不热衷追逐热门,他在冷门领域研发出了“冠名”成果

2022年10月31日15:06:03 科学 1069
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青年报·青春上海记者 刘晶晶

“在做之前就知道一定能成功的课题,其实并不算是真正的研究课题,充其量是作为新手练习的工作;真正的研究课题,应该是在做之前还不知道是否会成功,这就需要我们探索和攻坚。”这是刚刚获评第十七届上海市科技精英的中科院上海分院院长胡金波的观点,不走寻常路,他在有机氟化学的研究上将“冷门”做成了“热门”。如同导师曾分享给他一样,他也将自己的经验分享给年轻科研人:“搞研究不要被别人牵着鼻子走。”

※ 从基础入手才能走得久远

2005年,胡金波在美国完成了7年半的留学时光(5年攻读博士学位,2年半从事博士后研究),怀揣着一腔对化学的热爱与对科学的追求,选择回国到中科院上海有机化学研究所担任研究员。当时导师不太理解,甚至问他:“中国有电梯吗?”

胡金波的导师George A. Olah 教授是超强酸化学和碳正离子化学的主要创始人之一,也因为对碳正离子化学的突出贡献,荣膺1994年诺贝尔化学奖。胡金波一直记得这位对科研充满热忱的化学家给他传授的科研经验:刚开始从事科研时,一定要从一个基本点入手,才能走得久远。

也因此,胡金波长期以来的科研生涯都聚焦于一个科学问题,提出一个概念,基于概念发展一个新的研究体系。他所从事的有机氟化学研究,正是一种最基础的研究。

氟是一种较为危险的化学元素,胡金波的手指上有个疤,正是他在美国学习时的一次实验爆炸造成的。但这个“危险元素”在功能材料和医药农药中都能发挥重要作用。“北京奥运水立方的薄膜材料中就含氟,世博会中国馆外面漂亮的红色涂层也是含氟涂料,因为含氟材料耐久、稳定性好,经历日晒、风吹雨打都能维持几十年。医药中更是有很多应用,比如我们熟悉的氧氟沙星,听名字就知道是含氟成分。很多药加入了氟会有立竿见影的功效,因为含氟药物分子的代谢稳定好,生物利用率高,所以疗效会非常出色。”胡金波介绍说。

而在自然界中天然有机含氟化合物非常稀少,通过理解和掌握氟化学反应规律,特别是氟效应,实现含氟有机分子的高效合成,是化学领域的研究前沿。

导师传输给他的第二条经验就是:“热门的领域不要去做,有很多人在做的东西,你做与不做都一样,哪个东西不好做,长时间没有突破的,恰恰很值得去做。每个人工作时间有限,要把有限的时间花在刀刃上,要做就要做一个少人涉足领域的拓荒者。”回国后他没有选择当时较为热门的三氟甲基化和全氟烷基化,而是选择研究较少的二氟、一氟甲基化,并坚持了下来。

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把冷门做到热门才具标签性

“把冷门做到热门,才具有标签性。”近年来,胡金波创新性地提出含氟碳负离子“负氟效应”的学术观点,并取得了一系列重要突破进展,其中多项成果被国际著名学术期刊报道。

2007年,回国两年的胡金波很快成为了有机所有机氟化学重点实验室的副主任。这是“把我国的氟资源优势转化为我国的氟技术优势”国家科技战略下,对于科技人才的一种机遇。而当初发现“负氟效应”,在胡金波看来同样也是“机遇”。

为何氟化学领域中研究较多、较热门的是三氟甲基化和全氟烷基化,二氟甲基化、一氟甲基化方面的研究寥寥无几?因为很多同行都认为,三氟甲基化做了,二氟、一氟的都不在话下,也没有研究的意义。一般情况下的实验,如果三氟都做不出,就别提二氟了。但胡金波却觉得,任何事都没有绝对。“做任何事要战战兢兢,如履薄冰,一定要粗活细做。很多人觉得氟原子没什么好研究,那我就和学生一起地毯式的全部排查一遍。”

