化學(xué)的過去、現(xiàn)在與將來

化學(xué)的過去、現(xiàn)在與將來2021/6/271第一節(jié)化學(xué)的演變Whatischemistry? Chemistryisaboutmakingformsofmatterthathaveneverexistedbefore.－JackBaldrim

化學(xué)學(xué)科的定義

化學(xué)是在原子、分子層次上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律的一門科學(xué)。

化學(xué)學(xué)科的特性

化學(xué)是自然科學(xué)中的核心基礎(chǔ)學(xué)科

基礎(chǔ)研究、實(shí)用性、創(chuàng)造性

2021/6/272一、古代化學(xué)行為1、在亞歷山大時期，化學(xué)以煉金術(shù)的原始形式出現(xiàn)

公元3000多年前，人們就懂得從礦石中提取金屬

如：公元前3000年，發(fā)現(xiàn)了金、銀、銅；公元前2500年，人們懂得冶煉青銅、鉛和鐵公元前1500年，發(fā)現(xiàn)了汞。

火的發(fā)明是人類第一次偉大的化學(xué)實(shí)踐。2021/6/273大約5000-11000年前，中國人就會制作陶器3000多年前的商朝已經(jīng)有非常精美的青銅器造紙，磁器，火藥更是中國文明對化學(xué)的貢獻(xiàn)在十六，十七世紀(jì)時，中國是世界上最先進(jìn)的國家“化學(xué)”二字我國在1856年開始使用中國古代化學(xué)的發(fā)展2021/6/274

古代化學(xué)發(fā)展的另一種原始形式：

染色、玻璃和肥皂制造技術(shù)帶動了化學(xué)的發(fā)展。

據(jù)我國周禮的記載：當(dāng)時已設(shè)立專官“染人”、“醯人”，管理染色、制酒和制醋的工作。

公元770-780年就已有關(guān)于燒酒的記載，我們掌握蒸餾手段也比歐洲早一百多年。

古希臘哲學(xué)家亞里士多德的元素學(xué)說：

物質(zhì)都是由水、土、火、氣四個元素相互轉(zhuǎn)化而成。2021/6/275

由于埃及古老的礦石開采和冶煉技術(shù)發(fā)達(dá)，及元素理論的出現(xiàn)，產(chǎn)生了煉金術(shù)——認(rèn)為賤金屬可以轉(zhuǎn)變?yōu)橘F金屬。 鉛可以轉(zhuǎn)變成胡粉,胡粉又可以轉(zhuǎn)變?yōu)殂U： 2.煉金術(shù)的出現(xiàn)圖:1現(xiàn)代化學(xué)家的祖先-Alchemist汞可以轉(zhuǎn)變?yōu)橹焐?，朱砂又可以轉(zhuǎn)變成為汞：由此推斷：鉛可以變成金（荒謬）2021/6/276

2、煉金術(shù)、煉丹術(shù)則被稱為近代化學(xué)的先驅(qū)

17世紀(jì)煉金術(shù)開始向?qū)嵱玫尼t(yī)藥化學(xué)和工藝化學(xué)方面發(fā)展，化學(xué)從此成為一門真正獨(dú)立的科學(xué)。2021/6/2771805年，由鴉片內(nèi)取得第一個生物堿——嗎啡。3、從天然有機(jī)物質(zhì)到純物質(zhì)的轉(zhuǎn)化人類使用有機(jī)物質(zhì)雖已有很長的歷史，但是對純物質(zhì)的認(rèn)識和取得卻是比較近代的事情，直到十八世紀(jì)末期，才開始由動植物取得一系列較純的有機(jī)物質(zhì)。1773年首次由尿內(nèi)提取得到尿素。1769年從葡萄汁內(nèi)取得酒石酸；從檸檬汁內(nèi)取得檸檬酸；由尿內(nèi)取得尿酸；從酸牛奶內(nèi)取得乳酸。2021/6/278二、18世紀(jì)的化學(xué)

化學(xué)是18世紀(jì)末才真正出現(xiàn)1、拉瓦錫和化學(xué)革命

拉瓦錫（A.L.Lavoiser,1743-1794)世界著名的化學(xué)家，1768年（25歲）被選為法國科學(xué)院院士.系統(tǒng)地重復(fù)了前人和同時代人的實(shí)驗(yàn)，用氧化燃燒學(xué)說進(jìn)行嚴(yán)格合乎邏輯的解釋，批判了舊的化學(xué)理論，建立了新的化學(xué)理論和化學(xué)術(shù)語。1789年出版的《化學(xué)基本教程》一書，其重要性可與牛頓的《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》、達(dá)爾文的《物種起源》相提并論2021/6/279“氧化燃燒學(xué)說”主要觀點(diǎn)：

(1)、燃燒時，均有火或光放出；(2)、物體只能在純粹空氣（氧氣）中燃燒；(3)、燃燒時，有“純粹空氣的破壞或分解”，燃燒物體 的增重精確等于“被破壞或分解”的空氣的重量；(4)、已燃物質(zhì)通常變?yōu)樗?，但金屬則變?yōu)闅垹a。2021/6/2710在這本名著中，拉瓦錫首次闡述了物質(zhì)不滅定律?！拔镔|(zhì)雖然能夠變化，但是不能消失或憑空產(chǎn)生”

。并用數(shù)學(xué)的形式，嚴(yán)格地表達(dá)了物質(zhì)不滅定律。

化學(xué)開始了從以收集材料為特征的定性描述階段逐漸過渡到以整理材料、尋找化學(xué)變化規(guī)律為特征的理論概括階段。定量分析方法的廣泛使用，進(jìn)而歸納出了化學(xué)中的一些實(shí)驗(yàn)基本規(guī)律：

質(zhì)量守恒定律、當(dāng)量定律、定組成定律等2021/6/27112、新的化學(xué)理論與當(dāng)時開始的工業(yè)革命恰好吻合紡織工業(yè)的發(fā)展、紡織品的加工以及肥皂工業(yè)、玻璃制造工業(yè)的發(fā)展，原有陳舊的作坊式化學(xué)產(chǎn)品加工已無法滿足當(dāng)時工業(yè)化的大發(fā)展。

如：硫酸（H2SO4)當(dāng)時主要用作紡織品的加工，以及制造純堿（Na2CO3)和燒堿的原料；主要生產(chǎn)方式是在一個鉛絲捆住的木箱中，把硫磺、硝石、水混合制得：2021/6/2712

堿工業(yè)的發(fā)展：

碳酸鈉是制造玻璃、肥皂的主要化工原料，舊的生產(chǎn)工藝是將海草燃燒獲得，僅僅是一種含碳酸鈉的草木灰。1790年，新的碳酸鈉生產(chǎn)工藝引入化學(xué)工業(yè);首先將通用鹽（NaCl）轉(zhuǎn)變成硫酸鹽，再將硫酸鹽轉(zhuǎn)變成含有木炭、白粉塵的碳酸鈉粗品。2021/6/2713三、19世紀(jì)末的化學(xué)

化學(xué)在19世紀(jì)已獲得了實(shí)質(zhì)的進(jìn)步和發(fā)展主要包括：（1）元素周期表的發(fā)現(xiàn)（2）通過化學(xué)合成手段獲得有機(jī)化合物（3）化學(xué)工業(yè)的建立2021/6/27141807年，道爾頓(1766年-1844年)創(chuàng)立了近代科學(xué)原子論，并在1840年發(fā)展成為原子-分子論道爾頓原子論其基本要點(diǎn)：元素由非常微小、看不見的、不可再分割的原子組成；原子既不能創(chuàng)造，不能毀滅，也不能轉(zhuǎn)變，所以在一切化學(xué)反應(yīng)中都保持自己原有的性質(zhì)；同一種元素的原子的形狀、質(zhì)量及性質(zhì)相同，而不同元素的原予的形狀、質(zhì)量及性質(zhì)則各不相同，原子的質(zhì)量是元素最基本的特征；化合物的原子稱為復(fù)雜原子，它的質(zhì)量為所含各種元素原子質(zhì)量之總和。以氫的原子質(zhì)量為1作標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)表了包括20種元素的相對原子量表。1、近代原子論的創(chuàng)立2021/6/27152、元素周期表的發(fā)現(xiàn)

