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Chemistry:配位化学命名简史——“我的粉色钴配合物和你的一样吗?”

已有 2008 次阅读 2022-12-27 14:00 |个人分类:学术软文|系统分类:论文交流

在自然科学中,一个合适的命名对于人们理解事物有着至关重要的意义。而在化学这一学科中,化合物命名法更能够帮助我们理解化学本身的发展历程。来自瑞士巴塞尔大学 Edwin C. Constable 教授在 Chemistry 期刊发表的文章,追溯了配位化学的发展,并展示了学科的进步如何与词汇和术语相辅相成,以描述新的概念、结构特征和化合物种类。作者以时间为轴线,引领我们回顾了配位化学命名中重要的时间截点。


颜色——配位化学的特征

颜色是现代社会文化和历史发展的基础,亦是配位化学的一个特征。


配位化学最早的应用很可能是用媒染剂将染料固定在纤维上。早在公元前 7000 年,就有布料染色的记录,这些染料来自天然染料,如植物、地衣、昆虫或真菌等。举例来说,土耳其红 (一种使用了铝媒的茜草素染剂,如图 1) 和普鲁士蓝 (如图 2) 这两种染料都以俗名命名,俗名可以帮助人们识别出这一类染料,但无法说明其化学成分。

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(a) 茜草素的结构;(b) 提取茜草素的植物;(c) 与铝离子或钴离子结合后的茜草素染料。

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(a) 1704 年首次制备的普鲁士蓝颜料;(b) 普鲁士蓝的理想晶体结构:Fe4[Fe(CN)6]3·xH2O,大约在发现其 270 年后才测定出来。


化学命名法

公元 18 世纪,人们越来越清楚地认识到,由于缺乏一种明确的、被普遍接受的命名方法来唯一地识别化合物,化学的科学进步受到了阻碍。很多化合物都有数个不同的名字,且命名的方式并不合理。


为改变这一情况,最早较为系统的命名方法之一来自于 Louis Bernard Guyton de Morveau,他为命名制定了五条明确的原则:


1. 每一种物质都应该用一个名称来命名,而不是用一个短语;

2. 按所要标明之物的性质来命名;

3. 当人们对物质的性质还没有足够的了解,无法确定其命名时,就应该选择一个没有意义的名称,而不是一个可能产生错误想法的名称;

4. 在进行新命名时,应优先选择那些广为人知的“死语言”,以便单词和物质间可以有所联系;

5. 命名应谨慎,并由所使用语言的专家来提出。    


随后,Louis Bernard Guyton de Morveau 等人在 1787 年出版了著名的 Méthode de nomenclature chimique  (《化学命名法》)。这是一件意义非凡的作品,它改变了化学,并建立了今天我们熟悉的盐类二元命名方式。

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《化学命名法》的封页,1787。


1798 年,Tassaert 在一份出版物中描述了一种配合物。这是人们首次描述钴胺配合物,并通过实验观察到配合物中的金属离子与普通水溶液中金属离子的差异。虽然 Tassaert 并没有进一步推测他所获得的化合物的性质,也没有分析其成分或结构,但是这些研究无疑为后来者打开了大门。

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Tassaert 在 1798 年出版的出版物标题中描述了当钴氨溶液长时间暴露在空气中时变为棕色的情况。


在此之后,有关配位化合物的研究进入了快速发展的时期,大量的新化合物被发现,但此时相关研究尚未形成一个完善的体系。在这样的背景下,一个新的趋势诞生了——以发现者的名字命名新化合物。但该体系的缺陷很明显:很多不同名字的配位化合物似乎具有相同的结构。


直到 1940 年,化学家们迎来了官方指导—— IUPAC 的前身开始在期刊中发表无机物命名的报告。在随后的几十年中,IUPAC 得到不断优化,并发布了对于各种化合物的命名规则,最终形成了今天我们所使用的化学命名体系。


如今,另一种创新性的命名规范正在开发中:国际化合物标识 (International Chemical Identifier, InChI)。它包含有关原子及其键连接性、互变异构信息、同位素信息、立体化学和电子电荷的信息。这种命名方式对于人来说很难阅读,但却适于计算机的识别。也许在将来,它能成为更加准确、完善的命名方式。


配位化学的发展

本文旨在阐述过去数百年中,命名法为人们理解化学提供了平台,并为开发模型解释新现象提供了驱动力。作者在撰写的过程中引用了大量的一手资料,准确回顾了配位化学的发展历程,且提出了自己专业和富有洞察力的观点。

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