瞭望东方周刊：帮原子交换舞伴 | |||||||||
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| http://www.sina.com.cn 2005年11月04日12:33 瞭望东方周刊 | |||||||||
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《瞭望东方周刊》记者于达维报道 上世纪50年代后的20多年间，共有八位化学家由于在金属有机化学研究中的成就而获得诺贝尔化学奖 “这个工程明年正式投产后，公司合成氨的年生产能力可由现在的12万吨提高到16
采用福州大学魏可镁教授发明的这种新一代氨合成催化剂，林宇光说，比用原来的铁催化剂合成氨，要节约一半的成本，每吨合成氨还可以少耗电30千瓦时，一年可以节电480万千瓦时。而发现钌可以作为化工催化剂的美国化学家罗伯特·格拉布斯教授，今年终于得到了诺贝尔奖评审委员会的认可。 2005年诺贝尔化学奖10月5日在瑞典揭晓，法国化学家伊夫·肖万和美国化学家罗伯特·格拉布斯以及理查德·施罗克共同分享了这一殊荣。 诺贝尔奖评审委员会在评价三名科学家的研究成果时说，他们对于有机化学合成中的烯烃换位反应催化剂的研究成果，每天都在化学工业中，尤其是在医药制品和高级塑料产品的发展中被使用，只要能够想到，任何新的化学分子都可用这种方法制造出来，它是寻找治疗人类主要疾病的药物的重要武器。 移行换位 诺贝尔奖评审委员会在评审报告中解释说，换位反应这个单词(metathesis)就是来自希腊语变化(meta)和位置(thesis)，其含义就是两种物质交换它们各自的一部分，即:AB + CD → AC + BD，其中B和C交换了位置。 在换位反应中，化学家可以有目的地剥离有机物中的某个原子，然后用另一种有机物中的一个原子来取代它，这样就可以人为地制造具有特殊性质的分子，可以让药物分子更有疗效，可以让塑料分子更坚韧或更柔软，或者让某些特殊塑料材料的导电性更好。 科学家们把这种反应形象地称为交换舞伴，即让起舞的原子在跳舞的同时交换它们的舞伴，形成具有崭新化学性质的新的组合。而这种交换舞伴的过程，就像人交换舞伴需要荷尔蒙一样，需要一定催化剂的刺激。 1950年，美国杜邦公司的化学家们发现，在乙烯或丙烯这样的有机物混合物中添加一些金属，比如钼，可以导致这些有机物分子改变形状，但是他们无法解释这种现象产生的机制，与其说是科学，不如说更像是炼金术。从那时起，全世界化学界就开始了一场解开这个谜团的竞赛。 “中国人一般称换位反应为歧化反应,以前它被当作一个很普通的反应,但是后来它的应用越来越大，也使一个特殊问题变成了一个普遍问题。”中科院长春应用化学所研究员吴越告诉《瞭望东方周刊》。 1971年法国石油研究院的化学家肖万对换位反应提出了一种详细的解释，说明了催化剂如何担当媒介、帮助烯烃分子“交换舞伴”的过程。这使得这种换位反应可以被应用到很多化学反应之中，可以把链状的分子变成环状的分子，可以把短链结合成长链，也可以把环状的分子打开成链状，但是当时所能用到的金属催化剂并不多，而且这些催化剂都不能暴露在空气或潮湿的环境中。 “找到一种很好的催化剂，能让化学反应的效率得到极大的提高，原来一克催化剂可以生产几百克产品，新的催化剂可能可以生产几万克产品，有极高的经济效益，所以对于催化剂的研究也使得许多人得到了诺贝尔奖。”吴越研究员说。 诺奖金矿 1918年获得诺贝尔化学奖的德国化学家哈伯，是由于提出了空气中的氮和水中的氢在高温高压和锇催化剂作用下能够发生化学反应并合成氨，1904至1913年发明了合成氨生产技术，从而开创了合成氨工业。 1931年获奖的德国化学家博施，改进了高压合成氨的催化方法，发明了以铁等金属为基础的催化剂，实现了合成氨的工业化生产。 而后各国科学家都开始研究金属在有机化学中的作用，并诞生了一个新的化学分支，金属有机化学。上世纪50年代后的20多年间，共有八位化学家由于在金属有机化学研究中的成就而获得诺贝尔化学奖。 1963年，德国人卡尔·齐格勒和意大利人居里奥·纳塔因为分别发明了用三乙基铝和三氧化钛组成的金属络合催化剂合成低压聚乙烯，分享了当年的诺贝尔化学奖。 诺贝尔化学奖评审报告中指出，施罗克和格拉布斯的催化剂，不仅可以在许多领域得到应用，而且十分高效，并且格拉布斯的催化剂能够在空气中操作，这为全世界合成化学家提供了创造分子的崭新机会。 一本万利 中科院成都有机化学所研究员于作龙对《瞭望东方周刊》说，石油化学简单来说就是烯烃化学，就是如何加工石油裂解所产生的乙烯、丙烯、丁烯等有机物，我们现在所用到的各种化工产品，几乎全都要用到催化剂。“同样的原料，使用不同的催化剂，在不同的反应条件下，就能产生不同的产品。同样是乙烯，用银催化剂就可以生产环氧乙烷，用钯就可以生产醋酸。” 科学家认为如果人类能找到可以模拟叶绿素转化太阳能过程的催化剂的话，将一劳永逸地解决地球上的能源问题。 “这次诺贝尔化学奖奖给了三个人，一个发明，一个应用，一个实用，是非常全面的。催化剂最大的问题是制造的成本，到格拉布斯把这个问题解决之后，应用起来问题就不大了。一种药物分子上，某个原子可以处于不同的位置，可能只有其中一个位置是有效的，我们可以自由地把分子上特定的原子搬来搬去，放到有用的位置上。” 于作龙研究员介绍，德国上世纪70年代曾经有一种帮助生育的药物，后来造成大量生育畸形。而在换位反应催化剂的帮助下，可以控制生产什么结构的药物分子，控制它的药效。 诺贝尔奖评审委员会指出，换位反应催化剂使得制药工业，化学工业生产更加高效、更少废弃物、更加简便、更少环境污染。“这是通往‘绿色化学’的重要一步，通过更聪明的生产技术减少潜在的危险废弃物。它是基础科学对人类、社会和环境都做出重要贡献的一个很好的例子。” ■ 相关专题：瞭望东方周刊 |
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