——记南京大学化学化工学院无机化学教授史壮志
　　
本刊记者  倪海波

　　
　　
　　2010年10月6日，诺贝尔化学奖在瑞典皇家科学院揭晓，以共同奖彰美国科学家理查德·赫克和日本科学家根岸荣一、铃木章在钯催化交叉偶联反应方面做出的卓越研究。南京大学化学化工学院教授史壮志的研究就与“金属催化的偶联反应”息息相关。
　　随着社会的发展，人们对环境发展、生活质量的要求越来越高，在工业生产中，如何使用环境友好并且高效的手段去构建化学键等一系列问题，越来越被工业界所重视。但学术界必须始终走在科学的前沿，必须为解决这些棘手的难题提供理论支持。众所周知，传统的交叉偶联反应需要用到大量的非自然界存在的卤化物以及金属试剂，史壮志介绍：“它们不仅费时、费力、费财，还容易造成环境污染，因此并不是一个合理的方法。”而更加理想的方法是从这些卤化物的前体，也就是广泛存在自然界中烃类、胺类、醇类以及羧酸类等化合物出发构建相应的偶联产物，才更加符合“原子经济性”和“步骤经济性”。史壮志想要实现的，正是这样一条集经济性和环境友好型为一体的理想的绿色化学途径。
　　
稳步践行科研理想
　　史壮志所在的南京大学配位化学国家重点实验室，于1988年在南京大学配位化学研究所的基础上建立。多年来，在材料科学和生命科学密切相关的功能配合物化学、生物无机化学、金属有机化学和纳米材料化学等方向上取得了多项突破性进展，也为史壮志在金属有机催化领域提供了良好的平台。
　　经过3年的摸爬滚打，史壮志在研究中已经有了一些想法，完成了多篇高影响力的工作。“很多人都问我为什么能在短期内取得如此多的成果，我觉得要归功于平时的辛苦积淀，海量的文献阅读以及和学生孜孜不倦地探讨才是根本。我从学生时代，就烙下了‘病根’：经常因为发现了一个新的反应，激动得彻夜难眠；因为有一个好的想法，半夜起来记在床头的笔记本上；因为一个困扰自己的反应机理而废寝忘食。”
　　史壮志在学生时代已经显现出一定的科研潜质。博士期间他在导师焦宁教授的细心指导下，发展了一类过渡金属参与、氧气作为氧化剂的脱氢环化反应，短短两年时间内就以第一作者身份在《德国应用化学》上发表了3篇文章。到德国开展博士后研究期间，史壮志更是丝毫没有放松对科研的探索，他和国际著名的有机合成化学家Frank Glorius教授合作，发展了第一例醛基碳氢键的Heck反应，以及七元内酰胺、吡咯、吲哚和吡啶等一系列杂环化合物构建方法。两年的博士后时间里，史壮志高效地在《德国应用化学》上完成了4篇论文，还在《美国化学会志》上发表论文1篇。
　　多年积累，崭露头角，他却选择了回国到南京大学任职。“德国的导师曾建议我留在欧洲，但我在国外始终没有得到一种认同感；相反，国内有很大的市场和发展潜力，我也更能体现自己的价值，而且‘父母在，不远行’，回国是大势所趋。”史壮志直言能够取得今天的成绩，已经很幸运了。“我会继续坚持自己的理想，在科研与学术这条路上，争取走得更远，更稳。”
　　
　　史壮志来到了南京大学化学化工学院任职。“作为江苏人，能回到家乡，在一所高考时想都不敢想的学校做老师，以前我做梦也没想到。南京大学无论是在生活还是学术上，也让我对未来有了更好的规划。”史壮志表示。
　　有了规划就能更好地投入到科研工作中。史壮志介绍，吲哚及其衍生物广泛存在于天然产物和药物活性分子中，是重要的有机合成中间体，由于其结构所具有显著的生理活性，其成为新药设计研发的重要前体。此外，吲哚结构在有机合成中也具有重要作用，从简单的吲哚骨架出发，通过一系列官能团转化可以高效地合成含有多种官能团的复杂多环骨架结构，是合成生物碱类化合物的重要方法。而且，由于吲哚本身的芳香性，其3号位比较容易发生亲核反应，例如经典的傅—克烷基、酰基化等反应。近年来,利用过渡金属催化的碳氢官能团化反应来进行吲哚骨架的修饰受到化学家们的广泛关注。利用过渡金属进行亲电芳金属化，可以在吲哚3号位发生各种偶联反应，其中，最具有代表性意义的工作是已故的加拿大化学家K.Fagnou教授在Science上报导的钯催化吲哚3号位的脱氢偶联芳基化反应。而吲哚2号位的官能团化一般需要借助氮原子上的导向基团，通过与催化剂金属中心配位能实现该位置的官能团化。由此可见，吲哚的2、3号位的反应活性是远远大于4～7号位，让苯环区域的碳氢键优先发生官能团化几乎是不可能的。因此，如何克服吲哚2、3号位的干扰，选择性的将官能团引入吲哚苯环区域，是一项非常有挑战、且意义突出的研究课题。