俄國化學(xué)家門捷列夫（Д.И.Менделеев，1834～1907)以各元素的原子量作為元素的基本特性，考察原子量與元素性質(zhì)間的相互關(guān)系，于1869年發(fā)表了第一張?jiān)刂芷诒怼?871年，門捷列夫?qū)υ刂芷诒碜髁酥匾薷?，提出了第二張?jiān)刂芷诒恚ㄒ姳?）。19世紀(jì)60年代，化學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了60多種元素。2021/6/2716門捷列夫1871年發(fā)表的元素周期表（見表1）列I族－R2OII族－ROIII族－R2O3IV族RH4RO2V族RH3R2O5VI族RH2RO3VII族RHR2O7VIII族－RO41H=12Li=7Be=9.4B=11C=12N=14O=16F=193Na=23Mg=24Al=27.3Si=28P=31S=32Cl=35.54K=39Ca=40-=44Ti=48V=51Cr=52Mn=55Fe=56,Co=59Ni=59,Cu=635（Cu=63）

Zn=65-=68-=72As=75Se=78Br=806Rb=85

Sr=87？Yt=88Zr=90Nb=94Mo=96-=100Ru=104，Rh=1047（Ag=108）

Cd=112In=113Sn=118Sb=122Te=125J=1278Cs=133Ba=137？D=138？Ce=140———————9（-）

——————10——？Er=178

？La=180Ta=182W=184—Os=195，Ir=19711Au=199Hg=200Tl=204Pb=207Bi=208——12———Th=231—U=240—————2021/6/2717門捷列夫元素周期表的啟迪門捷列夫先后預(yù)言的十幾種未知元素，都在實(shí)驗(yàn)中被證實(shí)，這充分顯示了科學(xué)預(yù)見的巨大作用。1869年，門捷列夫提出第一張?jiān)刂芷诒?，并根?jù)周期律修正了銦(In)、鈾(U)、釷(Th)、銫(Cs)等9種元素的原子量；預(yù)言了三種新元素及特性，并暫取名為類鋁、類硼、類硅。1871年發(fā)現(xiàn)的鎵(Ga，原子量69.72)、1880年發(fā)現(xiàn)的鈧(Sc,原子量44.96)、1886年發(fā)現(xiàn)的鍺(Ge,原子量72.59)。這些新元素的原子量、密度和物理化學(xué)性質(zhì)都與門捷列夫的預(yù)言驚人地相符，周期律的正確性由此得到了舉世公認(rèn)。2021/6/271820世紀(jì)末最新的元素周期表2021/6/2719

3、有機(jī)化學(xué)的興起

——通過化學(xué)合成手段獲得有機(jī)化合物

19世紀(jì)初，化學(xué)的另一次重大革命是有機(jī)物可以通過化學(xué)合成方法得到。在元素周期律發(fā)現(xiàn)后，有機(jī)化學(xué)卻被生命力論（Vitalism)統(tǒng)治著。生命力論認(rèn)為，有機(jī)物質(zhì)只能靠生命力在動植物有機(jī)體內(nèi)產(chǎn)生，而不能在實(shí)驗(yàn)室或工廠里由無機(jī)物質(zhì)化學(xué)合成獲取。2021/6/2720

1828年，德國化學(xué)家F.W?hler（1800~1882)

首次用無機(jī)物氰酸銨人工合成了有機(jī)物－尿素：

氰酸銨尿素

宣告了有機(jī)界和無機(jī)界是相通的，這是有機(jī)化學(xué)發(fā)展過程中的一大突破。

以后又相繼合成了有機(jī)酸類、油脂類、糖類等

1850-1900年，成千上萬的藥品、染料從煤焦油里合成出來。當(dāng)時，有機(jī)化學(xué)可以說是煤焦油的合成時代。2021/6/2721化學(xué)學(xué)科的出現(xiàn)

19世紀(jì)末，化學(xué)已出現(xiàn)了明確的專業(yè)劃分，建立了化學(xué)的四個分支學(xué)科和完整化學(xué)經(jīng)典理論體系。化學(xué)的分支學(xué)科：無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)2021/6/2722現(xiàn)代化學(xué)的學(xué)科分類2021/6/2723

4、化學(xué)工業(yè)的建立

19世紀(jì)中期，化學(xué)工業(yè)出現(xiàn)了較快的發(fā)展

各大化學(xué)工業(yè)公司的建立，制得紡織工業(yè)急需

的合成染料；1870年，碳酸鈉的新工業(yè)路線進(jìn)入工業(yè)化生

產(chǎn)，由蘇爾布法取代了呂布蘭法；1841年，查爾斯·歌德發(fā)明了橡膠硫化工藝，并

且生產(chǎn)出橡膠新品種－硫化橡膠；

加斯特·克列利用電解方法生產(chǎn)氯氣和燒堿。2021/6/272419世紀(jì)化學(xué)家的遺憾

盡管19世紀(jì)的化學(xué)家作出了如此驚人的成就，然而，他們對化學(xué)界的認(rèn)識仍然是極為有限的，對各個元素的原子結(jié)構(gòu)、包括原子核和電子的運(yùn)動規(guī)律不了解，因此也對元素周期律缺乏實(shí)際的了解，不知道什么是化學(xué)鍵，也不了解化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理，沒有高分子化學(xué)，也沒有磺胺藥物和化學(xué)肥料，當(dāng)然更沒有現(xiàn)代物理分析技術(shù)。2021/6/2725四、20世紀(jì)的化學(xué)

——現(xiàn)代化學(xué)的發(fā)展

最近，美國化學(xué)會主席RanaldBreslow在談?wù)摶瘜W(xué)中提出：“化學(xué)是一門趨于中心地位、實(shí)用而富有創(chuàng)造性的科學(xué)”。Callschemistry:“Thecentral,usefulandcreativescience”.2021/6/27261.基礎(chǔ)研究的重大突破

20世紀(jì)是人類歷史上科學(xué)技術(shù)發(fā)展最為輝煌的時代。無論在深度還是廣度上，都大大超過19世紀(jì)所取得的成就，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過過去幾千年的總和。從1901年開始在世界范圍評選諾貝爾化學(xué)獎以來到2001年頒獎，應(yīng)該有101屆了。實(shí)際只頒發(fā)了96屆（見附表1）。96屆的諾貝爾化學(xué)獎中以二級學(xué)科區(qū)分，大致如下：無機(jī)化學(xué)14項(xiàng)；

