20世纪化学工业的贡献有哪些？

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20世纪化学的辉煌成就

20世纪人类对物质需求的日益增加以及科学技术的迅猛发展，极大的推动了化学学科自身的发展。化学不仅形成了完整的理论体系，而且在理论的指导下，化学实践为人类创造了丰富的物质。从19世纪的经典化学到20世纪的现代化学的飞跃，从本质上说是从19世纪的道尔顿原子论、门捷列夫元素周期表等在原子的层次上认识和研究化学，进步到20世纪在分子的层次上认识和研究化学。如对组成分子的化学键的本质、分子的强相互作用和弱相互作用、分子催化、分子的结构与功能关系的认识，以至1900多万种化合物的发现与合成；对生物分子的结构与功能关系的研究促进了生命科学的发展。另一方面，化学过程工业以及与化学相关的国计民生的各个领域，如粮食、能源、材料、医药、交通、国防以及人类的衣食住行用等，在这100年中发生的变化是有目共睹的。过去的100年间化学学科的重大突破性成果可从历届诺贝尔化学奖获得者的重大贡献中获悉

历届诺贝尔化学奖获奖简况

获奖年份获奖者国籍获奖成就

1901J. H. van’t Hoff荷兰溶剂中化学动力学定律和渗透压定律

1902E. Fisher德国糖类和嘌啉化合物的合成

1903S. Arrhenius瑞典电离理论

1904W. Ramsay英国惰性气体的发现及其在元素周期表中位置的确定

1905A. von Baeyer德国有机染料和氢化芳香化合物的研究

1906H. Moissan法国单质氟的制备，高温反射电炉的发明

1907E. Buchner德国发酵的生物化学研究

1908E. Rutherford英国元素嬗变和放射性物质的化学研究

1909W. Ostwald德国催化、电化学和反应动力学研究

1910O.Wallach德国脂环族化合物的开创性研究

1911M.Curie波兰放射性元素钋和镭的发现

1912V. Grignard

P. Sabatier法国

法国格氏试剂的发现

有机化合物的催化加氢

1913A. Werner瑞士金属络合物的配位理论

1914Th. Richards美国精密测定了许多元素的原子量

1915R. Willstatter德国叶绿素和植物色素的研究

1916无

1917无

1918F.Haber德国氨的合成

1919无

1920W. Nernst德国热化学研究

1921F. Soddy英国放射性化学物质的研究及同位素起源和性质的研究

1922F. W. Aston英国质谱仪的发明，许多非放射性同位素及原子量的整数规则的发现

1923F. Pregl奥地利有机微量分析方法的创立

1924无

1925R. Zsigmondy德国胶体化学研究

1926T. Svedberg瑞士发明超速离心机并用于高分散胶体物质研究

1927H. Wieland德国胆酸的发现及其结构的测定

1928A. Windaus法国甾醇结构测定，维生素D3的合成

1929A.Harden

H. von Euler-Chelpin英国

法国糖的发酵以及酶在发酵中作用的研究

1930H. Fischer德国血红素、叶绿素的结构研究，高铁血红素的合成

1931C.Bosch

F. Bergius德国

德国化学高压法

1932J. Langmuir美国表面化学研究

1933无

1934H. C. Urey美国重水和重氢同位素的发现

1935F. Joliot-Curie

I. Joliot-Curie法国

法国新人工放射性元素的合成

1936P. Debye荷兰提出了极性分子理论，确定了分子偶极矩的测定方法

1937W. N. Haworth

P. Karrer英国

瑞士糖类环状结构的发现，维生素A、C和B12、胡萝卜素及核黄素的合成

1938R. Kuhn德国维生素和类胡萝卜素研究

1939A.F. J. Butenandt

L. Ruzicka德国

瑞士性激素研究

聚亚甲基多碳原子大环和多萜烯研究

1940无

1941无

1942无

1943G. Heresy匈牙利利用同位素示踪研究化学反应

1944O. Hahn德国重核裂变的发现

1945A. J. Virtamen荷兰发明了饲料贮存保鲜方法，对农业化学和营养化学做出贡献

1946J. B. Sumner

J. H. Northrop

W. M. Stanley美国

美国

美国发现酶的类结晶法

分离得到纯的酶和病毒蛋白

1947R. Robinson英国生物碱等生物活性植物成分研究

1948A. W. K. Tiselius瑞典电泳和吸附分析的研究，血清蛋白的发现

1949W. F. Giaugue美国化学热力学特别是超低温下物质性质的研究

1950O. Diels

K. Alder德国

德国发现了双烯合成反应，即Diels-Alder反应

1951E.M. Mcmillan

G. Seaborg美国

美国超铀元素的发现

1952A.J. P. Martin

R. L. M. Synge英国

英国分配色谱分析法