　　在南大开展独立工作3年来，在吲哚苯环区域选择性芳基化取得的研究进展是史壮志目前最引以为傲的工作，这方面的进展已经在国际顶高水平化学期刊上面发表多篇相关成果。实现吲哚苯环区域6、7号位选择性的关键之举就是课题组发展了一种二叔丁基磷酰导向基团，安装在吲哚氮原子上。其灵感来源是通过单晶衍射发现该类底物中，不同烷基取代的磷酰基上的氧原子均是朝向吲哚苯环这一侧的，因此在过渡金属配位下，存在实现吲哚苯环区域被活化的可能性。基于以上设想，利用醋酸钯作为催化剂，硼酸试剂作为芳基源，2-氯吡啶作为配体，银盐和铜盐作为氧化剂，这样完美结合克服了2、3号位的优先顺序问题，首次成功实现了吲哚7号位高选择性的碳氢芳基化反应，该研究成果于2016年初发表于《美国化学会志》。值得一提的是，如果这个大位阻导向基团的吲哚使用氧化铜作为催化剂，二芳基高碘化物作为芳基源，在不加任何配体和添加剂的作用下，可以几乎完全抑制住吲哚2、3和7号位的芳基化，高选择性的实现吲哚6号位的碳氢芳基化反应，该研究成果于2016年6月发表于《美国化学会志》上。在这两项成果发表以后，关于吲哚苯环区域4、5号位选择性芳基化反应的攻关又提上了日程，经过长达半年的努力，最终圆满解决了问题。课题组所使用的策略是：在吲哚的3号位引入一个大位阻的导向基团，通过前面的开发的钯、铜催化体系，就顺利地得到了理想的选择性芳基化产物。这个反应的关键是导向基团的设计，需要容易引入、容易脱除并且价格便宜的导向基团。经过大量筛选，最终叔丁酰基成为打开这扇大门的“金钥匙”。这一成果目前已被国际著名化学期刊《德国应用化学》接收。至此，结合早期吲哚2、3号芳基化的成果，未来在合成芳基吲哚时，就可以做到不需要预先向吲哚骨架引入任何卤素原子，就能将芳基引入吲哚环上的任何一个想要的位置，大大缩减了反应的步骤，提高合成的效率。
　　除了上述成果外，史壮志的研究团队在烷基的酰胺化、芳基化，以及酰胺、酯的碳氮键、碳氧键官能团化领域也取得一些重要的进展。到目前为止，作为通讯作者以南京大学为第一单位发表论文10余篇，其中4篇发表在《美国化学会志》，2篇发表在《美国化学会志》，1篇发表在《自然·通讯》上。论文受到了国内外同行的广为关注，共被他引1977次（H-index=19）。
　　
做一位达观的“师者”
　　大学期间，化学师范专业毕业的史壮志的职业定位是做一位中学化学教师。直到临近毕业，在准备毕业设计时，他开始接触到科研，阅读了一些有机化学领域的英文文献，并过了人生的第一根硅胶柱子，分析出第一张核磁谱图，长出了第一个单晶，渐渐在实验里体验到前所未有的满足感和成就感。“之前对有机化学的认识还停留在书本上，以为什么都懂了，真正接触到高水平的学术期刊，才发现自己知道的只是皮毛，这个领域太奇妙了，永远有你想不到的结果。”至今说起走上学术这条路的历程，史壮志依然对这条路上遇到的导师们念念不忘。
　　2005年，史壮志在扬州大学有机化学专业读硕士时，遇到了令他受益终生的袁宇老师。在他的回忆中，袁老师经常耐心地和学生聊天，老师在德国的所见所闻、洪堡学旅行线路、受德国总统接见的经历等，都深深吸引着史壮志，为此，他决心继续深造。
　　2008年，史壮志考取了博士，遇到人生中的第二个贵人，北京大学的焦宁教授，老师的严谨治学和对科研的孜孜不倦，让他终身受益。在焦宁教授课题组的3年，他进步很快，毕业后也很幸运地获得了洪堡学者。“梦想终于实现”的兴奋感包围着史壮志，他在参加洪堡游学的两周时间里，正好沿着袁老师所讲的路线重走了一遍。“导师对我的影响和熏陶很大，不仅在学术上，生活和习惯也是我的另一笔财富。”静下心来，史壮志给导师写了一封感谢信：“虽然我当时是在扬州大学这样一个不起眼的平台，但您让我看到了一个不一样的世界。”
　　有了这样的经历，史壮志更加珍惜眼前来之不易的机会，在学术上能够从不同的角度思考，和同龄人相比也能想得更加长远。而这一切，也让他在真正成为一位导师之后，有了更多的经验想要与学生们分享，也为那些曾经怀疑过自己能力的学生打开一扇通往不一样世界的大门。
　　“实践出真知”，无论科研还是教学，史壮志始终相信，人的潜力是无限的，但也要一切从实际出发。目前，史壮志讲授大学化学课程，他在下学期还要开设一门金属有机的研究生课程。
　　“科研成果的数量不在多，质量一定要跟上国际前沿”，这是史壮志对自己的激励，更是要求。在课上，他时常列举一些文献上的例子以及近期发表的最新研究论文，亦或是近年来较为重要的具有代表性的文章，向学生提供一个阅读和获取新知的渠道。“课本上的内容其实很有限，而且学生通过自学同样可以理解，但对于高年级的学生来说，不应该拘泥于此，想要引领科学前沿，就是要敢于打破传统的规则。”史壮志始终坚持自己的教学理念，他认为教学就应该和科学前沿相结合，如果将课本上的内容再次传递给学生时，实际上很可能已经脱离实际了。
　　就目前来看，史壮志每日阅读文献，奔波于实验室和课堂，但他很享受自己的生活，这种达观的态度也使学生们深受感染。“说实话，搞科研并不是为了拿到荣誉，获得头衔，更重要的还是能让他人通过自身的研究成果来认识自己，特别是我们中国人自己的科研在国际上能够得到承认，这是我最为看重的。”他说。