过渡金属原子簇化学

原子簇[1]化学是当前化学中最饶有兴趣而又极其活跃的领域之一。原子簇是指由原子（或分子）结合在一起的团体结构它是介于原子（或分子）与固体粒子之间的团粒分子。许多情性气体原子簇比如Hen、Nen、Arn、Krn、Xe等。

Clusters 一词最早由Cotton F. A.于1966年提出，卢嘉锡教授将 clusters 译为原子簇，将 cluster compound 译为原子簇化合物，而把 transition metal cluster 译为过渡金属簇合物。这些译名贴切恰当，被广泛采用。原子簇有多种定义，比较全面的是由徐光宪、江元生等人提出的定义：凡以3个或3个以上原子直接键合构成的多面体或笼为核心，连接外围原子或基团而形成的结构单元称原子簇。

20世纪70年代后由于化学模拟生物固氮、金属原子簇化合物的催化功能、生物金属原子簇、超导及新型材料等方面的研究需要，促使金属原子簇化学快速发展。建立了一些合成方法，并且用结构化学和谱学等实验手段了解了一些金属簇合物结构与性能的关联。在此基础上探求成簇机理，从理论上研究其成键能力和结构规律。目前己有多种学说，如Lipscomb的硼烷三中心键模型，Sidgwick等的有效原子数 (EAN)规则，

Wade的多面体骨架成键电子对理论，Cotton的金属-金属多重键理论，Lauher的金属原子簇的簇价轨道 (CVMO)理论，Mingos的多面体簇骼电子对理论，张文卿的金属原子簇拓扑电子计算理论，唐敖庆的成键与非键轨 道数的 (9n-L)规则，卢嘉锡的类立方烷结构规则，徐光宪的n×cл结构和成键规则及张乾二的多面体分子轨道理论等，从不同角度论述了金属原子簇的内在结构规律。但这些规律均存在一定的局限性，尚没有一个较为完善的理论来概括和解释金属原子簇化合物的实验结果。在这一领域内，仅1976年W.N.Lipscomb因其有机硼化合物结构研究而获诺贝尔化学奖;挑战和机遇并存，有待化学家们继续去努力和解决。

原子簇可分为两大类。

主族原子簇化合物，其核心原子属于主族元素，如碳、硼等，外围原子多是氢、卤素、烷基等。

过渡金属簇合物，配体多是π接收体（CO，NO等），也可是π给予体（Cl，OR，S等）。核心不连接任何外围原子或基团的原子簇，又称团簇，如P4，As4，S6，Sn4As2及C60等。

卢嘉锡院士研究成果：

1.活性元件组装设想。过渡金属原子簇化合物特别是含硫桥的原子簇化合物可以由构成原子簇基本结构“元件”在一定的活化条件下组装而成，并通过大量实践发展为“元件组装方法 ”。“活性元件组装方法”解释了大量过渡金属原子簇化合物的合成过程并指导了一系列新型簇合物的合成。

2.一类含［M3S3］n+簇骼的类芳香性。对具有多种不同类型配体的［M3S 3］簇环化合物的电子结构和化学反应性能，如置换反应、氧化反应、加成反应等进行系统的研究后，发现［M3S3］与苯环之间具有十分类似的性质，即［M3S3］簇骼的类芳香性。［M3S3］簇环类芳香性的提出，地解释了这类化合物具有超常的稳定性以及类似苯环的各种化学反应性能内在的原因。在此基础上又把类芳香性的概念推广到立体类芳香性和球面类芳香性，对合成一类特殊性能的多核簇合物起了积极的指导作用。

类芳香性概念的提出再次沟通了无机化学和有机化学之间的相互关系。

该项目获1991年度中国科学院自然科学奖一等奖，1993年度国家自然科学奖二等奖。