著名青年化學(xué)家姜雪峰
著名青年化學(xué)家姜雪峰
姜雪峰，1980年12月出生于甘肅蘭州，現(xiàn)任華東師范大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。課題組(主頁(yè))主要從事新方法導(dǎo)向復(fù)雜生理活性天然產(chǎn)物全合成研究，在全合成中尋找需要解決的方法學(xué)，在方法學(xué)中探究如何綠色全合成。小編在這里整理了著名青年化學(xué)家姜雪峰相關(guān)資料，希望能幫助到您。
著名青年化學(xué)家姜雪峰
姜雪峰共發(fā)表獨(dú)立通訊論文60多篇(影響因子大于10 的10 篇)，外文邀請(qǐng)專著6章，申請(qǐng)發(fā)明專利43項(xiàng)(2項(xiàng)國(guó)際專利)，已授權(quán)21項(xiàng)。
2014 年，姜雪峰作為亞洲五名代表之一(中國(guó)唯一代表)應(yīng)邀參加在塞浦路斯舉行的歐洲化學(xué)會(huì)第六屆青年有機(jī)化學(xué)家論壇(6th YIW of EuCheMs-Organic Division)并作邀請(qǐng)報(bào)告。
2015年，受美國(guó)有機(jī)化學(xué)家Eric Block教授邀請(qǐng)，姜雪峰作為大會(huì)主席之一共同組織了美國(guó)化學(xué)會(huì)泛太平洋有機(jī)硫化學(xué)會(huì)議(2015-Pacific Chem-New Organosulfur Chemistry)并作會(huì)議邀請(qǐng)報(bào)告。
2016年，姜雪峰受德國(guó)有機(jī)化學(xué)家Wolfgang Weigand教授邀請(qǐng)參加了在德國(guó)舉行的第27屆國(guó)際有機(jī)硫化學(xué)會(huì)議(27th International Symposium on Organic Chemistry of Sulfur)并作大會(huì)邀請(qǐng)報(bào)告(中國(guó)唯一代表)。
2017年，受Springer邀請(qǐng)作為主編組織撰寫《Sulfur Chemistry》工具書。2018年，姜雪峰受邀擔(dān)任《亞洲化學(xué)》Guest Editor of Homogeneous Catalysis from Young Investigators in Asia 。
2018年，姜雪峰擔(dān)任International Symposium on Main Group Chemistry Directed towards Organic Synthesis (MACOS)國(guó)際顧問和并作邀請(qǐng)報(bào)告。
這位“80后”教授，先后榮獲中組部“萬(wàn)人計(jì)劃”青年拔尖人才，基金委優(yōu)秀青年科學(xué)基金，教育部“長(zhǎng)江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃”青年項(xiàng)目、“新世紀(jì)”優(yōu)秀人才和“霍英東”基金，上海市“東方學(xué)者”和“科技啟明星”各類稱號(hào);獲得德國(guó)Thieme Chemistry Journal Award，日本ACP Lectureship Award，藥明康德生命化學(xué)研究獎(jiǎng)。
姜雪峰榮獲上海市“五四青年獎(jiǎng)?wù)隆?、上海市青年“崗位能手”稱號(hào);并擔(dān)任上海市第十三屆政協(xié)委員、中國(guó)青年科技工作者協(xié)會(huì)委員，中國(guó)化學(xué)會(huì)青委會(huì)委員，中國(guó)化學(xué)會(huì)化學(xué)教育委員會(huì)委員，中國(guó)化學(xué)會(huì)催化委員會(huì)均相催化專業(yè)委員會(huì)委員;任《化學(xué)教育》編委，Wiley旗下《Heteroatom Chemistry》編委，Taylor旗下《Phosphorus Sulfur Silicon and the Related Elements》編委。