1953H. Staudinger德国高分子化学方面的杰出贡献

1954L. Pauling美国化学键本质和复杂物质结构的研究

1955V. du. Vigneand美国生物化学中重要含硫化合物的研究，多肽激素的合成

1956C. N. Hinchelwood英国

苏联化学反应机理和链式反应的研究

1957A. Todd英国核苷酸及核苷酸辅酶的研究

1958F. Sanger英国蛋白质结构特别是胰岛素结构的测定

1959J. Heyrovsky捷克极谱分析法的发明

1960W. F. Libby美国14C测定地质年代方法的发明

1961M. Calvin美国光合作用研究

1962M. F. Perutz

J. C. Kendrew英国

英国蛋白质结构研究

1963K. Ziegler

G. Natta德国

意大利Ziegler-Natta催化剂的发明，定向有规高聚物的合成

1964D. C. Hodgkin英国重要生物大分子的结构测定

1965R. B. Woodward美国天然有机化合物的合成

1966R. S. Mulliken美国分子轨道理论

1967M. Eigen

R. G. W. Norrish

G. Porter德国

英国

英国用驰豫法、闪光光解法研究快速化学反应

1968L. Onsager美国不可逆过程热力学研究

1969D.H. R. Barton

O. Hassel英国

挪威发展了构象分析概念及其在化学中的应用

1970L. F. Leloir阿根廷从糖的生物合成中发现了糖核苷酸的作用

1971G. Herzberg加拿大分子光谱学和自由基电子结构

1972C .B. Anfinsen

S. Moore

W. H. Stein美国

美国

美国核糖核酸酶分子结构和催化反应活性中心的研究

1973G.Wilkinson

E. O. Fischer英国

德国二茂铁结构研究，发展了金属有机化学和配合物化学

1974P. J. Flory美国高分子物理化学理论和实验研究

1975J. W. Cornforth

V. Prelog英国

瑞士酶催化反应的立体化学研究

有机分子和反应的立体化学研究

1976W. N. Lipscomb, Jr.美国有机硼化合物的结构研究，发展了分子结构学说和有机硼化学

1977I. Prigogine比利时研究非平衡的不可逆过程热力学

1978P. Mitchell英国用化学渗透理论研究生物能的转换

1979H.C. Brown

G. Wittig美国

德国发展了有机硼和有机磷试剂及其在有机合成中的应用

1980P. Berg

F. Sanger

W. Gilbert美国

英国

美国DNA分裂和重组研究，DNA测序，开创了现代基因工程学

1981Kenich Fukui

R. Hoffmann日本

美国提出前线轨道理论

提出分子轨道对称守恒原理

1982A. Klug英国发明了“象重组”技术，利用X-射线衍射法测定了染色体的结构

1983H. Taube美国金属配位化合物电子转移反应机理研究

1984R. B. Merrifield美国固相多肽合成方法的发明

1985H. A. Hauptman

J. Karle美国

美国发明了X-射线衍射确定晶体结构的直接计算方法

1986李远哲

D. R. Herschbach

J. Polanyi美国

美国

加拿大发展了交叉分子束技术、红外线化学发光方法，对微观反应动力学研究作出重要贡献

1987C. J. Pedersen

D. J. Cram

J-M. Lehn美国

美国

法国开创主-客体化学、超分子化学、冠醚化学等新领域

1988J. Deisenhoger

H. Michel

R. Huber德国

德国

德国生物体中光能和电子转移研究，光合成反应中心研究

1989T. Cech

S. Altman美国

美国Ribozyme的发现

1990E. J. Corey美国有机合成特别是发展了逆合成分析法

1991R. R. Ernst瑞士二维核磁共振

1992R. A. Marcus

美国电子转移反应理论

1993M. Smith

K. B. Mullis加拿大

美国寡聚核苷酸定点诱变技术

多聚酶链式反应（PCR）技术

1994G. A. Olah美国碳正离子化学

1995M. Molina

S. Rowland

P. Crutzen墨西哥

美国

荷兰研究大气环境化学，在臭氧的形成和分解研究方面作出重要贡献

1996R. F. Curl

R. E. Smalley

H. W. Kroto美国

美国

英国发现C60

1997J. Skou

P. Boyer

J. Walker丹麦

美国

英国发现了维持细胞中钠离子和钾离子浓度平衡的酶，并阐明其作用机理

发现了能量分子三磷酸腺苷的形成过程

1998W. Kohn

J. A. Pople美国发展了电子密度泛函理论

发展了量子化学计算方法

1999A. H. Zewail美国飞秒技术研究超快化学反应过程和过渡态

1）放射性和铀裂变的重大发现

