第四节 苏联现代化学的全面进展

目前，苏联共有 50 多个化学专业研究所，他们同石油化工部、石油化学、矿物肥料、纤维造纸工业以及其它部、机关和高等学校附设的数百个科学研究所在密切的协作下进行化学基础研究和化学应用研究。现代物理学、无线电电子学和计算机技术的实验方法、实验设计和自动化已广泛进入苏联的化学研究领域。苏联化学进入了现代化学的发展阶段，有的化学学科已达到了世界领先的水平，如元素有机化学和量子化学；化学工业也得到了迅猛发展。目前，苏联的矿物肥料居世界第一位，化学产品生产居世界第二位。①

近年来，苏联化学家的注意力正在转向与国民经济发展密切相关的课题。例如涉及专门聚合材料的生产、吨位不大的化学产品的发展、保护作物方法的研究、制备高效的催化剂、获取新的无机材料和人工液体燃料、研究提高矿层原油采收率的化学方法以及其它一些迫切的综合性问题的研究。

这里试图把苏联化学主要方面的发展做一概略的评介，但由于资料文献与作者能力水平的限制，若完成这个计划实际上是力不从心的。

一、无机化学

苏联的无机化学在其各个主要分支上都得到了迅速的发展。

苏联已在无机化学领域运用了现代物理学方法和电子计算机技术，建立了把天然无机化合物的信息输入自动集成信息系统的化学和化学工艺体系。他们还把元素周期系 104 个已知元素原子的电子结构输入电子计算机，试图借助电子计算机预测可能存在某些类型的无机化合物双组分系统。

苏联学者在研究无机化合物 X 射线光谱、发射和吸收光谱方面也取得了很大成绩。他们建造了通用的 X 射线光谱仪的综合体，对大量的无机分子的电子结构进行了研究，并将其理论值与直接的经验材料进行了比较，对化合物的配位方式、原子的有效电荷、配体的电子给予体和接受体的特殊性、配体的相互影响，表面特性以及吸附、催化、腐蚀等过程进行了详细系统的考察。

近年来，苏联学者在相图理论和金属固溶体性质等方面的研究中做出了很大贡献。他们以钛、钒、铌、铪和其它金属为基础研究二相、三相和更复杂系统的相平衡，确定了取决于相组成的合金性质的变化。研究了大量的状态图，并在这些材料的基础上研制出了具有高发射功能、高催化作用、高磁性、半导体和其它性质的新合金。特别是莫斯科大学和苏联科学院冶金研究所关于金属互化物的状态图的预测很引人注意。他们在研究金属多元体系相图的计算方法时，运用瓦格纳方法和量子化学模型，提出按照简单晶格设计的四元、五元体系相界结构的方法论问题。苏联学者还研究了不同类型的金属化合物。如金属和金属的（二元、三元和多元）化合物，金属和非金属（氧、氢、氮、硅、硼、磷）的化合物等，这些研究可以得到具有重要的物理、化学性质、电、磁、光和力学性质的新型材料。

配位化学是现代无机化学最重要的领域之一。苏联学者在这个领域做了大量的工作，特别是对络合物反应动力学机理的研究一直比较活跃，进展也很快。他们首先发现了平面正方形络合物取代反应的动力学反位效应及其规律并给出了物理解释。苏联学者还根据铂（Ⅳ）络合物酸性水解时测定的平

① 参见 H·M · 埃马努埃尔：“苏联的化学”，苏联《化学成就》，1982 年，第 12 期，第 1937 页。

衡常数 K 的数值，提出反位效应变化的热力学标度。这是对反位效应特性进行定量研究的第一次尝试，对于说明已知的合成方法和设计新的合成方法具有重要的实际意义。近些年来，苏联学者把研究配体的相互影响作为配位化学研究的中心方向，从统计学、动力学、热力学及扰动理论等不同角度考察配体相互影响的一般规律，进行了直接的非经验计算，建立了与碱式σ键中心原子相连的配体相互影响的理论模型，与经验材料十分吻合。

