金催化劑中的相對論玄機

z330380202

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有鑒於近來關於金催化劑的研究逐漸受到矚目，UC Berkeley教授Dean Toste提出理論來解釋金的特殊反應性。

金(I)與金(III)組成的催化劑應用於許多親核試劑 (nucleophile)加到炔類分子 (alkyne)上的反應，其中包含形成碳-碳鍵 (C-C)及C-X (X: heteroataom) 的反應。金催化劑的發展幫助科學家設計更有效率的反應，其在水溶液中的低反應性代表化學反應可以在較低毒性的水中進行，避開有機溶劑，也代表更環保的化學。

Toste指出金與同族的銀、銅相較，是一個特別強的路易士酸 (Lewis acid)，也使它具有活化炔類分子的特點。金原子核內的79個正電使外圍的電子必須以一半的光速來運動，以不至於墜落到核中。在計算中考慮相對論效應 (relativistic effects)後，金的6s 軌域能量顯著降低，其內側的5d軌域能量則顯著升高。換句話說，變重了的s軌域電子變得接近原子核，使得s軌域”收縮” ，而同時屏蔽其外層的p及d軌域 (shielding)造成p及d軌域的”膨脹” 。收縮的6s軌域使金具有容易接受電子的能力，而另一方面，5d的膨脹又使金容易提供電子，也因此科學家發現了金與配位體 (ligand) 形成多鍵、反饋鍵 (backbonding)的例子。這些特質使金得以催化不同性質的反應。此外，化學家也已經證明金能夠用於催化不對稱反應。

相對論應用到化學中已有一段歷史，科學家也已經用類似的概念解釋黃金的顏色：6s的收縮及5d的膨脹使得兩個能階的差距縮小到藍光的大小，所以金能發出金黃的色澤。金的強電負度、優異的抗蝕能力，也可說皆是相對論性造成的結果。令人讚嘆，一個偉大理論的影響力如此無遠弗屆。

*2006年Toste曾受邀到台訪問。

原始論文：

Relativistic effects in homogeneous gold catalysis, David J. Gorin and F. Dean Toste, Nature 446, 395-403 (22 March 2007) 參考來源：UCBerkeleyNews: Chemists strike gold with new gold catalysts, 22 March 2007 ScienceDaily: Chemists Strike Gold With New Gold Catalysts本文版權聲明與轉載授權資訊：

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[ 本文最後由 z330380202 於 07-4-1 08:36 AM 編輯 ]