有機(jī)化學(xué)34項(xiàng)；物理化學(xué)26項(xiàng)；

高分子化學(xué)5項(xiàng)；生物化學(xué)11項(xiàng)；

分析化學(xué)6項(xiàng)。2021/6/27271、基礎(chǔ)研究的重大突破

1901～2000年各屆諾貝爾化學(xué)獎的獲獎情況(見表3)：得獎年份獲獎?wù)邍@獎時年齡（歲）獲獎成就1999A.H.Zewail美國53飛妙激光技術(shù)研究超快化學(xué)反應(yīng)過程和過渡態(tài)1998W.KohnJ.A.Pople美國英國7573發(fā)展了電子密度泛函數(shù)理論發(fā)展了量子化學(xué)計算方法1997J.SkouP.BoyerJ.Walker丹麥美國英國797956發(fā)現(xiàn)了維持細(xì)胞中鈉離子和鉀離子濃度平衡的酶，并闡明其作用機(jī)理發(fā)現(xiàn)了能量分子三磷酸腺苷的形成過程1996R.F.CurlR.E.SmalleyH.W.Kroto美國美國英國585357發(fā)現(xiàn)60C1995M.MolonaS.RowlandP.Crutzen墨西哥美國荷蘭526862研究大氣環(huán)境化學(xué)，特別在臭氧的形成和分解研究方面作出的貢獻(xiàn)1994G.A.Olah美國67碳正離子化學(xué)的研究1993M.SmithK.B.Mullis加拿大美國6148寡聚核苷酸定點(diǎn)誘變基因工程的貢獻(xiàn)多聚酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)對基因工程的貢獻(xiàn)1992R.A.Marcus美國69電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)理論1991R.R.Ernst瑞士58高分辨核磁共振譜法的發(fā)展1990E.J.Corey美國62有機(jī)合成的逆合成分析法1989T.CechS.Altman美國美國4150Ribozyme（核糖核酸酶）的發(fā)現(xiàn)1988J.DeisenhogerH.MichelR.Huber德國德國德國454051測定了細(xì)菌光合反應(yīng)中心膜蛋白－色素復(fù)合體的三維結(jié)構(gòu)，為光化反應(yīng)作出的貢獻(xiàn)2021/6/27281987C.J.PedersenD.J.CramJ-M.Lehn美國美國法國836848開創(chuàng)主－客體化學(xué)，超分子化學(xué)，冠醚化學(xué)等新領(lǐng)域1986李遠(yuǎn)哲D.R.HerschbachJ.Karle美籍華人美國加拿大505455發(fā)展了交叉分子束技術(shù)，紅外線化學(xué)發(fā)光方法，對微觀反應(yīng)動力學(xué)研究作出的貢獻(xiàn)1985H.A.HauptmanJ.Karle美國美國6867發(fā)明了X－射線衍射確定晶體結(jié)構(gòu)的直接計算方法，為分子晶體結(jié)構(gòu)測定方法作出的貢獻(xiàn)1984R.B.Merrifield美國63發(fā)明了固相多肽合成法1983H.Taube美籍加拿大人68在金屬配位化合物電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)機(jī)理研究中作出的貢獻(xiàn)1982A.Klug英國56創(chuàng)造了“象重組”技術(shù)，揭示了病毒核細(xì)胞內(nèi)重要遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)得獎年份獲獎?wù)邍@獎時年齡（歲）獲獎成就1981KenichFukui日本美國6344提出前線軌道理論提出分子軌道對稱守恒理論1980P.BergF.SangerW.Gilbert美國英國美國546248DNA分裂和重組研究，確定DNA內(nèi)核苷酸排列順序的方法，開創(chuàng)了現(xiàn)代基因工程學(xué)1979H.C.BrownG.Wittig美國德國6782在有機(jī)合成中發(fā)展了有機(jī)硼、有機(jī)磷試劑和反應(yīng)1978P.Mitchell英國58用化學(xué)滲透理論研究生物能的轉(zhuǎn)換1977I.Prigogine比利時60研究非平衡的不可逆過程熱力學(xué)，提出了消耗結(jié)構(gòu)理論1976W.N.Lipscomb,Jr.美國57有機(jī)硼化合物的結(jié)構(gòu)研究，發(fā)展了結(jié)構(gòu)學(xué)說和有機(jī)硼化學(xué)1975J.W.CornforthV.Prelog英國瑞士5869酶催化反應(yīng)的立體化學(xué)研究有機(jī)分子和反應(yīng)的立體化學(xué)研究1974P.J.Flory美國64高分子物理化學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)方面的基礎(chǔ)研究1973G.WilkinsonE.O.Fischer英國德國5245研究二茂鐵結(jié)構(gòu)，發(fā)展了金屬有機(jī)化學(xué)和配位化學(xué)1972C.B.AnfinsenS.MooreW.H.Stein美國美國美國565961研究核糖核酸酶分子結(jié)構(gòu)和催化反應(yīng)活性中心1971G.Herzberg加拿大67分子光譜學(xué)和自由電子結(jié)構(gòu)的研究1970L.F.Leloir阿根廷64在糖生物合成中發(fā)現(xiàn)了糖核苷酸的作用1969D.H.R.BartonO.Hassel英國挪威5172發(fā)展分子空間構(gòu)象概念分析及其在化學(xué)中的應(yīng)用1968L.Onsager美國65不可逆過程熱力學(xué)研究2021/6/27291967M.EigenR.G.W.NorrishG.Porter德國英國英國407047用馳豫法、閃光光解法研究快速化學(xué)反應(yīng)1966R.S.Mnlliken美國70創(chuàng)立了分子軌道理論，闡明了分子共價鍵本質(zhì)和電子結(jié)構(gòu)1965R.B.Woodward美國48在天然有機(jī)化合物的合成方面作出重大貢獻(xiàn)1964D.C.Hodgkin英國54重要生物大分子的結(jié)構(gòu)測定1963K.ZiegleG.Natta德國意大利7060發(fā)明了Ziegler-Natta催化劑，首次合成了定向有規(guī)高聚物1962M.F.PerutzJ.C.Kendrew英國英國4845研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的杰出貢獻(xiàn)1961M.Calvin美國50研究植物中CO2進(jìn)行光合作用得獎年份獲獎?wù)邍@獎時年齡（歲）獲獎成就1960W.F.Libby美國52發(fā)明了14C測定地質(zhì)年代的方法1959J.Heyrovsky捷克69發(fā)明極譜分析法1958F.Sanger英國40對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)特別是胰島素結(jié)構(gòu)的測定1957A.Todd英國50對核苷酸和核苷酸輔酶的研究1956C.N.HichelwoodN.Semenov英國前蘇聯(lián)5960對化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的研究1955V.du.Vigeand美國54對生物化學(xué)上重要含硫化合物的研究，第一次合成多肽激素1954L.Pauling美國53對化學(xué)鍵本質(zhì)的研究并用于闡明復(fù)雜物質(zhì)的結(jié)構(gòu)1953H.Staudinger德國72高分子化學(xué)方面的杰出貢獻(xiàn)1952A.J.P.MartinGR.L.M.Synge英國英國4238發(fā)明分配色層分析法1951E.M.McmillanG.Seaborg美國美國4439發(fā)現(xiàn)超鈾元素1950O.DielsK.Alder德國德國7448發(fā)現(xiàn)了雙烯合成反應(yīng)，即Diels-Alder反應(yīng)1949W.F.Giaugus美國54對化學(xué)熱力學(xué)特別是超低溫下物質(zhì)性質(zhì)的研究1948A.W.K.Tiselius瑞典46對電泳和吸附分析的研究，發(fā)明了血清蛋白1947R.Robinson英國61對生物活性的植物成分研究，特別是生物堿的研究2021/6/27301946J.B.SumnerJ.H.NorthorpW.M.Stanley美國美國美國555942發(fā)現(xiàn)酶的類結(jié)晶法分離得到純的酶和病毒蛋白1945A.J.Virtamen荷蘭50發(fā)明了飼料貯存保鮮方法，對農(nóng)業(yè)化學(xué)和營養(yǎng)化學(xué)作出貢獻(xiàn)1944O.Hahn德國65發(fā)現(xiàn)重核裂變1943G.Heresy匈牙利57利用同位素示蹤研究化學(xué)反應(yīng)1939A.F.J.ButenandtL.Ruzicka德國瑞士3652性激素研究聚亞甲基多碳原子大環(huán)和多萜烯研究1938R.Kuhn德國38維生素和類胡蘿卜素研究1937W.N.HaworthP.Karrer英國瑞士5448發(fā)現(xiàn)了糖類環(huán)狀結(jié)構(gòu)和合成Vc胡蘿卜素、核黃素及維生素A和B2的研究1936P.Debey荷蘭32提出了極性分子理論，確定力哦阿分子偶極矩的測定方法得獎年份獲獎?wù)邍@獎時年齡（歲）獲獎成就1935F.Joliot-CurieI.Joliot-Curie法國法國3538合成了新的人工放射性元素1934H.C.Urey美國41發(fā)現(xiàn)重水和重氫同位素1932J.Langmuir美國51表面化學(xué)研究1931C.BoschF.Bergius德國德國5747發(fā)明和發(fā)展了化學(xué)高壓法1930H.Fischer德國49血紅素和葉綠素的結(jié)構(gòu)研究，合成了高鐵血紅素1929A.HardenH.vonEuler-Chelpin英國法國6456糖的發(fā)酵和酶在發(fā)酵重作用的研究1928A.Windaus法國52甾醇的結(jié)構(gòu)測定和維生素D3的合成1927H.Wieland德國50發(fā)現(xiàn)膽酸及其化學(xué)結(jié)構(gòu)1926T.Svedberg瑞士42發(fā)明超速離心機(jī)并用于高分散膠體物質(zhì)研究1925R.Zsigmondy德國60對膠體化學(xué)研究的卓越貢獻(xiàn)2021/6/27311923F.Pregl奧地利54確定有機(jī)化學(xué)微量分析方法1922F.W.Aston英國45發(fā)明了質(zhì)譜儀，發(fā)現(xiàn)了許多非放射性同位素及原子量的整數(shù)規(guī)則1921F.Soddy英國44對放射性化學(xué)物質(zhì)的研究及對同位素起源和性質(zhì)的研究1920W.Nernst德國56熱化學(xué)研究1918F.Haber德國50氨的合成1915R.Willstater德國43對葉綠素和植物色素的研究1914Th.Richards美國46精密測定了許多元素的原子量1913A.Werner瑞士47金色絡(luò)合物的配位理論1912V.GrignardP.Sabatier法國法國4158格林尼亞試劑的發(fā)明有機(jī)化合物的催化加氫1911M.Curie波蘭44發(fā)現(xiàn)了放射元素釙和鐳1910O.Wallach德國63對脂環(huán)族化合物的開創(chuàng)性研究1909W.Ostwald德國56催化研究，電化學(xué)和化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的研究1908E.Rutherford英國37嚴(yán)肅嬗變和放射性物質(zhì)的化學(xué)研究1907E.Buchner德國47發(fā)酵的生物化學(xué)研究得獎年份獲獎?wù)邍@獎時年齡（歲）獲獎成就1906H.Moissan法國54制備單質(zhì)氟，發(fā)展了一系列高溫反射電爐1905A.vonBaeyer德國70對有機(jī)染料和氫化芳香化合物的研究1904W.Ramsay英國52在大氣重發(fā)現(xiàn)惰性氣體，并確定它們在元素周期表中的位置1903S.Arrhenius瑞典44電離理論1902E.Fisher德國50糖類和嘌呤化合物的合成1901J.H.van’tHoff荷蘭49溶劑中化學(xué)動力學(xué)定律和滲透壓定律2021/6/2732