近年来，苏联学者在完成了大量的复杂配体的过渡金属有机络合物合成的同时，对 N2、O2、CO、NO、CO2 及其它小分子配体络合物的合成产生了极大的兴趣，积极研究温和条件下的固氮作用和催化作用过程，并注意烯烃、炔烃、CO 的活化和 N2、H2 和 CO2 的络合和活化的研究，而这些正是这个领域中亟待研究的重要内容。

苏联稀土元素络合物化学的研究得到了广泛开展。系统研究了稀土元素络合物的稳定性和立体化学。完成了不同配体稀土元素络合物环状结构的研究，这个研究能够确定有氯、硫代氰酸根和硝酸根的稀土元素在形成键的稳定性方面存在着差别。他们还论证存在一种新型的稀土元素络合物，这种络合物的特征是中心原子和配体之间具有极化的静电相互作用，与典型的无极性键的传统类型络合物有明显不同。系统研究了稀土元素络合酮盐的性质、应用范围及其在分离分析中的应用。

苏联学者注意非水体系中络合物合成的研究。例如研究非水溶剂中叶绿素酸的钴、铜、镉的络合物形成的反应动力学，还在无水溶剂中合成了铍络合物、钪络合物、过渡金属络合物、钛和钒的混配型络合物等。

簇状络合物和多核络合物的结构研究在苏联得到了广泛开展。d4 金属化合物中金属-金属间的四个键的发现具有重要的理论意义，他们还进一步改进了解释簇状络合物和聚合化合物的磁性理论，提出解释一种新型铁（Ⅲ）的螯合物特殊磁性的方法，分析了评价络合物立体化学的磁化学判据。

苏联学者十分注意有生物活性物质的结构与作用机理的研究。他们对模拟活性膜络合物的大环状配体进行了系统的研究，合成和研究了大量的含有氧、氮、硫原子的大环状有机化合物，运用 X 射线方法辨识新型的有前途的生物化学上的重要络合物的结构。

我们认为，苏联的配位化学近年来发展迅速，研究中所涉及的问题多为化学前沿领域亟待解决的课题，所取得的成果具有较高水平。

放射化学在苏联是一个较强的研究领域，特别是在合成和研究超铀元素化学性质方面取得了重要成就。他们在合成 104 号人造化学元素之后，又先后合成了 105、106、107、108 号元素，同美国并驾齐驱居于世界领先地位。

早在 30 多年前苏联就组织了同位素生产，现在他们正在调整示踪化合物和核辐射源的同位素的定期产量。他们所生产的几乎完全是具有实际意义的放射性和稳定性的同位素，而且能够生产一系列示踪化合物。其中包括氨基酸、核苷酸、甾族化合物等具有生物活性的示踪化合物、保护植物环境的化合物（灭草剂、杀虫灭菌剂、生长素）和诊断、治疗的制剂等。

放射化学分析是苏联放射化学研究的一个重要领域。在放射化学的分析中主要采用重结晶、吸附、萃取和分离的电化学方法等。目前，苏联学者已完成关于核材料控制水平、核燃料燃烧程度、准确鉴定分离物质的成分及其同位素的组成等一系列课题，并提出确定周围各种客观环境低浓度和极低浓度的放射性物质的方法以及处理放射性残渣的一系列方法，这是现代放射化

学中最重要的研究课题之一。二、有机化学

苏联有机化学家为世界有机化学的发展做出了重大贡献。乙炔、丙二烯、二烯烃的碳氢化合物和烃的催化反应动力学、合成橡胶、磷的有机化合物、萜烯、萜稀化合物、生物碱和醣等天然化合物方面的大量工作都是在苏联建国之后完成的。在有机化学反应中曾有近 50 个反应是苏俄化学家首次发现， 并以他们的名字命名。苏联学者在有机合成和金属有机化学领域进行了系统的研究，并对植物和动物产品进行了研究，为工业和医学合成了鞣料、植物染料、生物碱、苷糖苷等有机化合物。这些工作为橡胶、塑料、染料、石油和石油产品的加工、有机肥料、药物制剂等有机合成工业的发展打下了重要的基础，苏联的有机化学在主要方向上得到进一步扩大和全面顺利的发展。