20世纪在能源利用方面一个重大突破是核能的释放和可控利用。仅此领域就产生了6项诺贝尔奖。首先是居里夫妇从19世纪末到20世纪初先后发现了放射性比铀强400倍的钋，以及放射性比铀强200多万倍的镭，这项艰巨的化学研究打开了20世纪原子物理学的大门，居里夫妇为此而获得了1903年诺贝尔物理学奖。1906年居里不幸遇车祸身亡，居里夫人继续专心于镭的研究与应用，测定了镭的原子量，建立了镭的放射性标准，同时制备了20克镭存放于巴黎国际度量衡中心作为标准，并积极提倡把镭用于医疗，使放射治疗得到了广泛应用，造福人类。为表彰居里夫人在发现钋和镭、开拓放射化学新领域以及发展放射性元素的应用方面的贡献，1911年被授予了诺贝尔化学奖。20世纪初，卢瑟福从事关于元素衰变和放射性物质的研究,提出了原子的有核结构模型和放射性元素的衰变理论,研究了人工核反应，因此而获得了1908年的诺贝尔化学奖。居里夫人的女儿和女婿约里奥-居里夫妇用钋的?射线轰击硼、吕、镁时发现产生了带有放射性的原子核，这是第一次用人工方法创造出放射性元素，为此约里奥-居里夫妇荣获了1935年的诺贝尔化学奖。在约里奥-居里夫妇的基础上，费米用曼中子轰击各种元素获得了60种新的放射性元素，并发现中子轰击原子核后，就被原子核捕获得到一个新原子核，且不稳定，核中的一个中子将放出一次?衰变，生成原子序数增加1的元素。这一原理和方法的发现，使人工放射性元素的研究迅速成为当时的热点。物理学介入化学，用物理方法在元素周期表上增加新元素成为可能。费米的这一成就使他获得了1938年的诺贝尔物理学奖。1939年哈恩发现了核裂变现象，震撼了当时的科学界，成为原子能利用的基础，为此，哈恩获得了1944年诺贝尔化学奖。

1939年费里施在裂变现象中观察到伴随着碎片有巨大的能量，同时约里奥-居里夫妇和费米都测定了铀裂变时还放出中子，这使链式反应成为可能。至此释放原子能的前期基础研究已经完成。从放射性的发现开始，然后发现了人工放射性，再后又发现了铀裂变伴随能量和中子的释放，以至核裂变的可控链式反应。于是，1942年费米领导下成功的建造了第一座原子反应堆，1945年美国在日本投下了原子弹。核裂变和原子能的利用是20世纪初至中叶化学和物理界具有里程碑意义的重大突破。

（2）化学键和现代量子化学理论

在分子结构和化学键理论方面，鲍林（L.Pauling, 1901-1994）的贡献最大。他长期从事X-射线晶体结构研究，寻求分子内部的结构信息，把量子力学应用于分子结构，把原子价理论扩展到金属和金属间化合物，提出了电负性概念和计算方法，创立了价键学说和杂化轨道理论。1954年由于他在化学键本质研究和用化学键理论阐明物质结构方面的重大贡献而荣获了诺贝尔化学奖。此后，莫利肯运用量子力学方法，创立了原子轨道线性组合分子轨道的理论，阐明了分子的共价键本质和电子结构，1966年荣获诺贝尔化学奖。另外，1952年福井谦一提出了前线轨道理论，用于研究分子动态化学反应。1965年R.B.Woodward,和R.Hoffman提出了分子轨道对称守恒原理，用于解释和预测一系列反应的难易程度和产物的立体构型。这些理论被认为是认识化学反应发展史上的一个里程碑，为此，福井谦一和Hoffman共获1981年诺贝尔化学奖。1998年科恩因发展了电子密度泛函理论，以及波普尔因发展了量子化学计算方法而共获了诺贝尔化学奖。

化学键和量子化学理论的发展足足花了半个世纪的时间，让化学家由浅入深，认识分子的本质及其相互作用的基本原理，从而让人们进入分子的理性设计的高层次领域，创造新的功能分子，如药物设计、新材料设计等，这也是20世纪化学的一个重大突破。

（3）合成化学的发展

创造新物质是化学家的首要任务。100年来合成化学发展迅速，许多新技术被用于无机和有机化合物的合成，例如，超低温合成、高温合成、高压合成、电解合成、光合成、声合成、微波合成、等离子体合成、固相合成、仿生合成等等；发现和创造的新反应、新合成方法数不胜数。现在，几乎所有的已知天然化合物以及化学家感兴趣的具有特定功能的非天然化合物都能够通过化学合成的方法来获得。在人类已拥有的1900多万种化合物中，绝大多数是化学家合成的，几乎又创造出了一个新的自然界。合成化学为满足人类对物质的需求作出了极为重要的贡献。纵观20世纪，合成化学领域共获得10项诺贝尔化学奖。

1912年格林亚德因发明格氏试剂，开创了有机金属在各种官能团反应中的新领域而获得诺贝尔化学奖。1928年狄尔斯和阿尔德因发现双烯合成反应而获得1950年诺贝尔化学奖。1953年齐格勒和纳塔发现了有机金属催化烯烃定向聚合，实现了乙烯的常压聚合而荣获1963年诺贝尔化学奖。人工合成生物分子一直是有机合成化学的研究重点。从最早的甾体（A.Windaus，1928年诺贝尔化学奖）、抗坏血酸（W.N.Haworth, 1937年诺贝尔化学奖）、生物碱（R.Robinson,1947年诺贝尔化学奖）到多肽（V.du.Vigneand,1955年诺贝尔化学奖）逐渐深入。到1965年有机合成大师Woodward由于其有机合成的独创思维和高超技艺，先后合成了奎宁、胆固醇、可的松、叶绿素和利血平等一系列复杂有机化合物而荣获诺贝尔化学奖。获奖后他又提出了分子轨道对称守恒原理，并合成了维生素B12等。

