【2005年诺贝尔化学奖解读】烯烃复分解

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。

烯烃复分解反应原理示意图

    今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。

“交换舞伴”的舞蹈 ——2005年诺贝尔化学奖成果解读

    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。

“他们的成果每天都惠及人类” ——中科院院士点评今年诺贝尔化学奖

    “他们的成果得奖，是化学界认为理所当然的事情。这不仅是因为他们的科研成果本身非常重要，更重要的是这一成果在生产生活领域有着极其广泛的实际应用，他们的成果推动了有机化学和高分子化学的发展，每天都惠及人类。”中国科学院戴立信院士在其上海的家中接受新华社记者电话采访时，对今年诺贝尔化学奖得主的获奖成果作出了这样的评价。

    瑞典皇家科学院5日宣布，将今年的诺贝尔化学奖授予美国加州理工学院的罗伯特·格拉布、麻省理工学院的理查德·施罗克以及法国石油研究所的伊夫·肖万，以表彰他们在“有机合成的烯烃复分解反应研究方面作出了贡献。”

2005年诺贝尔化学奖得主

    瑞典皇家科学院将该成果评价为“重要基础科学造福于人类、社会和环境的例证”，称人类如今每天都在化工生产中应用这一成果，主要是在药物和先进塑料材料的研发上，“烯烃复分解反应是寻找治疗人类主要疾病的药物的重要武器”。

    81岁高龄的戴立信院士介绍说，烯烃复分解反应非常重要，他与丁奎岭研究员在2002年的中科院科学发展报告中曾经专门花费篇幅予以详细介绍。这是因为，化学键的断裂与形成是化学研究领域中最基本的问题，研究碳－碳键的断裂与形成规律是有机化学中需要解决的核心问题之一，而格拉布等人正是在此方面作出了贡献。他说：“烯烃复分解反应是非常有用的反应，在天然反应的纯合成、高分子化学以及多肽蛋白质的合成等方面都有广泛用途。”

　　诺贝尔奖评委会介绍说，几位科学家的获奖成果“是朝着‘绿色化学’方向前进的一大步”。戴立信解释说，这主要是因为应用该成果一方面提高了化工生产中的产量和效率，同时减少了副产品；另一方面其副产品主要是乙烯，而乙烯是可以再利用的。

　　戴立信介绍说，尽管我国在对烯烃复分解反应本身的研究方面与世界水平尚有差距，但是在利用该反应的研究方面则已经取得了诸多成果。戴立信非常高兴地介绍说，“格拉布是我们中科院上海有机化学研究所的名誉教授，他曾经多次来华访问，与我们有着非常良好的学术交流。”

　　“我的印象中，格拉布是一个非常努力的人，他早年只是个有机化学家，对高分子化学所知不多，但他利用业余时间给自己开课，最终获得了优秀的成果，成为目前世界化学界这一领域最为活跃的科学家”，戴立信说。

　　在今年获奖的三位科学家中，肖万和施罗克的贡献主要体现在烯烃复分解反应的基本原理方面，格拉布继承和发展了他们的成果。戴立信认为，将诺贝尔化学奖同时授予三人，“体现了诺贝尔奖评选的原则，那就是记住那些在基础研究方面作出巨大贡献的科学家。”

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