元素有机化学在苏联发展迅速，目前已居世界领先地位。这是苏联的传统研究领域，早在 1928 年 A·H·涅斯梅亚诺夫就用重氮方法制取了汞、锡、锗、砷和其它重元素的有机化合物，这个发现是元素有机化学发展的一个重要阶段。以 A· H·涅斯梅亚诺夫命名的苏联科学院元素有机化学研究所是世界上唯一的一所元素有机化学研究所，它为元素有机化合物理论、合成和实际应用以及现代元素有机化学的形成和发展做出了贡献。

锂、钠、钾、镁、银的有机化合物是苏联元素有机化学发展初期的研究成果。目前锂、钠、镁的有机化合物已应用于有机合成所有领域，也包括天然化合物的合成中。

苏联学者确定了金属盐络物和鎓型络合物形成和离解的规律。首先合成了金属亲和系统——亚硝基酚的芳香汞，并发现了金属亲和互变异构现象。目前继续寻找新的金属亲和分子，注意研究 Zn、Cd、Ga 和其它金属的丙烯基衍生物用分子氧进行液相氧化作用的历程。

近年来，苏联在研究有机硼化合物的合成和结构方面也取得了一定进展，不仅中性硼烷体系大为扩展，还合成了硼烷阴离子。如碳硼烷、硫硼烷、磷硼烷、硼刚石烷和氮硼烷等。苏联学者还研究了芳香取代反应并制取了含有各种功能作用基团的硼烷衍生物。研究了碳硼烷异构体的热力学稳定性， 以获得耐热聚合物单体，作为高能燃料应用于尖端科学技术。这些内容都是硼烷化学中极待解决的课题。

苏联有机硅化学的主要方向是研究各种有机硅聚合物的合成、寻找新的合成方法、合成和研讨新型有机硅化合物。苏联学者合成了一种带有硅原子的新的螺旋化合物。如图：

研究制取 1，1，2，2-四甲基-1，2-乙硅环丁烷单体的新方法。最近在发现具有生物活性之后，在有机硅化学中形成了新的研究方向。目前正在进行乙炔和乙烯基第Ⅳσ族金属衍生物的研究，并发现了合成具有生理活性物质的反应。

有机二茂铁化学得到迅速发展。发现了重要的茂基配体亲电取代反应。研究了茂基三羰基锰和铼的茂基配体的取代反应和二苯乙炔和茂基三羰基V、Nb、Ta 的反应。

苏联学者在研制使 C—C 键和 C—H 键断裂和活化的有效簇状催化剂的方面做了大量工作。近年来，顺利地进行了以金属羰基络合物为基础的基反应活化剂的探索。研究表明，羰基铁和羰基锰是调聚反应的有效活化剂。目前找到了一种以过渡金属络合物为基础的活化剂—RnM·LiCl.（M 可为 Hg、Sn、Pb）和以第Ⅳ—Ⅴ族元素金属有机过氧化物为基础的丙醛烯单体聚合作用的有效活化剂。

1964 年苏联学者首次发现 Ziegler 催化剂在常温常压下具有固氮能力， 在化学固氮上打开了突破口，以后他们又用 TiCl4—Al—AlBr3 组成了具有催化活性（对钛来说）的固氮体系，成功地固定了氮。接着又在含有 Mo 和 MgCl2 的水或水—乙醇溶液中用 Ti3+、Cr3+、V3+等低价金属作为还原剂，从 N2 分子得到了氨和肼；又由 V2+和儿茶酚组成的体系在常温常压下也得到了氨，这一系列成果使苏联这个领域的研究日趋活跃。苏联学者在固氮的天然电子供体和传递体的研究中取得了进展，他们用间接的方法试验了巴氏梭菌的供氢系统参与固氮的情况，发现细胞色素似乎不参与固氮反应，而是脱氢酶释放的电子用于固氮反应。目前，苏联学者继续努力进一步研究开发过渡金属的固相催化体系，寻找具有高效固氮活性的络合催化剂，研究分子氮络合物的合成、结构及其配位氮分子还原、研究固氮酶的结构和催化机理等，力图揭开生物固氮的奥秘，实现人类化学模拟生物固氮的理想。

