2005年諾貝爾化學(xué)獎:烯烴復(fù)分解

　　瑞典皇家科學(xué)院10月5日宣布，將2005年諾貝爾化學(xué)獎授予三位有機化學(xué)家——法國學(xué)者伊夫·肖萬（YvesChauvin）和美國學(xué)者理查德·施羅克（RichardR.Schroch）、羅伯特·格拉布（RobertH.Grubbs），以表彰他們在烯烴復(fù)分解反應(yīng)研究方面做出的貢獻。烯烴復(fù)分解反應(yīng)是有機化學(xué)中最重要也是最有用的反應(yīng)之一，在當(dāng)今世界已被廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)，尤其是在制藥業(yè)和塑料工業(yè)中。

　　肖萬生于1930年，從事有機物合成轉(zhuǎn)換方面的研究長達30年之久，目前在法國石油研究所擔(dān)任名譽所長的職務(wù)。

　　讓原子交換“舞伴”

　　碳（C12）是地球生命的核心元素，地球上的所有有機物質(zhì)都含有它。碳元素通常以單質(zhì)、化合物和晶體態(tài)即“富勒烯”（巴基球）的形式存在。碳原子能以不同的方式與多種原子連接，形成小到幾個原子、大到上百萬個原子的分子。這種獨特的多樣性奠定了生命的基礎(chǔ)，它也是與人類生命密切相關(guān)的學(xué)科——有機化學(xué)的核心。

　　地球上的所有生命都是以這些碳化合物為基礎(chǔ)形成的。原子之間的聯(lián)系稱為鍵，一個碳原子可以通過單鍵、雙鍵或三鍵方式與其他原子連接。碳原子可形成長的鍵條和鏈環(huán)，將氫和氧等原子纏繞固定在一起，形成雙原子化學(xué)分子，又稱為雙重束縛。有著碳－碳雙鍵的鏈狀有機分子稱為烯烴。在烯烴分子里，兩個碳原子就像雙人舞的舞伴一樣，拉著雙手在跳舞。今年諾貝爾化學(xué)獎的三位獲得者，獲獎的原因就是他們弄清了如何指揮烯烴分子交換“舞伴”，將分子部件重新組合成別的性能更優(yōu)的物質(zhì)。這個比喻在英文即為“換位”（matathesis）。在換位反應(yīng)中，雙原子分子可以在碳原子的作用下斷裂，從而使原來的原子組改變位置。然而，換位過程需要靠某些特殊化學(xué)催化劑的幫助才能完成。這種換位合成法就是烯烴復(fù)分解反應(yīng)，被諾貝爾化學(xué)獎評委會主席佩爾·阿爾伯格幽默地比喻為“交換舞伴的舞蹈”。這位主席在宣布化學(xué)獎獲得者儀式上親自走向講臺，邀請身邊的皇家科學(xué)院的兩位男教授和兩位女工作人員一起，在會場中央為大家表演了烯烴復(fù)分解反應(yīng)的含義。最初兩位男士是一對舞伴，兩位女士是一對舞伴，在“加催化劑”的喊聲中，他們交叉換位，轉(zhuǎn)換為兩對男女舞伴。這種對“有機合成中復(fù)分解方法”的形象解讀，引起了在場人士的愜意笑聲。

　　1970年，法國學(xué)者伊夫·肖萬破譯了這個人類的“有機化學(xué)之謎”。斯年，肖萬和他的學(xué)生歷經(jīng)多年的艱苦攻研發(fā)表了一篇論文，闡明了復(fù)分解即換位反應(yīng)的原理和反應(yīng)中所需的金屬復(fù)合物催化劑，提出烯烴復(fù)分解反應(yīng)中催化劑應(yīng)當(dāng)是金屬卡賓。卡賓為英文Carbon譯音，即“碳”的譯文。肖萬的論文還詳細解釋了催化劑擔(dān)當(dāng)中間人、幫助烯烴分子“交換舞伴”的過程。斯時，這位有機化學(xué)大師開出了換位合成法的“處方”，為開發(fā)實際應(yīng)用的催化劑奠定了理論基礎(chǔ)并指明了研究方向。

　　金屬卡賓是指一類有機分子，其中一個碳原子與一個金屬原子以雙鍵相連接，它們可以看作一對拉著雙手的舞伴。在與烯烴分子相遇后，兩對舞伴會暫時組合起來，手拉手跳起四人舞蹈。隨后它們“交換舞伴”，組合成兩個新分子，其中一個是新的烯烴分子，另一個是金屬原子和它的新舞伴。后者繼續(xù)尋找下一個烯烴分子，再次“交換舞伴”。

　　這個理論提出后，越來越多的化學(xué)家意識到，烯烴復(fù)分解反應(yīng)在有機合成方面有著巨大的應(yīng)用前景，但對催化劑的要求很高，找尋及開發(fā)絕非易事。到底含有什么金屬元素的卡賓化合物最理想呢？在開發(fā)實用的催化劑方面，做出最大貢獻的是2005年的另兩位諾貝爾化學(xué)獎獲得者。

　　1990年，理查德·施羅克成為世界上第一個生產(chǎn)出可有效用于換位合成法中的金屬化合物催化劑的科學(xué)家。斯年，施羅克和他的合作者報告說，金屬鉬的卡賓化合物可以作為非常有效的烯烴復(fù)分解催化劑。這個成果顯示，烯烴復(fù)分解法可以取代許多傳統(tǒng)的有機合成方法，并用于合成新型的有機分子。

　　1992年，羅伯特·格拉布發(fā)現(xiàn)了金屬釕的卡賓化合物也能作為換位合成法中的金屬化合物催化劑，這種催化劑在空氣中很穩(wěn)定，因此在實際生活中有多種用途。此后，格拉布又對釕催化劑作了改進，使這種“格拉布催化劑”成為第一種化學(xué)工業(yè)普遍使用的烯烴復(fù)分解催化劑，并成為檢驗新型催化劑性能的標(biāo)準(zhǔn)。

　　諾貝爾化學(xué)獎評委會在授予這三位科學(xué)家諾貝爾化學(xué)獎的文告中肯言道：烯烴復(fù)分解反應(yīng)即換位合成法是“研究碳原子之間的化學(xué)聯(lián)系是如何建立和分解的，是一種產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的關(guān)鍵方法。簡言之，是在有機合成復(fù)分解方面的發(fā)現(xiàn)，即闡明化學(xué)鍵在碳原子間是如何形成的，使他們最終戴上了2005年諾貝爾化學(xué)獎的桂冠。