在100年中，產(chǎn)生了92屆諾貝爾化學(xué)獎，由于戰(zhàn)爭等原因，有6年未評獎（1916、1917、1933、1940、1941、1942）。

諾貝爾化學(xué)獎得主的年齡，最老的是1987年C.J.Pedersen為83歲，最年輕的是1935年F.J.Curie為35歲，平均年齡55歲。2021/6/2733

20世紀(jì)化學(xué)的重大突破

—主要包括以下五個方面：（1）放射性和鈾裂變的重大發(fā)現(xiàn)；（2）化學(xué)鍵和現(xiàn)代量子化學(xué)理論；（3）創(chuàng)造新分子新結(jié)構(gòu)---合成化學(xué)；（4）高分子科學(xué)與材料；（5）化學(xué)動力學(xué)與分子反應(yīng)動態(tài)學(xué)。2021/6/2734在101年中，產(chǎn)生了95屆諾貝爾化學(xué)獎，由于戰(zhàn)爭等原因，有6年未評獎（1916、1917、1933、1940、1941、1942）。

諾貝爾化學(xué)獎得主的年齡，最老的是1987年C.J.Pedersen為83歲，最年輕的是1935年F.J.Curie為35歲，平均年齡約55歲。2021/6/27351.12004年諾貝爾化學(xué)獎授予以色列科學(xué)家阿龍·切哈諾沃（57歲），阿夫拉姆·赫什科（67歲）和美國科學(xué)家歐文·羅斯（78歲），以表彰他們發(fā)現(xiàn)了泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)降解。2021/6/2736例如：與人關(guān)系最為密切的是α-氨基酸。它是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本單元。發(fā)現(xiàn)有20多種α-氨基酸，其中有八種是人體所需要的必需氨基酸（即人體本身不能合成的氨基酸）。它們是：蛋白質(zhì)是構(gòu)成包括人類在內(nèi)的一切生物的基礎(chǔ)，近幾十年來生物學(xué)家在解釋細(xì)胞如何制造蛋白質(zhì)方面取得了很多進(jìn)展?？茖W(xué)家關(guān)于蛋白質(zhì)如何“誕生”的研究成果很多，迄今至少有５次諾貝爾獎授予了從事這方面研究的科學(xué)家.2021/6/2737但卻很少有研究人員對蛋白質(zhì)的降解問題。獲2004年化學(xué)獎的3位科學(xué)家卻獨(dú)辟蹊徑，于上個世紀(jì)80年代初發(fā)現(xiàn)了被調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)降解。人的很多疾病就是這一降解過程不正常導(dǎo)致的。“泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)降解”方面的知識將有助于攻克子宮頸癌等疑難疾病。評委們在現(xiàn)場解釋整個理論時，特意用碎紙機(jī)將兩張完整的彩紙瞬間絞碎，以此比喻細(xì)胞好比一個高效的“控制站’，制造蛋白質(zhì)但又能在瞬間把某些特定蛋白質(zhì)“降解”為碎片。2021/6/27381.2放射性和鈾裂變的重大發(fā)現(xiàn)正當(dāng)能量守恒定律被當(dāng)作19世紀(jì)的三大發(fā)現(xiàn)之一而載入史冊不久，發(fā)生了一場軒然大波。放射性的發(fā)現(xiàn)

1896年法國物理學(xué)家貝克勒爾(1852-1908)

放射性射線為什么那樣厲害呢?2021/6/2739放射性是某些元素的不穩(wěn)定原子核自發(fā)地放出射線的性質(zhì)，是原子核進(jìn)行蛻變的特性。天然存在的放射性同位素的放射性稱做天然放射性。例如鈾的同位素有天然放射性。由人工制成的同位素的放射性稱做人工放射性。例如氚有人工放射性(原子核有一個質(zhì)子，兩個中子。舊稱“超重氫”。氫的放射性同位素之一,半衰期12.5年,蛻變時放出β射線后形成質(zhì)量數(shù)為三的氦。用中子轟擊鋰可產(chǎn)生氚)。放射性現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是原子核的蛻變。2021/6/2740

年輕的波蘭姑娘瑪麗·斯可羅多夫斯卡婭(即居里夫人)與她的丈夫皮耶爾·居里于1898年在瀝青鈾礦中發(fā)現(xiàn)了兩種新元素鐳和釙，鐳和釙能發(fā)射出比鈾更強(qiáng)的放射性射線。1克鐳在1小時里，就能放出140卡熱量，要是讓1克鐳把所有的熱量都放出來，竟有270億卡！這么多熱量，足以使29噸冰融化成水！1克鐳只有一片大拇指甲那么大!“鐳是永恒的能源!”(有人這么提議)

“什么能量守恒？鐳的發(fā)現(xiàn)，徹底推翻了能量守恒定律!”新元素鐳和釙的發(fā)現(xiàn)2021/6/2741鐳產(chǎn)生能量的本質(zhì)是鐳原子的分裂，叫做“裂變”。它裂變以后，變成兩個更小的原子：氡原子與氦原子。在720億個鐳原子中，平均每秒鐘有一個原子要分裂，向周圍以每秒兩萬公里的速度射出它的“碎片”。鐳那不斷放出的能量，便是鐳原子裂變時釋放出來的原子能。鐳并不是什么“永恒的能源”。隨著鐳原子的不斷裂變，鐳放出的能量也不斷減少，也就是說，經(jīng)過1560年后，1克鐳每小時放出的能量減少了一半，從140卡降到70卡；再經(jīng)過1560年，又減少了一半，從70卡降到35卡；然后，又經(jīng)過1560年，則減至17．5卡-------。鐳的原子能的發(fā)現(xiàn)，并沒有推翻能量守恒定律。2021/6/2742愛因斯坦的貢獻(xiàn)

物質(zhì)不滅定律，說的是物質(zhì)的質(zhì)量不滅。

能量守恒定律，說的是物質(zhì)的能量守恒。在1905年，一個年僅26歲的德國物理學(xué)家接連在德國《物理學(xué)》雜志上發(fā)表了5篇論文，從一個嶄新的高度，揭示了物質(zhì)不滅定律和能量守恒定律的本質(zhì)及其相互關(guān)系。

愛因斯坦認(rèn)為，物質(zhì)的質(zhì)量是慣性的量度，能量是運(yùn)動的量度；能量與質(zhì)量并不是彼此孤立的，而是互相聯(lián)系的，不可分割的。物體質(zhì)量的改變，會使能量發(fā)生相應(yīng)的改變；而物體能量的改變，也會使質(zhì)量發(fā)生相應(yīng)的改變，提出了著名的質(zhì)能關(guān)系公式：