三、分析化学

苏联建国初期的分析化学还是化学科学中一个较为薄弱的分支，研究工作主要是对金属化合物、络合物、矿物原料等的组成进行分析测定和解决生产镭、铀、钒中的化学和物理检验方法等方面的课题。采用的方法基本上是重量法、容量法和比色法等传统的分析方法。

30—50 年代改进和发展了传统的分析方法，完成了分析化学中很有意义的物理化学分析系统的奠基性研究。电化学分析方法得到广泛运用，库仑法和其它电解分析法得到了顺利发展。

直接电位滴定和利用不同功能的离子选择电极等方法的研究取得了显著的成果。例如鉴定氢离子、氟离子、氯离子和硫酸根离子等。苏联学者在测定 pH 理论和实践方面也做了重要的工作。

光分析方法在苏联得到了发展。苏联学者利用各种光度测量方法对金属、合金和矿物原料进行分析，并合成和应用了适合于分析和鉴定几乎所有元素的有机分析试剂。

光谱分析方法是工业生产和科学实验中应用最普遍的方法之一，这时在苏联也得到了应有的重视。钚和超钚元素的分析化学得到顺利发展。在这个时期苏联出版了《元素的分析化学》系列丛书，对苏联分析化学的发展起了重要作用。

60—70 年代，由于分析原子材料、半导体材料和其它高纯度物质的需要，X 射线分析法、火花源质谱法、化学光谱法和其它一些方法在苏联广泛应用，为苏联新技术部门的发展起到了重要的保证作用。

大规模的有机化合物的工业生产推动了苏联分析有机化合物的理论和新

方法的研究。红外光谱、电化学分析、色谱分析和色谱-光谱测定等分析方法在苏联得到广泛运用和发展，完成了有机物的元素分析和功能分析及其自动化方面的重要工作。

原子吸收分光光度法得到进一步改进和完善，无火焰原子吸收法由于具有很高的灵敏度而受到重视，研制出的作为雾化器的高温石墨炉原子化器已用于对天然水、土壤、矿石、高纯物质等各种材料中多种元素的测定。

近年来，苏联学者广泛运用一种新的色谱分析方法——凝胶穿透色谱分析法。这种方法对于分离自然界和其它有机物具有重大意义。

苏联学者对萃取体系、萃取机理、萃取方法和合成，研究有效的萃取剂等方面做出了重要的成果。特别是对萃取法和色谱法边界范围的研究以及试制有选择性的吸着剂等方面的工作具有重要意义。研究了分离稀土元素和锕系元素混合液和富集各种微量元素的方法。

目前，各种不同形式的放射性活化分析在苏联得到迅速发展。采用慢中子、谐振中子和快中子、γ量子和实物粒子进行活化分析。由于采用轻便式的中子源（锎—252），从而扩大了该方法的适用范围。在研究中苏联学者把富集和分离元素的各种方法（萃取法、萃取-色谱分析法、沉淀法、离子交换法等）与放射性活化分析的新方法、气相色谱与质谱、色谱与光谱等方法结合起来，进行综合运用，在分析半导体高纯物质、金属、合金和地质学、生物学以及周围环境等综合性研究课题发挥了重要作用。

苏联建立了分析仪器制造基地，对化学工业产品的化学组成可以有组织有计划地进行有效的测定和检验。苏联制造的科学仪器综合体自动的星际空间站“金星-13”和“金星-14”乃是苏联分析仪器制造工业潜力的显示。这个综合体实现了直接选择和利用 X 射线荧光分析法分析金星表面的岩层，并把获得的信息送到地球上。苏联学者还完成了对维涅拉行星和月球土壤中的化学元素的远距离分析。目前，苏联正在研究建立分析高纯有机物质和生命物质，包括在宇宙中获得的物质的自动探测系统，而且在这方面的研究范围正在不断扩大。可以看到，改进综合的分析方法、建立综合的自动分析系统、探讨综合性课题是苏联分析化学目前的一个重要特点和发展趋势。

