化学结构与化学过程的本质联系

总的说来，经典化学结构理论主要是把分子看作为静止的、孤立的东西，还没有关注到化学结构与化学反应过程之间的内在联系。现代化学结构理论则不但要研究它静态的结构，同时也要关注动态的反应和结构，结合动态的过程来阐明结构。这种把结构与过程统一考虑的思想，可以追溯到 19 世纪60年代。当时人们发现了“互变异构”等现象，从而引起了人们研究反应机理的兴趣，并成为联系化学过程来研究化学结构的先导。另一方面，19 世纪末，阿累尼乌斯提出了活化能和活化分子两个概念，使化学结构理论与化学动力学开始建立了联系，启发人们在认识结构时也要考察能量和方向。上述两个概念，直到 20 世纪初一直是碰撞理论的重要概念，并成为过渡态理论的前导。过渡态理论是30年代初兴起的，这个理论仍然以有效碰撞作为化学反应发生的前提。过渡态理论认为反应物分子进行有效碰撞时，首先形成了过渡态的活化络合物或中间体；它既在一定程度上保持了原来反应物的结构，又同时表现了反应物的一定程度的反应行为。因此，“活化络合物既是结构又是过程，是结构特性和反应特性的统一。”①由于化学结构和化学过程的统一，就可以把立体化学分成为“静态立体化学”和“动态立体化学”。动态立体化学的任务就是要了解分子的反应能力、反应过程和过渡态的几何形状等方面的问题。
     此外，在 40—50年代，应用量子化学方法建立的一些简化的反应模型，则可以通过各种结构参数和反应参数来定量或半定量地说明化学结构和反应性能的关系。这是化学研究中具有根本性意义的基础理论问题之一，化学家认为它是实现分子设计目标的方法论基础。因此，如何定量化地反映结构和性能的关系，已经成为化学家极为关心的课题。我国化学家在60—70年代提出的同系线性规律就是在这方面研究中的一项重要成果。还有，在 60年代中叶化学家从能量相关理论、前线轨道理论和莫比斯（Mobius）结构理论三个方面考察化学键的生灭，对协同反应机理和空间构型进行分析和总结，从而导致了分子轨道对称守恒原理的建立。这个理论标志着化学结构的研究已经进入到研究化学反应动态结构的新阶段，被认为是化学认识发展过程中的一个重要里程碑。我国化学家在上述工作基础上，既考虑反应物结构和产物结构，又考虑反应过程中的结构变化，从而引入反应坐标参量，提出了估算反应活化能的方法，把分子轨道对称守恒原理提高到半定量阶段②，从而把化学物质的静和动，化学结构和反应机理结合起来、统一起来。
     目前，说明协同反应的分子轨道对称守恒原理的三种理论，即前线轨道理论、能量相关理论和莫比斯结构理论仍然在不断发展之中。过去一度不受重视的莫比斯结构理论也有所进展。第一个莫比斯带分子已于1982年合成。化学结构和化学过程既互相区别又互相联系。它们的区别在于：结构反映物体的相对静止状态，结构研究中往往忽略时间因素；而过程则反映物体的化学运动在时间上的展开，强调变化的发生和发展。化学运动的特点是分子发生质变。它既与结构相关又与过程相关。因此，只有把结构和过程联系起来，才有助于搞清化学运动的规律。我国化学家唐敖庆教授在50年代就曾经指出，“分子结构理论不仅包括分子的静态，并要深入阐述分子的动态，当研究分子的动态时，就深刻地联系了化学变化的规律”。①我国化学家徐光宪教授也提到，“化学的基本规律似乎应该是反映化学变化的本质规律，即化学动力学的规律。”②可以看出，深入认识结构和过程的关系，对于深入认识化学运动规律具有重要的理论意义和实践意义。