烯烃复分解反应的研究论文

碳是地球生命的核心元素。碳原子能以不同方式与多种原子连接，形成小到几个原子、大到上百万个原子的分子。这种独特的多样性奠定了生命的基础，它也是与人类生活密切相关的学科——有机化学的核心。 原子之间的联系称为键，一个碳原子可以通过单键、双键或三键方式与其他原子连接。有着碳－碳双键的链状有机分子称为烯烃。在烯烃分子里，两个碳原子就像双人舞的舞伴一样，拉着双手在跳舞。05年诺贝尔化学奖的三位得主，获奖原因就是他们弄清了如何指挥烯烃分子“交换舞伴”，将分子部件重新组合成别的物质。 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，形成新分子，这种过程被命名为烯烃复分解反应。但当时没有人知道这类金属催化剂的分子结构，也不知道它是怎样起作用的。 人们就此提出了许多假说，但真正的突破发生在１９７０年。这一年，法国科学家伊夫·肖万和他的学生发表了一篇论文，提出烯烃复分解反应中的催化剂应当是金属卡宾，并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。 金属卡宾是指一类有机分子，其中有一个碳原子与一个金属原子以双键连接，它们也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。后者会继续寻找下一个烯烃分子，再次“交换舞伴”。 这一理论提出后，越来越多的化学家意识到，烯烃复分解在有机合成方面有着巨大的应用前景，但这对催化剂的要求也很高。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，作出最大贡献的是美国科学家罗伯特·格拉布和理查德·施罗克。 １９９０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。这是第一种实用的此类催化剂，该成果显示烯烃复分解可以取代许多传统的有机合成方法，并用于合成新型有机分子。 1９９２年，格拉布等人发现了金属钌的卡宾化合物也能作为催化剂。此后，格拉布又对钌催化剂作了改进，这种“格拉布催化剂”成为第一种被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。 以这些发现为基础，学术界和工业界掀起了研究烯烃复分解反应、设计合成新型有机物质的热潮。新的合成过程更简单快捷，生产效率更高，副产品更少，产生的有害废物也更少，有利于保护环境，是“绿色化学”的典范。它在化工、食品、医药和生物技术产业方面有着巨大应用潜力。一些科学家正在用这种方法开发治疗癌症、早老性痴呆症和艾滋病等疾病的新药。它还拓展了科学家研究有机分子的手段，例如用于人工合成复杂的天然物质。

尽管烯烃复分解反应的研究已经取得了很大突破，但仍然存在不少挑战。首先，时下的催化体系，对于形成四取代烯烃的交叉复分解反应以及桶烯的开环聚合还不能有效地实现，钌的催化体系还不能适用于带有碱性官能团（如氨基、氰基）的底物，烯烃复分解反应中的立体化学问题、特别是有关催化不对称转化（尽管使用手性Mo催化剂已经实现了开环聚合反应的动力学拆分）的问题还没有很好地解决，关于交叉复分解反应中产物的顺、反异构体的选择性控制，虽然对于某些特定的底物已经取得了一些成功，但还没有普遍的规律可循；另外，烯烃复分解反应的工业应用还很少。所有这些都是需要解决的问题，其关键是在基础研究方面能否有进一步突破，特别是在催化的效率、选择性等方面。2005年的诺贝尔化学奖颁给了3位在烯烃复分解反应研究方面做出突出贡献的化学家伊夫·肖万、罗伯特·格拉布和理查德·施罗克。【注：图片形象地表示一对舞者（烯烃），在催化剂（金属卡宾）作用下，和另一对舞者（另一烯烃）连成环状，接着相互改变搭档（形成两个新的烯烃）。】

碳是地球生命的核心元素。碳原子能以不同方式与多种原子连接，形成小到几个原子、大到上百万个原子的分子。这种独特的多样性奠定了生命的基础，它也是与人类生活密切相关的学科——有机化学的核心。 原子之间的联系称为键，一个碳原子可以通过单键、双键或三键方式与其他原子连接。有着碳－碳双键的链状有机分子称为烯烃。在烯烃分子里，两个碳原子就像双人舞的舞伴一样，拉着双手在跳舞。 05年诺贝尔化学奖的三位得主，获奖原因就是他们弄清了如何指挥烯烃分子“交换舞伴”，将分子部件重新组合成别的物质。 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，形成新分子，这种过程被命名为烯烃复分解反应。但当时没有人知道这类金属催化剂的分子结构，也不知道它是怎样起作用的。 人们就此提出了许多假说，但真正的突破发生在１９７０年。这一年，法国科学家伊夫·肖万和他的学生发表了一篇论文，提出烯烃复分解反应中的催化剂应当是金属卡宾，并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。 金属卡宾是指一类有机分子，其中有一个碳原子与一个金属原子以双键连接，它们也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。后者会继续寻找下一个烯烃分子，再次“交换舞伴”。 这一理论提出后，越来越多的化学家意识到，烯烃复分解在有机合成方面有着巨大的应用前景，但这对催化剂的要求也很高。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，作出最大贡献的是美国科学家罗伯特·格拉布和理查德·施罗克。 １９９０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。这是第一种实用的此类催化剂，该成果显示烯烃复分解可以取代许多传统的有机合成方法，并用于合成新型有机分子。 1９９２年，格拉布等人发现了金属钌的卡宾化合物也能作为催化剂。此后，格拉布又对钌催化剂作了改进，这种“格拉布催化剂”成为第一种被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。 以这些发现为基础，学术界和工业界掀起了研究烯烃复分解反应、设计合成新型有机物质的热潮。新的合成过程更简单快捷，生产效率更高，副产品更少，产生的有害废物也更少，有利于保护环境，是“绿色化学”的典范。它在化工、食品、医药和生物技术产业方面有着巨大应用潜力。一些科学家正在用这种方法开发治疗癌症、早老性痴呆症和艾滋病等疾病的新药。它还拓展了科学家研究有机分子的手段，例如用于人工合成复杂的天然物质。