本報天津消息(記者 張熙 通訊員 馬超)近日，中國科學(xué)院院士、南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授程津培課題組在鍵能研究領(lǐng)域獲得新突破。該課題組在化學(xué)頂級期刊《美國化學(xué)會志》上，以“鍵能方法學(xué)創(chuàng)新與當(dāng)代有機(jī)化學(xué)的理性發(fā)展”為題發(fā)表了“前瞻性”文章。這也是整個鍵能領(lǐng)域的首篇“前瞻性”文章。

　　化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是通過化學(xué)鍵的斷裂和再構(gòu)實現(xiàn)鍵的重組。因此，化學(xué)鍵的能量，即鍵能是控制這一過程最核心的本征要素，是決定反應(yīng)的內(nèi)因。近一個世紀(jì)以來，鍵能學(xué)的研究取得了許多矚目成就，這些成果為人們深刻理解化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的規(guī)律和機(jī)制、設(shè)計新試劑新反應(yīng)等提供了定量依據(jù)，促進(jìn)了化學(xué)研究從傳統(tǒng)的“試錯”模式向理性設(shè)計的演進(jìn)。

　　然而，近年來隨著所研究的有機(jī)體系變得越來越復(fù)雜(如C-H鍵活化/官能團(tuán)化、生物及光催化等)，人們用傳統(tǒng)的解析方式往往不易觀察到鍵能和反應(yīng)活性之間簡單的對應(yīng)關(guān)系。從而導(dǎo)致對鍵能的指導(dǎo)價值失去信心，一定程度上也影響了鍵能學(xué)研究的進(jìn)步。

　　在程津培課題組發(fā)表的文章中，程津培指出，現(xiàn)實研究中鍵能作用的所謂“失效”，主要是由于人們不恰當(dāng)?shù)厥褂面I能數(shù)據(jù)如用傳統(tǒng)的線性分析處理多元復(fù)雜體系，或者使用了不適宜的鍵能數(shù)據(jù)源造成。針對當(dāng)今化學(xué)研究中面臨的復(fù)雜和多元特征，程津培提出，應(yīng)改變過去只考慮單一變量的思維模式，多維度、睿智地使用鍵能來理解復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)體系。

　　結(jié)合當(dāng)前有機(jī)化學(xué)研究熱點，如“質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移”“過渡金屬氧化物參與或生物催化的碳?xì)滏I活化/官能團(tuán)化”“新型溶劑離子液體中異裂自由能”(pKa)等，程津培展示了如何“組合”地使用“有機(jī)化合物平衡酸度”和氧化還原電位預(yù)測質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)的活性，如何“互補(bǔ)”地使用共價鍵斷裂和新鍵生成的能量解讀碳?xì)滏I活化中“反直覺”的產(chǎn)物選擇性，以及如何利用精準(zhǔn)的有機(jī)化合物平衡酸度測定，揭示離子液體特殊的溶劑化行為和更合理地設(shè)計計算模型等。詮釋了化學(xué)鍵能在揭示復(fù)雜體系的反應(yīng)規(guī)律、指導(dǎo)合成設(shè)計、理解反應(yīng)活性和選擇性上的強(qiáng)大功能。