研究概覽及近期代表性成果
姜雪峰教授課題組主要從復(fù)雜天然產(chǎn)物全合成的視角來(lái)構(gòu)建一系列獨(dú)特、高效、實(shí)用的反應(yīng)方法學(xué)體系進(jìn)而運(yùn)用構(gòu)建的方法學(xué)體系、試劑、配體實(shí)現(xiàn)高效綠色的全合成。并對(duì)完成的高活性系列天然產(chǎn)物進(jìn)行化學(xué)生物學(xué)機(jī)理研究，同時(shí)解決藥物化學(xué)機(jī)制問題。
白堅(jiān)木屬生物堿是單萜吲哚生物堿中知名度高且重要的天然產(chǎn)物，它們具有良好的生物活性但自然界中豐度低、提取難度大，因而探究其化學(xué)合成吸引了許多化學(xué)工作者的興趣。2017年，姜雪峰教授課題組從廉價(jià)易得的溴代吡喃酮和手性烯胺原料出發(fā)，通過(guò)選擇性exo-[4+2]環(huán)加成反應(yīng)高效構(gòu)建全氫吲哚骨架(C和E環(huán))，后續(xù)又通過(guò)還原/Wittig橋環(huán)開環(huán)串聯(lián)反應(yīng)、Pd/C氫化串聯(lián)環(huán)化反應(yīng)和Fischer吲哚化等反應(yīng)獲得三個(gè)白堅(jiān)木屬生物堿，最后經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的官能團(tuán)轉(zhuǎn)化又得到其他11個(gè)白堅(jiān)木屬生物堿，從而實(shí)現(xiàn)了該家族天然產(chǎn)物的發(fā)散式合成。
呋喃并喹啉酮和吲哚并香豆素骨架在配體調(diào)控下的高效構(gòu)建[2]
平面生物堿，即沒有手性胺的生物堿，這類化合物具有多種重要的藥物活性，例如從喜樹中提取分離的抗癌藥物喜樹堿，如何發(fā)展高效構(gòu)建這類結(jié)構(gòu)的方法學(xué)是合成化學(xué)工作者急需解決的問題。2018年，姜雪峰教授課題組以獨(dú)特的視角對(duì)呋喃并喹啉酮和吲哚并香豆素這兩類結(jié)構(gòu)差異性較大的骨架結(jié)構(gòu)進(jìn)行逆合成分析后，發(fā)現(xiàn)它們都具有共同的2-羥基-2′-氨基二苯炔和羰基結(jié)構(gòu)片段。鑒于此，課題組運(yùn)用PdII為催化劑，借助配體效應(yīng)、配位電負(fù)性以及插羰速率的微小差別，大幅度的扭轉(zhuǎn)了反應(yīng)途徑，高效實(shí)現(xiàn)多種多并環(huán)結(jié)構(gòu)生物堿的多樣性合成。
引領(lǐng)世界的綠色硫化學(xué)研究
除了在天然產(chǎn)物全合成及發(fā)展新穎高效的合成方法學(xué)研究之外，近些年姜雪峰教授更加致力于發(fā)展綠色的、環(huán)境友好及可持續(xù)的硫化學(xué)研究。2018年7月，第25屆IUPAC國(guó)際化學(xué)教育會(huì)議在澳大利亞悉尼舉行，姜雪峰教授被遴選為“全球青年化學(xué)家元素周期表硫元素代表”，標(biāo)志著姜雪峰教授的硫化學(xué)研究獲得國(guó)際認(rèn)可。
姜雪峰教授課題組運(yùn)用“從無(wú)機(jī)硫向有機(jī)硫”轉(zhuǎn)化的理念，構(gòu)建起獨(dú)特的“3S綠色硫化學(xué)”(Smelless/Stable/Sustainable)，發(fā)展了一系列新穎的綠色硫試劑并解決了它們?cè)谒噢D(zhuǎn)移、可見光催化、綠色氧化等方面的挑戰(zhàn)，值得一提的是，這些獨(dú)特的硫試劑及合成方法為含硫藥物的工業(yè)生產(chǎn)及工藝優(yōu)化提供了重要參考，在未來(lái)具有廣闊的應(yīng)用前景。
