現(xiàn)代化學(xué)與中學(xué)化學(xué)第一頁，共一百零四頁，2022年，8月28日四二講座內(nèi)容現(xiàn)代化學(xué)的興起三三化學(xué)的地位和成就現(xiàn)代化學(xué)的貢獻(xiàn)一二現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)分析五初中化學(xué)課程中的現(xiàn)代化學(xué)內(nèi)容第二頁，共一百零四頁，2022年，8月28日一、現(xiàn)代化學(xué)的興起1、化學(xué)是什么？化學(xué)的內(nèi)涵隨時(shí)代前進(jìn)而改變。

化學(xué)發(fā)展史大致分為四個(gè)時(shí)期：煉丹術(shù)和醫(yī)藥化學(xué)時(shí)期；燃素化學(xué)時(shí)期；定量化學(xué)時(shí)期，即近代化學(xué)時(shí)期；化學(xué)相互滲透時(shí)期，即現(xiàn)代化學(xué)時(shí)期。第三頁，共一百零四頁，2022年，8月28日化學(xué)發(fā)展史大致分為四個(gè)時(shí)期從公元前1500年到公元1650年，為煉丹術(shù)和煉金術(shù)時(shí)期。這一時(shí)期積累了許多物質(zhì)間的化學(xué)變化，為化學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展準(zhǔn)備了豐富的素材。這是化學(xué)史上令我們驚嘆的雄渾的一幕。第一個(gè)時(shí)期

——

煉丹術(shù)和醫(yī)藥化學(xué)時(shí)期在歐洲文藝復(fù)興時(shí)期，出版了一些有關(guān)化學(xué)的書籍，第一次有了“化學(xué)”這個(gè)名詞。英語的chemistry起源于alchemy，即煉金術(shù)。chemist至今還保留著兩個(gè)相關(guān)的含義：化學(xué)家和藥劑師。這些可以說是化學(xué)脫胎于煉金術(shù)和制藥業(yè)的文化遺跡了。第四頁，共一百零四頁，2022年，8月28日化學(xué)發(fā)展史大致分為四個(gè)時(shí)期第二個(gè)時(shí)期

——燃素化學(xué)時(shí)期從1650年到1775年，隨著冶金工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室經(jīng)驗(yàn)的積累，人們總結(jié)感性知識(shí)，認(rèn)為可燃物能夠燃燒是因?yàn)樗小叭妓亍保紵倪^程是可燃物中燃素放出的過程，可燃物放出燃素后成為灰燼。煉丹術(shù)、煉金術(shù)幾經(jīng)盛衰，使人們更多地看到了它荒唐的一面。化學(xué)方法轉(zhuǎn)而在醫(yī)藥和冶金方面得到了正當(dāng)發(fā)揮。第五頁，共一百零四頁，2022年，8月28日化學(xué)發(fā)展史大致分為四個(gè)時(shí)期第三個(gè)時(shí)期——定量化學(xué)時(shí)期，即近代化學(xué)時(shí)期1775—1777年，拉瓦錫用定量化學(xué)實(shí)驗(yàn)闡述了燃燒的氧化學(xué)說，開創(chuàng)了定量化學(xué)時(shí)期。這一時(shí)期建立了不少化學(xué)基本定律，提出了原子學(xué)說，發(fā)現(xiàn)了元素周期律，發(fā)展了有機(jī)結(jié)構(gòu)理論。所有這一切都為現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1777年，法國(guó)的拉瓦錫發(fā)表《燃燒概論》推翻了燃素說。第四個(gè)時(shí)期——科學(xué)相互滲透時(shí)期，既現(xiàn)代化學(xué)時(shí)期第六頁，共一百零四頁，2022年，8月28日化學(xué)的內(nèi)涵在19世紀(jì)，恩格斯認(rèn)為：“化學(xué)研究是原子的科學(xué)”《自然辯證法》。因?yàn)榛瘜W(xué)是研究化學(xué)變化，即改變?cè)拥慕M合和排布，而原子本身不變的科學(xué)。

化學(xué)從研究原子、分子片、分子、超分子、生物大分子到分子的各種不同尺度和不同復(fù)雜程度的聚集態(tài)的合成反應(yīng)、分離和分析、結(jié)構(gòu)形態(tài)、物理性能和生物活性及其規(guī)律和應(yīng)用的科學(xué)。近代化學(xué)的內(nèi)涵20世紀(jì)，人們認(rèn)為：“化學(xué)是研究分子的科學(xué)。”現(xiàn)代化學(xué)的內(nèi)涵第七頁，共一百零四頁，2022年，8月28日2、現(xiàn)代化學(xué)的興起1803年道爾頓提出原子論，其主要內(nèi)容：物質(zhì)是由具有一定質(zhì)量的原子構(gòu)成的；元素是由同一種類的原子構(gòu)成的；化合物是由構(gòu)成該化合物成分的元素的原子結(jié)合而成的；原子是化學(xué)作用的最小單位，它在化學(xué)變化中不會(huì)改變。

19世紀(jì)的近代化學(xué)是從道爾頓原子論、門捷列夫元素周期律等在原子的層次上認(rèn)識(shí)和研究化學(xué)。1869年俄國(guó)科學(xué)家門捷列夫發(fā)現(xiàn)了元素周期律和元素周期表，使化學(xué)世界變得有規(guī)律可循。第八頁，共一百零四頁，2022年，8月28日原子論的意義原子論成功地解釋了不少化學(xué)現(xiàn)象；在理論上統(tǒng)一解釋了一些化學(xué)基本定律和化學(xué)實(shí)驗(yàn)事實(shí)，揭示了質(zhì)量守恒定律、當(dāng)量定律、定比定律和倍比定律的內(nèi)在聯(lián)系。標(biāo)志著人類對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)前進(jìn)了一大步。為以后物理、化學(xué)、生物的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)，特別是促進(jìn)了化學(xué)的迅速發(fā)展，開辟了化學(xué)全面、系統(tǒng)發(fā)展的新時(shí)期。化學(xué)由宏觀進(jìn)入到微觀的層次，使化學(xué)研究建立在原子和分子水平的基礎(chǔ)上。第九頁，共一百零四頁，2022年，8月28日2、現(xiàn)代化學(xué)的興起

20世紀(jì)人類對(duì)物質(zhì)需求的日益增加以及科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，極大地推動(dòng)了化學(xué)學(xué)科自身的發(fā)展。由于物理學(xué)的長(zhǎng)足發(fā)展，使化學(xué)和物理學(xué)有了更多共同的語言，解決了化學(xué)上許多未決的問題，化學(xué)理論逐步完善。

19世紀(jì)末，物理學(xué)上出現(xiàn)了三大發(fā)現(xiàn)，即X射線、放射性和電子。這些新發(fā)現(xiàn)猛烈地沖擊了道爾頓關(guān)于原子不可分割的觀念，從而打開了原子和原子核內(nèi)部結(jié)構(gòu)的大門，揭露了微觀世界中更深層次的奧秘。第十頁，共一百零四頁，2022年，8月28日2、現(xiàn)代化學(xué)的興起