而在做含氟的碳负离子参与反应的实验时,他们发现了惊人的结果——与亲核三氟甲基化相比,亲核二氟甲基化的结果反而更好。进一步的研究又发现,CF3 、RCF2 、R2CF 碳负离子对环氧烷的开环反应,也是含氟越少越容易。不仅与传统理解相反,更推翻了“大佬”的解释。因为一般认为氟原子是吸电子基团,含氟越多,碳负离子越稳定,其亲核性也越好,但实验结果却恰恰相反。

“少了一个氟反而效果更好,这里面可能就存在一个所谓的‘负氟效应’,氟原子取代越多,碳负离子的热稳定性越差,其对一些亲电底物的亲核性也越差。”这是之前的研究中从未发现和提出过的。胡金波也将这一“负氟效应”的概念的相关论文进行了投递,有趣的是,第一次投稿后还曾马上被拒,“连审稿都没审。”他再次写了邮件。后来他的论文被接受了,编辑还破天荒地回复了邮件,解释自己的疏漏。

首次提出“负氟效应”概念,胡金波依然欢迎任何同行随时验证。“我和学生们一起有个‘不氟不行’的微信群,我一直希望组里的学生来和我争论,来推翻我,谁能把我辩倒,说明他们很优秀。”胡金波笑着说,直到今天为止,他的观点依然还没有被推翻掉。正如多年来,“负氟效应”这一原创性的学术观点已逐渐被大量实验事实所证明,也逐渐得到国际同行的认可。

他和团队以此为切入点研发出了具有自己特色的氟化学试剂和反应体系,并被国内外同行广泛成功应用,原创开发的二氟甲基-2-吡啶基砜试剂以及二氟甲基亚砜亚胺试剂,甚至还被国外同行称为“胡试剂”(Hu Reagent)。

在坚持中找到“化学反应”

研发出了“冠名”化学试剂的胡金波小时候其实并不喜欢化学。“我喜欢编报纸,爱好是书法、印刷,梦想是进出版社工作。”胡金波毫不讳言,进入化学系,自己是“被调剂进去的”,本科也只是按部就班地完成学习,但对自己是否能在这一领域有所建树,他始终没什么自信。

直到赴美国读研时,他发现自己的导师欧拉教授原来出自拉丁文学校,读的一直是文科,对文史哲非常擅长,进入大学前甚至对化学课都没什么印象,但到最后却拿到了1994年度诺贝尔化学奖。

在导师的影响下,胡金波才领悟到,原来有机化学也可以是“半个文科”。对化学的研究,需要对化学历史轨迹很清晰,要有分析能力,可以在纷繁复杂的元素中挖到“金矿”。“很多化学反应需要记忆,很多反应原理要通过‘破案’的思路来化解。” 有了这一全新的认识,胡金波对化学突然“来灵感了”。

导师喜欢收集化学书籍,胡金波就一本本借阅,将有关氟的历史都看了一遍。他迅速找到了自己在化学学习中的专长:知其所以然。喜欢历史的人来搞理科,可以把擅长的方式用到新的领域中去。熟悉背后的历史和所有的化学反应,看到异常他会非常敏感。“我也会把遇到的所有奇怪的反应和现象都记录下来,进行梳理,积累了很多小本本。”正是10年前他所发现的一个异常现象,帮助他迅速解决了美国一家药企在产品研发时遇到的难题。

“每个人都有自己独特和擅长的一面。”胡金波想告诉所有从事科研的年轻人,不管做什么,都要怀抱乐趣,“不要做无聊的。要做大胆的、有雄心的、有冒险性的,但在创新性上有很大潜力的研究工作。宁要光荣的失败,也不要平庸的成功。”

从未知到有知,研究就是大量失败中重复性寻找的过程。“不要怕失败,在漫长的坚持中一定会有‘意外’的化学反应。”胡金波说,原始创新上,如果每一个科学家都能一辈子做精一件事,那就大概率会取得成功。“年轻人可以朝这个方向努力。”

青年报·青春上海记者 刘晶晶

编辑:张红叶

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