鑒于多硫化合物廣泛存在于自然界，并且在生命科學(xué)、藥物化學(xué)、食品化學(xué)以及材料科學(xué)等領(lǐng)域扮演著重要的角色。2018年，姜雪峰教授課題組在知名雜志Nature Communications上報(bào)道了一類新型親電過(guò)硫試劑(RSSOMe)，借助甲氧基的“面具效應(yīng)”使得與其相連的硫原子發(fā)生“極性翻轉(zhuǎn)”(即RSS+)，再利用甲氧基的電子效應(yīng)很好穩(wěn)定了硫硫鍵，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了與多種親核試劑間的過(guò)硫化反應(yīng)，為更廣闊的多硫生命現(xiàn)象解釋和多硫藥物發(fā)現(xiàn)開辟了新道路。[3]
工業(yè)4.0時(shí)代的綠色硫化學(xué)夢(mèng)想
——專訪華東師大化學(xué)學(xué)院姜雪峰教授
古往今來(lái)，人類都相信地球萬(wàn)物生長(zhǎng)的能量來(lái)自太陽(yáng)。樸素的信念從近代以后找到了科學(xué)證據(jù)：直至上世紀(jì)70年代末，人們一直堅(jiān)信光合作用是所有地球生態(tài)圈的基石。但一次太平洋東岸Galápagos Rift的深?？瓶?，卻向世人呈現(xiàn)了生命的另一種可能：在漆黑無(wú)光的海底熱泉，在幾乎與世隔絕的冰水熔巖生態(tài)圈，如外星生物般的龐貝蠕蟲、管狀水母、鎧甲蝦等物種，在散發(fā)著硫化氫異味的地裂深淵處，千奇百怪卻欣欣向榮地野蠻生長(zhǎng)。
自此后，千姿百態(tài)的海底熱泉(hydrothermal vent)在全球各地被發(fā)現(xiàn)。各種板塊邊界、大洋中脊的火山口，難以想象的極端環(huán)境中，許多神奇的微生物從不依賴恒星的光芒，卻只對(duì)熱泉噴射的硫化物和重金屬化合物情有獨(dú)鐘。利用化學(xué)能量自給的硫化細(xì)菌與古細(xì)菌成就了熱泉食物鏈的底端，為更加復(fù)雜高級(jí)的生命演化鋪就了另類的舞臺(tái)。
硫化物蘊(yùn)藏著怎樣的能量，可以為生命本源的探索提供不一樣的劇本?硫化學(xué)的探索本身，對(duì)于生命之謎的闡釋和生命科學(xué)的進(jìn)步，又會(huì)綻放出怎樣綺麗的華彩?讓我們跟隨硫化學(xué)專家——華東師大姜雪峰教授一同走進(jìn)奧妙的硫化學(xué)世界。
“硫”砂墜簡(jiǎn)，書寫生命元素傳奇
藥明康德：硫元素與硫化物質(zhì)對(duì)于生命演化有哪些重要意義?
姜雪峰教授：硫化學(xué)對(duì)于生命本源的探索有非凡的意義。自然界與銀河系的硫化物豐度并不算高，生命體卻能將各種形態(tài)的硫富集：硫元素并不是生物大分子的主要成分，卻與碳、氫、氧、氮、磷元素構(gòu)成了人體中六種最為重要的常量元素。硫元素之所以成為重要的生命元素，是因?yàn)槠湓诤怂岷偷鞍踪|(zhì)分子形成、血氧傳輸、人體能量代謝等大量生命現(xiàn)象中的生化反應(yīng)中充當(dāng)還原劑、穩(wěn)定劑。
自然界存在硝化菌、鐵細(xì)菌、一氧化碳細(xì)菌等多種無(wú)光合作用的自養(yǎng)型生物，但它們都無(wú)法支撐獨(dú)立的生態(tài)圈群落。至今，人類只在海底熱泉的火山口，發(fā)現(xiàn)完全以硫化細(xì)菌為食物鏈基礎(chǔ)、與光合作用生態(tài)圈迥然相異的生命體系。很多學(xué)者形成的共識(shí)是生命的初始舞臺(tái)誕生于極端的地質(zhì)環(huán)境，因?yàn)橐获R平川的環(huán)境很難產(chǎn)生劇烈的物質(zhì)轉(zhuǎn)化與化學(xué)反應(yīng)，只有星球撞擊、板塊運(yùn)動(dòng)、地震火山才能孕育豐富的地貌與生命的火花。而海底熱泉的極端生態(tài)，很可能與地球形成的早期環(huán)境類似，無(wú)疑是我們探索生命本源的極佳樣本。