熱力學(xué)等物理學(xué)理論引入化學(xué)以后，利用化學(xué)平衡和反應(yīng)速度的概念，可以判斷化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的方向和條件，從而開始建立了物理化學(xué)，把化學(xué)從理論上提高到了一個(gè)新的水平。用量子力學(xué)的基本原理和方法研究化學(xué)問題，在量子力學(xué)建立的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的化學(xué)鍵理論，使人類進(jìn)一步了解了分子結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。化學(xué)不僅形成了完整的理論體系，而且在理論的指導(dǎo)下，化學(xué)實(shí)踐為人類創(chuàng)造了豐富的物質(zhì)。且從19世紀(jì)的近代化學(xué)進(jìn)步到20世紀(jì)的現(xiàn)代化學(xué)。第十一頁，共一百零四頁，2022年，8月28日3、現(xiàn)代化學(xué)與其它學(xué)科相互交叉、滲透現(xiàn)代化學(xué)的興起使化學(xué)從無機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)的基礎(chǔ)上，發(fā)展成為多分支學(xué)科的科學(xué)，開始建立了以無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)和高分子化學(xué)為分支學(xué)科的化學(xué)學(xué)科。現(xiàn)代化學(xué)在分子的層次上認(rèn)識(shí)和研究化學(xué)。如對(duì)組成分子的化學(xué)鍵的本質(zhì)、分子的強(qiáng)相互作用和弱相互作用、分子催化、分子的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的認(rèn)識(shí)。化學(xué)向生物學(xué)學(xué)科滲透，使過去很難解決的蛋白質(zhì)、酶等結(jié)構(gòu)問題得到深入的研究；對(duì)生物分子的結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系的研究促進(jìn)了生命科學(xué)的發(fā)展

。第十二頁，共一百零四頁，2022年，8月28日二、化學(xué)學(xué)科的地位和成就1.化學(xué)學(xué)科的地位人類生存：20世紀(jì)初，化學(xué)提供肥料（合成氨），合成高分子材料，石油化工產(chǎn)品。20世紀(jì)人類認(rèn)識(shí)和利用物質(zhì)經(jīng)歷了人類生存、人類生存質(zhì)量、人類生存安全三個(gè)歷史階段。人類生存質(zhì)量：化學(xué)創(chuàng)造了許多飼料和肥料添加劑，食品添加劑，生產(chǎn)更多、更可口食物；創(chuàng)造了許多功能材料；創(chuàng)造了許多藥物和診斷方法，戰(zhàn)勝和消滅了一些疾病。人類生存安全：20世紀(jì)末資源問題？環(huán)境問題？第十三頁，共一百零四頁，2022年，8月28日1.化學(xué)學(xué)科的地位信息技術(shù)：包括無線電、半導(dǎo)體、芯片、集成電路、計(jì)算機(jī)、通訊和網(wǎng)絡(luò)等的；

生物技術(shù)：基因重組、克隆和生物芯片等；核科學(xué)和核武器技術(shù)；

航空航天和導(dǎo)彈技術(shù)；激光技術(shù)：納米技術(shù)：

20世紀(jì)發(fā)明了六大技術(shù)但很少人提到包括新藥物、新材料、高分子、化肥、農(nóng)藥、化學(xué)合成技術(shù)。上述六大技術(shù)均與化學(xué)密不可分。第十四頁，共一百零四頁，2022年，8月28日1.化學(xué)學(xué)科的地位其實(shí)，化學(xué)在20世紀(jì)的成就用“空前輝煌”來描述，是并不過分的。上述六大技術(shù)如果缺少一兩個(gè)，人類照樣生存。但是：如果沒有哈勃發(fā)明的高壓合成氨技術(shù)和以后的合成尿素技術(shù)，合成第一、二、三代農(nóng)藥，世界糧食產(chǎn)量至少要減半，60億人口中的30億就會(huì)餓死。哈勃也因此獲諾貝爾獎(jiǎng)。此后，C·博施改進(jìn)了哈勃流程也獲諾貝爾獎(jiǎng)。所以國(guó)外傳媒把“哈勃流程”評(píng)為20世紀(jì)最重大的發(fā)明。第十五頁，共一百零四頁，2022年，8月28日1.化學(xué)學(xué)科的地位如果沒有合成新分子、新材料，上述六大技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)。如果沒有合成各種抗生素和大量新藥物的技術(shù)，人類不能控制傳染病和緩解心腦血管病，平均壽命要縮短25年；如果沒有合成纖維、合成塑料、合成橡膠的技術(shù)，人類生活要受到很大影響；第十六頁，共一百零四頁，2022年，8月28日在1985年，美國(guó)學(xué)者G.C.pimentel(皮門特爾)在《化學(xué)中的機(jī)會(huì)——今天和明天》一書中指出：“化學(xué)是一門中心科學(xué)。”1.化學(xué)學(xué)科的地位化學(xué)一方面不斷借助于其它學(xué)科，特別是物理學(xué)、電子學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而得到了快速的發(fā)展；化學(xué)另一方面其本身也日益滲透到其它學(xué)科中，為這些學(xué)科的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)、工藝途徑和測(cè)試手段。化學(xué)與信息、生命、材料、環(huán)境、能源、地球、空間和核科學(xué)等八大新興科學(xué)緊密聯(lián)系、交叉和滲透。

第十七頁，共一百零四頁，2022年，8月28日(1)化學(xué)是一門承上啟下的中心科學(xué)

如果把科學(xué)比擬為長(zhǎng)江

各門學(xué)科可按研究對(duì)象從簡(jiǎn)單到復(fù)雜分為：上游中游下游重慶武漢上海數(shù)學(xué)物理化學(xué)生物學(xué)

領(lǐng)頭學(xué)科中心學(xué)科前沿學(xué)科化學(xué)要用數(shù)、理；生物學(xué)要用數(shù)、理、化；醫(yī)學(xué)要用數(shù)、理、化、生。第十八頁，共一百零四頁，2022年，8月28日(2)化學(xué)又是一門社會(huì)迫切需要的中心科學(xué)化學(xué)為人類的衣、食、住、行提供了數(shù)不清的物質(zhì)保證，在改善人民生活，提高人類的健康水平方面作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。化學(xué)與社會(huì)發(fā)展有密切關(guān)系。1997年原美國(guó)化學(xué)會(huì)主席R.Breslow(布里斯羅

)寫有一書，名叫《化學(xué)的今天和明天——一門中心的、實(shí)用的和創(chuàng)造性的科學(xué)》。第十九頁，共一百零四頁，2022年，8月28日(3)化學(xué)是與其它科學(xué)緊密的聯(lián)系、交叉和滲透的中心科學(xué)

今天，在人類社會(huì)發(fā)展過程中迫切需要解決的幾個(gè)重大問題：環(huán)境、糧食、能源、生命進(jìn)化等，都需要化學(xué)的參與。化學(xué)家們運(yùn)用化學(xué)的觀點(diǎn)來觀察和思考社會(huì)問題，用化學(xué)的知識(shí)來分析和解決這些問題。化學(xué)與其他學(xué)科的相互交叉與滲透，產(chǎn)生了很多邊緣學(xué)科，如生物化學(xué)、地球化學(xué)、宇宙化學(xué)、海洋化學(xué)、大氣化學(xué)等等，使得生物、電子、航天、激光、地質(zhì)、海洋等科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展。因此，20世紀(jì)的化學(xué)在推動(dòng)人類進(jìn)步和科技發(fā)展中起了核心的作用。第二十頁，共一百零四頁，2022年，8月28日可是，化學(xué)取得的輝煌成就，并未獲得社會(huì)應(yīng)有的認(rèn)可。在交叉學(xué)科中化學(xué)放棄了冠名權(quán)。例如：生物化學(xué)——分子生物學(xué)生物大分子的結(jié)構(gòu)化學(xué)——結(jié)構(gòu)生物學(xué)生物大分子的物理化學(xué)——凝聚態(tài)物理學(xué)溶液理論、膠體化學(xué)——軟物質(zhì)物理學(xué)量子化學(xué)——原子分子物理學(xué)第二十一頁，共一百零四頁，2022年，8月28日人類基因組計(jì)劃的主要內(nèi)容之一實(shí)際上是基因測(cè)序，是分析化學(xué)和凝膠色層等分離化學(xué)，但社會(huì)上只知道基因?qū)W。分子芯片、分子馬達(dá)、分子導(dǎo)線、分子計(jì)算機(jī)都是化學(xué)家開始的，但開創(chuàng)研究家卻不提出“化學(xué)器件學(xué)”這一名詞，而微電子學(xué)家馬上稱之為“分子電子學(xué)”。第二十二頁，共一百零四頁，2022年，8月28日

