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「五重鍵:化學的新里程碑」 世界上最短的金屬鍵 --蔡易州教授研究成果榮獲Nature及Science雜誌專題報導【2008.10.23秘書處】

利用化學鍵的觀念,來描述分子中原子間的作用力,約在一百年前便已開始,這是一個複雜的理論,所以多年來化學家一直在修正,以期使之更加完整。其中一個重要且永遠正確的觀念,是兩原子間的鍵數越多,距離越短,則兩原子間的作用力越大。在2005年以前的過去四十年間,金屬-金屬四鍵是化學家所能合成的最多鍵,當大家對四鍵化合物的物理及化學性質都充分瞭解時,大家對合成具更多鍵數的化合物便充滿期待。在這段期間,雖有人在低溫及低壓下,以光譜的方法可以偵測到金屬-金屬六鍵的存在,可是以合成的觀點,具金屬-金屬六鍵的化合物是非常不容易製備及鑑定的。因此,化學家便把希望放在具金屬-金屬五鍵化合物的合成上。一直到最近三年來,在合成金屬-金屬五鍵的化合物終於有了突破且變得熱門起來,成為一個新的領域。

過去十幾年間,金屬與金屬之間的五鍵,一直是國際理論化學與無機化學的焦點之一,因為此種鍵結,可讓百年來化學家對原子之間的作用力的描述趨於完整。本校化學系蔡易州教授的研究團隊合成出兩類五個具有金屬間五鍵的雙鉻化合物,重要的是蔡教授所發現的這些化合物中的金屬間的距離是目前所能合成出的最短的金屬-金屬鍵。蔡教授的研究團隊,最近在德國最頂尖的期刊上發表一篇通訊論文,此一研究結果受到國際自然科學界高度重視,論文發表因適值北京奧運期間,美國的"Science"與英國的"Nature"和"Nature Chemistry"期刊便以「蔡易州教授贏得最短金屬-金屬鍵競逐的奧運金牌」為題做專題報導,實屬國內科學家非常難得的榮譽,並經國內媒體大幅報導。

蔡教授近年主要研究領域為化學基礎研究,特別是合成具金屬多重鍵的化合物應用催化及固氮反應,代表性的研究著作皆發表在美國化學會最頂尖的期刊-美國化學學會誌(Journal of the American Chemical Society)和德國的期刊-應用化學(Angewandte Chemie)。就在今年八月發表在後者期刊的雙鉻金屬化合物,有趣的是兩金屬間是靠一理論上新穎的五鍵將兩鉻金屬鍵結在一起,更重要的是這化合物創造了世界上最短的金屬-金屬距離的紀錄1.74埃(1埃= 10–10公尺)。過去三十年,所有的理論計算化學家及無機化學家都相信要合成具有金屬-金屬五鍵的化合物,接在金屬上的配位基(ligand)一定要越少越好,所有的計算皆指出最理想的狀況是每一個金屬上只接一個配位基,如此一來可產生最強且具最短鍵長的金屬-金屬五鍵。目前有一個類似這樣的雙鉻金屬化合物在2005年被發表於美國的"科學(Science)",但是其中的鉻金屬間的五鍵鍵長為1.84埃。蔡教授團隊發現的兩種雙鉻化合物,最特別的就是這兩種化合物中每一個鉻金屬分別接了兩個或三個配位基,突破了理論之前的預測,為化學家們在金屬-金屬五鍵上帶來新的思維。德國拜羅伊特(Bayreuth)大學的Kempe教授就說這麼短的金屬鍵真是令人跌破眼鏡,美國加州大學戴維斯分校(Davis)的Power教授說這麼短的金屬鍵真是始料所未及,美國德拉瓦(Delaware)大學Theopold教授說這樣的紀錄很難破,因為1.74埃可能是化學家所能合成的雙金屬化合物的極限。

蔡教授的重要研究成果,讓百年來的鍵結(從單鍵到五鍵)理論趨近於完整。這類具金屬-金屬五鍵且低配位數的化合物的研究,除了具學術上價值之外;在應用上,它們被認為可當催化劑,應用於催化有機烯類產生聚乙烯或聚丙烯上,這些化合物相關的化學性質研究,目前正在蔡教授實驗室如火如荼的進行中。

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