硫元素對(duì)于人的飲食健康也非常重要。榴蓮、洋蔥、大蒜這些有著“怪怪味道”的果蔬富含硫化物，其實(shí)是大自然因地制宜賜予人類的保健品，可殺菌消炎、活血化瘀、促心肺功能、抗血管老化。比如，有兩種重要的硫化物，具有強(qiáng)大的解毒和免疫調(diào)節(jié)作用：二甲基砜(MSM)對(duì)于鎮(zhèn)痛消炎、疏通血管、促進(jìn)膠原蛋白合成、促進(jìn)糖類物質(zhì)代謝具有重要作用;含有硫巰基的谷胱甘肽(GSH)則具有廣譜解毒功能，也是人體細(xì)胞內(nèi)最重要的抗氧化劑，可通過(guò)持續(xù)清除自由基的方式，保護(hù)眾多含巰基蛋白酶的活性。
藥明康德：請(qǐng)您介紹一下人類應(yīng)用硫化學(xué)的歷史和現(xiàn)狀各有哪些亮點(diǎn)。
姜雪峰教授：?jiǎn)钨|(zhì)硫磺作為一種重要化學(xué)材料，很早就被人類發(fā)現(xiàn)并使用，起初應(yīng)用于熏香漂白、洗發(fā)去屑。中西方許多著名溫泉中都富含硫磺，古代西方一些公共浴池也直接利用硫磺消毒。中國(guó)早在先秦時(shí)代就開始開發(fā)天然硫磺礦藏，用于四大發(fā)明火藥的制造。
如今，人們更加認(rèn)識(shí)到硫元素價(jià)態(tài)豐富，可形成結(jié)構(gòu)多樣的化合物。硫化物是當(dāng)代許多暢銷藥物中不可或缺的成分：小分子藥物合成中，含有硫元素的基團(tuán)是抗擊不少病原體的活性位點(diǎn)，比如青霉素、頭孢、磺胺類藥物具有廣譜抗菌作用。同時(shí)，過(guò)硫鍵廣泛存在于生命體中，和青蒿素中的過(guò)氧橋一樣具有多種生理功能，也具備抗真菌、病毒、原蟲的潛在藥用價(jià)值;過(guò)硫鍵還是抗體偶聯(lián)藥物(ADC)中常用的連接子(Linker)，以綴合大分子抗體與小分子細(xì)胞毒性藥物，形成對(duì)腫瘤靶細(xì)胞的選擇性殺傷作用。
綠色硫化學(xué)之路：“面具俠”妙手通關(guān)
藥明康德：您認(rèn)為研究和發(fā)展綠色硫化學(xué)的挑戰(zhàn)與機(jī)遇有哪些?針對(duì)無(wú)機(jī)硫替代有機(jī)硫的綠色試劑，您的團(tuán)隊(duì)還提出了新穎的“面具策略”，請(qǐng)您介紹一下。
姜雪峰教授：不少硫化物(比如硫巰基化合物)散發(fā)強(qiáng)烈的刺鼻惡臭，雖然沒有讓所有化學(xué)家望而卻步，但確實(shí)使硫化學(xué)的發(fā)展、應(yīng)用和生產(chǎn)受到嚴(yán)重阻礙。其實(shí)，由于硫的孤對(duì)電子化學(xué)性質(zhì)活潑、價(jià)態(tài)豐富，也導(dǎo)致易氧化、容易使金屬催化劑失活并終止催化循環(huán)，這些都是橫亙?cè)诹蚧瘜W(xué)研究者面前的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。但硫元素對(duì)于生命活動(dòng)、醫(yī)藥和化工研發(fā)意義重大且前景廣闊，我們應(yīng)有的社會(huì)擔(dān)當(dāng)就是要在現(xiàn)階段介入相對(duì)初級(jí)的研究項(xiàng)目，從而開拓未來(lái)的科學(xué)新領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)新方向。硫化學(xué)研究一旦解決相關(guān)的棘手科學(xué)問題，就可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩方面的突破。
從無(wú)機(jī)硫到有機(jī)硫的轉(zhuǎn)換看似簡(jiǎn)單，但要跨越較多障礙，硫醚、過(guò)硫、亞砜、砜、磺胺等化合物的合成都需要不同的價(jià)態(tài)思考。我們努力針對(duì)不同類型的重要含硫有機(jī)物，設(shè)計(jì)建立幾類多功能硫試劑，并建立起試劑的多樣性使用規(guī)律，系統(tǒng)地打造綠色硫化學(xué)轉(zhuǎn)化體系中的所有硬件和軟件。我們希望逢山開路、遇水架橋，目前已經(jīng)完成了某些“路基”的鋪設(shè)，希望未來(lái)這條綠色反應(yīng)體系的康莊大道能被世界學(xué)界和產(chǎn)業(yè)所銘記。