维生素B12

此外，Wilkinson和Fischer合成了过渡金属二茂夹心式化合物，确定了这种特殊结构，对金属有机化学和配位化学的发展起了重大推动作用，荣获1973年诺贝尔化学奖。1979年Brown和Wittig因分别发展了有机硼和Wittig反应而共获诺贝尔化学奖。1984年Merrifield因发明了固相多肽合成法对有机合成方法学和生命化学起了巨大推动作用而获得诺贝尔化学奖。1990年Corey在大量天然产物的全合成工作中总结并提出了“逆合成分析法”，极大的促进了有机合成化学的发展，因此而获得诺贝尔化学奖。

现代合成化学是经历了近百年的努力研究、探索和积累才发展到今天可以合成像海葵毒素这样复杂的分子（分子式为C129H223N3O54, 分子量为2689道尔顿，有64个不对称碳和7个骨架内双键, 异构体数目多达271个）。

海葵毒素

（4）高分子科学和材料

20世纪人类文明的标志之一是合成材料的出现。合成橡胶、合成塑料和合成纤维这三大合成高分子材料化学中具有突破性的成就，也是化学工业的骄傲。在此领域曾有3项诺贝尔化学奖。1920年H.Staudinger提出了高分子这个概念，创立了高分子链型学说，以后又建立了高分子粘度与分子量之间的定量关系，为此而获得了1953年的诺贝尔化学奖。1953年Ziegler成功地在常温下用（C2H5）3AlTiCl4作催化剂将乙烯聚合成聚乙烯，从而发现了配位聚合反应。1955年Natta将Ziegler催化剂改进为?-TiCl3和烷基铝体系，实现了丙烯的定向聚合，得到了高产率、高结晶度的全同构型的聚丙烯，使合成方法-聚合物结构-性能三者联系起来，成为高分子化学发展史中一项里程碑。为此，Ziegler和Natta共获了1963年诺贝尔化学奖。1974年Flory因在高分子性质方面的成就也获得了诺贝尔化学奖。

（5）化学动力学与分子反应动态学

研究化学反应是如何进行的，揭示化学反应的历程和研究物质的结构与其反应能力之间的关系，是控制化学反应过程的需要。在这一领域相继获得过3次诺贝尔化学奖。1956年Semenov和Hinchelwood在化学反应机理、反应速度和链式反应方面的开创性研究获得了诺贝尔化学奖。另外，Eigen提出了研究发生在千分之一秒内的快速化学反应的方法和技术，Porter和Norrish提出和发展了闪光光解法技术用于研究发生在十亿分之一秒内的快速化学反应，对快速反应动力学研究作出了重大贡献，他们三人共获了1967年诺贝尔化学奖。

分子反应动态学，亦称态-态化学，从微观层次出发，深入到原子、分子的结构和内部运动、分子间相互作用和碰撞过程来研究化学反应的速率和机理。李远哲和Herschbach首先发明了获得各种态信息的交叉分子束技术，并利用该技术F+H2的反应动力学，对化学反应的基本原理作出了重要贡献，被称为分子反应动力学发展中的里程碑，为此李远哲、Herschbach和Polany共获了1986年诺贝尔化学奖。1999年Zewail因利用飞秒光谱技术研究过渡态的成就获诺贝尔化学奖。

（6）对现代生命科学和生物技术的重大贡献

研究生命现象和生命过程、揭示生命的起源和本质是当代自然科学的重大研究课题。20世纪生命化学的崛起给古老的生物学注入了新的活力，人们在分子水平上向生命的奥秘打开了一个又一个通道。蛋白质、核酸、糖等生物大分子和激素、神经递质、细胞因子等生物小分子是构成生命的基本物质。从20世纪初开始生物小分子（如糖、血红素、叶绿素、维生素等）的化学结构与合成研究就多次获得诺贝尔化学奖，这是化学向生命科学进军的第一步。1955年Vigneand因首次合成多肽激素催产素和加压素而荣获了诺贝尔化学奖。1958年Sanger因对蛋白质特别是牛胰岛素分子结构测定的贡献而获得诺贝尔化学奖。1953年J.D.Watson和H.C.Crick提出了DNA分子双螺旋结构模型，这项重大成果对于生命科学具有划时代的贡献，它为分子生物学和生物工程的发展奠定了基础，为整个生命科学带来了一场深刻的革命。Watson和Crick因此而荣获了1962年诺贝尔医学奖。1960年J.C.Kendrew和M.F.Perutz利用X-射线衍射成功地测定了鲸肌红蛋白和马血红蛋白的空间结构，揭示了蛋白质分子的肽链螺旋区和非螺旋区之间还存在三维空间的不同排布方式，阐明了二硫键在形成这种三维排布方式中所起的作用，为此，他们二人共获了1962年诺贝尔化学奖。1965年我国化学家人工合成结晶牛胰岛素获得成功，标志着人类在揭示生命奥秘的历程中迈进了一大步。此外,1980年P.Berg、F.Sanger和W.Gilbert因在DNA分裂和重组、DNA测序以及现代基因工程学方面的杰出贡献而共获诺贝尔化学奖。1982年A.Klug因发明“象重组“技术和揭示病毒和细胞内遗传物质的结构而获得诺贝尔化学奖。1984年R.B.Merrifield因发明多肽固相合成技术而荣获诺贝尔化学奖。1989年T.Cech和S.Altman因发现核酶（Ribozyme）而获得诺贝尔化学奖。1993年M.Smith因发明寡核苷酸定点诱变法以及K.B.Mullis因发明多聚酶链式反应技术对基因工程的贡献而共获诺贝尔化学奖。1997年J.Skou因发现了维持细胞中Na离子和K离子浓度平衡的酶及有关机理、P.Boyer和J.Walker因揭示能量分子ATP的形成过程而共获诺贝尔化学奖。