2.20世紀(jì)化學(xué)的重大成就20世紀(jì)的化學(xué)成就，表現(xiàn)在理論、實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用等多方面。其中化學(xué)鍵理論的不斷完善，高分子出現(xiàn)，有機(jī)合成中的理論與實(shí)驗(yàn)的交互發(fā)展，對(duì)化學(xué)反應(yīng)的微觀層次的探索，蛋白質(zhì)、核酸、糖等生命物質(zhì)的研究，直至納米科學(xué)、組合化學(xué)等的出現(xiàn)，貫穿了整個(gè)世紀(jì)。(1)在化學(xué)理論方面：20世紀(jì)在放射性和鈾裂變的重人發(fā)現(xiàn)，能源利用方面一個(gè)重大突破是核能的釋放和可控利用。僅此領(lǐng)域就產(chǎn)生了6項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)。

原子結(jié)構(gòu)第二十三頁，共一百零四頁，2022年，8月28日

(1)在化學(xué)理論方面量子理論應(yīng)用于化學(xué)領(lǐng)域后，使化學(xué)不僅只是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)。量子力學(xué)為對(duì)化學(xué)鍵的更基本理解提供了一種工具。在研究分子結(jié)構(gòu)時(shí)產(chǎn)生了很多化學(xué)理論和概念：價(jià)鍵理論、分子軌道理論、雜貨軌道理論；共價(jià)半徑、金屬半徑、電負(fù)性標(biāo)度等，這些概念的應(yīng)用，對(duì)現(xiàn)代化學(xué)、凝聚態(tài)物理的發(fā)展都有著巨大意義。化學(xué)鍵和量子化學(xué)理論的發(fā)展足足花了半個(gè)世紀(jì)的時(shí)間，讓化學(xué)家由淺入深，認(rèn)識(shí)分子的本質(zhì)及其相互作用的基本原理，從而讓人們進(jìn)入分子的理性設(shè)計(jì)的高層次領(lǐng)域，創(chuàng)造新的功能分子，如藥物設(shè)計(jì)、新材料設(shè)計(jì)等。這也是20世紀(jì)化學(xué)的一個(gè)重大突破。量子理論應(yīng)用于化學(xué)領(lǐng)域第二十四頁，共一百零四頁，2022年，8月28日(2)合成化學(xué)的成就徐光憲說：“化學(xué)的核心是合成化學(xué)”。創(chuàng)造新物質(zhì)是化學(xué)家的首要任務(wù)。20世紀(jì)合成化學(xué)得到了極大的發(fā)展。在20世紀(jì)的100年中，合成化學(xué)取得了空前輝煌的成就。1900年在ChemicalAbstracts(CA)上登錄的從自然界中分離出來的和人工合成的已知化合物只有55萬種。2001年發(fā)展到3771萬。在100年中，化學(xué)合成和分離了2000多萬種新物質(zhì)、新藥物、新材料、新分子以滿足人類生活和高新技術(shù)發(fā)展的需要。①物種數(shù)巨增第二十五頁，共一百零四頁，2022年，8月28日年份已知化合物數(shù)目（萬）1900

551945

110（大約45年加倍）1970

236.7（大約25年加倍）1975

414.81980

593（大約10年加倍）1985

7851990

1057.6（大約10年加倍）1999

20002001

3771化學(xué)物質(zhì)是以指數(shù)函數(shù)的形式向前發(fā)展。(2)合成化學(xué)的成就第二十六頁，共一百零四頁，2022年，8月28日(2)合成化學(xué)的成就在這2000萬種化合物中，絕大多數(shù)是化學(xué)家合成的，幾乎又創(chuàng)造出了一個(gè)新的自然界。差不多所有的己知天然化合物以及化學(xué)家感興趣的具有特定功能的非天然化合物都能夠通過化學(xué)合成的方法來獲得。在合成化學(xué)領(lǐng)域共獲得41項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)。沒有別的科學(xué)能像化學(xué)那樣制造出如此眾多的新分子、新物質(zhì)。第二十七頁，共一百零四頁，2022年，8月28日②被合成出來生物大分子如:(2)合成化學(xué)的成就膽固醇維生素B12牛胰島素紅霉素海葵毒素第二十八頁，共一百零四頁，2022年，8月28日膽固醇的結(jié)構(gòu)為：膽固醇在體內(nèi)有著廣泛的生理作用，形成膽酸、構(gòu)成細(xì)胞膜、合成激素（如荷爾蒙）等。膽固醇，別名膽甾醇，是一種類固醇及甾醇，化學(xué)式為C27H46O。固態(tài)之下是一種無色的結(jié)晶。膽固醇廣泛存在于動(dòng)物體的細(xì)胞膜中。膽固醇是在1784年在膽石癥中首次被發(fā)現(xiàn)，因此而得名。膽固醇在人體內(nèi)扮演著重要角色，可說是一種與生命現(xiàn)象息息相關(guān)的重要化合物。第二十九頁，共一百零四頁，2022年，8月28日1952年完成膽甾醇的全合成。甾德國(guó)化學(xué)家維蘭德和溫道斯因研究膽固醇獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。膽固醇在體內(nèi)過量時(shí)便會(huì)導(dǎo)致高膽固醇血癥，對(duì)機(jī)體產(chǎn)生不利的影響。現(xiàn)代研究已發(fā)現(xiàn)，動(dòng)脈粥樣硬化、靜脈血栓形成與膽石癥與高膽固醇血癥有密切的相關(guān)性。第三十頁，共一百零四頁，2022年，8月28日維生素B12又叫鈷胺素VB12的分子結(jié)構(gòu)如右圖所示第三十一頁，共一百零四頁，2022年，8月28日維生素B12的生理功能主要有兩個(gè)：維生素B12是需要一種腸道分泌物（內(nèi)源因子）幫助才能被吸收的惟一的一種維生素。有的人由于腸胃異常，缺乏這種內(nèi)源因子，即使膳食中來源充足也會(huì)患惡性貧血。

自然界中的維生素B12都是微生物合成的，高等動(dòng)植物不能制造維生素B12。參與蛋氨酸、胸腺嘧啶等的合成；保護(hù)葉酸在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)移和貯存。