E=mc22021/6/2743按照愛因斯坦的理論：把1克溫度為0oC的水，加熱到100℃水吸收了100卡的熱量，這時水的質(zhì)量也也相應(yīng)增加了。按照質(zhì)能關(guān)系公式計算，1克水的質(zhì)量增加了0.00000000000465克。利用質(zhì)能關(guān)系公式，能正確地解釋了各種原子核反應(yīng)：氦4，它的原子核是由2個質(zhì)子和2個中子組成的。照理氦4原子核的質(zhì)量就等于2個質(zhì)子和2個中子質(zhì)量之和。實(shí)際上，氦核的質(zhì)量比2個質(zhì)子、2個中子質(zhì)量之和少了0.0302原子質(zhì)量單位！這是為什么呢？因?yàn)楫?dāng)2個氘核（每個氘核都含有1個質(zhì)子、1個中子）聚合成1個氦4原子核時，釋放出大量的原子能。生成1克氦4原子時，大約放出2700000000000焦耳的原子能。正因?yàn)檫@樣，氦4原子核的質(zhì)量減少了。這個例子生動地說明：在2個氘原子核聚合成1個氦4原子核時，似乎質(zhì)量并不守恒，也就是氦4原子核的質(zhì)量并不等于2個氘核質(zhì)量之和。然而，用質(zhì)能關(guān)系公式計算，氦4原子核失去的質(zhì)量，恰巧等于因反應(yīng)時釋放出原子能而減少的質(zhì)量！2021/6/2744核化學(xué)研究中的6項(xiàng)諾貝爾獎20世紀(jì)在能源利用方面一個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。1898年，居里夫婦從大量的瀝青鈾礦中，經(jīng)過多次的化學(xué)分離和純化，得到了放射性比鈾強(qiáng)400倍的新的金屬元素釙，以及比鈾的放射性強(qiáng)200多萬倍的鐳。為此，居里夫婦榮獲了1903年諾貝爾物理獎。1906年居里不幸遇車禍身亡，居里夫人繼續(xù)鐳的研究和應(yīng)用，測定了鐳的原子量，建立了鐳的放射性標(biāo)準(zhǔn)。為了表彰居里夫人在發(fā)現(xiàn)釙和鐳、開拓放射化學(xué)新領(lǐng)域以及發(fā)展放射性元素的應(yīng)用方面的貢獻(xiàn)，1911年她被再次授予諾貝爾化學(xué)獎（44歲）。2021/6/27451908年，英國人盧瑟福（Rutherford）從事關(guān)于元素衰變和放射性物質(zhì)的化學(xué)研究，提出了原子的有核結(jié)構(gòu)模型，并提出了放射性元素的衰變理論，研究了人工核反應(yīng)，從而獲得了當(dāng)年的諾貝爾化學(xué)獎（37歲）。居里夫人的女兒和女婿約里奧-居里夫婦（I.Joliot-Curie和F.Joliot-Curie）從事人工放射性研究。

用釙的α-射線轟擊硼、鋁、鎂時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了帶有放射性的原子核，這些元素核不斷地放出β-射線或“正電子”，并按照放射性元素的衰變規(guī)律，其射線強(qiáng)度逐漸減少。這是第一次發(fā)現(xiàn)用人工方法創(chuàng)造出放射性元素。為此，約里奧-居里夫婦榮獲了1935年諾貝爾化學(xué)獎（38歲和35歲）。2021/6/2746放射線同位素放出的肉眼不可見的射線。根據(jù)射線性質(zhì)的差別，可分為：(1)α-射線是α粒子(氦原子核)流。α粒子帶有2個單位正電荷，質(zhì)量等于4。在電場中偏向帶負(fù)電的極板，能量約在4～10兆電子伏特間，能量為10兆電子伏特的。粒子其速度約等于光速的1／10。對物質(zhì)的穿透力比較?。?2)β-射線是高速運(yùn)動的電子(又稱β粒子)流。在電場中偏向陽極。速度幾乎與光速相等。對物質(zhì)的穿透力約比α-射線大100倍；(3)γ-射線。是波長很短的電磁波(光)。在電場中不發(fā)生偏向。穿透力比9射線更強(qiáng)。2021/6/2747慢中子的發(fā)現(xiàn)是核能可控利用的又一關(guān)鍵所在。意大利原子物理學(xué)家費(fèi)米（(E．Fermi)改用中子轟擊原子核，特別經(jīng)石蠟慢化了的慢中子，增加了中子和原子核的碰撞機(jī)率，使核反應(yīng)截面大大提高，其產(chǎn)率接近1。費(fèi)米和他的同事用慢中子轟擊各種元素獲得了60種新的放射性元素，并發(fā)現(xiàn)中子轟擊原子核后，就被原子核捕獲得到一個新原子核，且不穩(wěn)定，核中的一個中子將放出一次β衰變，而變成原子序數(shù)增加1的元素。這一原理和方法的發(fā)現(xiàn)，使人工放射性元素的研究迅速成為當(dāng)時的熱點(diǎn)。物理學(xué)介入化學(xué)，用物理學(xué)方法在周期表上增加新元素成為可能。費(fèi)米的這一成就使他獲得了1938年的諾貝爾物理獎。在1939年，科恩發(fā)現(xiàn)中子轟擊鈾235產(chǎn)生3.5h半衰期的是幾種元素的混合物，其中有幾種是堿土金屬，它們放射β-射線后蛻變?yōu)橄⊥猎?。即?35吸收一個中子后，核分裂為兩部分中等原子量的鋇和稀土元素等，這就是原子核分裂的裂變現(xiàn)象。裂變現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)震撼了當(dāng)時科學(xué)界，成為原子能利用的基礎(chǔ)，科恩因此而獲得1944年的諾貝爾物理獎。(65歲)2021/6/2748從放射性的發(fā)現(xiàn)開始，然后發(fā)現(xiàn)人工放射性，再后又發(fā)現(xiàn)鈾裂變伴隨放出能量和中子，以至核裂變的可控鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。至此,釋放原子能的前期基礎(chǔ)研究已經(jīng)完成。1942年，在Fermi領(lǐng)導(dǎo)下成功地建造了第一座原子反應(yīng)堆，1945年美國在日本投下了原子彈。這就是20世紀(jì)初至中葉化學(xué)和物理界具有里程碑作用的重大突破——核裂變和原子能的利用?；仡欉@一段歷史可以看出，化學(xué)和物理學(xué)在整個自然科學(xué)的進(jìn)步中起著互補(bǔ)協(xié)同的推動作用。物理學(xué)在核上動手術(shù)創(chuàng)造新元素，化學(xué)在分子層次上動手術(shù)，創(chuàng)造新分子，這成為20世紀(jì)科學(xué)史中的主流。2021/6/27493.1.2化學(xué)鍵和現(xiàn)代量子化學(xué)理論化學(xué)鍵理論的建立和發(fā)展主要有三種理論：(1)

Pauling的價鍵理論(VB);(2)

莫利肯(R．S．Mulliken)的分子軌道理論(MO);(3)

貝特(H．A．Bethe)的配位場理論。此領(lǐng)域獲得諾貝爾化學(xué)獎有4項(xiàng)之多。美國化學(xué)家鮑林(L．Pauling)對化學(xué)的最大的貢獻(xiàn)是關(guān)于化學(xué)鍵的本質(zhì)的研究以及在物質(zhì)結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用。他將把原子價理論擴(kuò)展到金屬和金屬間化合物，提出了電負(fù)性計算方法和概念，創(chuàng)立了軌道雜化理論和價鍵學(xué)說，于1954榮獲諾貝爾化學(xué)獎（53歲）。價鍵理論將量子力學(xué)的原理和化學(xué)的直觀經(jīng)驗(yàn)緊密結(jié)合，在經(jīng)典化學(xué)中引人了量子力學(xué)理論和一系列的新概念，如雜化、共振、σ鍵、π鍵、電負(fù)性、電子配對等，對當(dāng)時化學(xué)鍵理論的發(fā)展起了重要作用。而且他把化學(xué)結(jié)構(gòu)理論引入生物大分子結(jié)構(gòu)研究，為發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)。分子病理學(xué)、分子免疫學(xué)、分子遺傳學(xué)都是在他早期所做的化學(xué)與生物學(xué)結(jié)合的工作基礎(chǔ)上建立的。2021/6/2750

價鍵理論：是以“形成共價鍵的電子只處于形成共價鍵兩原子之間”的定域觀點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)的。