20世纪化学与生命科学相结合产生了一系列在分子层次上研究生命问题的新学科，如生物化学、分子生物学、化学生物学、生物有机化学、生物无机化学、生物分析化学等。在研究生命现象的领域里，化学不仅提供了技术和方法，而且还提供了理论。

（7）对人类健康的贡献

利用药物治疗疾病是人类文明的重要标志之一。20世纪初，由于对分子结构和药理作用的深入研究，药物化学迅速发展，并成为化学学科一个重要领域。1909年德国化学家艾里希合成出了治疗梅毒的特效药物胂凡纳明。20世纪30年代以来化学家从染料出发，创造出了一系列磺胺药，使许多细菌性传染病特别是肺炎、流行性脑炎、细菌性痢疾等长期危害人类健康和生命的疾病得到控制。青霉素、链霉素、金霉素、氯霉素、头孢菌素等类型抗生素的发明，为人类的健康做出了巨大贡献。具不完全统计，20世纪化学家通过合成、半合成或从动植物、微生物中提取而得到的临床有效的化学药物超过2万种，常用的就有1000余种，而且这个数目还在快速增加。

（8）对国民经济和人类日常生活的贡献

化学在改善人类生活方面是最有成效、最实用的学科之一。利用化学反应和过程来制造产品的化学过程工业（包括化学工业、精细化工、石油化工、制药工业、日用化工、橡胶工业、造纸工业、玻璃和建材工业、钢铁工业、纺织工业、皮革工业、饮食工业等）在发达国家中占有最大的份额。这个数字在美国超过30%，而且还不包括诸如电子、汽车、农业等要用到化工产品的相关工业的产值。发达国家从事研究与开发的科技人员中，化学、化工专家占一半左右。世界专利发明中有20%与化学有关。

人类之衣、食、住、行、用无不与化学所掌管之成百化学元素及其所组成之万千化合物和无数的制剂、材料有关。房子是用水泥、玻璃、油漆等化学产品建造的，肥皂和牙膏是日用化学品，衣服是合成纤维制成并由合成染料上色的。饮用水必须经过化学检验以保证质量，食品则是由用化肥和农药生产的粮食制成的。维生素和药物也是由化学家合成的。交通工具更离不开化学。车辆的金属部件和油漆显然是化学品，车厢内的装潢通常是特种塑料或经化学制剂处理过的皮革制品，汽车的轮胎是由合成橡胶制成的，燃油和润滑油是含化学添加剂的石油化学产品，蓄电池是化学电源，尾气排放系统中用来降低污染的催化转化器装有用铂、铑和其他一些物质组成的催化剂，它可将汽车尾气中的氧化氮、一氧化碳和未燃尽的碳氢化合物转化成低毒害的物质。飞机则需要用质强量轻的铝合金来制造，还需要特种塑料和特种燃油。书刊、报纸是用化学家所发明的油墨和经化学方法生产出的纸张印制而成的。摄影胶片是涂有感光化学品的塑料片，它们能被光所敏化，所以在暴光时和在用显影药剂冲洗时，它们就会发生特定的化学反应。彩电和电脑显示器的显象管是由玻璃和荧光材料制成的，这些材料在电子束轰击时可发出不同颜色的光。VCD光盘是由特殊的信息存储材料制成的。甚至参加体育活动时穿的跑步鞋、溜冰鞋、运动服、乒乓球、羽毛球排等也都离不开现代合成材料和涂料。

廖世健主要经历

概说

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，碳－碳双键和三键的键能与碳－碳单键相比要高得多，因此要切断前者并使其按照希望的方式重新结合，则需要更高的能量，所以寻找适当的催化剂实现上述转化，成为化学家近半个世纪的挑战课题。烯烃复分解反应，是指在金属催化下的碳－碳重键的切断并重新结合的过程。按照反应过程中分子骨架的变化，可以分为五种情况:开环复分解、开环复分解聚合、非环二烯复分解聚合、关环复分解以及交叉复分解反应。由此可以看出，烯烃复分解反应在高分子材料化学、有机合成化学等方面具有重要意义。根据美国《科学观察》所列举的化学领域的最热门课题，钌（Ru，－种稀有元素）金属络合物催化的烯烃复分解反应，在2001年中长期成为化学研究领域中关注的热点。

