金属有机化学的发展及应用

（山东化工职业学院 ，山东 潍坊 261108）

摘  要：当下我国在金属有机化学方面的研究取得了较大成就，这是进入到新世纪之后快速发展的新学科。金属有机化学一般可以划分为过渡金属有机化学以及稀土金属有机化学，最早产生与19世纪20年代中后期，之后获得了快速发展，并在工业领域、医疗领域、能源领域以及新材料领域等获得了广泛运用，为促进社会发展发挥了重要作用。

关键词：金属有机化学；发展；应用

引 言

细品金属有机化学发展历史，可以看出其特征是既有趣又实用，有趣主要体现在其拥有多样性与意外性，所以有人将金属有机化学发展历史比作是“一部充满意外发现的历史”。第一个金属有机化合物产生于19世纪20年代中后期，由丹麦著名制药师Zeise 用乙醇与氯铂酸盐反应而形成的，相比较于俄国门捷列夫提出元素周期表提出时间，早了将近40年，和有机合成之父弗里德里希·维勒(Friedrich Wöhler)合成尿素时间相近。伴随着当代金属有机化学的快速发展，其获得了更加广泛的应用。对金属有机化学的深入探究很好的推动了有机反应规律的研究，推动反应的选择性，促使新反应、新合成得以不断实现，对加强金属有机反应的机理探讨、促进科学技术水平的进一步发展起到了重要作用。所以，深入探究金属有机化合物的种类、发展历程等，同时对其发展趋势、前景等进行预测十分有必要，实现理论与实践的紧密融合是实现金属有机化学研究不断发展的重要基础。本文重点分析了金属有机化学的类型，归纳和总结了金属有机化学的发展历程，探究了金属有机化学在许多领域中的实际应用，希望可以依托于对金属有机化学发展与应用的探讨来促进金属有机化学学科的发展。

1 金属有机化学类型

纵观金属有机化学的发展历史，随着其不断进步与发展，金属有机化学逐渐应用到更多领域中，在科学家持续研究与探索工作中，发现了许多新型的金属有机合成物，并在人们的日常生活中得到了广泛应用，一方面有效改善了人们的生活质量，为人们生活带来了更多便利，增加了人们的生活幸福指数，另一方面也对科技发展做出了重大贡献。一般来说，依照金属的不同，可以将金属有机化学划分为两类，分别是过渡金属有机化学以及稀土金属有机化学。该两类不单单是我国现代金属有机化学领域研究的重点，在全球许多国家都吸引了大量科学家，对其进行了深入探究。过渡金属有机化学和催化科学有着紧密的联系，比如说现代新型金属有机催化剂不仅拥有很好的活性，还具有较好的选择性，有助于加快有机合成速度、强化有机合成水平。

稀土金属有机化合物有着自身特别的构造，能够采取不同方式合成，为了能够深入探究稀土金属有机化合物的本质，国内外许多科学家对其开展了大量研究工作。稀土金属有机化合物也有着过渡金属有机化合物同样的催化功能，所以稀土金属有机化合物也有着较为宽广的应用范围。金属有机化合物能够基于不同途径得到，同时随着对金属有机化学的进一步探究，获得了金属有机化合物中较为丰富的知识信息，比如说结构类型、键型以及键角等。

2 金属有机化学的发展

2.1 发展历史背景阐述

随着18世纪60年代英国工业革命的爆发，金属在工业发展与生产制造中发挥了至关重要的作用，随着金属应用的越来越广泛，西方科学家逐渐发现了更多新型的金属元素。在该社会环境下，19世纪20年代中后期，丹麦著名制药师Zeise将乙醇与氯铂酸盐融入到一起，合成反应产生了世界上第一个金属有机化合物，在世界范围内产生了非常大的反响。金属有机化合物是金属以及有机基团基于金属和碳直接成键得到的化合物，当金属和碳之间包含有其它原子时，比如说氧原子、氮原子、硫原子等，所合成的金属化合物都不能够称之为金属有机化合物。

