在有机化学界,20世纪60~80年代的一场旷日持久的争论不但深刻影响了本学科发展的进程,甚至在科学哲学、认识论等领域都引发了广泛的关注和讨论。更为重要的是,它为后来的有机化学研习者留下了宝贵的科学和精神财富。
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撰文 | 郑超(中国科学院上海有机化学研究所研究员)
引子 | 一种非同寻常的晶体结构
2013年7月5日,美国《科学》期刊发表了一篇题为“2-降冰片基非经典碳正离子的晶体结构测定”的研究论文。来自德国弗莱堡大学和纽伦堡大学的化学家制备了一种名为2-降冰片
(约零下233摄氏度)的低温下成功测定了其晶体结构。结果显示在2-降冰片基碳正离子中存在一个五配位的碳原子,以及由其参与形成的“三中心–两电子键”。其科学意义,用英国皇家化学会《化学世界》杂志刊载的一篇评论文章的话说:这项工作给出了关于非经典碳正离子结构最具确定性的证据,从而完全终结了一场发轫于1949年、盛行于1960–80年代、对整个有机化学领域影响深远的非经典碳正离子争论。
图1. 40 K下测定的2-降冰片基碳正离子的晶体结构。其中C6是五配位的碳原子,C6–C1–C2之间形成了三中心–两电子化学键。| 图源:Science 2013, 341, 62.
然而有趣的是,在被问及非经典碳正离子理论最激烈的反对者H. C. Brown是否会因为这项晶体学证据而改变其立场时(Brown已于2004年去世),作为最早使用“非经典碳正离子”这一术语的化学家,时年已满95岁高龄的J. D. Roberts回应说:“不,Herb(Brown)永远是Herb,不管发生任何事情……”
那么,究竟什么是非经典碳正离子?它到底有何非同寻常之处,值得一众顶尖有机化学家为之争论数十年之久?这场旷日持久的争论对于今天的人们还有怎样的价值?