四、高分子化学

苏联从 20 年代开展合成橡胶的研究，30 年代初首先在世界上实现了丁钠橡胶的工业化生产。在这个领域苏联化学家一直在起主要作用。

以后，苏联学者又研究了能控制分子量与分布的负离子聚合作用的动力学与机制。研究了阳离子催化剂的条件下很多不饱和化合物聚合作用的机理和环状阳离子聚合作用特征。

60 年代，为了适应当时宇宙飞行与航空事业发展的需要，对于耐高温高分子的合成和研究出现了高潮。苏联学者通过对缩聚反应机理的研究合成了芳香族聚酰胺和芳香族杂环聚合物等一系列耐热高分子聚合物。

苏联学者采用各种方法研究纤维素的改性过程。目前正在寻找以羟乙基、羟丙基、羧甲基纤维素为基础的共聚物，作为水溶性增稠剂，以降低流体动力学阻力和凝聚作用，应用于石油、纤维素纸和其它工业生产。

最近 10 多年来，苏联科学院化学物理研究所在相当大的范围内进行了聚合物的老化和稳定作用的研究，完成了大量热氧化和光氧化动力学与反应机理的经验研究，发现了防氧化剂的临界浓度，解释了防氧化剂的混合物中协同作用现象，研究了光稳定剂的屏蔽效应过程。

目前，喀山、高尔基、坦波夫、乌法、列宁格勒、莫斯科等地都在进行聚合物的降解和环境老化方面的研究。考察了液体和气体腐蚀介质（氧、碱金属、盐、臭氧）中聚合物降解；研究了可被生物体降解吸收的生物降解高分子；广泛研究了酚的主体障碍化学，合成了应用广泛、无毒、不染色的防老化剂和聚合物稳定剂。

元素有机聚合物、杂链聚合物的研究与应用在苏联得到了顺利发展。合成了一种作为气体高效分离隔膜应用的新型聚合物——聚烯硅；制出了大约40 种含氟塑料。热稳定、玻璃态、低温橡胶在钟表中已得到广泛应用。获取了侧链带有磺基和羧基的高氟聚合物以及以有机磷和各种元素有机化合物为基础的聚合材料。

最近，苏联科学院乌克兰科学中心合成了不同结构的含钽低聚物，并以此为基础制得了具有高耐热性、高介电性和高粘附性的粘合聚合物。并运用这种聚合物生产出真空紧密胶和亚铁酸盐-硅微晶玻璃材料胶。

近年来苏联高分子化学的主要研究方向是改进和完善合成新型高分子聚合物的方法，制取了大量的适合于现代技术需要的聚合材料和复合材料。在医用高分子聚合材料方面也取得了一定成果。研究合成了大量的以亲水聚合物（肽、蛋白质、肝素、纤维蛋白酶、胆固醇）为基础的具有生物特性的聚合吸着剂。这类水凝胶和大孔吸着剂可以用于制造可混溶血液的聚合材料和分离、提纯生物活性物质。苏联乌克兰有机化学研究所和高分子化学研究所研制出一种新型的含有二肽链的聚合物基础链——“分节”的聚氨酯聚合物。这种高分子材料具有令人满意的抗血凝性，能够用于修复人体内部器官。另外，还合成了经过改性处理的具有活性的、直接起延缓作用的血液抗凝血剂

——丙烯和丙烯酸的水溶性共聚物，确定了这类具有生理活性聚合物分解代谢的机理。同时模拟生物膜作用，研究合成具有各种分离功能的高分子膜。例如研究用抗原决定素和天然抗原化学复合体的方法合成活性膜聚合物，这对于建立人工免疫系统具有重要意义。苏联学者还研究合成了与多核苷酸有互补作用的嘌呤和嘧啶的羟乙基纤维素衍生物，这是一种很有前途的抗病毒制剂。

五、量子化学

众所周知，50 年代初正当量子化学取得重大进展的时候，苏联在量子化学方面的研究却停滞不前。60 年代中期以后，苏联科学界开始积极组织研究队伍。目前，苏联有一百多个量子化学研究团体。1979 年开始与社会主义国家量子化学方面的科学家进行多方面合作。苏联专家还积极参加由联合国科教文组织发起的在法国建立的化学专家委员会的工作。

