有機化學(xué)的發(fā)展前沿和研究熱點

千里之行，始于足下讓知識帶有溫度。第第2頁/共2頁精品文檔推薦有機化學(xué)的發(fā)展前沿和研究熱點有機化學(xué)的進展前沿和討論熱點

20世紀(jì)的有機化學(xué)，從試驗辦法到基礎(chǔ)理論都有了巨大的發(fā)展，顯示出蓬勃進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。其中有些因具有特別功能而用于材料、能源、醫(yī)藥、生命科學(xué)、農(nóng)業(yè)、養(yǎng)分、石油化工、交通、環(huán)境科學(xué)等與人類生活密切相關(guān)的行業(yè)中，直接或間接地為人類提供了大量的必須品。與此同時，人們也面向著自然?的和合成的大量有機物對生態(tài)、環(huán)境、人體的影響問題。展望將來，有機化學(xué)將使人類優(yōu)化使用有機物和有機反應(yīng)過程，有機化學(xué)將會得到更快速的進展。

有機化學(xué)的快速進展產(chǎn)生了不少分支學(xué)科，包括有機合成、金屬有機、元素有機、自然?有機、物理有機、有機催化、有機分析、有機立體化學(xué)等。下面介紹其中的一部分分支學(xué)科，使我們了解有機化學(xué)的進展前沿和討論熱點。

（1）有機合成化學(xué)

這是有機化學(xué)中最重要的基礎(chǔ)學(xué)科之一，它是制造新有機分子的主要手段和工具，發(fā)覺新反應(yīng)、新試劑、新辦法和新理論是有機合成的創(chuàng)新所在。1828年德國化學(xué)家維勒用無機物氰酸銨的熱分解辦法，勝利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(xué)的進展十分快速。

有機合成進展的基礎(chǔ)是各類基本合成反應(yīng)，不論合成多么復(fù)雜的化合物，其全合成可用逆合成分析法（RetrosynthesisAnalysis）分解為若干基本反應(yīng)，如加成反應(yīng)、重排反應(yīng)等。每個基本反應(yīng)均有它特別的反應(yīng)功能。合成時可以設(shè)計和挑選不同的起始原料，用不同的基本合成反應(yīng)，獲得同一個復(fù)雜有機分子目標(biāo)物，起到異曲同工的作用，這在現(xiàn)代有機合成中稱為“合成藝術(shù)”。在化學(xué)文獻中常?？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(dǎo)，而其合成辦法和路線是不同的。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：起始原料是否相宜，步驟路線是否簡短易行，總收率凹凸以及合成的挑選性凹凸等。這些對形成有工業(yè)前景的生產(chǎn)辦法和工藝是至關(guān)重要的，也是現(xiàn)代有機合成的進展方向。

（2）金屬有機化學(xué)和有機催化

金屬有機化學(xué)在20世紀(jì)有機化學(xué)中是最活躍的討論領(lǐng)域之一，其中特殊是與有機催化聯(lián)系在一起。均相催化使有機化學(xué)、高分子化學(xué)、生命科學(xué)及現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)進展到一個新的水平。金屬有機化學(xué)使人們熟悉到無機化學(xué)和有機化學(xué)交錯產(chǎn)生的金屬有機化學(xué)會產(chǎn)生如此巨大的活力和作用；同時還發(fā)覺許多金屬有機化合物在生物體系內(nèi)有重要的生理功能，如維生素B12，引起了生物學(xué)界的關(guān)注。因為金屬有機化學(xué)的本身結(jié)構(gòu)和功能的特別性，以及廣泛的應(yīng)用前景，它在21世紀(jì)將有更大的進展。

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辦法有待進一步討論和深化。如1849年就制得乙基鋅〔Zn（C2H5）2〕，發(fā)覺它有極好的反應(yīng)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(jì)50年月才進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(jié)構(gòu)和性能關(guān)系是一個很廣泛和重要的討論領(lǐng)域。如茂金屬催化劑，它是烯烴聚合反應(yīng)的新型催化劑；現(xiàn)在又發(fā)覺二茂鐵可做燃燒催化劑。應(yīng)用金屬有機化合物作為光學(xué)材料、電子材料和醫(yī)藥也是正在開發(fā)的領(lǐng)域。在21世紀(jì)將會發(fā)覺更多具有各種特別功能、可用作功能材料的金屬有機化合物。

金屬有機化合物在有機合成的均相催化反應(yīng)中起著非常重要的作用。往往在金屬有機化合物催化下產(chǎn)生一系列的有機合成反應(yīng)。各種金屬有機化合物的催化活性是不同的，將其應(yīng)用于有機合成中將會產(chǎn)生各種不同的反應(yīng)。有機反應(yīng)催化劑的研制趨勢是模擬那些能起催化反應(yīng)的酶。這些模擬酶的挑選性催化劑將在化學(xué)合成中展現(xiàn)日新月異的新局面，故有的諾貝爾化學(xué)獎獲得者稱其為化學(xué)酶。

（3）自然?有機化學(xué)

