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我國配位化學進展
我國配位化學進展 配位化學是在無機化學基礎上發(fā)展起來的一門邊沿學科。它所研究的主要對象為配位化合物(Coordination Compounds,簡稱配合物)。早期
的配位化學集中在研究以金屬陽離子受體為中心(作為酸)和以含N、O、S、P等給體原子的配體(作為堿)而形成的所謂“Werner配合物”。第二
次世界大戰(zhàn)期間,無機化學家在圍繞耕耘周期表中某些元素化合物的合成中得到發(fā)展。在工業(yè)上,美國實行原子核裂變曼哈頓(Manhattan)工程
基礎上所發(fā)展的鈾和超鈾元素溶液配合物的研究,以及在學科上,1951年Panson和Miller對二茂鐵的合成打破了傳統(tǒng)無機和有機化合物的界限
,從而開始了無機化學的復興。
當代的配位化學沿著廣度、深度和應用三個方向發(fā)展。在深度上表現(xiàn)在有眾多與配位化學有關的學者獲得了諾貝爾獎,如Werner創(chuàng)建了配
位化學,Ziegler和Natta的金屬烯烴催化劑,Eigen的快速反應,Lipscomb的硼烷理論,Wilkinson和Fischer發(fā)展的有機金屬化學,Hoffmann的
等瓣理論,Taube研究配合物和固氮反應機理,Cram,Lehn和Pedersen在超分子化學方面的貢獻,Marcus的電子傳遞過程。在以他們?yōu)榇淼拈_
創(chuàng)性成就的基礎上,配位化學在其合成、結構、性質和理論的研究方面取得了一系列進展。在廣度上表現(xiàn)在自Werner創(chuàng)立配位化學以來,配位
化學處于無機化學研究的主流,配位化合物還以其花樣繁多的價鍵形式和空間結構在化學理論發(fā)展中,及其與其它學科的相互滲透中,而成為
眾多學科的交*點。在應用方面,結合生產實踐,配合物的傳統(tǒng)應用繼續(xù)得到發(fā)展,例如金屬簇合物作為均相催化劑,在能源開發(fā)中C1化學和
烯烴等小分子的活化,螯合物穩(wěn)定性差異在濕法冶金和元素分析、分離中的應用等。隨著高新技術的日益發(fā)展,具有特殊物理、化學和生物化
學功能的所謂功能配合物在國際上得到蓬勃的發(fā)展。
自從Werner創(chuàng)建配位化學至今100年以來,以Lehn為代表的學者所倡導的超分子化學將成為今后配位化學發(fā)展的另一個主要領域。人們熟知
的化學主要是研究以共價鍵相結合的分子的合成、結構、性質和變換規(guī)律。超分子化學可定義為分子間弱相互作用和分子組裝的化學。分子間
的相互作用形成了各種化學、物理和生物中高選擇性的識別、反應、傳遞和調制過程。而這些過程就導致超分子的光電功能和分子器件的發(fā)展(
圖1)。
圖1 超分子化學與分子器件
我國配位化學的研究在中華人民共和國成立前幾乎屬于空白。1949年后隨著國家經濟建設的發(fā)展,僅在個別重點高等院校及科研單位開展
了這方面的教學和科研工作。60年代中期以前,主要工作集中在簡單配合物的合成、性質、結構及其應用方面的研究,特別是在溶液配合物的
平衡理論、混合和多核配合物的穩(wěn)定性、取代動力學、過渡金屬配位催化以及稀土和W、Mo等我國豐產元素的分離提純以及配位場理論的研究。
除了個別方面的研究外,總體來說與國際水平差距還較大。
80年代后,在改革開放政策指引下,我國的配位化學取得了突飛猛進的發(fā)展。中國化學會1985年創(chuàng)辦了《無機化學》雜志。在國家自然科
學基金委員會、國家科學技術部和國際純粹和應用化學聯(lián)合會(IUPAC)發(fā)起下,1987年在我國成功地召開了第25屆國際配位化學會議,標志著我