面具策略的主旨即在硫化物反應(yīng)底物上引入一個(gè)“面具”基團(tuán)，恰到好處地控制該底物的多樣性反應(yīng)活性?？梢栽跀?shù)量上控制“單硫”、“雙硫”、“三硫”、甚至“四硫”的引入，還可以在氧化態(tài)上控制引入“硫醚”、“亞砜”、“砜”，針對(duì)多官能團(tuán)藥物修飾的不同需求產(chǎn)生“親核硫源”、“親電硫源”、“自由基硫源”的多樣性功能，以滿足不同藥物的合成與修飾需求。我們繼續(xù)運(yùn)用“面具”理念，將作為“面具”基團(tuán)的SO3分子引到裸露的巰基上：SO3分子可對(duì)硫原子上的孤對(duì)電子產(chǎn)生吸電作用，弱化硫?qū)饘俅呋瘎┑亩净饔?電性要求);SO3分子的大位阻還可掩蔽硫電子軌道并避免其氧化自偶聯(lián)(位阻要求);再者，SO3分子的電子共振效應(yīng)可調(diào)節(jié)硫原子電子流向(共振要求)。這一概念利用無(wú)臭綠色硫化試劑，為過(guò)渡金屬催化的硫化學(xué)帶來(lái)了一系列新特性。
藥明康德：這么看來(lái)，單獨(dú)硫原子引入的一些瓶頸問題已經(jīng)有了較好突破，那么你前面提到的其他形式的硫呢?
姜雪峰教授： 舉一個(gè)“過(guò)硫試劑”的例子：傳統(tǒng)過(guò)硫鍵構(gòu)建兩個(gè)硫原子分別來(lái)自兩種不同的反應(yīng)對(duì)象，不僅限制反應(yīng)效率和適用范圍，還帶來(lái)諸多硫巰基氧化不兼容、毒化金屬催化的問題。我們團(tuán)隊(duì)至今已經(jīng)設(shè)計(jì)了四代過(guò)硫化試劑，不同的“面具”讓它們各自分別擁有了不同的屬性。然而新的矛盾又再次出現(xiàn)：硫硫鍵鍵能遠(yuǎn)低于常見的其他化學(xué)鍵鍵能，反應(yīng)活性極高，此時(shí)如何“保持弱鍵，斷裂強(qiáng)鍵”便成了試劑成功使用的另一個(gè)挑戰(zhàn)。運(yùn)用“面具”的電子、立體以及偶極性質(zhì)，依據(jù)動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)的交互調(diào)控，即可如我們所愿高兼容性引入敏感而有用的“雙硫”。
最近，我們又在過(guò)硫結(jié)構(gòu)的外端成功的裝上OMe這個(gè)新型的“面具”，從而反轉(zhuǎn)了電性，獲得了更為廣譜的親電過(guò)硫試劑。隨后的試劑使用探索表明，該類試劑可在非常溫和的條件下與各類功能分子作用，獲得與碳親核試劑、氮親核試劑、硫親核試劑的多樣性偶聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了多種天然產(chǎn)物和藥物的后期修飾，建立了豐富的多硫結(jié)構(gòu)化合物庫(kù)。這一過(guò)硫試劑的設(shè)計(jì)與建立，為更廣闊的多硫生命現(xiàn)象解釋和多硫藥物發(fā)現(xiàn)開辟了一條快速通道。期待著“硫循環(huán)”藏寶圖的全面展開。
利用多種策略，我們還對(duì)許多藥物進(jìn)行了無(wú)官能團(tuán)保護(hù)的直接后期硫化修飾，從而篩選出多發(fā)性骨髓瘤藥物來(lái)那度胺的硫化衍生物，活性遠(yuǎn)高于來(lái)那度胺本身，且可以應(yīng)用于對(duì)來(lái)那度胺無(wú)效的淋巴瘤細(xì)胞，目前該化合物正在做進(jìn)一步生物利用度評(píng)價(jià)。
被夢(mèng)想叫醒的清晨：相信奔跑的力量
藥明康德：工作之外您還有哪些愛好?對(duì)學(xué)習(xí)科研有哪些正面的促進(jìn)效果?