自然?有機化學(xué)是討論來自自然界動植物的內(nèi)源性有機化合物的化學(xué)。大自然制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。發(fā)掘和熟悉自然界的這一豐盛資源是世界進展和人類生存的需要，是有機化學(xué)主要討論任務(wù)之一，也是熟悉世界的基礎(chǔ)討論。從事自然?產(chǎn)物化學(xué)討論的目的是希翼發(fā)覺有生理活性的有效成分，或是直接用于臨床藥物和用于農(nóng)業(yè)作為增產(chǎn)劑和農(nóng)藥，或是發(fā)覺有效成分的主結(jié)構(gòu)作為先導(dǎo)化合物，進一步討論其各種衍生物，從而進展成一類新藥、新農(nóng)藥和植物生長調(diào)整劑等。對于自然界的自然?產(chǎn)物，有機化學(xué)家和藥物化學(xué)家長久以來向來對它具有廣泛的愛好，并從中已經(jīng)獲得了許多新藥和先導(dǎo)化合物。

（4）物理有機化學(xué)

物理有機化學(xué)討論有機分子結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，討論有機化學(xué)反應(yīng)機理及用理論計算化學(xué)的辦法來理解、預(yù)見和發(fā)覺新的有機化學(xué)現(xiàn)象。對有機分子結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系以及對有機化學(xué)反應(yīng)機理的討論，是希翼從試驗數(shù)據(jù)中找到其內(nèi)在的邏輯，并提高到理論化學(xué)的高度來理解和熟悉。

①分子結(jié)構(gòu)測定目前，有機化合物結(jié)構(gòu)測定所用的波譜（紫外、紅外、核磁共振、質(zhì)譜）和X-射線單晶結(jié)構(gòu)分析等已經(jīng)能測定大多數(shù)有機分子的結(jié)構(gòu)，但對于結(jié)構(gòu)很復(fù)雜的生物大分子或存在量極微的有機化合物結(jié)構(gòu)的測定尚有待于分析儀器設(shè)備的不斷進展。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進展之中，例如可以直接觀看單個分子及其結(jié)構(gòu)的顯微術(shù)。這一領(lǐng)域的進展可能導(dǎo)致一系列生物大分子的發(fā)覺，并測定它們的一級結(jié)構(gòu)以及二、三級結(jié)構(gòu)，了解分子在空間的羅列以及分子-分子體系是如何組合的。這是物理有機化學(xué)討論的基礎(chǔ)工作，惟獨了解清晰分子結(jié)構(gòu)，才有可能聯(lián)系其性能，討論結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。

②反應(yīng)機理隨著對反應(yīng)過渡態(tài)及反應(yīng)活性中間體的討論和確證，往往一個有機化學(xué)反應(yīng)將不單純是某一類反應(yīng)機理，而是涉及多類有機反應(yīng)歷程，如自由基反應(yīng)會涉及電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)?，F(xiàn)有的討論發(fā)展表明，對任何一個有機化學(xué)反應(yīng)歷程，終于必需搞清晰反應(yīng)過程中原子和分子的碰撞及重組狀況，不同反應(yīng)步驟的速率及反應(yīng)中能態(tài)和相關(guān)能量。因此在討論有機反應(yīng)機理中發(fā)覺新的反應(yīng)機理是一個方面，而搞清晰已知反應(yīng)歷程的速率、能量也是控制有機化學(xué)反應(yīng)的一個重要方面。

③分子間的弱互相作用分子間的弱互相作用打算參加反應(yīng)的分子間的識別，因而打算反應(yīng)的挑選性；它還打算分子間的聚攏方式。討論分子間弱互相作用及其后果是非常重要的。

（5）生物有機化學(xué)

生物有機化學(xué)的主要討論對象是核酸、蛋白質(zhì)和多糖三種主要生物大分子及參加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(zhuǎn)的最重要的基礎(chǔ)物質(zhì)。

核酸是信息分子，負擔(dān)著遺傳信息的儲存、傳遞及表達功能。近10年來對核糖核酸的討論發(fā)覺，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(zhì)這兩類重要生命基礎(chǔ)物質(zhì)的性質(zhì)和互相關(guān)系的熟悉。核酸討論的深化進展，深刻揭示了DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、RNA前體加工、蛋白質(zhì)生物合成過程中的互相關(guān)系，從而了解許多疾病的病因與核酸的相關(guān)性，為核酸在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用開辟了廣大的前景。

全新蛋白質(zhì)是蛋白質(zhì)討論中的一個新領(lǐng)域。國際上正在嘗試按化學(xué)、生物、催化等性質(zhì)的需要合成新的蛋白質(zhì)分子，對酶蛋白和膜蛋白的討論和模擬將起到重要作用。

多糖也是生物體內(nèi)的重要信息物質(zhì)。目前多糖討論側(cè)重于分別、純化、化學(xué)組成及生物活性測定等方面。對多糖的溶液構(gòu)象、空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系都還未深化討論。要深化討論多糖結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系，必需首先在將其分別、分析和合成辦法上有所突破。

模擬酶的討論。模擬酶的主客體分子間的互相識