第三十二頁，共一百零四頁，2022年，8月28日VB12的全合成

在合成維生素B12的過程中，共14個(gè)國(guó)家110位化學(xué)家做了近千個(gè)復(fù)雜的有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)，歷時(shí)11年，1973年終于完成了全合成工作。其關(guān)鍵中間體有9個(gè)不對(duì)稱碳原子,應(yīng)有512個(gè)異構(gòu)體,共需95步反應(yīng)。霍夫曼和福井謙一兩位科學(xué)家在維生素B12的合成中創(chuàng)立了“分子軌道對(duì)稱守恒原理”。獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。第三十三頁，共一百零四頁，2022年，8月28日牛胰島素結(jié)晶牛胰島素分子模型1965年，我國(guó)的科學(xué)工作者在世界上第一次用化學(xué)方法合成了具有生物活性的蛋白質(zhì)——結(jié)晶牛胰島素。第三十四頁，共一百零四頁，2022年，8月28日牛胰島素的全合成：從1958年開始，中國(guó)科學(xué)院上海生物化學(xué)研究所、中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所和北京大學(xué)生物系三個(gè)單位聯(lián)合，在前人對(duì)牛胰島素結(jié)構(gòu)和肽鏈合成方法研究的基礎(chǔ)上，開始探索用化學(xué)方法合成胰島素。1965年9月17日完成了結(jié)晶牛胰島素的全合成。經(jīng)過嚴(yán)格鑒定，它的結(jié)構(gòu)、生物活力、物理化學(xué)性質(zhì)、結(jié)晶形狀都和天然的牛胰島素完全一樣。這是世界上第一個(gè)人工合成的蛋白質(zhì)，為人類認(rèn)識(shí)生命、揭開生命奧秘邁出了可喜的一大步。這項(xiàng)成果獲1982年中國(guó)自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。人工合成牛胰島素是用于糖尿病患者，體內(nèi)缺乏所補(bǔ)充的蛋白質(zhì)。第三十五頁，共一百零四頁，2022年，8月28日紅霉素是由紅霉素鏈霉菌所產(chǎn)生的大環(huán)內(nèi)酯系的代表性的抗生素，基結(jié)構(gòu)為：第三十六頁，共一百零四頁，2022年，8月28日紅霉素的全合成C37H68O12N18個(gè)C*218=262144種立體異構(gòu)體，但只有一個(gè)是正確的。這還不包括構(gòu)造異構(gòu)。被Woodward（伍德沃德）稱為“絕望的化合物”

1982年被Woodward的小組合成出來。標(biāo)志著有機(jī)合成由必然王國(guó)達(dá)到自由王國(guó)。第三十七頁，共一百零四頁，2022年，8月28日20世紀(jì)80年代，我國(guó)科學(xué)工作者在世界上首次用人工方法合成了一種具有與天然分子相同化學(xué)結(jié)構(gòu)和完整生物活性的核糖核酸。第三十八頁，共一百零四頁，2022年，8月28日海葵毒素結(jié)構(gòu)為：第三十九頁，共一百零四頁，2022年，8月28日海葵毒素是從海洋生物中分離的一種毒素，種類很多。它是迄今為止在非蛋白毒素中毒性最強(qiáng)的化合物，海葵毒素具有鎮(zhèn)靜、止咳、降壓、抗凝、抗菌、抗癌、興奮平滑肌等作用。

分子中有64個(gè)手性碳和7個(gè)骨架內(nèi)雙鍵，異構(gòu)體數(shù)為271個(gè)(近乎阿佛加德羅常數(shù)！)，是目前已發(fā)現(xiàn)的最復(fù)雜的化合物。由哈佛大學(xué)的Kishi領(lǐng)導(dǎo)24名博士和博士后，經(jīng)8年抗戰(zhàn)，1989年完成了全合成。第四十頁，共一百零四頁，2022年，8月28日(2)合成化學(xué)的成就許多新技術(shù)被用于合成，例如，超低溫合成、高溫合成、高壓合成、電解合成、光合成、聲合成、微波合成、等離子體合成、固相合成、仿生合成等等。發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造的新反應(yīng)、新合成方法、新化學(xué)理論數(shù)不勝數(shù)。③新技術(shù)被使用第四十一頁，共一百零四頁，2022年，8月28日(3)

高分子科學(xué)和材料進(jìn)入20世紀(jì)，化學(xué)家們對(duì)高分子化合物這類巨人的分子感興趣，因?yàn)檫@是一類具有非常大的實(shí)用意義的物質(zhì)，而且在研究時(shí)發(fā)現(xiàn)這種巨大的分子具有獨(dú)特的科學(xué)研究意義。1920年施陶丁格提出了高分子這個(gè)概念，之后高分子化合物的合成方法、理論、催化劑、新化合物等不斷被報(bào)道，使高分子科學(xué)逐漸形成。第四十二頁，共一百零四頁，2022年，8月28日20世紀(jì)化學(xué)史中，高分子化學(xué)的出現(xiàn)及已在工業(yè)方面的成就是最重要頁，在此領(lǐng)域曾有3項(xiàng)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。高分子材料的出現(xiàn)改變了一個(gè)時(shí)代人們對(duì)生活的需要，從日常生活到高新技術(shù)無不在相當(dāng)大的程度上依靠高分子材料。合成橡膠、合成塑料和合成纖維這3類人合成高分子材料是化學(xué)中具有突破性的成就，并且合成材料的出現(xiàn)也是20世紀(jì)人類文明的標(biāo)志之一，也是化學(xué)工業(yè)的驕傲。現(xiàn)今，高分子化學(xué)的研究?jī)?nèi)容不斷擴(kuò)人，己發(fā)展成綜合性的高分子科學(xué)，加入了材料學(xué)的行列。第四十三頁，共一百零四頁，2022年，8月28日(4)分析技術(shù)的發(fā)展分析測(cè)試技術(shù)是化學(xué)研究的基本方法和手段。

一方面，經(jīng)典的成分和含量的分析方法仍在不斷改進(jìn)，分析靈敏度從常量發(fā)展到微量、超微量、痕量；另一方面，發(fā)展出許多新的分析方法，可深入到進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，構(gòu)象測(cè)定，同位素測(cè)定，各種活潑中間體如自由基、離子基、卡賓、氮賓、卡拜等的直接測(cè)定，以及對(duì)短壽命亞穩(wěn)態(tài)分子的檢測(cè)等。為了適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)的需要和滿足靈敏、精確、高速的要求，各種分析儀器如質(zhì)譜儀、極譜儀、色譜儀的應(yīng)用和微機(jī)化、自動(dòng)化及與其它重要譜儀的聯(lián)用，如色譜與紅外的聯(lián)用、色譜與質(zhì)譜的聯(lián)用等得到迅速發(fā)展和完備。第四十四頁，共一百零四頁，2022年，8月28日高效液相色譜儀氣相色譜儀第四十五頁，共一百零四頁，2022年，8月28日800MHz液相核磁共振譜儀