姜雪峰教授：我喜歡跑步，長(zhǎng)跑會(huì)帶來(lái)獨(dú)特的靈感思辨和感恩頓悟，全年無(wú)休風(fēng)雨無(wú)阻地奔跑，在四季變換中感受天地自然的饋贈(zèng)，冥想每個(gè)課題的困惑，感恩父母師友的激勵(lì)。痛苦與挫折都是生命的張力，只有酸甜苦辣摻拌才是真實(shí)豐滿的人生。不論平凡的你我還是閃亮的名人，都有自己的壓力和挑戰(zhàn)，只要盡力就已足夠。
在一場(chǎng)又一場(chǎng)馬拉松的較量中，一時(shí)的快慢和名次并不重要，每一個(gè)驛站都是人生的積淀。所以，堅(jiān)持不懈而不輕言放棄，不應(yīng)冒進(jìn)卻要步步為營(yíng)：有時(shí)候當(dāng)你為某一個(gè)科學(xué)問題朝思暮想?yún)s無(wú)法突破，貌似讀書百遍又回到原點(diǎn)，然而每一次你回到原點(diǎn)的高度都會(huì)有所不同，許多科學(xué)突破正是通過(guò)這種螺旋式的上升來(lái)實(shí)現(xiàn)。在科研攀峰的過(guò)程中，我們既需要不斷制定明晰切實(shí)的小目標(biāo)，也要珍視每一個(gè)靈感并在細(xì)節(jié)上保持耐心和平常心，即使小失敗也可能是通往成功的道路。
藥明康德：綠色化學(xué)的發(fā)展面臨哪些挑戰(zhàn)?您對(duì)硫化學(xué)的未來(lái)有哪些激情的暢想?
姜雪峰教授：化學(xué)工業(yè)為社會(huì)進(jìn)步做出了巨大貢獻(xiàn)，然而一些生產(chǎn)帶來(lái)的污染和安全風(fēng)險(xiǎn)也日益受到關(guān)注。大家對(duì)化工產(chǎn)業(yè)缺陷的關(guān)注需要理性看待，對(duì)缺陷的批判正是推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的重要因素?？茖W(xué)發(fā)展是循序漸進(jìn)的，創(chuàng)造物質(zhì)的化學(xué)挑戰(zhàn)人類智慧與耐力的極限，要實(shí)現(xiàn)全面清潔和安全的合成體系需要不斷地積累和沉淀。
有機(jī)合成從19世紀(jì)發(fā)展至今，逐步走向成熟的過(guò)程卻仍然存在諸多瓶頸問題亟待解決。化學(xué)家?guī)缀蹩梢灾苽涑鏊腥祟愊胍男》肿?，然而與功能性相伴的卻是污染與安全風(fēng)險(xiǎn)兩個(gè)痛點(diǎn)。如果我們?yōu)榱撕铣赡撤N藥物去治療100位癌癥病人，而導(dǎo)致環(huán)境污染使1000位健康人面臨患病風(fēng)險(xiǎn)，那一定不是可持續(xù)發(fā)展之道。其實(shí)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展從粗放到集約的轉(zhuǎn)變，正需要青年科學(xué)家重新審視合成化學(xué)的新需求。
多年來(lái)試劑綠色化和步驟經(jīng)濟(jì)化始終是我們團(tuán)隊(duì)的宗旨，希望能夠最終構(gòu)建從無(wú)機(jī)硫向有機(jī)硫轉(zhuǎn)化的綠色硫化學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)我們對(duì)“硫循環(huán)”的全面系統(tǒng)的理解，為打造工業(yè)4.0時(shí)代的環(huán)保無(wú)污染的醫(yī)藥生產(chǎn)鏈貢獻(xiàn)自己的一份力量。
化學(xué)方程式配平方法大總結(jié)
1.零價(jià)法
用法：無(wú)法用常規(guī)方法確定化合價(jià)的物質(zhì)中各元素均為零價(jià)，然后計(jì)算出各元素化合價(jià)的升降值，并使元素化合價(jià)升降值相等，最后用觀察法配平其他物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)。
