第三卷 1985-1994年諾貝爾化學獎獲得者 第十一章 歐拉教授與碳正離子化學
1994年10月12日，瑞典皇家科學院宣布授予美國南加利福尼亞大學有機化學家喬治·安德魯·歐拉（George Andrew Olah）教授1994年度諾貝爾化學獎，表彰他在碳正離子化學研究方麵所作的貢獻。
1927年5月22日歐拉出生於匈牙利首都布達佩斯的一個律師家庭。他從小就接受非常嚴格的中小學訓練，有紮實的基礎知識。歐拉曾對匈牙利的曆史如癡如迷，後來把興趣轉向自然科學。在高中畢業後，他進入Techni-cal University of Budapest，在Geza Zemplén教授的指導下從事有機化學方麵的學習及研究，於1949年獲理學博士學位，當時年僅22歲。大學幾年的學習與研究，把歐拉與有機化學緊緊地連在一起，從此他正式步入了他的有機化學生涯。由於Zemplén是Emil Fischer的學生，歐拉自稱他自己是Fischer的"徒孫"。
1956年，歐拉移居加拿大，在Dow Chemical公司任資深化學研究員。1957年遷居美國後，繼續在該公司任職至1964年。歐拉對碳正離子的早期工作正是在這期間完成的。1965至1977年間，歐拉在Case Western大學任教授。從1977年至今，在南加利福尼亞大學（Universi-ty of Southern California）任講座教授，並為該大學的Locker碳氫化合物研究所創建人之一，現任該所所長。
碳正離子化學是有機化學非常重要的組成部分。早在本世紀初，Norris和Kehrmann分別發現Ph3COH與濃硫酸混合後得到深黃色的產物。盡管人們已發現某些碳正離子的有機染料化合物可以穩定長期存在，但對一般的碳正離子活性中間體卻缺乏較直接的觀測手段。直到1922年，當Hans Meerwein研究莰烯氯化氫加成物（Camphene Hydrochloride）的Wagner重排反應時，發現其反應速率隨溶劑極性的增加而加速。並且Lewis酸能催化加速反應。他認為：異構化反應的機理不是Cl離子的重排而是正離子活性中間體的重排：
碳正離子活性中間體的概念就由此產生了。
20年代末，在英國的Ingold和Hughes對SN1和E1反應機理的研究更進一步闡述了碳正離子活性中間體在有機反應中的意義（如下圖）：
30年代，在美國的Whitmore對碳正離子進行了一係列的研究後，人們才開始普遍認為碳正離子是非常不穩定的活性中間體（存在時間非常短），而不可能用實驗手段來直接觀察。40年代和50年代，許多化學家在對碳正離子活性中間體的立體化學、反應動力學和產物分析進行了大量研究後，碳正離子活性中間體的概念才慢慢地成熟起來，但仍然無法用實驗方法加以觀測。主要原因是碳正離子在一般的有機反應條件下，其存在時間非常短（10-10至10-6s）。到60年代初，歐拉和他的同事們找到了能使碳正離子長時間穩定存在的條件並用NMR直接檢測到它的存在，從而毫無疑問地證實了碳正離子的存在。這一發現為後來的碳正離子研究方向和人們對碳氫化合物的反應活性的研究和應用開辟了新的領域。
1962年，歐拉和他的同事們把（CH3）3CF溶於過量的超強酸介質中（SbF5），然後用1HNMR檢測到叔丁基正離子1的存在：
（CH3）3C-F+SbF5(CH3)3C+SbF-6
1
由圖1所示的1H NMR譜圖可見，產物隻有一個單重峰。反應物叔丁基氟化物在δ1.5ppm的雙重峰（氟與氫之偶合結果，JHF=20Hz）完全消失。並且甲基的質子共振向低場移至4.3ppm。顯示強烈的去屏蔽作用。隨後，歐拉進一步用13C NMR的方法測得叔碳原子的化學位移為335.2ppm。這比正常叔碳原子的化學位移幾乎向低場移動了300ppm。如此低磁場的化學位移碳原子在當時還從未報道過。這等強的去屏蔽效應，顯然是叔碳原子的正電荷以及叔碳原子由sp3雜化軌道變為sp2雜化軌道所致。這一實驗結果，確定無疑地證明了所觀察到的是叔丁基碳正離子。至此，經過長期而倍經挫折的探索之後，穩定的長壽命碳正離子終於在超強酸介質中被得到了。
歐拉這一發現使幾乎所有理論有機化學家大吃一驚。他曾回憶起1962年在紐約舉行的第九屆有機反應機理大會，當他報告了以上發現並指出："許多化學家都難以置信碳正離子能夠在超強酸中長期存在，並能用NMR檢測到。"時，特別是當時在碳正離子研究的權威代表人Saul Winstein和Herbert Brown（1979年諾貝爾化學獎得主）都私下對他說："你一定是把實驗搞錯了，碳正離子不可能如此簡單地存在於超強酸中。"