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打开绿色化学之门：烯烃复分解反应的发现

——2005年诺贝尔化学奖

作者:佚名来源:网络更新:2006-1-19 12:51:22 选择语言:繁體

内容提要：
瑞典皇家科学院10月5日宣布，将2005年诺贝尔化学奖授予三位有机化学家——法国学者伊夫·肖万（Yves Chauvin）和美国学者理查德·施罗克（Richard R.Schroch）、罗伯特·格拉布（Robert H.Grubbs），以表彰他们在烯烃复分解反应研究方面做出的贡献。烯烃复分解反应是有机化学中最重要也是最有用的反应之一，在当今世界已被广泛应用于化学工业，尤其是在制药业和塑料工业中。

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　　化学反应有四种基本类型：化合、分解、置换、复分解。复分解反应就是两种化合物互相交换成分而生成另外两种化学物的反应。以词义来看，“复分解”即指“易位”。复分解反应中，借助特殊的催化剂，碳原子形成的旧的束缚不断被打破，新的束缚不断形成，各种元素易位，重新组合，从而形成新的有机物。因此，复分解反应可以被看作一场交换舞伴的舞蹈。

　　化学键的断裂与形成是化学研究领域中最基本的问题，研究碳－碳键断裂与形成的规律是有机化学中需要解决的核心问题之一，而三位获奖者正是在这个最基本的、核心的方面做出了贡献。

　　20世纪50年代，人们首次发现，在金属化合物的催化作用下，烯烃里的碳－碳双键会被拆散、重组，形成新的分子，这种过程被命名为烯烃复分解反应。然而，当时没有人知道这种金属催化剂的分子结构，也不知道它是怎样起作用的。为了破译这个对人类生活有重大价值和用途的化学之谜，人们提出了许多假说，但大多没有被世界化学界所认同。

　　1970年，法国学者伊夫·肖万破译了这个人类的“有机化学之谜”。斯年，肖万和他的学生历经多年的艰苦攻研发表了一篇论文，阐明了复分解即换位反应的原理和反应中所需的金属复合物催化剂，提出烯烃复分解反应中催化剂应当是金属卡宾。卡宾为英文Carbon 译音，即“碳”的译文。肖万的论文还详细解释了催化剂担当中间人、帮助烯烃分子“交换舞伴”的过程。斯时，这位有机化学大师开出了换位合成法的“处方”，为开发实际应用的催化剂奠定了理论基础并指明了研究方向。

　　金属卡宾是指一类有机分子，其中一个碳原子与一个金属原子以双键相连接，它们可以看作一对拉着双手的舞伴。在与烯烃分子相遇后，两对舞伴会暂时组合起来，手拉手跳起四人舞蹈。随后它们“交换舞伴”，组合成两个新分子，其中一个是新的烯烃分子，另一个是金属原子和它的新舞伴。后者继续寻找下一个烯烃分子，再次“交换舞伴”。

　　这个理论提出后，越来越多的化学家意识到，烯烃复分解反应在有机合成方面有着巨大的应用前景，但对催化剂的要求很高，找寻及开发绝非易事。到底含有什么金属元素的卡宾化合物最理想呢？在开发实用的催化剂方面，做出最大贡献的是2005年的另两位诺贝尔化学奖获得者。

　　1990年，理查德·施罗克成为世界上第一个生产出可有效用于换位合成法中的金属化合物催化剂的科学家。斯年，施罗克和他的合作者报告说，金属钼的卡宾化合物可以作为非常有效的烯烃复分解催化剂。这个成果显示，烯烃复分解法可以取代许多传统的有机合成方法，并用于合成新型的有机分子。

　　1992年，罗伯特·格拉布发现了金属钌的卡宾化合物也能作为换位合成法中的金属化合物催化剂，这种催化剂在空气中很稳定，因此在实际生活中有多种用途。此后，格拉布又对钌催化剂作了改进，使这种“格拉布催化剂”成为第一种化学工业普遍使用的烯烃复分解催化剂，并成为检验新型催化剂性能的标准。

　　诺贝尔化学奖评委会在授予这三位科学家诺贝尔化学奖的文告中肯言道：烯烃复分解反应即换位合成法是“研究碳原子之间的化学联系是如何建立和分解的，是一种产生化学反应的关键方法。简言之，是在有机合成复分解方面的发现，即阐明化学键在碳原子间是如何形成的，使他们最终戴上了2005年诺贝尔化学奖的桂冠。

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