【例1】試配平 Fe3C + HNO3- Fe(NO3)3 + NO2 + CO2+ H2O。
分析：復(fù)雜物質(zhì)Fe3C按常規(guī)化合價(jià)分析無(wú)法確定其中Fe和C的具體化合價(jià)，此時(shí)可令組成該物質(zhì)的各元素化合價(jià)均為零價(jià)，再根據(jù)化合價(jià)升降法配平。Fe3C → Fe(NO3)3和CO2整體升高13價(jià)，HNO3 → NO2下降13價(jià)(除了Fe、C以外，只有N變價(jià))。易得 Fe3C + 22HNO3= 3Fe(NO3)3 + 13NO2+ CO2 + 11H2O。
2.平均標(biāo)價(jià)法
用法：當(dāng)同一反應(yīng)物中的同種元素的原子出現(xiàn)兩次且價(jià)態(tài)不同時(shí)，可將它們同等對(duì)待，即假定它們的化合價(jià)相同，根據(jù)化合物中化合價(jià)代數(shù)和為零的原則予以平均標(biāo)價(jià)，若方程式出現(xiàn)雙原子分子時(shí)，有關(guān)原子個(gè)數(shù)要擴(kuò)大2倍。
【例2】試配平 NH4NO3- HNO3+ N2+ H2O。
分析：NH4NO3中N的平均化合價(jià)為+1價(jià)，元素化合價(jià)升降關(guān)系為：
NH4NO3 → HNO3：+1→+5升4×1價(jià)
NH4NO3 → N2： +1→0 降1×2價(jià)
易得 5NH4NO3= 2HNO3 + 4N2 + 9H2O
3.整體標(biāo)價(jià)法
用法：當(dāng)某一元素的原子或原子團(tuán)(多見于有機(jī)反應(yīng)配平)在某化合物中有數(shù)個(gè)時(shí)，可將它作為一個(gè)整體對(duì)待，根據(jù)化合物中元素化合價(jià)代數(shù)和為零的原則予以整體標(biāo)價(jià)。
例3：試配平 S+ Ca(OH)2- CaSx+ CaS2O3+ H2O
分析：NH4NO3中N的平均化合價(jià)為+1價(jià)(NH4中-3價(jià)，NO3中+5價(jià))，元素化合價(jià)升降關(guān)系為：
NH4NO3→HNO3：+1→+5升4×1價(jià)
NH4NO3→N2：+1→0 降2×2價(jià)
易得 2(x+1)S + 3Ca(OH)2 = 2CaSx + CaS2O3 + 3H2O
4.逆向配平法
若氧化劑(或還原劑)中某元素化合價(jià)只有部分改變，配平宜從氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物開始，即先考慮生成物，逆向配平;自身氧化還原反應(yīng)方程式，宜從生成物開始配平，即逆向配平。
例如：P + CuSO4 + H2O - CU3P + H3PO4+ H2SO4
該反應(yīng)的氧化劑是P、CuSO4，還原劑是P，以反應(yīng)物作標(biāo)準(zhǔn)求得失電子數(shù)比較困難，但是氧化產(chǎn)物只H3PO4、還原產(chǎn)物只CU3P，所以以1mol H3PO4和1mol CU3P作標(biāo)準(zhǔn)物容易求得失電子數(shù)。
答案：11 15 24 5 6 15
5.有機(jī)反應(yīng)的配平法
有機(jī)物參入的氧化還原反應(yīng)，通常首先規(guī)定有機(jī)物中H為+1價(jià)，O為-2價(jià)，并以此確定碳元素的平均化合價(jià)。再根據(jù)還原劑化合價(jià)升高總數(shù)與氧化劑化合價(jià)降低總數(shù)相等原則，結(jié)合觀察法配平。
例如：H2C2O4 + KMnO4 +H2SO4- CO2+ K2SO4+ MnSO4 + H2O
