理查德·施洛克：一位與時俱進的化學家

張長青/編譯

●2005年諾貝爾化學獎得主之一的理查德·施洛克(Richard R.Schrock)，在林道會議上就其開創的領域，以及烯烴復分解反應研究是否已達巔峰狀態，與得克薩斯大學奧斯汀分校的喬納森·墨迪克（Jonathan Moerdyk）進行了面對面的交流。

理查德·施洛克，坎布里奇麻省理工學院化學教授。曾與羅伯特·格拉布（Robert Grubbs）和伊夫·肖萬（Yves Chauvin）因開發烯烴復分解反應，一種能夠改變烯烴碳-碳重鍵的工藝，而共同獲得2005年度諾貝爾化學獎。該工藝的發現成就了許多項應用實例的誕生，例如，從昆蟲信息素的制備到高性能塑料的生產。

喬納森·墨迪克，正在得克薩斯大學奧斯汀分校就讀第五學年的研究生課程,目前從事的是碳基模仿的開發和小分子活化、合成和催化用過渡金屬的替代研究。

烯烴：化學工業的支柱

墨迪克：您對烯烴復分解反應有何深刻印象？

施洛克：這項研究目前仍處在發展過程中。烯烴復分解反應是在55年前被發現的，人們花了30年的時間才生產出首批明確定義的催化劑。我之所以喜歡它，是因為它的簡單和清潔。烯烴復分解反應的唯一產品就是烯烴產品,這種產品可以重復使用、或存儲再生。烯烴的開始和結束還是烯烴,因此它是一個循環反應。烯烴是化學工業的支柱,常見于自然界中。

因為我不是有機化學家,所以多少年來也沒太注意反應置換有什么值得令人印象深刻的東西。現在我才知道，烯烴能反應成其他烯烴是多么重要的一件事情，因為它避免了所有的中間體。相對于其他反應，它的副產物及化學廢物排放少，更加環保。

墨迪克：對于烯烴復分解反應的研究，未來會面臨何種挑戰?

施洛克：要考慮烯烴復分解的應用問題,并將其推向深入：向高溫、催化串聯、花式分子、高分子化學目標邁進；還有分子的選擇制備，它總能讓你高興地了解到你在試驗時發現的分子結構的精確度。例如,關鍵是要讓聚合物能與一個規整結構相結合，烯烴復分解反應已經做到了這一點,這得有專用催化劑的協助。盡管反應分布很均勻,但根據其固有特性，屬于界限十分分明的物種，雖然能造出奇妙物質,卻不能重復，其結構只能隨機。

墨迪克：為什么電腦模型和理論計算對于優化催化過程派不上用場?

施洛克：你必須要記住的是,在兩條反應途徑之間，存在著一個2 000卡(千卡)的能量差，在此基礎上，你只能得到一個完整的選擇產品。當你看到所有相互作用，溶劑在相互作用、催化劑和底物內部在相互作用的時候，你會發現它們要受其溫度和其他因素的制約，而2 000卡的能量差則不重要了。即使到今天,也沒有一位理論家能自信地預測出反應極限。如果他們真正想要了解一切皆在催化反應之中，他們只能做得更好，設法達到子千卡水平：例如,去預測一下，與一個甲基團結合，或稍微處在不同鍵角上的催化劑，是否比其他的要好。但愿理論家們有此好運，希望他們能夠預測成功。不過，相信不會一帆風順的。

催化劑：制藥公司的命根子

墨迪克：催化金屬對烯烴復分解反應有效嗎?

施洛克：大量的可持續性試驗對堅守烯烴復分解的未來至關重要，因為它們是為其他化學領域服務的。我們所知道的四種催化交換金屬是鉬、鎢、錸和釕。尤其是鉬和鎢的量完全夠用，不必擔心。

2011年，鉬的產量是25萬噸，鎢為7.2萬噸，兩者均被大量用于生產硬質鋼。它們盡管不如鐵貯量那樣豐富，但相信在不久的將來，大概不會再用鐵催化劑了。錸和釕都比較稀少，到2011年僅分別生產了49噸和20噸不到。

墨迪克：使用稀少的金屬有什么要擔心的嗎?

施洛克：如果新應用項目的開發需要用到稀有金屬，則該金屬價格肯定會飆升。2006年就發生過錸和釕價格上漲事件,當時的航空航天和電子領域對這些金屬有新的應用需求，導致其價格上漲了近十倍。現在的價格有所回落了,但是沒有人愿意接受這種變化。尤其是制藥公司非常謹慎,因為催化劑是他們的命根子，如果沒有了專用催化劑，他們就不能繼續制藥了。在經歷過十年時間、花費8億美元開發的一種化合物，后來卻發現又得重新開始，他們肯定不會罷休的。另外，還要考慮一個規模問題，如果你想大規模的生產藥品，其催化劑的用量就要以噸位來計。如果多家公司都希望購進幾噸這樣的催化劑,絕對會出現供不應求的局面。