2.2 金属有机化学现代发展

自20世纪50年代之后，金属有机化学获得了飞速发展。在1951年，美国迪尤肯大学的 Pauson 和 Kealy 无意中将铁的无机盐和与环戊二烯融合到一起，得到了二戊铁，同时第一次证实了二戊铁夹心式的结构。进入到新世纪之后，在2012年北京地区举办的科技博览会上，美国向全世界第一次展示了自己的新技术-水文切割技术，高速度运行的涵盖有机化合物的水将钢铁切断，在当时产生了非常大的影响。伴随着当下经济水平的不断提升、科学技术手段的不断发展，金属有机化学也得到了更好发展。比如说20世纪50年代初期K.齐格勒和G.纳塔共同发明了“塔纳催化剂”；Dewer根据自身研究成果，归纳和总结了“金属的π络合物理论”等。工业在许多国家发展中占据了极其重要的地位，而工业设计、生产中都需要应用到大量的、不同类型的金属，比如说碳化合物、太空金属以及合成金属等，由于工业领域对金属有着非常旺盛的需求量，一定程度上促进了金属有机化学的不断发展，相关理论研究工作以及实践探索工作十分的活跃。据不完全统计，已经有至少十名的对金属有机化学进行研究的科学家获得了诺贝尔化学奖，现阶段，金属有机化学在农业生产以及科研领域中有着十分宽广的应用。

2.3 金属有机化学的发展前景

进入到二十一世纪之后，经济高速发展、科学技术水平得到了显著改善，人们的环保意识也越来越强烈，环境保护成为了当下十分热门的新兴产业。从当下环境污染现状来看，工业生产制造过程中损耗的大量能源及其大量生产中持续不断产生的污染物对环境的损坏最为致命，比如说我国的雾霾现象、印度的空气危害以及日本的核辐射危害等均是工业发展过程中遗留的后遗症。由于有机金属拥有催化的高选择特性，从而使得有机金属化学能够在全球环境保护中发挥十分重要的作用，金属有机化学的不断创新与发展对实现绿色化学的进一步发展有着积极的推动作用。现阶段，世界上许多国家的知名企业都积极参与到环保产业中，比如说我国的阿里巴巴，美国的微软公司、谷歌以及Facebook等。在现代科学技术水平不断发展与提高的背景下，针对原材料的环保标准更加苛刻且十分复杂，将金属有机化学作为反应的催化剂得到的电子材料、光学材料以及相关无机材料等均在环保领域得到了有效而广泛的运用。值得注意的是，金属有机化学自身对材料领域的变革，实际上同样也是许多国家研究的核心所在，由此可以看出，金属有机化学在将来仍然表现出非常好的应用价值与发展前景。

3 金属有机化学在不同领域的应用

3.1 在工业领域中的应用

现阶段金属有机化学已经在工业中获得了较多应用，在现有金属有机化学中应用最为普遍的是碳-金属键，其是目前质量最轻的金属，在推动工业不断发展中发挥了十分重要的作用，例如航天领域以及化工产业中使用的一些金属有机催化中都使用了有关金属有机化学产品。我国工业领域中针对金属有机化学方面的研究起步时间较晚，要想获得进一步发展，还需要对其进行深入研究与探索，从而确保金属有机化学能够很好地促进我国工业领域的发展，提升我国工业制造整体水平。除此之外，金属有机化合物在其它方面也有着较为广泛的应用，比如说石油化工、高分子化工等，有效提高了工业技术实力。当下，我国已经参与到以英国为主导组织的碳金属探究工作中。借助于八羰基合二钴的催化作用，氢甲酰化会首先产生丁醛，在此研究成果之上，能够通过这种方法取代以往利用醇醛缩合法对乙醇进行处理的方法。