分子軌道理論：是以“形成共價鍵的電子是分布在整個分子之中”的離域觀點(diǎn)為出發(fā)點(diǎn)的。

分子軌道即分子中價電子的運(yùn)動狀態(tài)，可用波函數(shù)ψ來描述。其基本要點(diǎn)是：

分子軌道是由原子軌道通過線性組合而成；

組合前后的軌道數(shù)守恒：即有幾個原子軌道就可以組合成幾個分子軌道。以乙烯為例：2021/6/27512021/6/2752莫利肯（Mulliken）把原子軌道線性組合成分子軌道，可用數(shù)學(xué)計算并程序化。分子軌道法處理分子結(jié)構(gòu)的結(jié)果與分子光譜數(shù)據(jù)吻合。因此，從50年代開始，價鍵理論逐漸被分子軌道理論所替代。因莫利肯用量子力學(xué)創(chuàng)立了化學(xué)結(jié)構(gòu)分子軌道理論，闡明了分子的共價鍵本質(zhì)和電子結(jié)構(gòu)，1966年榮獲諾貝爾化學(xué)獎（70歲）。2021/6/27531952年，日本化學(xué)家福井謙一提出了前線軌道理論。基本觀點(diǎn)：分子的許多性質(zhì)是由最高占據(jù)軌道和最低未占軌道決定的，即給電子分子中的能量最高被占分子軌道(HOMO)和受電子分子中能量最低未占分子軌道(LOMO)在化學(xué)反應(yīng)中起主導(dǎo)作用。1965年，美國化學(xué)家伍德沃德和霍夫曼以前線軌道理論為工具討論了周環(huán)反應(yīng)的立體化學(xué)選擇定則，從動態(tài)角度來判斷和預(yù)言化學(xué)反應(yīng)的方向、難易程度和產(chǎn)物的立體構(gòu)型等，把量子力學(xué)由靜態(tài)發(fā)展到動態(tài)，從而提出了分子軌道對稱守恒原理。這一理論被認(rèn)為是認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)發(fā)展史上的一個里程碑，霍夫曼的分子軌道對稱守恒原理和福井謙一的前線軌道理論共獲1981年諾貝爾化學(xué)獎（福井謙一，63歲；霍夫曼，44歲）。2021/6/2754美國化學(xué)家科恩(W．Kohn)發(fā)展了電子密度泛函理論；英國化學(xué)家波普爾(J．A．Pople)發(fā)展了量子化學(xué)計算方法，為表彰他們在量子化學(xué)領(lǐng)域作出的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)，1998年諾貝爾化學(xué)獎授于了科恩（75歲）和波普爾（73歲）。分子軌道理論中是以分子中每個電子的狀態(tài)作為波函數(shù)進(jìn)行量子化學(xué)計算的。對簡單的小分子，從薛定鍔方程的求解中可得到分子的能量、偶極矩、電子分布等性質(zhì)；但對稍為復(fù)雜一點(diǎn)、分子量大一點(diǎn)的分子，其計算量就大到量子化學(xué)家們無法解決了。Kohn的密度泛函理論給分子性質(zhì)的計算開辟了新途徑。把過去單個電子的波函數(shù)變成電子密度的概念來進(jìn)行計算，大大地簡化了程序，減少了計算量。再加上Pople發(fā)展了一系列量子化學(xué)計算方法，可計算分子體系的能量，分子的平衡性質(zhì)，過渡態(tài)和反應(yīng)途徑，分子的電、磁和光性質(zhì)等等，使化學(xué)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)和理論計算并重的新時代。2021/6/27552、化學(xué)工業(yè)的發(fā)展化學(xué)工業(yè)在20世紀(jì)初崛起：染料、炸藥、酚醛樹脂、藥物、以及酸、堿、鹽等工業(yè)；化肥、農(nóng)藥；石油化工；三大合成材料；醫(yī)藥工業(yè)2021/6/2756第二節(jié)合成化學(xué)的發(fā)展

——Makemeamolecule

有機(jī)化合物的分子結(jié)構(gòu)

特點(diǎn)

合成化學(xué)中的簡單理論

復(fù)雜分子的制造2021/6/2757合成化學(xué)家的任務(wù)：

——設(shè)計和合成自然界存在或不存在的新物質(zhì)合成化學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域——化學(xué)產(chǎn)品和制藥行業(yè)的基礎(chǔ)。

許多材料都是通過化學(xué)合成制得，雖然化學(xué)家們并不是直接生產(chǎn)所使用的化學(xué)產(chǎn)品，但是藥物、農(nóng)藥、塑料以及液晶等物質(zhì)都是通過化學(xué)合成得到。

2021/6/2758合成化學(xué)的發(fā)展

1880年只有12000種化學(xué)物質(zhì)，2014年已經(jīng)發(fā)展到4800多萬種新化學(xué)物質(zhì),每年新增30余萬種新物質(zhì)?，F(xiàn)代，由化學(xué)合成制得的新化合物絕大多數(shù)都是有機(jī)化合物。2021/6/2759有機(jī)分子手征性的發(fā)現(xiàn)1848年，法國化學(xué)家巴斯頓（L.Pasteur,1822～1895）發(fā)現(xiàn)酒石酸兩種不同的存在形式： 左旋酒石酸 右旋酒石酸圖11：巴斯頓把酒石酸晶體分開成兩個鏡像異構(gòu)體2021/6/2760

許多有機(jī)化合物存在光學(xué)異構(gòu)體，尤其是藥物

如：沙利度胺（Thaldomide)——又名反應(yīng)停20世紀(jì)60年代，沙利度胺的R-構(gòu)型與S-構(gòu)型混合使用，主要應(yīng)用于早期的妊娠反應(yīng)，作為孕婦用的止吐劑。R-構(gòu)型：鎮(zhèn)靜劑，無致畸作用S-構(gòu)型：無鎮(zhèn)靜作用，致畸變圖12：沙利度胺的兩種光學(xué)異構(gòu)體的不同生理作用2021/6/2761沙利度胺的S-異構(gòu)體可導(dǎo)致嚴(yán)重的致畸性

1957年～1962年，造成數(shù)萬名嬰兒嚴(yán)重畸形。進(jìn)一步研究表明，其致畸作用是由沙利度胺其中的一個異構(gòu)體（S-異構(gòu)體）引起的，而R-構(gòu)型即使大劑量使用，也不會引起致畸作用圖13：沙利度胺的另一個對映體可導(dǎo)致嚴(yán)重的致畸性。2021/6/27623、復(fù)雜分子的制造1890年，德國化學(xué)家費(fèi)歇爾（E.Fischer)1902年獲得了諾貝爾化學(xué)獎圖14：EmilFischer合成了世界上第一個當(dāng)時認(rèn)為具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的有機(jī)分子—D-葡萄糖圖14'D-葡萄糖2021/6/2763

20世紀(jì)40年代，英國牛津大學(xué)化學(xué)家魯濱(R.Robinson1886～1975年)合成了一系列復(fù)雜的天然化合物。

圖15：

RobertRobinson圖15′：托品酮一步合成法托品酮是一種抗瘧疾藥物，結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜1947年，魯濱遜獲得了諾貝爾化學(xué)獎最輝煌的業(yè)績是托品酮的合成2021/6/2764有機(jī)合成化學(xué)大師－維克多·格林尼亞：

法國有機(jī)合成化學(xué)家，1912年獲諾貝爾化學(xué)獎

被人罵出來的諾貝爾化學(xué)獎得主

優(yōu)越的家庭造就出一個沒有出息

的二流子

波多麗伯爵嚴(yán)詞教訓(xùn)，格林尼亞

浪子回頭

離家出走，重新做人

發(fā)憤苦讀，功成名就2021/6/2765

格林尼亞（Grignard）試劑仍是有機(jī)反應(yīng)和合成中最常用的試劑之一。格林尼亞試劑亦稱格氏試劑--有機(jī)鎂化合物（RMgCl）。

在格氏試劑中的烴基是一種活性很高的親核試劑，能夠發(fā)生加成、取代、偶合等反應(yīng)。

2021/6/27661928年狄爾斯(O．Diels)和阿爾德(K．Alder)發(fā)現(xiàn)了雙烯合成反應(yīng)（又叫Diels-Alder反應(yīng)），是共軛二烯與烯、炔進(jìn)行環(huán)化加成生成環(huán)己烯衍生物的反應(yīng)。例如：Diels-Alder反應(yīng)的發(fā)生只需要光照或加熱，而不受催化劑或溶劑的影響。反應(yīng)時共軛二烯易與含有被羰基、羧基、氰基或硝基所活化的雙鍵、叁鍵發(fā)生加成反應(yīng)，具有普遍性。為此，二人獲1950年諾貝爾化學(xué)獎（狄爾斯，74歲；阿爾德，48歲）。2021/6/2767嘗試人工合成生物分子一直是有機(jī)合成化學(xué)的研究重點(diǎn)。甾體(A．Windaus，法國，52歲）1928年諾貝爾化學(xué)獎)、抗壞血酸(W．N．Haworth，英國，54歲）1937年諾貝爾化學(xué)獎)、生物堿(R．Robinson，英國，61歲）1947年諾貝爾化學(xué)獎)多肽激素的合成的(V．duVigneand，美國，54歲）1955年諾貝爾化學(xué)獎)2021/6/2768有機(jī)合成大師Woodward先后合成了一系列復(fù)雜有機(jī)分子和有機(jī)配體配合物，1965年榮獲諾貝爾化學(xué)獎。并提出了分子軌道對稱守恒原理。2021/6/27692021/6/2770維生素B122021/6/2771現(xiàn)代有機(jī)合成化學(xué)經(jīng)過了20世紀(jì)近100年的努力研究、探索、累積。

海葵毒素(polytoxin)---具有64個手性中心和7個骨架內(nèi)雙鍵的分子，存在有271個異構(gòu)體。2021/6/2772合成化學(xué)已取得驚人的發(fā)展，趨向應(yīng)用簡單的合成方法，合成復(fù)雜的分子。