1．历史回顾

关于金属催化的烯烃分子的切断与重组，即烯烃复分解反应的研究，可以追溯到20世纪50年代中期。在以后的20多年里，所发展的催化剂均为多组分催化剂，如MoO3/ SiO2,Re2O7/A12O3,WC16/Bu4Sn等。但是，由于这些催化体系通常需要苛刻的反应条件和很强的路易斯酸性条件，使得反应对底物容许的功能基团有很大的限制。这些问题促使人们去进一步认识和理解反应进行的机制。20世纪70年代初期，Chauvin提出的烯烃与金属卡宾通过〔2+2〕环加成形成金属杂环丁烷中间体的相互转化过程，是目前被广泛认同的机制。在试图合成金属杂环丁烷化合物的过程中，导致了在20世纪70年代末、80年代初的烯烃复分解反应单组分均相催化剂的发现，如钨和钼的卡宾络合物，特别是Schrock催化剂用于催化烯烃的复分解反应，都取得了比以往的催化体系更容易引发、更高的反应活性和更温和的反应条件，更重要的是单组分催化剂的发现使得人们深入地研究催化剂的结构－性能关系成为可能，从而为发现新一代的、性能更优秀的催化剂奠定了基础。

2．第一代Grubbs催化剂的发现与应用

20世纪90年代以前的催化剂，以过渡金属（如钛、钨、钼等）卡宾络合物为主，尽管取得了一些成功，但这些催化剂大都对氧和水非常敏感，对含有羰基和羟基的底物也不适用，这样就限制了它们的广泛应用。一个突破性的进展是1992年美国加州理工学院的Robert Grubbs发现了钌卡宾络合物，并成功应用于降冰片烯的开环聚台反应，克服了其他催化剂对功能基团容许范围小的缺点，该催化剂不但对空气稳定，甚至在水、醇或酸的存在下，仍然可以保持催化活性。在此基础上，于1996年Grubbs对原催化剂作了改进，该催化剂不但具有比原催化剂更高的活性和相似的稳定性，而且更容易合成，成为应用最为广泛的烯烃复分解催化剂。

由于Grubbs催化剂的诞生，使得过去许多有机合成化学家束手无策的复杂分子的合成变得轻而易举。烯烃的开环复分解聚合反应已经成功应用于一些特殊功能高分子材料，如亲水性高分子、高分子液晶等的合成。关环复分解反应在许多复杂药物、天然产物以及生理活性化合物合成过程中，表现出了特殊的优越性和高效率，如Grubbs将关环复分解反应应用于环肽化合物以及超分子体系--索烃的高效合成；Nicolaou、Danishefsky等用于抗癌物质Epothilone A 及其类似物的合成，Martin用于抗癌物Manzamine A 的合成，其中在D环和E环的构筑过程中，两次运用关环复分解反应；Furstner 用于具有抗癌活性的Tricolorin A 和G及其类似物的全合成；Schreiber运用已改进了的催化烯烃交叉复分解反应，用于FK 1012的合成等。关环复分解反应在昆虫信息素Peachtwig borer的生产中己有应用，产量大于300千克，E值为0.87，具有较好的原子经济性。

3．第二代Grubbs催化剂的开发与应用

最近，Grubbs通过系统地对催化剂结构－性能关系进行研究，发现催化剂的活性与其膦配体的解离有关，认为催化循环过程中经过一个高活性的单膦中间体，根据这一设计理念，提出了以比膦配体具有更强给电子能力和更高稳定性的N-杂环卡宾配体代替其中一个膦配体，于1999年发展了第二代Grubbs催化剂。第二代Grubbs催化剂除了具有第一代催化剂的优点以外，更重要的是其催化活性比第一代催化剂提高了两个数量级，在开环复分解聚合反应中，催化剂用量可以降低至百万分之一，在关环复分解反应中，催化剂用量也仅为万分之五，同时选择性更高，对底物的适应范围更加广泛，催化剂的成本也更低。目前，第二代Grubbs催化剂己成功地应用于烯烃的开环复分解聚合反应，它不仅对于高张力的环状烯烃，而且对于低张力的环状烯烃以及空间位阻较大的多取代环状烯烃的开环聚合表现出特殊的高催化活性。在关环复分解反应中，特别适用于空间位阻较大的三、四取代烯烃。利用第二代Grubbs催化剂首次实现了通过交叉复分解反应合成三取代烯烃，并表现出好的立体化学选择性，这些都是第一代Grubbs催化剂所不能达到的。因此，可以预测，第二代Grubbs催化剂将获得更为广泛的应用，特别是应用于一些工业催化过程。

4．发展趋势与展望

经过近半个世纪的努力，金属卡宾催化的烯烃复分解反应已经发展成为标准的合成方法并得到广泛应用，Grubbs催化剂的反应活性以及对反应底物的适用性已经和传统的碳－碳键形成方法（如Diels-Alder反应、Wittig反应，曾分别获得诺贝尔化学奖）相媲美。从其发展历程可以看出，每一次研究的突破，无不归因于长期坚恃不懈的基础研究积累，从而不断地创新，广泛的应用前景是其能成为一个热点领域的根本动力。

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，目前的催化体系，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：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）。

廖世健

廖世健，物理化学家。毕业从事科学研究工作，其研究领域比较广泛，先后从事过多相催化、表面化学、燃烧与火焰、齐格勒型催化剂和烯烃聚合、络合催化、均相催化剂的多相化、金属有机化学、纳米材料的合成和纳米化学以及有机高分子膜催化、络合催化中双金属协同效应等方面的工作。除此之外，也开展应用方面的工作，研制出许多有应用前景的高选择性、高活性的新催化体系，其中有些已转化成应用开发的成果。同时培养了一批研究生和科研骨干。