3.2 在医药领域中的应用

确保医药卫生领域的稳定、高效发展，对维持国家与社会稳定、和谐发挥了至关重要的作用，现阶段，全球各个国家都十分重视医疗领域发展，对其投入了大量的人力与物力，开展医疗技术水平方面的研究工作。对目前医药产品全球市场状况进行分析可以看出，世界上已有的医疗产品几乎都来自于美国与日本，特别是美国的医疗卫生产品占据了大部分市场份额。美国在促进本国医疗产业不断发展过程中，在医疗产品研究中大量融入了金属有机化学。我国医疗产品研究工作还需要进一步发展，要想在竞争激烈的市场环境中占据有利地位，必须要加强金属有机化学在医疗领域中的应用，以此促进我国医药产业获得稳定、高速发展。例如，有机锑化合物在治疗血吸虫病上有良好的效果、有机汞化合物能够很好的治疗黑执病、有机砷化合物在杀灭梅毒上有一定的作用等。除此之外，现阶段医疗领域中还在积极进行通过金属有机化合物研制出抗癌药品，这对于提高全世界医疗水平十分重要。另外，金属有机化学在医疗领域中还有着十分广泛的应用，例如，红药水中涵盖有有机汞药物，在具体运用时，取适量醋酸苯汞或汞溴红，将其进行稀释得到的2％水溶液便是红药水，于此同时醋酸苯汞能够作为防腐剂，而汞溴红则能够应用为杀毒剂。

3.3 在能源领域中的应用

石油以及煤炭等都是十分重要的能源资源，在推动国家不断发展中发挥了至关重要的作用，然而由于其不可再生性，导致在实际应用过程中随着消耗量的增加而越来越少。不管是在国防军事中，还是社会生产与人们生活中，能源都是必不可少的。将金属有机化学应用到能源领域中，能够很好的改善可再生清洁能源的吸收与转化效率、储能水平等。太阳能是一种自然能源，取之不尽用之不竭，在加强对太阳能的应用过程中，能够依托于金属有机化合物强化太阳能的应用效果。另外，氢气是现代新型的清洁能源，在将来具有较高的应用价值，由于氢气是一种可再生的清洁能源，应用过程不会产生污染并且效率高，能够借鉴生物功能研究出人工固氮技术。该技术实际上处于有机化学领域，依托于相关知识，能够进一步提升氢气的应用效果。正因为金属有机化学自身有着独特的属性，能够在能源领域获得广泛运用并发挥巨大价值，从而促进能源产业的深入发展。例如，二戊铁在航天事业中有着广泛的应用，当将其当成节能添加剂使用时，能够很好的提高能源的转化率，据不完全统计，能够有效降低10％左右的能源损耗。

3.4 在新材料领域中的应用

在新型材料研究领域，金属有机化学也有着十分广泛的应用，将金属有机化学融入到新材料研究中是当下研究的重点工作，在具体应用中，新型金属膜便是金属有机化学融入到新材料研究之后的产物。相比较于传统生产工艺，新型金属膜质地均匀，并且保证了内部零气泡，所以获得了快速发展与广泛运用，而这样的效果都要归功于金属有机化合物。这是由于金属有机化合物拥有良好的耐热性、较高的蒸汽压，在进行生产制造时，能够很好的满足多种生产工艺。除了新型金属膜之外，在进行纳米材料的研究工作中，也大量应用了金属有机化合物，从而有效提高纳米材料的综合力学性能。在进行纳米材料制作时，金属有机化合物有着优良的反应可控性，能够充分融入到有机溶液中，表现出良好的反应选择性。

4 结语

综上所述，加强对金属有机化学的研究，不仅有助于促进社会进一步发展，同时也能够为生产与生活带来便利。金属有机化学属于交叉学科，在许多领域都有着广泛应用，为此在今后不断发展中，应当要进一步加强对金属有机化学的探究，使其在更多领域发挥重要作用，造福人类社会。

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来源：化学工程与装备 - 官方网站 - 创刊于1972   2022年第5期   在线投稿  >>