无机化学和有机化学的桥梁——金属有机化学

一直以来我们都把化学这门学科分为有机化学和无机化学两大类别[1]。很多科学家在过去很长一段时间, 通常认为有机化学是研究有生命物质的一门化学学科, 无机化学是研究无生命物质的一门化学学科, 而近年来随着人类认识的不断发展, 这一认识已被突破, 例如, 铝、镁、钻、铁等少数稀有全属在生命体的新陈代谢中具有非常重要的作用, 但它们在过去常常作为无机化学的研究对象。因此, 人为的机械的把化学分为无机化学和有机化学是不科学的, 并且有机化学和无机化学在近年来的相互渗透研究也得到大大的提高, 尤其突出是他们在化学反应的研究领域。研究成果也是不断在更新, 因此我们应该把无机化学和有机化学的交界学科—金属有机化学;作为一个新的领域进行研究, 并且交叉学科在现有阶段是个空白, 所以更具有研究意义。因此从上世纪90年代, 金属有机化学得到了快速发展, 一直都处于化学课题研究中最活跃的研究内容。

1 金属有机化学的过去

法国化学家Grignard于上世纪初发现了Grignard反应, 从而为金属有机化合物在有机合成中开辟了新的应用方法。因此有机镁化学的研究就全都在合成有机化学家的实验室中进行。1850年以前, 有机化学家主要通过研究新的有机反应来不断发展金属有机化学, 如Br Zn CH2COOR反应的试剂是一种有机锌化含物, 烷堆铿是有机合成中有用的试剂。此外, 应用铜催化剂的反应本质上都是通过有机铜化合物中间体的反应。在1951年, 二茂铁得到合成, 由于它本身所具有的特殊结构以及类似芳烃的性质, 从而给过渡金属开辟了一大类新型化合物。自此, 过渡金属有机化学成为近几十年来在理论上和实际应用上都有富有成果性的研究领域。笔者认为, 金属有机化学近年来快速发展主要归结为以下三个方面的因素:

1.1 由于碳-金属键的活泼性, 可以发生许多重要的反应, 也可作为有机反应的试剂与催化剂, 在金属有机化合物的合成中具有重要的作用。

1.2 不断合成的金属有机化合物为化学键理论和价键结构等方面提供了许多重要的资料, 导致人们对化学的内在规律有了更多更深的认识。

1.3 金属有机化合物还有许多其他的实际用途。在实际生活中金属有机化合物常用来作为塑料添加剂、杀菌剂、抗震剂等。

2 金属有机化学的研究现状

2.1 对于金属有机化合物的新结构及其物理化学性质[2]。

各种金属元素原子结构的不同, 导致所生成的金属有机化合物的价键结构发生改变。另外, 不断合成的新金属有机化合物也丰富发展化学键理论, 新增有机化合物很多可信赖的资料。由于现在对金属的有机化合物的化学键深入认识, 使得曾经化学键理论概念发生快速发展和改变。把他们应用于研究金属有机化合物, 使得大家认识物质结构得到提高, 以此同时发展了各种应用工具范围的深度。

2.2 金属有机新反应的不断发现。

众所周知有机合成中的试剂就是金属有机化合物。在50年代以前, 有机铿化合物和有机镁得到广泛应用。50年代中发展的Witting馆反应和烯烃的硼氢化反应, 在1979年, 反应的发明者Witting和Brown凭借这个化学反应获得nobel奖金, 这充分表明了金属有机试剂对推动整个有机化学发展中的重要地位。例如, 当前非常活跃的研究方向—烯烃复分解反应, 在它的反应过程中, 是切断烯烃的双键而生成新的双键, 以前的有机化学家根本想象不到。

2.3 深入研究金属有机反应机理[3,4]。

目前, 我们把金属有机反应归纳以下4个基列反应: (1) 插入反应 (不消除的逆反应) ; (2) 反应物在金属上的络合配位; (3) 重排反应; (4) 氧化加成反应 (还原消除的逆反应) ;对新中间体, 在70年代中卡宾一过渡金属络合物和金属杂环化合物得到逐步发展起来。

2.4 金属有机化合物的其它用途。

目前, 有机硅则主要用于有机硅树脂, 有机锡化合物则广泛应用于橡胶防老化剂、聚氯乙烯之稳定剂和聚烯烃等等, 有机汞化合物主要应用于防霉剂和杀菌剂。有机铅化合物主要用于汽油抗震剂的四甲基铅和四乙基铅, 另外金属原子引入高分子化合物, 对于开发和发展各种特殊性能材料提供理论依据。

摘要：文中首先阐述了金属有机化学过去一百年来的发展历程, 然后从三个反面解释了金属有机化学近年来得到快速发展的原因, 最后分别从金属化合有机物的结构、物理化学性质、有机新反应和其它用途叙述了金属有机化学的现状。

关键词：金属有机化学,稀有全属,原子结构,反应机理

参考文献

[1] 姚福琪, 康永胜, 王亚茹等.氧化数概念在有机氧化还原反应中的应用[J].保定师专学报, 1999, 12 (4) :20-24.

[2] 姚福琪.氧化数概念在有机化学反应中应用的探讨[J].河北轻化工学院学报, 1992, 31 (1) :147-152.

[3] LI Hua-can, XING Yu-ming, LI Qun-fang.The two weighted Poincarénorm inequalities for the composition of Green operator and homotopy operator[J].Journal of Natural Science of Heilongjiang University, 2014, 31 (4) :484-489.

[4] 朱科文, 朱金璞.高职高专《基础化学》课程改革思路[J].科技创新导报, 2011 (24) .