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我國(guó)配位化學(xué)進(jìn)展
我國(guó)配位化學(xué)進(jìn)展 配位化學(xué)是在無(wú)機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門邊沿學(xué)科。它所研究的主要對(duì)象為配位化合物(Coordination Compounds,簡(jiǎn)稱配合物)。早期
的配位化學(xué)集中在研究以金屬陽(yáng)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(wú)機(jī)化學(xué)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(guó)實(shí)行原子核裂變曼哈頓(Manhattan)工程
基礎(chǔ)上所發(fā)展的鈾和超鈾元素溶液配合物的研究,以及在學(xué)科上,1951年P(guān)anson和Miller對(duì)二茂鐵的合成打破了傳統(tǒng)無(wú)機(jī)和有機(jī)化合物的界限
,從而開(kāi)始了無(wú)機(jī)化學(xué)的復(fù)興。
當(dāng)代的配位化學(xué)沿著廣度、深度和應(yīng)用三個(gè)方向發(fā)展。在深度上表現(xiàn)在有眾多與配位化學(xué)有關(guān)的學(xué)者獲得了諾貝爾獎(jiǎng),如Werner創(chuàng)建了配
位化學(xué),Ziegler和Natta的金屬烯烴催化劑,Eigen的快速反應(yīng),Lipscomb的硼烷理論,Wilkinson和Fischer發(fā)展的有機(jī)金屬化學(xué),Hoffmann的
等瓣理論,Taube研究配合物和固氮反應(yīng)機(jī)理,Cram,Lehn和Pedersen在超分子化學(xué)方面的貢獻(xiàn),Marcus的電子傳遞過(guò)程。在以他們?yōu)榇淼拈_(kāi)
創(chuàng)性成就的基礎(chǔ)上,配位化學(xué)在其合成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和理論的研究方面取得了一系列進(jìn)展。在廣度上表現(xiàn)在自Werner創(chuàng)立配位化學(xué)以來(lái),配位
化學(xué)處于無(wú)機(jī)化學(xué)研究的主流,配位化合物還以其花樣繁多的價(jià)鍵形式和空間結(jié)構(gòu)在化學(xué)理論發(fā)展中,及其與其它學(xué)科的相互滲透中,而成為
眾多學(xué)科的交*點(diǎn)。在應(yīng)用方面,結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐,配合物的傳統(tǒng)應(yīng)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(kāi)發(fā)中C1化學(xué)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(yīng)用等。隨著高新技術(shù)的日益發(fā)展,具有特殊物理、化學(xué)和生物化
學(xué)功能的所謂功能配合物在國(guó)際上得到蓬勃的發(fā)展。
自從Werner創(chuàng)建配位化學(xué)至今100年以來(lái),以Lehn為代表的學(xué)者所倡導(dǎo)的超分子化學(xué)將成為今后配位化學(xué)發(fā)展的另一個(gè)主要領(lǐng)域。人們熟知
的化學(xué)主要是研究以共價(jià)鍵相結(jié)合的分子的合成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變換規(guī)律。超分子化學(xué)可定義為分子間弱相互作用和分子組裝的化學(xué)。分子間
的相互作用形成了各種化學(xué)、物理和生物中高選擇性的識(shí)別、反應(yīng)、傳遞和調(diào)制過(guò)程。而這些過(guò)程就導(dǎo)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(xué)與分子器件
我國(guó)配位化學(xué)的研究在中華人民共和國(guó)成立前幾乎屬于空白。1949年后隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展,僅在個(gè)別重點(diǎn)高等院校及科研單位開(kāi)展
了這方面的教學(xué)和科研工作。60年代中期以前,主要工作集中在簡(jiǎn)單配合物的合成、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及其應(yīng)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(dòng)力學(xué)、過(guò)渡金屬配位催化以及稀土和W、Mo等我國(guó)豐產(chǎn)元素的分離提純以及配位場(chǎng)理論的研究。
除了個(gè)別方面的研究外,總體來(lái)說(shuō)與國(guó)際水平差距還較大。
80年代后,在改革開(kāi)放政策指引下,我國(guó)的配位化學(xué)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。中國(guó)化學(xué)會(huì)1985年創(chuàng)辦了《無(wú)機(jī)化學(xué)》雜志。在國(guó)家自然科
學(xué)基金委員會(huì)、國(guó)家科學(xué)技術(shù)部和國(guó)際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)發(fā)起下,1987年在我國(guó)成功地召開(kāi)了第25屆國(guó)際配位化學(xué)會(huì)議,標(biāo)志著我