質(zhì)譜儀第四十六頁，共一百零四頁，2022年，8月28日X射線衍射儀

第四十七頁，共一百零四頁，2022年，8月28日分離技術(shù)也不斷革新離子交換、膜技術(shù)、色譜法等等現(xiàn)代航天技術(shù)的發(fā)展和對(duì)各行星成分的遙控分析，反映出分析技術(shù)的現(xiàn)代化水平。第四十八頁，共一百零四頁，2022年，8月28日掃描隧道顯微鏡第四十九頁，共一百零四頁，2022年，8月28日如1981年，發(fā)明的掃描隧道顯微(STM)，它使人類能夠直接地觀察到物質(zhì)表面上的單個(gè)原子，并能夠研究其相關(guān)的物理和化學(xué)特性．1986年，發(fā)明者獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。STM對(duì)物理、化學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)以及信息和電子技術(shù)等研究有著十分重大的意義和廣闊的應(yīng)用前景。STM的針尖不僅可以成像，還可以用于操縱表面上的原子或分子，進(jìn)行原子表面修飾和單原子操縱。第五十頁，共一百零四頁，2022年，8月28日1993年，中國(guó)科學(xué)院北京真空物理實(shí)驗(yàn)室的研究人員，在常溫下，以超真空掃描隧道顯微鏡為手段，通過用探針撥出硅晶體表面的硅原子的方法，在晶體的表面形成了一定規(guī)整的圖形。這種在晶體表面開展的操縱原子的研究，達(dá)到了當(dāng)時(shí)的世界水平。中國(guó)這兩個(gè)字的筆畫寬度約2nm，是當(dāng)時(shí)已知的最小的漢字。第五十一頁，共一百零四頁，2022年，8月28日研究生命現(xiàn)象和生命過程、揭示生命的起源和本質(zhì)是當(dāng)代自然科學(xué)的重人研究課題。20世紀(jì)生命化學(xué)的崛起給古老的生物學(xué)注入了新的活力，人們?cè)诜肿铀缴舷蛏膴W秘打開了一個(gè)又一個(gè)通道。

三、20世紀(jì)化學(xué)的貢獻(xiàn)1、現(xiàn)代生命科學(xué)和生物技術(shù)的貢獻(xiàn)

蛋白質(zhì)、核酸、糖等生物大分子和激素、神經(jīng)遞質(zhì)、細(xì)胞因子等生物小分子是構(gòu)成生命的基本物質(zhì)。從20世紀(jì)初開始生物小分子(如糖、血紅素、葉綠素、維生素等)的化學(xué)結(jié)構(gòu)與合成研究就多次獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，這是化學(xué)向生命科學(xué)進(jìn)軍的第一步。第五十二頁，共一百零四頁，2022年，8月28日1953年，沃森(Watson)和克里克(Crick)提出了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。第五十三頁，共一百零四頁，2022年，8月28日1958年，桑格等完成牛胰島素分子結(jié)構(gòu)測(cè)定。DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型這項(xiàng)重大成果對(duì)于生命科學(xué)具有劃時(shí)代的貢獻(xiàn)，已為分子生物學(xué)和生物工程的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，為整個(gè)生命科學(xué)帶來了一場(chǎng)深刻的革命。1965年我國(guó)化學(xué)家人工合成結(jié)晶牛胰島素獲得成功，標(biāo)志著人類在揭示生命奧秘的歷程中邁進(jìn)了一大步。牛胰島素有兩條亞基，共51個(gè)氨基酸殘基。

第五十四頁，共一百零四頁，2022年，8月28日20世紀(jì)化學(xué)與生命科學(xué)相結(jié)合，產(chǎn)生了一系列在分子層次上研究生命問題的新學(xué)科，如生物化學(xué)、分子生物學(xué)、化學(xué)生物學(xué)、生物有機(jī)化學(xué)、生物無機(jī)化學(xué)、生物分析化學(xué)等。在研究生命現(xiàn)象的領(lǐng)域里，化學(xué)不僅提供了技術(shù)和方法，而且還提供了理論。第五十五頁，共一百零四頁，2022年，8月28日利用藥物治療疾病是人類文明的重要標(biāo)志之一。20世紀(jì)初，由于對(duì)分子結(jié)構(gòu)和藥理作用的深入研究，藥物化學(xué)迅速發(fā)展，并成為化學(xué)學(xué)科一個(gè)重要領(lǐng)域。2、對(duì)人類健康的貢獻(xiàn)

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)化學(xué)家通過合成、半合成或從動(dòng)植物、微生物中提取而得到的臨床有效的化學(xué)藥物超過2萬種，常用的就有1000余種，而且這個(gè)數(shù)目還在快速增加。藥物的發(fā)現(xiàn)、合成、使用，為人類的健康做出了巨大貢獻(xiàn)。第五十六頁，共一百零四頁，2022年，8月28日利用化學(xué)反應(yīng)和過程來制造產(chǎn)品的化學(xué)過程工業(yè)包括：化學(xué)工業(yè)、精細(xì)化工、石油化工、制藥工業(yè)、日用化工、橡膠工業(yè)、造紙工業(yè)、玻璃和建材工業(yè)、鋼鐵工業(yè)、紡織工業(yè)、皮革工業(yè)、飲食工業(yè)等。產(chǎn)值：在發(fā)達(dá)國(guó)家中占有最大的份額，這個(gè)數(shù)字在美國(guó)超過30%，而且還不包括諸如電子、汽車、農(nóng)業(yè)等要用到化工產(chǎn)品的相關(guān)工業(yè)的產(chǎn)值。3、對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人類日常生活的貢獻(xiàn)

(1)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)

