1978年初，我在理化所的前身——原感光所受命筹组量子有机课题组，这是我的第一项自主科研工作。 

　　当时研究所没有任何人有这方面的工作基础，为此，我与我的同事、后来成为理化所所长的刘新厚从当年二月起，连续两年风雨无阻地每周两次骑车去城内北师大化学系进修量子化学等相关课程。那年头不用说打车，在中科院的北郊新址，连公共汽车都没有。 

　　受“文革”影响，研究所的基础研究工作已停顿十年。时不我待，我们必须尽早开展研究工作。于是，经过两个月刻苦学习和认真准备，在对量子化学有了基本了解并做了基础文献调研后，基于已有的物理有机工作基础，我提出以《烯烃亲电加成反应速率控制因素的量化研究》作为我们的第一个研究课题。 

　　公认的有机化学结构理论认为，烯烃双键上的推电子基团使双键部位电荷增多，致使烯烃亲电加成反应速率增加；吸电子基团使双键部位电荷减少，因此导致反应速率降低。我们工作的目的是计算具有不同推拉电子能力取代基的各种烯烃双键的电荷数量。期望证明确实是推电子基团使双键部位电荷增多，而且是取代基推电子能力越强，双键上电荷增加越多；取代基的吸电子能力越强，双键部位电荷减少越多。我们并期望烯烃双键的电荷数量与其亲电加成反应速率存在某种定量关系。这样不仅可用量化计算结果验证已有的有机化学结构理论，还可将这一理论提高到定量的程度。如果能够实现这种预期设想，那么这项工作无疑是很有意义的。 

　　从工作一开始，我们就遇到了种种困难。首先我们没有量子化学基础，受“文革”影响，有关烯烃加成反应的文献也已多年没有涉猎。当时的科研工作条件也十分差，量化计算是化学研究中最复杂和工作量最大的计算工作，但是所内不仅没有计算机，连个计算器都没有。每次开展计算工作，都要到离所很远的地质部航测大队租用计算机。航测大队的计算机也十分落后，比火车头还高大的庞然大物，其计算功能却远不如286微机。计算工作必须的分子结构数据的输入，首先需要用穿孔机在专用的黑纸带上按要求部位打孔。反映每个烯烃结构的原子序、原子量、键长、键角等几十到上百个数据，都要丝毫不差地穿孔在黑纸带的特定部位。只要有一个穿孔错了位置，计算结果就将毫无意义。即使一个简单分子的计算，不出任何差错，也需要几个小时才能有结果。 

　　面临这些困难，在1978年科学的春天刚刚到来之际，我们都感觉压力非常巨大。为了有更多的时间用于工作，刘新厚不顾新婚燕尔，我则不顾家中两个年幼的子女，新年伊始，我们就毅然每天不回家，整天一起吃住、工作在实验室，真是做梦想的也是工作。晚间即使睡到深夜，一旦有了工作灵感，也马上起来讨论和论证。 

　　由于这样夜以继日地工作，功夫不负苦心人，开题半年，我们的工作就有了结果。 

　　然而得到的结果十分出人意外：各种给电子取代基都没有增加烯烃双键的电荷数量，反而使之有所减少；各种吸电子取代基也没有使烯烃双键部位电荷减少，反而略有增加。难道是我们的工作有误导致了错误的计算结果？可是我们在计算电荷分布同时得到的分子偶极矩（反映分子中电荷分布的物理量）计算值与实验值却是完全一致的。各种取代烯烃的偶极矩计算值均与实验值吻合，这显然不是偶然的。这表明我们计算的各种烯烃的电荷分布数值是可信的。 

　　给电子取代基总是使烯烃亲电加成速率增大，取代基的给电子能力越强，烯烃的亲电反应速率越快；吸电子取代基的作用恰好相反，这是早已为众多有机化学家证明了的实验事实。 

　　也就是说，给电子取代基增加烯烃亲电加成速率，但并未增加双键的电荷数量，这两者都是事实。事实是不容怀疑的，允许我们思考和研究的只能是产生这些事实的原因。那末，给电子取代基使烯烃亲电加成速率增加的原因究竟是什么呢？这就是依据事实需要我们思考和研究的问题。 

　　我的物理有机化学基础告诉我，烯烃亲电加成反应的机理是：亲电试剂进攻烯烃双键部位，双键提供电子与进攻试剂发生键合，这种键合能力是加成反应速率的控制因素。也就是，加成反应的动力是烯烃双键电子向进攻试剂移动的能力。因此，烯烃提供电子以及进攻试剂接受电子的能力就成了反应发生的关键因素。当亲电试剂和反应条件都固定不变时，烯烃向进攻试剂提供电子的能力就成了反应速率的惟一控制因素。 

　　通过无数的量化计算，通过多少不眠之夜的激情讨论，我们终于冲出有机化学已有的传统观念，不再相信仅仅是烯烃双键的电荷数量决定其反应速率。烯烃提供电子的能力，应当与双键的电荷数量有关。因为如若双键部位没有电荷，烯烃也就无从向进攻试剂提供电子，这就好比巧妇难为无米之炊。但是，即使电荷数量较多，如果这些电荷都处于稳定状态，在反应过程中电荷也难于向进攻试剂给出。这就好比富翁有钱再多，如果极其吝啬，人们也难于从他那里借到钱。电荷的稳定与否是与电子所处的状态相关的。电子如果处在低能级，即位于稳定状态，则不易被给出；电子如果处于高能级，即位于不稳定状态，则容易被给出。也就是说，烯烃提供电子的能力（而不是电荷数量）是亲电反应速率的控制因素，它由电荷数量及电子能级这两个因素决定。 

　　循此思路，我们计算了具有不同取代基的多种烯烃的双键电子给出能力，其数值均与取代基的推拉电子能力密切相关。计算结果与实验事实的对比表明，在与多种不同亲电试剂的加成反应中，烯烃双键的电子给出能力与其加成反应速率的对数均成良好的线性关系，相关性一般都在0.99以上。相关研究结果很快发表于《科学通报》，我们编写的文献综述也相继发表。 

　　这一工作在1978年底由研究所报院批准，很快获得了三等奖，这是原感光所的基础研究工作当年获得的最高奖项。当年从头学习，当年开题又获奖，这在创新性基础研究工作中是不多见的。以这种忘我工作精神和新的思路，在1979—1981年我们又将研究工作扩展到其他有机化学反应及光化学领域，都取得了良好结果。这一系列工作后来获得了1985年开始设立的中科院首届科技进步奖三等奖，这也是原感光所第一项获得中科院奖项的基础研究工作。 

　　我们深知，勤奋刻苦地钻研，理论与实验事实的紧密结合，坚实宽厚的学科基础，亲密无间地合作，各抒己见地对技术问题认真讨论，是我们工作成功的关键。 

　　（张建成）