再次確認其芳香族特性。1948年,在臺大校長陸志鴻支持下,將檜木醇及衍生物運回日本東北大學,展開其非苯類芳香族化學領域(如䓬酚酮與薁)的蓬勃偉業。1958年獲頒日本文化勳章,1978年獲中華民國教育部文化勳章,1970年創立國際非苯環芳香烴會議(ISNA)。長期活躍於國際化學界,他的9本簽名簿收集全球上千位化學家的簽名與紀錄傳為美談,他也是日本首位被提名的諾貝爾化學獎候選人,多達17提名人次。

另外,他的發現更促成了天然物在醫藥、抗菌及化妝品的廣泛應用。1938年與醫學院桂重鴻教授(Shigehiro Katsura)合作研究,發現檜木醇能抑制結核桿菌。1956年日本檜新藥株式會社成立,迄今仍生產含檜木醇成分產品。1997年日本成立檜木醇博物館。

即使離開臺大,野副鐵男教授仍與臺大化學系保持密切聯繫,不忘提攜後進。1947年,林耀堂教授接續其天然物分析實驗室,羅銅壁、王光燦、鄭玉瑕、郭悅雄、劉廣定等年輕學者先後加入,形成穩固傳承,是1950-1980年代臺灣有機化學研究主力。

檜木的芬芳孕育了突破性的發現,培養一代又一代學術菁英,野副鐵男教授與臺大化學系在天然物分析領域走出屬於臺灣的經典里程,共同在化學史上寫下重要的一章。

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野副鐵男教授1926年(後排左三,時年24歲)於日本東北大學的畢業照,前排中為其指導教授真島利行。右上角為東北大學化學系系徽,其中七元環取自野副鐵男教授對於非苯型七員環芳香化合物的研究工作,而漆樹葉代表真島利行教授對於漆酚研究的貢獻。

 

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1990年野副鐵男教授在台灣慶祝八十八歲米壽之合影。前排由左至右依序為:陳發清教授夫婦、林挺生董事長、林耀堂教授夫婦、野副鐵男教授夫婦、劉盛烈教授夫婦、林渭川教授夫婦、陳英茂教授。
(相片由臺大化學系提供)

 

蛇毒研究(毒理、機轉、分子結構之解析及合成、基因轉譯),促進心肌梗塞等新藥發明

蛇毒研究是臺灣本土生物醫學領域最具代表性研究,聞名國際學界。從1930年代杜聰明教授帶領臺大藥理學科(當時為臺北帝大藥理學教室)開始,李鎮源、歐陽兆和師承,之後有張傳炯、鄧哲明和黃德富等人接棒,分別在神經毒素和血小板凝集研究上有突破性成果,將臺灣蛇毒研究推上國際學術舞台,也間接帶動了現代利用分子生物學研究受體蛋白及其基因之轉譯醫學研究。

針對蛇毒研究,杜聰明教授曾制定四項漸進目標:毒理作用、致病機轉和治療方法,以及蛇毒在藥物方面的利用價值。1941年他研究出從蛇毒提煉出麻醉劑的方法,讓患者不致於因嗎啡過量而上癮。

蛇毒分為神經性蛇毒、出血性和混合性蛇毒。1963年李鎮源教授與張傳烱院士以電泳法由雨傘節分離出特有的神經毒素α-及β-bungarotoxins,發現病毒與乙醯膽素受體的結合、抑制與釋放的致死機轉,發表了毒素對神經-肌傳遞之藥理作用,對當代神經科學研究有極大貢獻。李鎮源於1985年當選國際毒素學會會長,是臺灣第1位。

至於出血性蛇毒,歐陽兆和院士於1957年在《臺灣醫誌》發表<台灣產五大蛇毒之粗毒素對血液凝固的影響>,後來鄧哲明與黃德富純化出血性蛇毒蛋白並探討其對止血功能之作用機轉。1986年黃德富教授在赤尾鮐蛇毒中發現抗血栓蛇毒蛋白trigramin,後由國際藥廠研發成為抗血栓藥Aggrastat,開啟了蛇毒蛋白質藥物之新頁。2009年與符文美教授、成大莊偉哲教授合作,利用基因工程方式研發治療骨質疏鬆、黃斑部病變和腫瘤等新藥。

要進行蛇毒蛋白研究,須先置備各成分的純品,因此運用化學技術,進行純化再完成分子結構研究,是推動分子毒理學/分子藥理學研究的先決條件。蛇毒蛋白質的化學方法是1950年以後發展的新技術,臺大化學系羅銅壁教授和王光燦教授的實驗室分別在分離純化和結構分析方法上迭有創新,而王光燦教授所開發的「聚醯胺薄膜色層分析法」被形容為窮人的實驗法,廣泛地應用在蛋白質中胺基酸序列的決定上,協助無數國內外科學家突破瓶頸,包括1972年諾貝爾化學獎及醫學獎得主莫耳(Stanford Moore)、斯丹(Willian Stein)和愛德蒙(Gerald Edelman)等人。