從業(yè)人員：發(fā)達(dá)國(guó)家從事研究與開發(fā)的科技人員中，化學(xué)、化工專家占一半左右。專利：世界專利發(fā)明中有20%與化學(xué)有關(guān)。第五十七頁，共一百零四頁，2022年，8月28日農(nóng)業(yè)：化肥、農(nóng)藥、植物生長(zhǎng)激素和除草劑等化學(xué)產(chǎn)品可以提高產(chǎn)量，而且也改進(jìn)耕作方法；工業(yè)：急需性能迥異的金屬材料、非金屬材料和高分子材料；從社會(huì)發(fā)展看：能源：煤、石油、天然氣的開發(fā)形成煤化學(xué)、石油化學(xué)；導(dǎo)彈生產(chǎn)、衛(wèi)星發(fā)射離不開高能燃料、高能電池、耐高溫、耐輻射材料。國(guó)防：導(dǎo)彈生產(chǎn)、衛(wèi)星發(fā)射離不開高能燃料、高能電池、耐高溫、耐輻射材料。化學(xué)在改善人類生活方面是最有成效、最實(shí)用的學(xué)科之一。人類的衣、食、住、行、用與化學(xué)有關(guān)。(2)對(duì)人類日常生活的貢獻(xiàn)第五十八頁，共一百零四頁，2022年，8月28日聚苯乙烯燈塑料制品地板革化學(xué)與生活第五十九頁，共一百零四頁，2022年，8月28日化學(xué)與生活交通第六十頁，共一百零四頁，2022年，8月28日化學(xué)與食品添加劑常用的合成食用色素1）莧菜紅2）胭脂紅3）檸檬黃4）日落黃5）靛藍(lán)其它添加劑如：甜味劑、防腐劑、香料、殺菌劑等第六十一頁，共一百零四頁，2022年，8月28日化學(xué)與能源水能太陽能第六十二頁，共一百零四頁，2022年，8月28日核電站切爾諾貝利核電站第六十三頁，共一百零四頁，2022年，8月28日化學(xué)與環(huán)境第六十四頁，共一百零四頁，2022年，8月28日化學(xué)與軍事高科技導(dǎo)彈航天飛機(jī)第六十五頁，共一百零四頁，2022年，8月28日宇航員裝備后背座：氮推進(jìn)器，液體氧,水罐等。控制板：調(diào)節(jié)氮?dú)猓鯕夂退?yīng)等。頭盔：透明塑料（多層材料)，涂金的防護(hù)鏡，減少太陽的輻射。手套：硅橡膠，給出觸感。第六十六頁，共一百零四頁，2022年，8月28日四、現(xiàn)代化學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)分析1.主要研究的物質(zhì)層次（八個(gè)層次）(1)原子層次的化學(xué)：核化學(xué)、放射化學(xué)、同位素化學(xué)、元素化學(xué)、單原子操縱和檢測(cè)化學(xué)等。(2)分子片層次的化學(xué)：原子只有一百多種，但是分子數(shù)已達(dá)三千多萬種，因此，在原子和分子之間引入一個(gè)新層次“分子片”。(3)分子層次的化學(xué)：三千多多萬種化合物（分子），通常分為無機(jī)、有機(jī)和高分子化合物，但是近些年合成的金屬有機(jī)化合物、元素有機(jī)化合物、原子簇化合物、金屬酶、金屬硫蛋白等等，已不能適應(yīng)傳統(tǒng)非分類方法，新世紀(jì)將研究分子結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)方式。第六十七頁，共一百零四頁，2022年，8月28日主要研究的物質(zhì)層次(4)超分子層次的化學(xué)：例如環(huán)糊精是一個(gè)分子，形似花盆,γ-環(huán)糊精的尺度略大于C60的直徑，可以把C60包進(jìn)去，生成1:1和2:1的超分子。超分子是二個(gè)分子通過非共價(jià)鍵的分子間作用力結(jié)合起來的物質(zhì)微粒。第六十八頁，共一百零四頁，2022年，8月28日(4)超分子層次的化學(xué)環(huán)糊精分子還可作為主體，把其它小分子包在里面，又可作為客體，插入Zr(HPO4)2(H2O)晶體的結(jié)構(gòu)層之間，組裝成復(fù)雜的超分子體系。艾滋病毒HIV是一個(gè)生物大分子，其活性部位，形似環(huán)糊精，大小與C60十分接近，它們可以形成超分子。因此，C60可以抑制艾滋病毒HIV。包括受體和給體的化學(xué)、鎖和鑰匙的化學(xué)、分子間的非共價(jià)作用力、范德華引力、各種不同類型的氫鍵、親水與疏水基團(tuán)及其相互作用、分子的堆積、組裝、位阻及包括各種空間效應(yīng)等。第六十九頁，共一百零四頁，2022年，8月28日(6)宏觀聚集態(tài)化學(xué)：固體化學(xué)、晶體化學(xué)、非晶體化學(xué)、流體和溶液化學(xué)、等離子體化學(xué)、膠體化學(xué)和界面化學(xué)等。(7)介觀聚集態(tài)化學(xué)：納米化學(xué)、軟物質(zhì)化學(xué)、膠體化學(xué)（膠團(tuán)－膠束化學(xué)和氣溶膠化學(xué)）等。(8)復(fù)雜分子體系的化學(xué)(ⅰ)復(fù)合和雜化分子材料。(ⅱ)分子器件、分子導(dǎo)線、分子開關(guān)、分子探針、分子芯片、分子晶體管等。(ⅲ)分子機(jī)器，分子計(jì)算機(jī)等。(ⅳ)宏觀組裝器件如燃料電池，太陽能電池等。(5)生物層次的化學(xué)：包括生物化學(xué)、分子生物學(xué)、化學(xué)生物學(xué)、酶化學(xué)、腦化學(xué)、神經(jīng)化學(xué)、基團(tuán)化學(xué)、生命調(diào)控化學(xué)、藥物化學(xué)、手性化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、生命起源認(rèn)知化學(xué)等。第七十頁，共一百零四頁，2022年，8月28日2.主要研究領(lǐng)域（5個(gè)）(1)綠色化學(xué)綠色化學(xué)又稱環(huán)境無害化學(xué)或環(huán)境友好化學(xué),是一門具有明確的社會(huì)需求和科學(xué)目標(biāo)的新興交叉學(xué)科。綠色化學(xué)的基本原理(12條)

防止污染的產(chǎn)生優(yōu)于治理產(chǎn)生的污染；原子經(jīng)濟(jì)性：只要可行，應(yīng)盡量采用毒性小的化學(xué)合成路線；更安全的化學(xué)品的設(shè)計(jì)應(yīng)能保留其功效，但降低毒性：應(yīng)盡可能避免使用輔助物質(zhì)(如溶劑、分離劑等)，如用時(shí)應(yīng)是無毒的：應(yīng)考慮到能源消耗對(duì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的影響，并應(yīng)盡量少地使用能源；第七十一頁，共一百零四頁，2022年，8月28日原料應(yīng)是可再生的，而非將耗竭的：盡量避免不必要的衍生化步驟：催化性試劑(有盡可能好的選擇性)優(yōu)于當(dāng)量性試劑；化工產(chǎn)品在完成其使命后，不應(yīng)殘留在環(huán)境中，而應(yīng)能降解為無害的物質(zhì)：分析方法必須進(jìn)一步發(fā)展，以使在有害物質(zhì)生成前能夠進(jìn)行即時(shí)的和在線跟蹤及控制：在化學(xué)轉(zhuǎn)換過程中，所選用的物質(zhì)和物質(zhì)的形態(tài)應(yīng)能盡可能地降低發(fā)生化學(xué)事故的可能性。綠色化學(xué)的基本原理(12條)

第七十二頁，共一百零四頁，2022年，8月28日綠色化學(xué)的目的是合理利用現(xiàn)有資源和能源,降低成本,一改“先污染,后治理”的傳統(tǒng)化學(xué)的環(huán)境對(duì)立性,從根本上避免和消除了對(duì)生態(tài)環(huán)境有毒有害的原料、催化劑、溶劑和試劑的使用及產(chǎn)物、副產(chǎn)物等的產(chǎn)生,力求使化學(xué)反應(yīng)具有“原子經(jīng)濟(jì)性”,實(shí)現(xiàn)廢物的“零排放”。綠色化學(xué)研究的核心問題主要有:

綠色合成技術(shù)方法和過程：包括反應(yīng)方法尤其是原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)及高選擇性、高轉(zhuǎn)化率反應(yīng)，高效均相和多相催化，特別是不對(duì)稱催化反應(yīng)、酶催化和仿生催化；環(huán)境友好介質(zhì)和原料的選擇(如超臨界CO2、H2O)等。第七十三頁，共一百零四頁，2022年，8月28日可再生資源的利用和轉(zhuǎn)化中存在的一系列問題的研究：包括生物質(zhì)與酶分子的“手性”和類似手性的空間構(gòu)型選擇性的化學(xué)物理特征；一系列重要生物質(zhì)與酶在酶催化轉(zhuǎn)化過程中的“構(gòu)——效”關(guān)系；高分子的化學(xué)、物理改性；制備環(huán)境相容的可生物降解材料；生物質(zhì)中各種成分的分級(jí)多層次轉(zhuǎn)化機(jī)理、途徑及其綜合利用等。礦物質(zhì)資源高效利用中存在的關(guān)鍵科學(xué)問題的研究：包括復(fù)雜礦物質(zhì)的相結(jié)構(gòu)、性能及多組元間相互作用與自催化特性；多元素?cái)M均相“原子經(jīng)濟(jì)”反應(yīng)及高選擇性分離；生物分離提取礦物的選擇性催化和生物轉(zhuǎn)化機(jī)制；介質(zhì)和工業(yè)代謝產(chǎn)物的循環(huán)、再生、利用及零排放系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。第七十四頁，共一百零四頁，2022年，8月28日（2）新材料化學(xué)科學(xué)新材料化學(xué)科學(xué)是建立在化學(xué)支撐上的材料科學(xué)，是人類生活和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ),是人類認(rèn)識(shí)和改造自然的武器和工具,材料是人類社會(huì)進(jìn)步和發(fā)展程度的標(biāo)志之一。

