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化學(xué)前沿:配位化學(xué)

發(fā)布時間:2013-04-09 10:51:07瀏覽次數(shù):2828

   配位化學(xué)進(jìn)展

   配位化學(xué)是在無機化學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門邊沿學(xué)科。它所研究的主要對象為配位化合物(CoordinationCompounds,簡稱配合物)。早期的配位化學(xué)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(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,美國實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,195l年P(guān)anson和Miler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(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,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,Wnkinson和Fischer發(fā)展的有機金屬化學(xué),Hoffmann的等瓣理論Taube研究配合物和固氮反應(yīng)機理,Cram,Lehn和Pedersen在超分子化學(xué)方面的貢獻(xiàn),Marcus的電子傳遞過程。在以他們?yōu)榇淼拈_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,配位化學(xué)處于無機化學(xué)趼究的主流,配位化合物還以其花樣繁多的價鍵形式和空間結(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)科的交叉點。在應(yīng)用方面,結(jié)合生產(chǎn)實踐。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,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)展的另一個主要領(lǐng)域。人們熟知的化學(xué)主要是研究以共價鍵相結(jié)合的分子的合成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變換規(guī)律。超分于化學(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各種化學(xué)、物理和生物中高選懌性的識別、反應(yīng)、傳遞和調(diào)制過程。而這些過程就導(dǎo)致超分子的光電功能和分子器件的發(fā)展。

  我國配位化學(xué)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(jīng)濟(jì)建設(shè)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(xué)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(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、取代動力學(xué)、過渡金屬配位催化以及稀土和W、Mo等我國豐產(chǎn)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(xué)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。我國配位化學(xué)研究已步入國際先進(jìn)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(jìn)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(chǔ)無機合成及其結(jié)構(gòu)研究取得豐碩成果,豐富了配合物的內(nèi)涵;(2)開展了熱力學(xué)、動力學(xué)和反應(yīng)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(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)科的研究和化學(xué)教學(xué)中。

  我國配位化學(xué)的進(jìn)展具有一系列特點。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。金屬離子在生物體系中的成鍵。除維生素B12中的Co一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更為復(fù)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(xué)有關(guān)的問題中,還要按著正確的時間)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(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序。這時配位化學(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(jìn)行組裝。對于組裝的本質(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)科相互滲透和交叉。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,無疑將在分子水平上對未來復(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。我國配位化學(xué)家在進(jìn)一步促進(jìn)它和化學(xué)內(nèi)有杌化學(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端。進(jìn)一步的發(fā)展必將給配位化學(xué)帶來新的發(fā)展前景。

  我國幅員遼闊,資源豐富。經(jīng)濟(jì)建設(shè)中有備方面的要求。還存在一些無人問津的薄弱領(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。對下一世紀(jì)我國化學(xué)學(xué)科的發(fā)展。必將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

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