解析：H2C2O4中，令H 為+1價(jià)，O為-2價(jià)，則C的平均化合價(jià)為+3價(jià)。1個(gè)H2C2O4化合價(jià)升高數(shù)為2，1個(gè)KMnO4化合價(jià)降低數(shù)為5，最小公倍數(shù)為10，故H2C2O4的系數(shù)為5，KMnO4的系數(shù)為2。
配平的方程式為：5H2C2O4+2KMnO4+3H2SO4=10CO2+K2SO4+2MnSO4+8H2O
6.缺項(xiàng)方程式的配平：
如果所給的化學(xué)方程式中有反應(yīng)物或生成物沒有寫出來(lái)，在配平時(shí)，如果所空缺的物質(zhì)不發(fā)生電子的得失，僅僅是提供一種發(fā)生反應(yīng)的酸、堿、中性的環(huán)境，可先把有化合價(jià)升降的元素配平，再確定出所缺的物質(zhì)，把系數(shù)填上即可。
例如：BiO3-+ Mn2+ +- Bi3++ MnO4-+ H2O
解析：首先根據(jù)化合價(jià)的升降配平有變價(jià)元素的有關(guān)物質(zhì)：
5BiO3- +2Mn2+ + - 5Bi3+ +2MnO4-+H2O
根據(jù)氧原子守恒，可以確定H2O 的系數(shù)為7，根據(jù)質(zhì)量守恒和電荷守恒規(guī)律可以確定反應(yīng)物所缺的是氫離子H+。
答案：5 2 14H+ 5 2
除這幾種常用方法外，還有一些簡(jiǎn)易方法也可用于一些方程式的配平。
(1)奇偶配平法
這種方法適用于化學(xué)方程式兩邊某一元素多次出現(xiàn)，并且兩邊的該元素原子總數(shù)有一奇一偶，例如：C2H2+O2→CO2+H2O，此方程式配平從先出現(xiàn)次數(shù)最多的氧原子配起。O2內(nèi)有2個(gè)氧原子，無(wú)論化學(xué)式前系數(shù)為幾，氧原子總數(shù)應(yīng)為偶數(shù)。故右邊H2O的系數(shù)應(yīng)配2(若推出其它的分子系數(shù)出現(xiàn)分?jǐn)?shù)則可配4)，由此推知C2H2前2，式子變?yōu)椋?C2H2+O2→CO2+2H2O，由此可知CO2前系數(shù)應(yīng)為4，最后配單質(zhì)O2為5，把短線改為等號(hào)，寫明條件即可：2C2H2+5O2==4CO2+2H2O
(2)觀察法配平
有時(shí)方程式中會(huì)出現(xiàn)一種化學(xué)式比較復(fù)雜的物質(zhì)，我們可通過(guò)這個(gè)復(fù)雜的分子去推其他化學(xué)式的系數(shù)，例如：Fe+H2O——Fe3O4+H2，F(xiàn)e3O4化學(xué)式較復(fù)雜，顯然，F(xiàn)e3O4中Fe來(lái)源于單質(zhì)Fe，O來(lái)自于H2O，則Fe前配3，H2O前配4，則式子為：3Fe+4H2O=Fe3O4+H2由此推出H2系數(shù)為4，寫明條件，短線改為等號(hào)即可：3Fe+4H2O==Fe3O4+4H2
(3)歸一法
找到化學(xué)方程式中關(guān)鍵的化學(xué)式，定其化學(xué)式前計(jì)量數(shù)為1，然后根據(jù)關(guān)鍵化學(xué)式去配平其他化學(xué)式前的化學(xué)計(jì)量數(shù)。若出現(xiàn)計(jì)量數(shù)為分?jǐn)?shù)，再將各計(jì)量數(shù)同乘以同一整數(shù)，化分?jǐn)?shù)為整數(shù)，這種先定關(guān)鍵化學(xué)式計(jì)量數(shù)為1的配平方法，稱為歸一法。
做法：選擇化學(xué)方程式中組成最復(fù)雜的化學(xué)式，設(shè)它的系數(shù)為1，再依次推斷。
第一步：設(shè)NH3的系數(shù)為1 1NH3+O2——NO+H2O
第二步：反應(yīng)中的N原子和H原子分別轉(zhuǎn)移到NO和H2O中，由
第三步：由右端氧原子總數(shù)推O2系數(shù)
著名青年化學(xué)家相關(guān)文章：