齐格勒—纳塔催化
/ ZEEG-ler NAH-tah /
你身边几乎一切塑料制品——牛奶壶、超市购物袋、排水管、汽车保险杠——都是用聚乙烯或聚丙烯做的，那是把成千上万个小烯烃分子一个接一个连起来而成的长链。让这些便宜、结实的日常塑料成为可能的诀窍，是一种催化剂：它一次抓一个小烯烃，把它穿到正在生长的链子上，一遍又一遍，像一台织布机。那个催化剂家族就是齐格勒—纳塔催化，它后来更锋利的表亲则是茂金属催化。这一发现让 Karl Ziegler 和 Giulio Natta 获得了 1963 年诺贝尔奖。
经典的齐格勒—纳塔催化剂是由三乙基铝之类的烷基铝活化的氯化钛（如 TiCl3 或 TiCl4），在多数工业应用中它其实是一种多相固体。链通过反复的迁移插入而生长：一个乙烯或丙烯分子配位到钛位点上，然后插进金属与正在生长的聚合物链之间的键里，使链增长两个碳；腾空的位点抓起下一个单体，如此往复，重复成千上万次。纳塔的伟大洞见是立体规整性：对丙烯而言，每个插入的单元都带一个甲基支链，好的催化剂能让所有这些支链都指向同一个方向（全同立构聚丙烯），它会堆叠成结实的结晶固体，而不是软塌塌的一团乱麻。现代的茂金属催化剂是单一、结构明确的分子（一个金属夹在两个环戊二烯基环之间，由甲基铝氧烷活化），作为均相单中心催化剂工作，对链长和支链位置给出更紧密的控制。
齐格勒—纳塔催化之所以重要，是因为它支撑着地球上最大的制造业之一：每年数亿吨的聚烯烃塑料，是在低压和不高的温度下做出来的，而老的高压路线既浪费又危险。它也精彩地证明了：催化剂不只是加快反应——它还能决定产物的三维结构，选择全同立构、间同立构还是无规立构的链，从而决定你得到的是一根刚硬的管子还是一张能拉伸的薄膜。诚实的细微之处在于：最初的多相催化剂是许多不同活性位点的杂乱混合物，这正是它们给出一段链长分布的原因；单中心茂金属之所以吸引人，恰恰在于它们是相同的分子，因而能做出均一得多的聚合物。
把丙烯气体送过钛—铝的齐格勒—纳塔催化剂，它就长成全同立构聚丙烯——所有甲基支链都朝同一个方向排列——一种坚韧的结晶塑料，用于瓶盖、容器和绳索。
一种不仅把单体连起来、还决定三维排布的催化剂——从而决定塑料是刚硬还是柔软。
链是通过金属上的迁移插入而生长的，而不是像老式高压聚乙烯那样靠自由基。而且经典的齐格勒—纳塔固体有许多不同的活性位点，所以给出一段链长分布——单中心茂金属正是为解决这个问题而发明的。