齊格勒—納塔催化
/ ZEEG-ler NAH-tah /
你身邊幾乎一切塑膠製品——牛奶壺、超市購物袋、排水管、汽車保險桿——都是用聚乙烯或聚丙烯做的，那是把成千上萬個小烯烴分子一個接一個連起來而成的長鏈。讓這些便宜、結實的日常塑膠成為可能的訣竅，是一種催化劑：它一次抓一個小烯烴，把它穿到正在生長的鏈子上，一遍又一遍，像一臺織布機。那個催化劑家族就是齊格勒—納塔催化，它後來更鋒利的表親則是茂金屬催化。這一發現讓 Karl Ziegler 和 Giulio Natta 獲得了 1963 年諾貝爾獎。
經典的齊格勒—納塔催化劑是由三乙基鋁之類的烷基鋁活化的氯化鈦（如 TiCl3 或 TiCl4），在多數工業應用中它其實是一種多相固體。鏈透過反覆的遷移插入而生長：一個乙烯或丙烯分子配位到鈦位點上，然後插進金屬與正在生長的聚合物鏈之間的鍵裡，使鏈增長兩個碳；騰空的位點抓起下一個單體，如此往復，重複成千上萬次。納塔的偉大洞見是立體規整性：對丙烯而言，每個插入的單元都帶一個甲基支鏈，好的催化劑能讓所有這些支鏈都指向同一個方向（全同立構聚丙烯），它會堆疊成結實的結晶固體，而不是軟塌塌的一團亂麻。現代的茂金屬催化劑是單一、結構明確的分子（一個金屬夾在兩個環戊二烯基環之間，由甲基鋁氧烷活化），作為均相單中心催化劑工作，對鏈長和支鏈位置給出更緊密的控制。
齊格勒—納塔催化之所以重要，是因為它支撐著地球上最大的製造業之一：每年數億噸的聚烯烴塑膠，是在低壓和不高的溫度下做出來的，而老的高壓路線既浪費又危險。它也精彩地證明了：催化劑不只是加快反應——它還能決定產物的三維結構，選擇全同立構、間同立構還是無規立構的鏈，從而決定你得到的是一根剛硬的管子還是一張能拉伸的薄膜。誠實的細微之處在於：最初的多相催化劑是許多不同活性位點的雜亂混合物，這正是它們給出一段鏈長分布的原因；單中心茂金屬之所以吸引人，恰恰在於它們是相同的分子，因而能做出均一得多的聚合物。
把丙烯氣體送過鈦—鋁的齊格勒—納塔催化劑，它就長成全同立構聚丙烯——所有甲基支鏈都朝同一個方向排列——一種堅韌的結晶塑膠，用於瓶蓋、容器和繩索。
一種不僅把單體連起來、還決定三維排布的催化劑——從而決定塑膠是剛硬還是柔軟。
鏈是透過金屬上的遷移插入而生長的，而不是像老式高壓聚乙烯那樣靠自由基。而且經典的齊格勒—納塔固體有許多不同的活性位點，所以給出一段鏈長分布——單中心茂金屬正是為解決這個問題而發明的。