化學(xué)是新材料的源泉，末來化學(xué)不僅要設(shè)計(jì)和合成分子，而且要把這些分子組裝、構(gòu)筑成有特定功能的材料，從超導(dǎo)體到催化劑、藥物控釋載體、納米材料都要從分子以上層次研究材料的結(jié)構(gòu)。第七十五頁，共一百零四頁，2022年，8月28日本世紀(jì)世紀(jì)電子技術(shù)將向更快、更小、功能更強(qiáng)的方向發(fā)展，目前大家正在致力于量子計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)、分子器件、生物芯片等新技術(shù)，標(biāo)志著分子電子學(xué)、分子信息技術(shù)的到來，需要設(shè)計(jì)、合成各種物質(zhì)和材料新材料的出現(xiàn)，不斷支持和推動(dòng)著人類文明的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步。新材料的研究主要有以下幾個(gè)方面:

復(fù)合型材料：復(fù)合材料化學(xué)是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物。它既是多種學(xué)科成果的綜合，又與其它學(xué)科相互滲透、相互融合、相互促進(jìn)。由兩種或兩種以上的不同材料用特殊方法組合起來的復(fù)合材料，克服了單一材料的缺點(diǎn)，同時(shí)具備各種“組元材料”的優(yōu)點(diǎn)。如：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、顆粒復(fù)合材料、疊層復(fù)合材料等。第七十六頁，共一百零四頁，2022年，8月28日新型能源材料：能使各種能源形態(tài)，包括熱能、電磁能、光能、機(jī)械能、核能和化學(xué)能等相互高效率轉(zhuǎn)換,以達(dá)到運(yùn)輸、儲(chǔ)存能量的材料稱為能源材料。包括光能輸送材料(空芯光纖)、能量?jī)?chǔ)存材料、蓄熱冷凍材料(磁制冷、激光制冷)、有機(jī)光功能分子的設(shè)計(jì)及合成等。新型能源材料的核心研究問題有：高比能化學(xué)電源的基礎(chǔ)研究；高比能二次電池的充、放電研究；對(duì)二次電池化、循環(huán)壽命及儲(chǔ)存性能的影響研究；電池及正、負(fù)極因熵變和極化產(chǎn)生的熱效應(yīng)的研究；鋰錳氧化物及其它過渡金屬化合物正極材料的合成及嵌脫鋰電化學(xué)過程的研究；單晶和粉末石墨及玻璃態(tài)氧化物電化學(xué)嵌脫鋰動(dòng)力學(xué)研究。

第七十七頁，共一百零四頁，2022年，8月28日(3)可生物降解高分子材料由細(xì)菌代謝產(chǎn)生的某些物質(zhì)形成聚合物,再加工成各種能在環(huán)境中被微生物降解的新型高分子材料。如:聚乳酸、聚蘋果酸、聚羥基戊酸酯、聚羥基丁酸等。

