1、有機化學的開展前沿和研究熱點20 世紀的有機化學，從實驗方法到根底理論都有了巨大的進展，顯示出蓬勃開展的強 勁勢頭和活力。世界上每年合成的近百萬個新化合物中約70%以上是有機化合物。其中有些因具有特殊功能而用于材料、能源、醫藥、生命科學、農業、營養、石油化工、交通、環 境科學等與人類生活密切相關的行業中， 直接或間接地為人類提供了大量的必需品。 與此同 時，人們也面對著天然的和合成的大量有機物對生態、環境、人體的影響問題。展望未來， 有機化學將使人類優化使用有機物和有機反響過程，有機化學將會得到更迅速的開展。有機化學的迅速開展產生了不少分支學科，包括有機合成、金屬有機、 元素有機、 天然 有機

2、、 物理有機、 有機催化、 有機分析、 有機立體化學等。 下面介紹其中的一局部分支學科， 使我們了解有機化學的開展前沿和研究熱點。1有機合成化學這是有機化學中最重要的根底學科之一， 它是創造新有機分子的主要手段和工具， 發現 新反響、新試劑、新方法和新理論是有機合成的創新所在。 1828 年德國化學家維勒用無機 物氰酸銨的熱分解方法，成功地制備了有機物尿素，揭開了有機合成的帷幕。 100 多年來， 有機合成化學的開展非常迅速。有機合成開展的根底是各類根本合成反響， 不管合成多么復雜的化合物， 其全合成可用 逆合成分析法 Retrosynthesis Analysis 分解為假設干根本反響， 如

3、加成反響、 重排反響等。 每個根本反響均有它特殊的反響功能。 合成時可以設計和選擇不同的起始原料， 用不同的基 本合成反響， 獲得同一個復雜有機分子目標物， 起到異曲同工的作用， 這在現代有機合成中 稱為 “合成藝術 。在化學文獻中經?？梢钥吹侥骋挥袡C化合物的全合成同時有多個工作組的 報導，而其合成方法和路線是不同的。那么如何去評價這些不同的全合成路線呢 ?對一個全 合成路線的評價包括： 起始原料是否適宜， 步驟路線是否簡短易行， 總收率上下以及合成的 選擇性上下等。 這些對形成有工業前景的生產方法和工藝是至關重要的， 也是現代有機合成 的開展方向。2金屬有機化學和有機催化金屬有機化學在 20

4、 世紀有機化學中是最活潑的研究領域之一，其中特別是與有機催化 聯系在一起。 均相催化使有機化學、 高分子化學、 生命科學及現代化學工業開展到一個新的 水平。金屬有機化學使人們認識到無機化學和有機化學交叉產生的金屬有機化學會產生如此 巨大的活力和作用； 同時還發現許多金屬有機化合物在生物體系內有重要的生理功能， 如維 生素B12,引起了生物學界的關注。由于金屬有機化學的本身結構和功能的特殊性，以及廣 泛的應用前景，它在 21 世紀將有更大的開展。含有碳 -金屬鍵的化合物種類甚多，至今還有不少元素周期表上的金屬元素尚無合成的 金屬有機化合物。因此，金屬有機化合物的合成方法有待進一步研究和深入。如1

5、849 年就制得乙基鋅ZnC2H52，發現它有極好的反響性能；以后才相繼制得含鋰、鈉、鉀、 鎂、鋁、汞、 錫等的金屬有機化合物。 但直到 20 世紀 50 年代才開展到主族元素和過渡元素 的金屬有機化合物。 金屬有機化合物的結構和性能關系是一個很廣泛和重要的研究領域。如茂金屬催化劑， 它是烯烴聚合反響的新型催化劑； 現在又發現二茂鐵可做燃燒催化劑。 應用 金屬有機化合物作為光學材料、電子材料和醫藥也是正在開發的領域。在21 世紀將會發現更多具有各種特殊功能、可用作功能材料的金屬有機化合物。往往在金屬有機化金屬有機化合物在有機合成的均相催化反響中起著十分重要的作用。 合物催化下產生一系列的有機合