中文名：廖世健

国籍：中华人民共和国

出生地：上海

出生日期：1929年2月3日

职业：物理化学家

毕业院校：上海沪江大学

代表作品：《烯烃聚合的催化剂与工艺研究报告集》

人物生平

廖世健，1929年2月出生于上海，1952年沪江大学化学系毕业后，在中国科学院综合研究所（现长春应用化学研究所）钱保功、刘达夫研究员指导下，从事络合法分离提纯丁二烯和列别捷夫法催化合成丁二烯的研究，他们的工作为50年代初我国开发出第一批丁苯橡胶（中试放大规模）起到了重要作用。与此同时，他参加了东北人民大学（现吉林大学）唐敖庆教授主持的物理化学研究生班学习一年半（1953～1954年）。

50年代中国科学院招收的第一批副博士研究生学习期间（1956～1958年），廖世健在导师北京大学傅鹰教授指导下，研究了吸附过程中能量变化的规律，他对吸附一脱附过程存在的滞后圈的解释中，纠正了当时文献中有关滞后圈公式推导中的概念错误，提出了能够解释各种参数影响滞后圈大小的新公式。这一阶段的工作和学习经历为他以后的研究工作打下了扎实的基础。他回到长春应用化学研究所，从事燃烧与火焰的研究，并担任课题组长职务。为了适应当时生产的需要，又开始了天然气部分燃烧制乙炔和合成气的研究。除实验工作外，他还计算出火焰法制乙炔产率的理论极限，为当时层层加码对产率提出翻番的不适当要求指出了问题所在。与此同时，他还开展了火焰与燃烧的稳定性、火焰温度、火焰的传播速度等基础性研究，推导出与实验一致的气体初温对火焰传播速度的公式。

技术成就

1964年廖世健调入中国科学院大连化学物理研究所，他以极大的热情开始了火焰法合成HCN的研究，开创性地采用预混焰取得了高HCN产率，尾气可作合成气的新方法。在其后开展的炼厂气部分燃烧制乙烯、乙炔的工作中，以其丰富的科研经验，使实验很快由小试转入500吨的中试试验，其间正值“文化大革命”初期，他在工厂与工人同吃、同住、同劳动，历尽艰辛，终于使中试放大实验取得成功，可惜由于“文革”，中试放大成果未能转入工业生产应用。“文革”期间，上山下乡归来的他告别了高温火焰化学合成的研究，结合当时生产需要，开始了烯烃聚合和Ziegler型催化剂的研究。除实验室工作外，他们很快与具有中试规模生产装置的工厂相结合，在丙烯液相本体聚合中解决了不聚和暴聚的问题，使反应平稳进行，通过了中国科学院和辽宁省的鉴定，为以后丙烯液相本体聚合，在全国建立一系列中小型工厂并顺利投入生产奠定了基础。在应用研究的同时，他所领导的课题组，还开展了基础性的研究，例如氢气调节聚丙烯分子量的理论问题等成果，这类基础性研究能在文革期间进行，实属不多。此外，他们还开展了乙烯丙烯共聚制润滑油黏度指数改进剂，长链α-烯烃聚合制润滑油降凝剂新催化体系的研究。后者经鉴定已投入工业生产。“丙烯液相本体聚合”和“长链α-烯烃聚合制降凝剂”两项成果均获1978年全国科学大会奖和中国科学院以及省市的重大科技成果奖。1979年科学出版社出版了他们的研究成果，20多万字的《烯烃聚合的催化剂与工艺研究报告集》。此书成为当时工厂生产、科研和大学教学的参考书。1979年初廖世健获联邦德国洪堡基金会资助，作为新中国第一批洪堡基金研究成员之一赴德马普学会煤炭研究所（Ziegler催化剂和Fiescher-Tropsch合成的发源地）进行合作研究。从事温和条件下催化合成氢化镁的研究工作，得到的高活性氢化镁和镁粉可以作为中温储氢材料和用于合成反应的高活性试剂。此项工作是联邦德国煤炭研究所多年来取得的一项重要获奖成果，〔该成果已经经过中试放大，并与工厂合作，作为储氢材料（氢能汽车和太阳能利用）和高活性试剂取得实际应用〕。廖世健的贡献是通过系列实验和反应动力学研究，阐明了反应机理，进一步改进了催化体系，并发现催化反应的中间物蒽镁是蒽和镁之间的可逆反应。他的此项研究以及其他的研究成果曾先后在该所学术报告会上作过3次报告，与会者反映热烈，曾被所长、马普学会副主席Wilke教授喻为“古老的中国传统文化智慧与西方现代科学技术的结合”。廖世健先后3次赴联邦德国进行合作研究，历时4年。期间，他勤奋学习和工作，取得了许多重要科研成果，以其聪明才智为中国人民争了光。