國(guó)配位化學(xué)研究開(kāi)始走向世界。南京大學(xué)配位化學(xué)研究所、北京大學(xué)稀土研究中心、中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所等相關(guān)研究實(shí)體相繼建立
。我國(guó)無(wú)機(jī)化學(xué)工作者在環(huán)顧了國(guó)際上的最新進(jìn)展后,除了對(duì)傳統(tǒng)的配合物體系繼續(xù)發(fā)展之外,還開(kāi)始填補(bǔ)了一些諸如生物無(wú)機(jī)、有機(jī)金屬、
大環(huán)配位化學(xué)等原屬空白的分支學(xué)科。從此我國(guó)配位化學(xué)研究已步入國(guó)際先進(jìn)行列,研究水平大為提高。特別在下列幾個(gè)方面取得了重要進(jìn)展
:(1)新型配合物、簇合物、有機(jī)金屬化合物和生物無(wú)機(jī)配合物,特別是配位超分子化合物的基礎(chǔ)無(wú)機(jī)合成及其結(jié)構(gòu)研究取得豐碩成果,豐富了
配合物的內(nèi)涵;(2)開(kāi)展了熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)機(jī)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(yīng)用方面取得了成果;(3)現(xiàn)代溶
液結(jié)構(gòu)的譜學(xué)研究及其分析方法以及配合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的基礎(chǔ)研究水平大為提高;(4)隨著高新技術(shù)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(jìn)展。它的很多成果還包含在其他不同學(xué)科的研究和 我國(guó)配位化學(xué)進(jìn)展化學(xué)教學(xué)中。
我國(guó)配位化學(xué)的進(jìn)展具有一系列特點(diǎn)。作為化學(xué)的重要分支領(lǐng)域之一的配位化學(xué),在其學(xué)科本身發(fā)展的同時(shí)創(chuàng)造出更為奇妙的新材料,揭
示出更多生命科學(xué)的奧妙。在研究對(duì)象上日益重視與材料科學(xué)和生命科學(xué)相結(jié)合。在從分子進(jìn)到材料合成的研究中更加重視功能體系的分子設(shè)
計(jì)。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(jié)合。其功能體系組裝是一個(gè)更為復(fù)雜的問(wèn)題。這
時(shí)要求將正確的物種放在正確的位置(在與動(dòng)力學(xué)有關(guān)的問(wèn)題中,還要按著正確的時(shí)間)才能發(fā)揮應(yīng)有的功能。高效、經(jīng)濟(jì)和微量的組合化學(xué)的
應(yīng)用,將有助于分子合成和設(shè)計(jì)的實(shí)踐
。
從超分子之類的新觀點(diǎn)研究分子的合成和組裝,在我國(guó)日益受到重視�；瘜W(xué)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(xué)第二定律所要求的無(wú)序。這時(shí)配位化學(xué)家的任務(wù)之一就是和熱力學(xué)進(jìn)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(zhǎng)期進(jìn)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(lè)器的音樂(lè)家,若沒(méi)有很好的指揮,還不能演奏
出一場(chǎng)滿意的交響樂(lè)。其原因就是缺乏有意識(shí)地進(jìn)行組裝。對(duì)于組裝的本質(zhì)和規(guī)律,有很多基礎(chǔ)性研究有待深入進(jìn)行。
作為邊沿學(xué)科的配位化學(xué)日益和其他相關(guān)學(xué)科相互滲透和交*。正如Lehn所指出,超分子化學(xué)可以看作是廣義的配位化學(xué),另一方面,配
位化學(xué)又是包含在超分子化學(xué)概念之中。配位化學(xué)的原理和規(guī)律,無(wú)疑將在分子水平上對(duì)未來(lái)復(fù)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(xué)科的界限。我國(guó)配位化學(xué)家在進(jìn)一步促進(jìn)它和化學(xué)內(nèi)有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)、高分子化學(xué)、環(huán)境
化學(xué)、材料化學(xué)、生物化學(xué)、以及凝聚態(tài)物理、分子電子學(xué)等學(xué)科的結(jié)合方面有了很好的開(kāi)端。進(jìn)一步的發(fā)展必將給配位化學(xué)帶來(lái)新的發(fā)展前
景。
我國(guó)幅員遼闊,資源豐富,經(jīng)濟(jì)建設(shè)中有各方面的要求。還存在一些無(wú)人問(wèn)津的薄弱領(lǐng)域,例如配位光化學(xué)、界面配位化學(xué)、納米配位化
學(xué)、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(yīng)用背景,具有開(kāi)發(fā)成重大經(jīng)濟(jì)效益的潛力。它的基礎(chǔ)和理
論性研究也處在現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展的前沿領(lǐng)域,對(duì)下一世紀(jì)我國(guó)化學(xué)學(xué)科的發(fā)展,必將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
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