青年科學獎獲得者胡金波：負氟效應現形記

胡金波(右)在實驗室與研究生討論工作

　　我國是氟資源大國，氟礦(螢石)儲量較為豐富。因此，加強氟化學和氟材料研究，把我國的氟資源優勢轉化為氟技術優勢，具有非常重要的戰略意義。陳嘉庚青年科學獎化學科學獎獲得者、中國科學院上海有機化學研究所胡金波就是在氟技術方面取得重大突破的人。

　　“鉆進去”挖掘

　　氟元素在地殼層中的豐度在所有元素中排第13位，但是天然含氟有機化合物卻屬于“被大自然遺忘的”物質——種類和數量異常稀少。由于自然界不能為人類提供有機含氟物質，因此人類必須通過自己的聰明才智來制備有機含氟物質或含氟材料。而創制新型高性能的有機含氟材料，首先要解決的問題是如何掌握含氟體系中的化學反應規律。

　　胡金波介紹，有機化學反應千變萬化，關鍵的反應活潑中間體基本上可以分成四類：碳正離子、碳負離子、碳自由基、卡賓(又稱碳烯，有很強的親電性)。在含氟有機反應中，關鍵活潑中間體也是這么4類，其中只有含氟碳負離子化學研究似乎還沒有定論，如果能夠摸清含氟碳負離子的化學規律，基本上可以占據有機氟化學和含氟材料研究的大片領地，為含氟藥物和材料的研究提供強大的理論和實驗指導。

　　2005年，胡金波“百人計劃”回國以來，一直在思考兩個問題：第一，如何在含氟體系的化學反應中得出一個比較容易理解的指導規律;第二，是否可以從較冷門的二氟甲基化和一氟甲基化的研究方向開始。

　　按照這個思路，胡金波研究團隊在開展工作的過程中得到了漂亮的結果。

　　他們發現，與親核三氟甲基化相比，親核二氟甲基化的結果要好得出奇。通過進一步研究，他們又發現，其它多種碳負離子對環氧烷的開環反應，也是含氟越少越容易。這一實驗事實都與傳統理解相悖，因為一般認為氟原子是吸電子基團，含氟越多，碳負離子越穩定，其親核性也越好。憑著對科研的敏感性，胡金波認為這里面可能存在一個“負氟效應”。

　　“負”既是指負電荷，也是指負面影響，“負氟效應”也可以歸納為：氟原子取代越多，碳負離子的熱穩定性越差，其對一些親電底物(酶所作用和催化的化合物)的親核性也越差。多年來，“負氟效應”這一原創性的學術觀點已逐漸被大量實驗事實所證明，也逐漸得到國際同行的認可。

　　在化學學科中，有一個比較容易理解的“軟硬酸堿理論”，“硬”可以比喻為性格孤僻，“軟”可以比喻為性格隨和。在化學反應中，“性格孤僻”喜歡與“性格孤僻”的物質發生反應;而“性格隨和”喜歡與“性格隨和”的物質發生反應。當“性格孤僻”碰到“性格隨和”的物質，兩者發生反應就困難了。

　　胡金波研究組首次較為系統地研究了含氟碳負離子的“軟硬度”問題，為設計和預測親核氟烷基化反應提供了理論基礎。這一工作被日本著名氟化學家Kenji Uneyama教授評價為是“對氟科學的一項重要基礎性貢獻”。

　　使創制含氟物質更便捷

　　在圍繞好奇心開展的一系列研究過程中，團隊也得到了一些“意外”收獲。特別是系列含氟烷基砜試劑的開發，不僅促進了對有機氟化學本質科學問題的理解，也極大地推進了含氟物質創制的便捷性。

　　2010年，論文發表不到1個月后，研究組研發的20克原創性試劑二氟甲基砜，被一家國外公司以2000英鎊買走，而其成本不足200元，這讓從事基礎研究的胡金波團隊感慨良久。

　　據統計，國際上含氟醫藥占到了市場上醫藥總量的20%以上，含氟農藥則占到了市場上農藥總量的40%。含氟醫藥隨處可見，比如廣譜型抗菌藥氧氟沙星。

　　含氟有機物質在材料領域中也有非常重要的應用，如空調制冷劑，“水立方”奧運場館的整個結構薄膜采用的也是含氟聚合物材料。

　　有機含氟材料在國防軍用領域的應用更是比比皆是。各個國家都把尖端有機含氟材料當做機密材料，嚴格保密并禁止出口。