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112年12月15日,美國化學學會所出版的有機化學期刊(The Journal of Organic Chemistry),封面是一張以烏來瀑布作為背景的化學式。照片由國立臺灣師範大學化學系姚清發特聘教授和印度籍Sundaram Suresh博士後研究員所共同挑選,也是姚清發教授實驗室第六次獲得國際化學期刊封面的殊榮。
本次入選的研究題目是〈碘催化二苯基取代的區域選擇性合成,透過 β-甲醯酮與吲哚的 [4 + 2] 成環反應生成咔唑〉,由姚清發教授指導印度籍的Sundaram Suresh博士後研究員,與實驗室研究生共同負責。該研究的實驗化學式,就像封面中兩旁的水流,沖瀉到石頭(經碘催化)後產生出有趣的產物。
「石頭就像研究時所用的催化劑−碘,透過吲哚(音同引朵)的反應,製備出有趣的產物。」每當姚清發教授受邀投稿期刊封面時,都會慎重挑選符合意境的臺灣風景,來呼應實驗室的研究。
「像去年第五次(112年九月)入圍封面時,就用花蓮的七星潭海岸當作封面,象徵研究成果是經過千錘百鍊而來。而這次第六次的入選,不僅是研究獲得肯定,也是對方認可的期刊封面照片」。國外知名期刊,常會於眾多文章內,邀請多位作者競選該期的封面,並從中挑選出符合期刊主題的研究。
此次研究產生的咔唑及衍生物,是一種重要的含氮且具有芳香性質的雜環化合物。因為分子中具有共軛系統,所以擁有極強的電子轉移特性。近年來在光電、醫藥、材料化學領域中已被廣泛地研究。而姚清發教授選擇對環境較友善的碘作為催化劑,不僅實踐了環境永續,同時產率至少達八成,更提供了後續發展的基礎。
雖然咔唑有多種生產方式,但姚清發教授的研究,不只是找到較理想的合成方法外,同時過程兼具條件溫合且環保的特色。反應除了可以一步到位獲得成品,省下多道程序外,因為能直接在室溫的條件下進行反映,可大幅改善反應條件,減少成本,相信在商業應用上亦具備了極高競爭力。
「如果你是工廠負責人,生產必須在高熱或低溫的環境或條件下,同時還需要許多步驟來完成反應時,成本一定很高。而此次的研究不僅能在室溫(25°C)的溫和條件下進行反應,而且原料又便宜容易製備,良率又高,非常難得。」正因如此,姚清發教授的研究未來在商業應用中,應具備極高的競爭力。
從事碘研究具有相當豐富資歷的姚教授,相關文獻常被引用,更連續多年受到國外研究機構的認可。這次以有效率且低成本方式生產咔唑,可不必使用常具有毒性的過渡金屬當作催化劑,更是直接以環境中已存在的碘分子,因此對環境也相對友善,在訴求環保的現在,更能實踐綠色化學的目標。
「我常常跟我的學生說,不要忽視實驗中的任何一個細節。因為往往可以預期的故事,可能並不是最精彩的部分。往往更精彩的故事或是美麗的錯誤,都是發生在意料之外,所以絕不可以忽視任何現象。」姚教授認為,很多學生都只會專注在老師的要求,卻錯過或忘記觀察主要現象獲是研究預期之外的現象,非常可惜。
姚清發教授除了在化學研究上有相當優秀的成績外,與此同時,他還有另外一個身份,是教育部國民及學前教育署(簡稱國教署)自然科學領域的召集人。他時常和師大化學系的陳美玲老師、林文偉教授……以及桃園市自然科學領域輔導團、龍岡國中梁忠三校長團隊,以及建國中學曹淇峰老師(師鐸獎得主)、趙君傑老師等,帶著學生及教學器材跑遍臺灣各地,深入偏鄉學校,只為讓當地的學生能夠體驗自然科學實驗的奧妙。
姚教授的助理,同時也是指導學生的韓欣倫,認為姚清發是個很親和、沒有距離感的老師,「他每年都會訓練一批大學生,共組團隊到偏鄉服務。例如,去年112年就服務超過50所國中及國小的學校。他與學生間感情非常好,完全沒有架子,家長也都非常放心地讓小朋友參加國教署,以及國立臺灣師範大學所舉辦的各種自然科學實驗的活動。」
姚清發教授在師大服務超過30年,發表在知名國際化學期刊上的研究超過170篇,以及完成十個專利申請。其中除了少數是與校內的其他系所的師長或其他院校合作的論文外,絕大部分均是他與學生合作的結晶。堅持資源要公平分配的他,不只學術成就斐然,更是最會為學生著想的老師。(撰稿: 楊詠盛 / 編輯:張適 / 核稿:胡世澤 )