苏联科学院有机化学研究所和泽林斯基有机化学研究所建立了全苏的量子化学计算程序信息中心。在西伯利亚分院化学动力学和燃烧研究所建立了量子化学计算程序的专门基金会，目前用于计算非经验和半经验的分子系统的程序已有 100 多个。

苏联还根据化合物的结构把一定的数据存入所建立的数据库系统。为了用分子光谱方法研究结构问题，苏联科学院西伯利亚分院有机化学研究所及其计算中心共同研究建立了以现代电子计算机技术和光谱信息图书馆为基础的信息检索系统。光谱信息图书馆大概藏有 9 万多种化学化合物的红外光谱，3 万余种紫外光谱和 2.5 万余种 X 射线光谱。实际上，这个图书馆几乎搜集了所有公开发表的分子光谱学方面的图表、目录和卡片。

目前，苏联在量子化学中已广泛运用了电子计算机。例如在缩合体系、材料科学的研究中，在电子、原子、分子过程的研究中，在表面现象吸附作用、合成及电化学中、在磁性和自旋理论的研究中等等都使用电子计算机对分子的电子结构及性质进行计算。

在量子化学基础理论的研究方面，苏联学者完成了磁性驰豫理论的主要研究工作。Π·Π·绍雷金发现并解释了共振光的组合散射现象，使分子光谱的研究进入了新的阶段。分子光谱理论、振动-旋转相互作用理论、振动光谱理论在苏联得到发展，并且深入研究了从各种光谱测定中获得必要信息的方法。苏联学者发展了晶体和氢键红外光谱理论，提出酸溶液和带有强氢键盐基的振动光谱的光子模型，为氢键的量子理论奠定了基础。

苏联学者发展了双原子分子不平衡离解理论，根据分子活化自由度建立了多分子反应的络合理论，研究了形成长寿络合物的双分子反应的统计理论。

苏联学者的这些工作在量子化学基础理论的研究中具有一定的意义，目前还需继续发展和完善。

量子计算化学的研究在苏联也得到迅速发展。近年来，苏联学者完成了轻元素化合物电子结构、大气中化学过程动力学及耐热绝缘层上蒸汽的结构功能和作用的一系列非经验计算；对非刚性分子的结构、有机化合物和配位化合物的结构等进行了大量的计算。在量子化学计算的基础上确定了热力学和光化学异构化作用的机理，解释了一系列金属络合物的顺、反异构体的相对稳定性，预见了被 252 Amβ衰变实验证实的六价锔稳定性。

对于近年来发现的有趣的锕系阳离子之间络合作用的反应机制，苏联学者通过量子化学计算圆满地用分子轨道对称守恒原理做以解释①。

苏联学者在应用量子化学方面的研究中做出了重要贡献。他们发展了能够预见有机铁磁体存在的有机聚合物相互作用的理论，提出了以运用拓扑学处理为基础的研究分子的电子结构的新方法，建立了元素有机系统的新的数学模型，确定了环和双环丙醚、硒化物、含有各种杂原子的α-氨基醚、芳香族和乙炔的硫化物、硒化物的空间结构，研究了含有键轨道极性基团相互作用的效果。

量子化学方法在研究固体表面性质、晶体结构和确定多相体系催化作用机理等方面得到了广泛应用。苏联学者在改进簇合物模型的基础上研究了完美晶体和缺陷晶体的电子结构计算方法，发展了吸附理论，完成了对多相体系催化表面和有活性中心参加的催化反应动力学主要类型的量子化学计算， 并阐明在铝代硅酸盐类系统中作为化学吸附过程配位中心的硅原子活性很小。

苏联学者在应用量子化学方法解决生物学、药理学问题以及解决化合物确定目标合成任务中也取得了一定成就。他们分析了生物大分子的电子结构与生物活性的关系并使运用量子化学方法计算某些有生物活性化合物的结构问题得以实现。

① 自然杂志社编：《自然科学年鉴 1984 年》，上海翻译出版公司出版，1986 年版，第 257 页。