羅銅壁院士於1927年出生於南投縣埔里鎮,在就讀臺大化學系時期深受中塚佑一、野副鐵男及林耀堂教授的影響,跨越了日治與戰後的兩個時代。在取得日本東北大學博士學位後,羅銅壁院士受李卓皓院士邀請至加州大學柏克萊分校參與腎上腺皮質素(ACTH)的人工合成,因此開始學習蛋白質分離、純化及生物檢驗的操作,從此與蛋白質研究結緣。1961年羅銅壁院士回台成立蛋白質化學研究室,將生物化學帶入臺灣,並與李鎮源教授合作進行眼鏡蛇蛇毒研究。他以離子交換法分離蛇毒蛋白,採用醋酸胺作為揮發性緩衝溶液,達到更好的純化效果。1972年,羅銅壁院士協助創辦臺大生化科學研究所和中研院生物化學研究所並擔任所長,1978年至1990年間先後擔任臺大理學院院長及臺大教務長,推動思亮館學生實驗室的設立。

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(左圖)1946年野副鐵男教授(前排右一)研究團隊合影,後排左三為羅銅壁院士。(右圖)1984年思亮館落成典禮,前總統嚴家淦(右二)蒞臨揭幕,右一為虞兆中校長,右三為時任臺大理學院院長的羅銅璧院士。
(相片由臺大化學系提供)

 

王光燦院士於1948年進入臺大化學系就讀,師從林耀堂教授進行天然物分離與鑑定構造的工作,他的第一個研究工作是決定檜木精油中酚類化合物(即俗稱芬多精成份)的構造。在當年臺灣研究資源貧乏的環境中,王光燦院士使用蟻酸將林耀堂教授提供的耐綸(nylon)襯衫溶解,純化風乾後製成耐綸粉末用於進行管柱層析,以純化黃酮類化合物。1965年,王光燦院士進一步開發出以濾紙色層分析有效分離天然物與有機化合物的技術,成功地分離了鄰位、間位及對位甲苯酚這些在當時因為構造上差異很少而很難以一般傳統方法分離的化合物,而這個聚醯胺博層分析法後來被廣泛地應用在蛋白質中胺基酸序列的決定上。在1970年代,王光燦院士以胜肽合成技術,完成蛇毒蛋白的化學合成,為臺灣第一個完成蛇毒蛋白再摺疊步驟的實驗室。1980年代,他致力以酵素進行有機不對稱合成反應,以及微波加速胜肽水解與合成反應,而被尊為臺灣生物有機化學先驅。

在羅銅壁與王光燦兩位院士帶領下,臺大生化科學研究所利用蛇毒蛋白為材料,培育數十位蛋白質化學家包括翁啟惠院士。臺灣蛇毒研究不僅在藥理學上有重大意義,也是生物化學研究的重大成就。逾百年的蛇毒研究世代交棒,開枝散葉,持續締造紀錄中。為了繼續推展台灣生物有機化學的研究,中央研究院李遠哲院士、翁啟惠院士等人共同發起,於2000年10月18日成立「財團法人台北市王光燦生物有機化學教育基金會」,並設立「王光燦生物有機化學講座」,每年頒獎給一位對生物有機化學有重大貢獻的國際知名學者,並邀請至國內演講、與產學座談提供研究心得及建議。

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1978年王光燦院士發表蛇毒蛋白化學合成的研究文章。

 

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1999年王光燦院士(左)的退休餐會上,翁啟惠院士(右)贈與恩師紀念品。

 

首位榮獲諾貝爾獎返國奉獻,提升臺灣研究實力至世界一流

臺灣大學化學系畢業校友李遠哲是第一位獲諾貝爾獎的臺灣人。他於1967年與Dudley R. Herschbach設計出全世界第一部通用型交叉分子束儀(命名為「HOPE」),讓科學家能觀察所有分子碰撞與化學反應過程,對科學研究有廣泛的貢獻。因這項革命性發明及其在分子化學反應動力學研究領先群倫,而獲頒1986年諾貝爾化學獎。

李遠哲於1967年取得美國柏克萊加州大學博士,主要研究領域為化學動力學、反應動態學、分子束等。在美國多所大學任教期間,為美國培養化學界人才。他將其獨步全球的分子束設備和研究帶回臺灣,指導年輕學者打造更精密的質譜儀,在地球、海洋、大氣和天體物理學開創研究先例。

基於關心臺灣科學發展,早在1982年與中研院士連署提議籌設原子與分子科學研究所,為推動國家高科技工業奠基,先後邀請張昭鼎、林聖賢、劉國平、莊東榮等世界知名學者回國主持。設址於臺大的原分所在他返國出任中央研究院院長的1994年,正式升格並躍為國際頂尖學術中心。同年與產學界共同創辦傑出人才發展基金會,這是我國第一個私人募款專用於延攬與獎勵優秀學者的基金會,延攬了翁啟惠、賴明詔、張光直等國際知名學者合計超過5千名海外學人回國服務,其中有1200位博士,共同推動臺灣科學研究整體發展,為打造美好的世界盡一份心力,臺灣高等教育亦由此蓬勃發展,科學研究邁向世界一流。

2023年8月29日,李遠哲院士於國立科學工藝博物館舉辦的「諾貝爾獎得主:李遠哲與他的—HOPE」特展開展典禮進行致詞由李遠哲院士親自繪圖設計的「交叉分子束儀器—HOPE」,現展示於國立科學工藝博物館,也是全國第一件科技文物國寶

(左圖)2023年8月29日,李遠哲院士於國立科學工藝博物館舉辦的「諾貝爾獎得主:李遠哲與他的—HOPE」特展開展典禮進行致詞。(右圖)由李遠哲院士親自繪圖設計的「交叉分子束儀器—HOPE」,現展示於國立科學工藝博物館,也是全國第一件科技文物國寶。
(相片由彭旭明院士提供)