國配位化學研究開始走向世界。南京大學配位化學研究所、北京大學稀土研究中心、中國科學院長春應用化學研究所等相關研究實體相繼建立
。我國無機化學工作者在環(huán)顧了國際上的最新進展后,除了對傳統(tǒng)的配合物體系繼續(xù)發(fā)展之外,還開始填補了一些諸如生物無機、有機金屬、
大環(huán)配位化學等原屬空白的分支學科。從此我國配位化學研究已步入國際先進行列,研究水平大為提高。特別在下列幾個方面取得了重要進展
:(1)新型配合物、簇合物、有機金屬化合物和生物無機配合物,特別是配位超分子化合物的基礎無機合成及其結構研究取得豐碩成果,豐富了
配合物的內涵;(2)開展了熱力學、動力學和反應機理方面的研究,特別在溶液中離子萃取分離和均向催化等應用方面取得了成果;(3)現(xiàn)代溶
液結構的譜學研究及其分析方法以及配合物的結構和性質的基礎研究水平大為提高;(4)隨著高新技術的發(fā)展,具有光、電、熱、磁特性和生物
功能配合物的研究正在取得進展。它的很多成果還包含在其他不同學科的研究和 我國配位化學進展化學教學中。
我國配位化學的進展具有一系列特點。作為化學的重要分支領域之一的配位化學,在其學科本身發(fā)展的同時創(chuàng)造出更為奇妙的新材料,揭
示出更多生命科學的奧妙。在研究對象上日益重視與材料科學和生命科學相結合。在從分子進到材料合成的研究中更加重視功能體系的分子設
計。金屬離子在生物體系中的成鍵,除維生素B12中的Co—C鍵以外,幾乎都是以配位鍵形式結合。其功能體系組裝是一個更為復雜的問題。這
時要求將正確的物種放在正確的位置(在與動力學有關的問題中,還要按著正確的時間)才能發(fā)揮應有的功能。高效、經濟和微量的組合化學的
應用,將有助于分子合成和設計的實踐
。
從超分子之類的新觀點研究分子的合成和組裝,在我國日益受到重視�；瘜W模板有助于提供組裝的物種和創(chuàng)造有序的組裝,但是其最大的
困難在于克服熱力學第二定律所要求的無序。這時配位化學家的任務之一就是和熱力學進行妥協(xié)。盡管目前我們了解一些局部的組裝規(guī)律和方
法,但比起自然界長期進化而得到的完滿而言,還有很大差距。正如有了一群能分別演奏各種樂器的音樂家,若沒有很好的指揮,還不能演奏
出一場滿意的交響樂。其原因就是缺乏有意識地進行組裝。對于組裝的本質和規(guī)律,有很多基礎性研究有待深入進行。
作為邊沿學科的配位化學日益和其他相關學科相互滲透和交*。正如Lehn所指出,超分子化學可以看作是廣義的配位化學,另一方面,配
位化學又是包含在超分子化學概念之中。配位化學的原理和規(guī)律,無疑將在分子水平上對未來復雜的分子層次以上聚集態(tài)體系的研究起著重要
作用。其概念及方法也將超越傳統(tǒng)學科的界限。我國配位化學家在進一步促進它和化學內有機化學、物理化學、分析化學、高分子化學、環(huán)境
化學、材料化學、生物化學、以及凝聚態(tài)物理、分子電子學等學科的結合方面有了很好的開端。進一步的發(fā)展必將給配位化學帶來新的發(fā)展前
景。
我國幅員遼闊,資源豐富,經濟建設中有各方面的要求。還存在一些無人問津的薄弱領域,例如配位光化學、界面配位化學、納米配位化
學、新型和功能配合物以及配位超分子化合物的研究。金屬配合物的研究有明顯的應用背景,具有開發(fā)成重大經濟效益的潛力。它的基礎和理
論性研究也處在現(xiàn)代化學發(fā)展的前沿領域,對下一世紀我國化學學科的發(fā)展,必將產生深遠影響。
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