(4)有機(jī)物體系膜分離及膜材料的研究它以有機(jī)物混合體系為研究目標(biāo),進(jìn)行相關(guān)膜材料、成膜技術(shù)和分離機(jī)理的基礎(chǔ)性應(yīng)用研究。研究方向主要有:膜材料的合成研究；建立膜材料結(jié)構(gòu)與性能間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；建立膜分離試驗(yàn)裝置，考察有機(jī)物混合體系的分離過程。第七十八頁，共一百零四頁，2022年，8月28日(5)生物材料化學(xué)生物材料是一類對(duì)生物體具有安全性、無菌、成型加工性、化學(xué)惰性、耐久性和生物體適應(yīng)性為特征的合成材料。主要有有機(jī)高分子材料、金屬材料、無機(jī)非金屬材料和復(fù)合材料等。它突出表現(xiàn)在與生物體中組織的相容性及生物活性為其核心。已制造出人工心臟、人工肝臟、人工腎、人工喉、人工眼球、人工骨、人工皮、人造血漿和血液等。預(yù)期研制出具有主動(dòng)誘導(dǎo)、能促進(jìn)人體自身組織和器官再生作用的生物復(fù)合材料。第七十九頁，共一百零四頁，2022年，8月28日化學(xué)已較廣泛地進(jìn)入生命科學(xué),并為此已經(jīng)或正在作出基礎(chǔ)性貢獻(xiàn)。生命化學(xué)研究的主要問題有:3、化學(xué)中的生命科學(xué)（7個(gè)）(1)生物超分子功能的研究(2)模擬生物體系的自由基化學(xué)和物理有機(jī)化學(xué)研究(3)無機(jī)化合物藥用的研究(4)化學(xué)工程技術(shù)（5）農(nóng)業(yè)化學(xué)科學(xué)（6）催化化學(xué)（7）計(jì)算機(jī)化學(xué)科學(xué)第八十頁，共一百零四頁，2022年，8月28日4.化學(xué)科學(xué)的四大難題（1）合成化學(xué)難題-----化學(xué)反應(yīng)理論化學(xué)是研究化學(xué)變化的科學(xué)，所以化學(xué)反應(yīng)理論和定律是化學(xué)的第一根本規(guī)律。包括（6點(diǎn)）決定某兩個(gè)或幾個(gè)分子之間能否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)？能否生成預(yù)期的分子？需要什么催化劑才能在溫和條件下進(jìn)行反應(yīng)？如何在理論指導(dǎo)下控制化學(xué)反應(yīng)？如何計(jì)算化學(xué)反應(yīng)的速率？如何確定化學(xué)反應(yīng)的途徑等。化學(xué)反應(yīng)理論是21世紀(jì)化學(xué)應(yīng)該解決的第一個(gè)難題。第八十一頁，共一百零四頁，2022年，8月28日化學(xué)反應(yīng)理論應(yīng)首先研究的課題有：充分了解若干個(gè)重要的典型化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理，以便設(shè)計(jì)最好的催化劑，實(shí)現(xiàn)在最溫和的條件進(jìn)行反應(yīng)，控制反應(yīng)的方向和手性，發(fā)現(xiàn)新的反應(yīng)類型，新的反應(yīng)試劑。在搞清楚光合作用和生物固氮機(jī)理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)催化劑和反應(yīng)途徑，以便打斷CO2、N2、烷烴等穩(wěn)定分子中的惰性化學(xué)鍵，研究其它各種酶催化反應(yīng)的機(jī)理。研究其它各種酶催化反應(yīng)的機(jī)理。酶對(duì)化學(xué)反應(yīng)的加速可達(dá)100億倍，專一性達(dá)100%。如何模擬天然酶，制造人工催化劑，是化學(xué)家面臨的重大難題。充分了解分子的電子、振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)，用特定頻率的光脈沖來打斷選定的化學(xué)鍵選鍵化學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)。第八十二頁，共一百零四頁，2022年，8月28日（2）材料化學(xué)難題這里“結(jié)構(gòu)”和“性能”是廣義的，前者包含構(gòu)型、構(gòu)象、手性、粒度、形狀和形貌等，后者包含物理、化學(xué)和功能性質(zhì)以及生物和生理活性等。——結(jié)構(gòu)和性能的定量關(guān)系理論上說，一個(gè)分子的電子云密度可以決定它的所有性質(zhì)，但實(shí)際計(jì)算很困難。大力發(fā)展密度泛函理論和其它計(jì)算方法。確定物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能的定量關(guān)系是21世紀(jì)化學(xué)的第二個(gè)重大難題。第八十三頁，共一百零四頁，2022年，8月28日例如“金屬胡須”的抗拉強(qiáng)度比通常的金屬絲大一個(gè)數(shù)量級(jí)，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到金屬－金屬鍵的強(qiáng)度，所以增加金屬材料強(qiáng)度的潛力是很大的。又如目前高分子纖維的強(qiáng)度要比高分子中的共價(jià)鍵的強(qiáng)度小兩個(gè)數(shù)量級(jí)，這就向人們提出了如何挑戰(zhàn)強(qiáng)度極限的大難題。結(jié)構(gòu)和性能的定量關(guān)系何設(shè)計(jì)合成具有人們期望的某種性能的材料？如何使宏觀材料達(dá)到微觀化學(xué)鍵的強(qiáng)度？溶液結(jié)構(gòu)和溶劑效應(yīng)對(duì)于性能的影響。具有單分子和多分子層的膜結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系。第八十四頁，共一百零四頁，2022年，8月28日結(jié)構(gòu)和性能的定量關(guān)系首先要解決的問題（11）分子和分子間的非共價(jià)鍵的相互作用的本質(zhì)和規(guī)律；超分子結(jié)構(gòu)的類型、生成和調(diào)控的規(guī)律；給體——受體作用原理；生物大分子的結(jié)構(gòu)以及與生物和生理活性的關(guān)系；分子自由基的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)的關(guān)系；摻進(jìn)一步完善原子價(jià)和化學(xué)鍵理論，特別是無機(jī)化學(xué)中的共價(jià)問題；摻雜晶體的結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系；第八十五頁，共一百零四頁，2022年，8月28日首先要解決的問題（共11個(gè)）各種維數(shù)的空腔結(jié)構(gòu)和復(fù)雜分子體系的構(gòu)筑原理和規(guī)律；如何設(shè)計(jì)合成具有人們期望的某種性能的材料？給如何使宏觀材料達(dá)到微觀化學(xué)鍵的強(qiáng)度？例如“金屬胡須”的抗拉強(qiáng)度比通常的金屬絲大一個(gè)量級(jí)，但比金屬-金屬鍵的強(qiáng)度小得多。又如目前高分子纖維達(dá)到的強(qiáng)度要比高分子中的共價(jià)鍵的強(qiáng)度小兩個(gè)數(shù)量級(jí)。這就向人們提出如何挑戰(zhàn)極限的大難題。第八十六頁，共一百零四頁，2022年，8月28日首先要解決的問題（共11個(gè)）生鑭系理論－4f電子的能級(jí)比sp區(qū)和d區(qū)元素的能級(jí)多一個(gè)量級(jí)，所以稀土元素有十分豐富的光、電、磁、聲等功能性質(zhì)。稀土元素有機(jī)化合物是很好的催化劑。稀土是21世紀(jì)的戰(zhàn)略元素。研究鑭系元素的結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系具有十分重要的意義。以上各方面是化學(xué)的第二根本問題，其迫切性可能比第一問題更大，因?yàn)樗墙鉀Q分子設(shè)計(jì)問題的關(guān)鍵。第八十七頁，共一百零四頁，2022年，8月28日（3）生命化學(xué)難題——11個(gè)難題生命過程包含許多化學(xué)反應(yīng)，所以生命活動(dòng)的過程，可以用也必須用化學(xué)過程來理解。雖然生命過程不能簡(jiǎn)單地還原為化學(xué)過程和物理過程的加和，但研究生命過程的化學(xué)機(jī)理，就是從分子水平來了解生命，可以為從細(xì)胞、組織、器官等層次來整體了解生命提供基礎(chǔ)。充分認(rèn)識(shí)和徹底了解人類和生物的生命運(yùn)動(dòng)的化學(xué)機(jī)理，無疑是21世紀(jì)化學(xué)亟待解決的重大難題之一。第八十八頁，共一百零四頁，2022年，8月28日如何實(shí)現(xiàn)從生物分子到分子生命的飛躍？如何制造活的分子，跨越從化學(xué)進(jìn)化到生物進(jìn)化的鴻溝？研究復(fù)雜、開放、非平衡的生命系統(tǒng)的熱力學(xué)，耗散和混沌狀態(tài)，分形現(xiàn)象等非線性科學(xué)問題。研究配體小分子和受體生物大分子相互作用的機(jī)理，這是藥物設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。搞清楚光合作用、生物固氮作用，牛羊等食草動(dòng)物胃內(nèi)酶分子如何把植物纖維分解為小分子的反應(yīng)機(jī)理。為充分利用自然界豐富的植物纖維資源打下基礎(chǔ)。第八十九頁，共一百零四頁，2022年，8月28日在地球元素的生態(tài)循環(huán)中，植物界做了兩件偉大的事：其一，利用太陽能把很穩(wěn)定的CO2和H2O分子的化學(xué)鍵打開，合成碳水化合物［CH2O］n，并放出氧氣O2，供人類和其它動(dòng)物使用。在這個(gè)偉大的過程中，活分子催化劑葉綠素是怎樣作用的？其二，豆科植物的根瘤菌能打開非常穩(wěn)定的氮分子中的化學(xué)鍵，生成含氮小分子，再進(jìn)一步合成蛋白質(zhì)和核酸。我們必須把這兩個(gè)過程的全部反應(yīng)機(jī)理搞清楚，然后研究能否在化學(xué)工廠中，在溫和的條件下，實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)偉大的催化反應(yīng)。第九十頁，共一百零四頁，2022年，8月28日了解活體內(nèi)信息分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和生理調(diào)控的化學(xué)機(jī)理。生物固氮作用機(jī)理。人類的大腦是用“泛分子”組裝成的最精巧的計(jì)算機(jī)，徹底了解大腦的結(jié)構(gòu)和功能，是21世紀(jì)的腦科學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、信息和認(rèn)知科學(xué)等交叉學(xué)科共同來面對(duì)的難題。了解從化學(xué)進(jìn)化到手性和生命的起源。蛋白質(zhì)和DNA的理論研究第九十一頁，共一百零四頁，2022年，8月28日（4）納米尺度的難題尺度的不同，常常引起主要相互作用力的不同，導(dǎo)致物質(zhì)性能及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律和原理的質(zhì)的區(qū)別。納米尺度的熱力學(xué)性質(zhì)包括相變和集體現(xiàn)象，如鐵磁性，鐵電性，超導(dǎo)性和熔點(diǎn)等與粒子尺度有重要的關(guān)系。如金的熔點(diǎn)1063℃，納米金（5-10nm）的熔化溫度為330℃。銀的熔點(diǎn)為960.3℃，而納米銀（5-10nm）為100℃。納米銅具有超塑延展性，在室溫下可拉長(zhǎng)50多倍而不出現(xiàn)裂紋。

第九十二頁，共一百零四頁，2022年，8月28日如納米粒子比表面很大，由此引起性質(zhì)的不同。例如，納米鉑黑催化劑可使乙烯催化反應(yīng)的溫度從6000℃降至室溫。這一現(xiàn)象為新型常溫催化劑的研制提供了基礎(chǔ)，有非常重要的應(yīng)用前景。納米催化劑能否降低活化能？這是值得研究的一個(gè)理論問題。所以納米分子和材料的結(jié)構(gòu)與