2001年獲諾貝爾化學(xué)獎的R.Noyori(日本)、B.Sharplessd(美國)等三位化學(xué)家，應(yīng)用不對稱催化技術(shù)合成復(fù)雜的有機(jī)分子，而且在工業(yè)上獲得極好的應(yīng)用。 2001年度諾貝爾化學(xué)獎得主R·Noyori的工作圖16：RyojiNoyori圖16′應(yīng)用手性催化劑選擇性地合成了一系列手性藥物2021/6/27732001年度諾貝爾化學(xué)獎得主

B.Sharplessd的工作：

圖17：BarrySharplessd與他的學(xué)生圖17′：應(yīng)用不對稱催化技術(shù)的環(huán)氧化反應(yīng)2021/6/2774抗癌藥物——紫杉醇的發(fā)現(xiàn)和利用

紫杉醇（20世紀(jì)80年代末發(fā)現(xiàn)）具有很強(qiáng)的抗癌活性。從美國西太平洋彼岸生長的紫杉樹的樹皮中提取得到，紫杉樹是一種瀕臨滅絕的物種，非常珍貴?；瘜W(xué)家們又從紫杉樹的針葉中提取得到紫杉醇母核，再經(jīng)過新的合成技術(shù)得到紫杉醇，大大緩解了紫杉醇來源的困難，但由于提取量太少，不能滿足消費(fèi)需求?，F(xiàn)在化學(xué)家們通過不對稱新技術(shù)，以全合成方法得到紫杉醇圖18：Toxal（紫杉醇）Bacatin(紫杉醇母核）紫杉樹2021/6/2775如何評價不同的全合成路線？包括：起始原料、步驟路線、總收率高低、合成反應(yīng)的選擇性等。這些對形成有工業(yè)前景的生產(chǎn)方法和工藝是至關(guān)重要的，也是現(xiàn)代有機(jī)合成的發(fā)展方向。(1)高選擇性

化學(xué)和區(qū)域選擇性，立體選擇性，對映選擇性；(2)合成效率和經(jīng)濟(jì)性

如減少合成步驟、會聚式合成、使用價廉易得的原料和試劑、平和和寬容的反應(yīng)條件等；2021/6/2776

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)

在發(fā)達(dá)國家中占有最大的份額。(這個數(shù)字在美國超過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。發(fā)達(dá)國家從事研究與開發(fā)的科技人員中，化學(xué)、化工專家占一半左右。世界專利發(fā)明中有20％與化學(xué)有關(guān)?；瘜W(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?；瘜W(xué)工程2021/6/2777在未來化學(xué)化工學(xué)科發(fā)展的最基本的問題是：化學(xué)化工以及與相關(guān)學(xué)科的融合交叉中創(chuàng)新的問題?；瘜W(xué)研究的創(chuàng)新有程度的不同：可以原始創(chuàng)新可以是跟蹤的創(chuàng)新，即沿用別人思路和方法，在別人開拓的領(lǐng)域中做填平補(bǔ)齊、拾遺補(bǔ)缺的工作；可以是積累的創(chuàng)新，在傳統(tǒng)課題長年積累的大山上再添磚添瓦。化學(xué)創(chuàng)新2021/6/2778人們預(yù)測化學(xué)的前景，認(rèn)為21世紀(jì)將是化學(xué)的時代。從化學(xué)的角度認(rèn)為，世界上沒有一種可以稱為廢物的東西。利用化學(xué)原理和方法，人們可從水、空氣、礦石、樹葉等天然原料中制造鋼鐵、化肥、人造纖維、藥物等人們所熟悉的產(chǎn)品。人類對物質(zhì)的需求，不論在質(zhì)量上還是在數(shù)量上，總是在不斷發(fā)展的。而滿足其需求的核心基礎(chǔ)學(xué)科不僅現(xiàn)在是化學(xué)，而且將來仍然是化學(xué)。化學(xué)前景2021/6/2779第三節(jié)聚合物化學(xué)

——Theageofplastics

聚合物的應(yīng)用什么是聚合物現(xiàn)代高分子化學(xué)聚合過程的化學(xué)行為聚乙烯材料的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展尼龍（Nylons).圖19：塑料制造的交通標(biāo)志2021/6/27801、聚合物的應(yīng)用

人們?nèi)粘Ｓ闷吩S多都是由聚合物制造。聚合物產(chǎn)品包括多元酯纖維、聚氨酯泡沫、尼龍線、膠帶。常見的產(chǎn)品：床單、棉被和毛毯、油漆、PVC窗框、軟家具設(shè)備、化妝品、包裝材料等，在服裝交通、甚至外科移植手術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用。

圖20：聚合物制造的唱片2021/6/2781表四：聚合物的應(yīng)用范圍類別應(yīng)用范圍家居設(shè)備地毯、窗簾、墻紙等家電電線絕緣體、電器外殼、電路板家居配件排水管、廚房設(shè)備個人用品織物、服裝、化妝品、洗滌用品、器皿等外科修復(fù)器官移植、補(bǔ)牙、眼睛修復(fù)用水晶體交通自行車、汽車、火車、飛機(jī)、太空艙等運(yùn)動材料包括各類體育用品表面裝飾油漆及表面涂料2021/6/2782

由于塑料具有質(zhì)輕、堅(jiān)硬、耐用等優(yōu)點(diǎn)，也易加工和上色，還可以通過輔助加工而獲得特殊的性質(zhì)和用途，在許多情況下，塑料已取代了木材、石頭、玻璃、皮革、天然纖維和金屬。2021/6/2783塑料、合成橡膠和合成纖維三大合成材料

在人類目前已擁有的4800多萬種化合物中，絕大多數(shù)是化學(xué)家合成的，正如諾貝爾化學(xué)獎獲得者Woodward所說：

化學(xué)家在舊的自然界旁又建起了一個新的自然界。合成化學(xué)為滿足人類對物質(zhì)的需求作出了重要貢獻(xiàn)。

三大合成材料是20世紀(jì)人類文明的重要標(biāo)志。2021/6/27842、什么是聚合物聚乙烯——我們所熟悉的最簡單的碳聚合物，聚乙烯分子中，一條鏈上可連接5000個以上碳原子，因此，稱為高分子化合物（聚合物）。

聚合物是由許多小分子（單體）聚合形成的長鏈大分子，并且都是由碳元素相互連接而成。圖21：聚乙烯分子的結(jié)合形式2021/6/2785聚乙烯的性能應(yīng)用：

熱塑性：

聚乙烯分子整齊地排列，加熱時先變軟，然后熔成有粘性的液體。冷卻，又可變成高度整齊的晶體形式，恢復(fù)原有的性質(zhì)。因此，通過將聚乙烯加熱，可塑造成各種形狀。圖22：汽車輪胎也是由聚合物制造的。2021/6/27863、現(xiàn)代高分子化學(xué)的興起塑料、人造橡膠、人造纖維、涂料、粘合劑等都是高分子化學(xué)工業(yè)的主要產(chǎn)品。人們在享用這些產(chǎn)品的時候，不能忘記對高分子科學(xué)作出杰出貢獻(xiàn)的化學(xué)家們。

圖23：塑料產(chǎn)品2021/6/2787對高分子科學(xué)作出杰出貢獻(xiàn)的科學(xué)家：

施陶丁格（H.Staudinger)德國化學(xué)家

1920年，創(chuàng)立了高分子鏈型學(xué)論，認(rèn)為原子按正常價鍵結(jié)合，幾乎可以構(gòu)成任何長度的鏈狀分子。建立了高分子稀溶液的粘度與它們分子量之間的定量關(guān)系。1953年，獲得高分子化學(xué)領(lǐng)域的第一個諾貝爾化學(xué)獎。圖24:H·施陶丁格2021/6/2788

弗洛里（PaulFlory)美國斯坦福大學(xué)1936年，提出了高分子縮聚反應(yīng)中，所有功能團(tuán)都具有相同活性的基本原理，并發(fā)展了非線性聚合物理論

1974年，榮獲諾貝爾化學(xué)獎。圖25：P·弗洛里2021/6/2789

卡拉絲(W.H.Carothers)美國杜邦公司1931年，合成了氯丁橡膠。氯丁橡膠是一種重要的高分子產(chǎn)品。耐磨，耐腐蝕的優(yōu)良材料，現(xiàn)今仍廣泛應(yīng)用。1935年，研制成功尼龍-66。尼龍-66是優(yōu)良、高彈力的聚合物，主要應(yīng)用制作緊身服裝襪、降落傘等材料。