6、成反響。 各種金屬有機化合物的催化活性是不同的， 將其應 用于有機合成中將會產生各種不同的反響。 有機反響催化劑的研制趨勢是模擬那些能起催化 反響的酶。 這些模擬酶的選擇性催化劑將在化學合成中呈現日新月異的新局面， 故有的諾貝 爾化學獎獲得者稱其為化學酶。3天然有機化學天然有機化學是研究來自自然界動植物的內源性有機化合物的化學。 大自然創造的各種 有機化合物使生物能生存在陸地、高山、 海洋、 冰雪之中。 開掘和認識自然界的這一豐富資 源是世界開展和人類生存的需要， 是有機化學主要研究任務之一， 也是認識世界的根底研究。 從事天然產物化學研究的目的是希望發現有生理活性的有效成分， 或是直接用于臨

7、床藥物和 用于農業作為增產劑和農藥， 或是發現有效成分的主結構作為先導化合物， 進一步研究其各 種衍生物， 從而開展成一類新藥、新農藥和植物生長調節劑等。對于自然界的天然產物，有 機化學家和藥物化學家長期以來一直對它具有廣泛的興趣， 并從中已經獲得了許多新藥和先 導化合物。 4物理有機化學物理有機化學研究有機分子結構與性能的關系， 研究有機化學反響機理及用理論計算化 學的方法來理解、 預見和發現新的有機化學現象。 對有機分子結構與性能的關系以及對有機 化學反響機理的研究， 是希望從實驗數據中找到其內在的規律， 并提高到理論化學的高度來 理解和認識。 分子結構測定目前， 有機化合物結構測定所用的

8、波譜 紫外、紅外、核磁共振、 質譜 和 X- 射線單晶結構分析等已經能測定大多數有機分子的結構，但對于結構很復雜的生物大 分子或存在量極微的有機化合物結構的測定尚有待于分析儀器設備的不斷開展。 如目前已有 800 兆核磁共振儀，更高級的已在研制中。某些新型的顯微鏡也正在開展之中，例如可以直 接觀察單個分子及其結構的顯微術。 這一領域的開展可能導致一系列生物大分子的發現， 并 測定它們的一級結構以及二、三級結構，了解分子在空間的排列以及分子-分子體系是如何往往一個有機化學反響組合的。 這是物理有機化學研究的根底工作， 只有了解清楚分子結構， 才有可能聯系其性能， 研究結構與性質的關系。 反響機理

9、隨著對反響過渡態及反響活性中間體的研究和確證，將不單純是某一類反響機理，應?，F有的研究進展說明，而是涉及多類有機反響歷程， 對任何一個有機化學反響歷程，如自由基反響會涉及電子轉移反 最終必須搞清楚反響過程中原子和分子的碰撞及重組情況，不同反響步驟的速率及反響中能態和相關能量。因此在研究有機反響機理中發現新的反響機理是一個方面，而搞清楚反響歷程的速率、能量也是控制有機化學反響的一個重要方面。 分子間的弱相互作用分子間的弱相互作用決定參與反響的分子間的識別， 因而決定反應的選擇性；它還決定分子間的聚集方式。研究分子間弱相互作用及其后果是十分重要的。5生物有機化學生物有機化學的主要研究對象是核酸、

10、蛋白質和多糖三種主要生物大分子及參與生命過程的其他有機化合物分子。它們是維持生命機器正常運轉的最重要的根底物質。核酸是信息分子，負擔著遺傳信息的儲存、傳遞及表達功能。近 10 年來對核糖核酸的 研究發現， 除上述功能之外，它還顯示出獨特的催化活性，即有著酶一樣的作用。 這大大加 深了對核酸和蛋白質這兩類重要生命根底物質的性質和相互關系的認識。 核酸研究的深入發 展，深刻揭示了 DNA 復制、轉錄、 RNA 前體加工、蛋白質生物合成過程中的相互關系，從 而了解許多疾病的病因與核酸的相關性，為核酸在醫學上的應用開拓了廣闊的前景。全新蛋白質是蛋白質研究中的一個新領域。 國際上正在嘗試按化學、 生物、 催化等性質 的需要合成新的蛋白質分子，對酶蛋白和膜蛋白的研究和模擬將起到重要作用。多糖也是生物體內的重要信息物質。 目前多糖研究側重于別離、 純化、 化學組成及生物 活性測定等方面。 對多糖的溶液構象、 空間結構與功能的關系都還未深入研究。 要深入研究 多糖結構和功能的關系，必須首先在將其別