廖世健十分重视对人才的培养。始终热情、耐心细致地与他的学生们讨论问题。他治学严谨，学术思想活跃，以自己的言传身教培养了一批优秀的中青年研究人才，许多学生都感受到与他讨论问题受益匪浅。他总能抓住问题的本质，并提出切实可行的解决方案。廖世健忠诚于祖国的科研事业，品格高尚，深受人们的尊敬。他的一位合作者说，廖世健不仅学问好，人品更好。

廖世健的理论基础坚实，科研思路开阔，他能敏锐地捕捉到有关研究领域新的有价值的生长点。80～90年代廖世健和他的合作者以及他所指导的研究生、访问学者们一起，在络合催化若干研究领域开展了工作，在基础和应用研究方面取得了新的进展：①成功地用络合催化法、常温常压合成出超高活性的碱金属氢化物，并发现产物颗粒是纳米尺度的，其异常的高活性主要是由于纳米尺寸（大比表面积）所致。研究了材料纳米尺寸和化学反应活性之间的定量关系，并将这些材料用于有机、无机、金属有机合成和催化反应。使某些以往常规材料（微米级）难以进行的反应得以顺利进行，并取得高的收率。在催化加氢反应中，通过纳米氢化钠和具有空间位阻大的配体的金属有机钛系化合物所组成的催化剂，得到活性极高、选择性专一的端烯加氢新催化体系，其催化活性（TOF）达到310S-1，催化剂效率（TO）则达到1.5×105。②通过有机高分子载体上官能团的变化、动力学计算、催化剂表征以及负载型催化剂在多种络合催化反应中的应用，研究了载体的调变作用，得到了一些新的结果和解释，也得到了一些高选择性、高活性和稳定性的有应用前景的催化体系。③在有机高分子负载型催化剂基础上，他们成功地试探并开展了兼具分离和催化性能的有机高分子金属络合催化膜反应，首次在有机高分子膜催化反应器中进行了高选择性的多烯加氢反应，并阐明了高选择性的原因。④在均相及均相多相化催化体系中，广泛考察了络合催化中双金属的协同效应，使催化剂的性能，尤其是选择性又有了进一步提高。讨论并解释了双金属协同效应对改进催化剂性能的原因。在均相及均相多相化催化中，引入双（多）金属催化的概念，扩大了调变这类催化体系性能的途径。在试验中还发现一些过去被认为是均相的催化体系，其活性物种实际上是在反应过程中原位形成的纳米尺度的胶体溶液，与传统的多相催化类似，这类催化剂也存在催化剂的制备方法问题。

在新的历史时期，廖世健面向经济建设的主战场，在基础研究中不放过应用开发的各种可能。在Ziegler型催化体系的研究中，将基础性工作成果转化为应用成果。研制出丁二烯环化三聚合成反、反、顺1，5，9-环十二碳三烯的高活性、高选择性催化剂并及时将技术转让给石油化工企业。在金刚烷催化合成的工业开发过程中，他们将基础性研究得到的概念运用到工业生产，使金刚烷的产率大幅度提高。廖世健在公开的学术刊物上共发表论文200余篇，申请专利6项。与其他学者合作，主编专著两部，翻译专著一部。他先后担任《化学通报》、《有机化学》、《分子催化》、《化学学报》、《中国化学》、《催化学报》等学术刊物的编委，他所主持的研究成果曾获两项全国科学大会奖、中国科学院和省、市的重大科技成果奖、中国科学院自然科学二等奖和科学技术进步三等奖。廖世健共指导培养硕士研究生21名，博士研究生10名。

廖世健学问渊博兼有综合的知识结构。他有谦逊的合作精神，不仅与同代人而且与年轻的不同代人都能很好地交流和合作。他淡于名利、豁达大度的高贵品质，受到同事和学生的尊敬和爱戴。现他虽已届古稀之龄，仍孜孜不倦地为我国科研事业辛劳着。

简历

1929年2月3日出生于上海市。

1948-1952年在上海沪江大学化学系学习

1952-1955年在中国科学院长春应用化学研究所任研究实习员

1956-1958年中国科学院北京化学研究所副博士研究生，后兼课题组长

1959-1964年在中国科学院长春应用化学研究所任助理研究员、课题组长

1964—1999年在中国科学院大连化学物理研究所先后任助理研究员、副研究员、研究员、博士生导师（1986年）、课题组长、研究室主任。其间经洪堡基金会等资助，三次赴联邦德国马普学会煤炭研究所作为访问学者和客座教授，进行合作研究达四年（1979-1990）。

主要论著

1廖世健，焦华娟，吴昌贤等.火焰法合成氢氰酸的研究.科学通报，1966,17(3):129；SynthesisofHydrogenCyanidebyFlameProcess.KexueTongbao(ForeignLanguageed.),1966,17(4):170

2BogdanovicB.,LiaoShijian,SchwickardiM.,etal.KatalytischeSynthesevonMagnesiumhydridunterMildenBedingungen.Angew.Chem.,1980,92(10):845；CatalyticSynthesisofMagnesiumhydrideunderMildConditions.Angew.Chem.,Int.ed.Engl.,1980,19:818

3BogdanovicB.,LiaoShijian,MynottR.,etal.RateofFormationandCharacterizationofMagnesiumAnthracene.Chem.Ber.,1984,117:1378

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