圖26：WallaceCarothers2021/6/2790三大合成材料

20世紀(jì)創(chuàng)造的三大合成材料塑料、橡膠、合成纖維是具有重大科學(xué)成就的發(fā)明。2021/6/27914、聚合過程中的化學(xué)行為乙烯的聚合過程：

——由乙烯作為原料，許多個乙烯單元在高溫高壓下結(jié)合生成——這個過程稱為自由基聚合。乙烯（C2H4）中，兩個碳以雙鍵結(jié)合，每個碳與兩個氫以單鍵結(jié)合。碳原子間的兩個共價鍵（?-鍵、π-鍵）的強(qiáng)度不同，π-鍵容易斷裂，形成碳原子各帶一個電子的自由基。圖28：乙烯的結(jié)構(gòu)2021/6/2792

假設(shè)把乙烯放在高溫、高壓密閉容器中碰撞反應(yīng)：

乙烯分子在高溫高壓下相互碰撞，形成未配對的電子（也稱自由基），這些自由基與更多的乙烯分子碰撞，最后生成聚乙烯。圖29：乙烯的聚合過程2021/6/27935、聚乙烯材料的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展軍事材料：1939年底，英國的CIC公司開始銷售聚乙烯產(chǎn)品，主要是作為軍事材料使用，如雷達(dá)的高頻電線絕緣材料。生產(chǎn)量：聚乙烯的生產(chǎn)量直線上升（見下表）

表5：聚乙烯各年度的生產(chǎn)量年份19351938194219441946生產(chǎn)量8克8噸557噸1441噸4000噸2021/6/27941950年以后，聚乙烯主要作為民用材料開發(fā)：如塑料薄膜、塑料袋、水桶、碗等一般民用材料。

圖30:聚乙烯擠壓加工成塑料薄膜聚乙烯作為民用材料的開發(fā)利用2021/6/2795

高性能聚乙烯材料的開發(fā)

自由基聚合生產(chǎn)的聚乙烯產(chǎn)品——支鏈化

自由基聚合得到的聚乙烯產(chǎn)品支鏈化程度高，分子結(jié)構(gòu)不緊密，硬度和耐熱性能較低，因此只適宜加工成為一般的民用低級產(chǎn)品。圖32：在線性聚乙烯分子中，穿插了許多長短不一的支鏈2021/6/2796

聚乙烯產(chǎn)品能否加工成高性能的工程材料和醫(yī)用材料？

新的聚合方法——配位聚合反應(yīng)1953年，德國化學(xué)家Ziegler應(yīng)用新型催化劑（C2H5)3AlTiCl4體系，在常溫常壓下成功地將乙烯聚合成聚乙烯。

——為此獲得了1963年諾貝爾化學(xué)獎。圖33：德國化學(xué)家K·Zigler

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配位聚合工藝生產(chǎn)聚乙烯的優(yōu)點(diǎn)：聚乙烯塑料的生產(chǎn)成本大幅度下降，生產(chǎn)工藝更安全。聚乙烯塑料的分子量增大，密度增高，機(jī)械性能和耐用性能都增強(qiáng)—稱之為高密度聚乙烯塑料2021/6/2798新的聚乙烯產(chǎn)品在應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展由于聚乙烯工藝的改進(jìn)，支鏈減少，分子緊密，強(qiáng)度增加，可以應(yīng)用作為銅線的絕緣支撐材料。圖34：應(yīng)用作為絕緣材料2021/6/2799圖35：加工成運(yùn)動鞋

聚乙烯的耐磨性和硬度的提高，可以加工制作成為旱冰鞋。新的聚乙材烯產(chǎn)品在應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展2021/6/27100圖36：加工成日用產(chǎn)品的包裝瓶采用新工藝生產(chǎn)的聚乙烯塑料，其分子排列整體，強(qiáng)度高，透明度高，可以制作成極薄的材料——如塑料瓶。新的聚乙烯產(chǎn)品在應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展2021/6/27101圖37：加工成人工關(guān)節(jié)和骨頭代用品采用新工藝生產(chǎn)的聚乙烯塑料，其分子排列整體強(qiáng)度高，可以加工制作成為醫(yī)用外科材料——人工關(guān)節(jié)、骨頭代用品。新的聚乙烯產(chǎn)品在應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展2021/6/27102圖38：聚乙烯塑料加工的塑料管聚乙烯塑料強(qiáng)度的提高，以及耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用作為工程塑料——塑料管代替了金屬管。新的聚乙烯產(chǎn)品在應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展2021/6/27103

現(xiàn)代社會中，由高分子聚合材料加工制作的各種產(chǎn)品已無法統(tǒng)計，其用途非常廣泛圖39：現(xiàn)代塑料材料制作的提款機(jī)圖40：美式足球運(yùn)動員的防護(hù)罩2021/6/271046、聚合物的另一類產(chǎn)品

——尼龍（Nylons)尼龍材料主要用途——女性服裝

圖41：尼龍作為女性彈力服裝的材料2021/6/27105尼龍是一種什么材料？它是怎樣合成的？

尼龍是1935年由美國杜邦公司的W.H.Carothers研究成功。圖42：WallaceCarothers2021/6/27106Carothers開創(chuàng)的合成尼龍-66路線：

己二胺和己二酸通過質(zhì)子轉(zhuǎn)移形成羧酸銨鹽，再加熱，脫水生成酰氨鍵，得到產(chǎn)物——尼龍-66圖43：尼龍－66的合成路線2021/6/27107尼龍產(chǎn)品的分類和應(yīng)用

尼龍-66與其它織物的混紡產(chǎn)品，這些布匹是25％的尼龍-66和纖維混紡，顏色鮮艷，著色力強(qiáng)。

尼龍不是指一種單一的材料，而是一類材料的通稱，通常以尼龍后面的數(shù)字來識別物質(zhì)的性能。

圖44：尼龍-66和纖維的混紡產(chǎn)品尼龍產(chǎn)品的各個牌號都已生產(chǎn)，從尼龍-6，尼龍-10，46，66，69，610，612應(yīng)用于各個領(lǐng)域2021/6/27108尼龍-10由材料加工制作的牙刷和運(yùn)動器材

由于尼龍-10遇水保持堅(jiān)硬不變形，主要應(yīng)用作為牙刷和運(yùn)動器材

圖45：尼龍-10材料加工制作的牙刷2021/6/271097、小結(jié)

高分子材料雖然發(fā)展的歷史較短，但由此獲得的三大材料（尼龍、橡膠、合成纖維）已是國民經(jīng)濟(jì)的主要組成部分。目前，有商業(yè)意義的高分子材料還有許多，如聚丙烯材料、聚酯、導(dǎo)電塑料、發(fā)光聚合材料等。21世紀(jì)，聚合物仍然對我們的生活產(chǎn)生重大的影響。2021/6/27110第四節(jié)：生命化學(xué) 生命是一個復(fù)雜的化學(xué)過程。 在以往的30多年中，化學(xué)家和生物學(xué)家們在分子水平上了解和掌握了生命體系的復(fù)雜過程。這個新的知識領(lǐng)域?qū)τ诟纳迫藗兊慕】灯鹆酥匾淖饔谩?021/6/27111生命起源19世紀(jì)三大發(fā)現(xiàn)之一——細(xì)胞學(xué)說動植物的基本單元都是細(xì)胞細(xì)胞的組成——細(xì)胞膜細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)數(shù)百萬個細(xì)胞筑成生命體圖46：細(xì)胞與生命

2021/6/27112一、化學(xué)合成藥物的問世

包括中國的中藥，西方的嗎啡、阿托品、奎寧。

圖47：植物藥物

1、20世紀(jì)初以前的藥物主要指從植物中提取的有效成分2021/6/27113人類的平均壽命

20世紀(jì)初，人類過早死亡的原因：傳染病的傳播，包括肺結(jié)核、細(xì)菌性腹瀉。其中有15％的兒童15歲前就夭折。

圖48：20世紀(jì)人類的平均壽命2021/6/271142、磺胺藥物的誕生

1927年，德國化學(xué)家剛世爾（G.Domagk)究化學(xué)物質(zhì)對鏈球菌的影響，發(fā)現(xiàn)一種稱為百良多息的化學(xué)物質(zhì)，顯示出優(yōu)異的抗細(xì)菌活動。

圖49：紅色染料（百良多息）在小腸中分解成磺胺——第一個抗菌藥物2021/6/27115磺胺藥物的臨床應(yīng)用

1933年，百良多息正式應(yīng)用于臨床治療，

因葡萄球菌感染患敗血病病危的小孩得到