第三节 现代化学的特点及发展趋势

(3) 金属有机化合物的影响
• 金属有机化合物成功地为价键理论的研 究工作提供大量新颖物种， 究工作提供大量新颖物种，特别是有些试剂 或催化剂在有机合成化学上取得了巨大的成 就。此外，在塑料添加剂、抗震剂、杀菌剂 此外，在塑料添加剂、抗震剂、 等方面也有着广泛应用。 等方面也有着广泛应用。如果没有金属有机 化合物作为催化剂，精细有机化工， 化合物作为催化剂，精细有机化工，如制药 工业、香料工业的发展简直不可想象。 工业、香料工业的发展简直不可想象。
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4.天然有机合成 天然有机合成
• 甾组化合物：激素、维生素等； 甾组化合物：激素、维生素等； • 抗生素：红霉素等； 抗生素：红霉素等；
立体结构 构象问题
5. 生物化学
• 生物化学的发展渗透到生命 科学的各个领域，其中发展较突 科学的各个领域， 出的有以下八个方面： 出的有以下八个方面：
生物化学的突出研究领域
(2) 金属有机化合物的发展
• • 1827年问世的 年问世的Zeise盐K[PtCl3(CH2=CH2)]是第一个被发现 年问世的 盐 是第一个被发现 的具有不饱和有机分子与金属键合的有机金属化合物。 的具有不饱和有机分子与金属键合的有机金属化合物。 此后，有机硅、有机钠、有机锌等相继问世并得到应用。 此后，有机硅、有机钠、有机锌等相继问世并得到应用。 著名的格氏试剂及其催化反应极大地推动了有机化学的发展， 著名的格氏试剂及其催化反应极大地推动了有机化学的发展， Ziegler-Natta催化剂也给工业带来了巨大经济效益。 催化剂也给工业带来了巨大经济效益。 催化剂也给工业带来了巨大经济效益 • • 1951年具有特殊结构和类似芳烃的二茂铁的制备和结构确 年具有特殊结构和类似芳烃的二茂铁的制备和结构确 证，为有机过渡金属开辟了一大类新型的有机金属配合物。 为有机过渡金属开辟了一大类新型的有机金属配合物。 现已发现，周期表中几乎所有金属元素都能和碳结合， 现已发现，周期表中几乎所有金属元素都能和碳结合，形 成不同形式的金属有机化合物。迄今已先后有10位科学家因在 成不同形式的金属有机化合物。迄今已先后有 位科学家因在 有机金属化学领域做出的巨大贡献而荣获诺贝尔化学奖。 有机金属化学领域做出的巨大贡献而荣获诺贝尔化学奖。
1.生物无机化学 生物无机化学
• 无机化学与生物化学的交叉学科， 无机化学与生物化学的交叉学科 ， 是将无机化学， 是将无机化学，特别是配位化学的方法和 理论用于研究生物问题，研究无机元素及 理论用于研究生物问题， 其化合物与生物体系的相互作用。 其化合物与生物体系的相互作用。 • 它属于无机化学第三层次上的交叉 学科。 学科。第Βιβλιοθήκη 节现代化学的特点及发展趋势
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现代化学的发展，到现在已有 现代化学的发展，到现在已有100多年的历 多年的历 史了。虽然这个历史发展时期尚未完结， 史了。虽然这个历史发展时期尚未完结，但是它 在理论、方法、实验技术和应用等方面， 在理论、方法、实验技术和应用等方面，均已发 生了深刻的变化。 生了深刻的变化。随着当代科学技术既高度分化 又高度综合的发展趋势， 又高度综合的发展趋势，正在经历着更深刻的变 化。因此，研究现代化学历史的辩证发展过程和 因此， 一般特点，加深我们对现代化学发展的认识， 一般特点，加深我们对现代化学发展的认识，具 有重要的意义。 有重要的意义。
(5) 免疫化学的研究
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免疫学是老学科， 免疫学是老学科，但与化学结 合为免疫化学则是新学科。 合为免疫化学则是新学科。这个学 科有助于维持人体正常代谢， 科有助于维持人体正常代谢，预防 疾病，抗衰防老。 疾病，抗衰防老。
本节内容
• (一) 现代化学的特点 一 • (二) 现代化学发展的十个代表性学科 二 • (三) 现代化学的三大关键问题 三 • (四) 未来化学是一门中心科学 四
(一) 现代化学的特点 一
• 现代化学的特点十分鲜明， 现代化学的特点十分鲜明， 主要有以下五个特点。 主要有以下五个特点。
1. 发展速度更快
(3) 基因工程的研究
• 是分子生物学的重要课题， 是分子生物学的重要课题，基 因表达与基因重组在探讨许多生命 现象， 现象，改良生物品种和生产新药品 等方面都是及其重要的技术。 等方面都是及其重要的技术。
(4) 物质代谢调控研究
• 生命物质的代谢途径已基本清 楚，但有关代谢调控还有不少问题 尚待解决。如遗传、酶、激素、神 尚待解决。如遗传、 激素、 经洗脱、 经洗脱、饮食营养以及环境因素都 直接或间接影响代谢， 直接或间接影响代谢，这都需要深 入研究。 入研究。
2. 宏观微观共同研究
• 化学不仅是研究宏观方面的化学 问题， 问题，同时深入到微观领域开展了广 泛的研究，成为区别于 世纪化学的 泛的研究，成为区别于19世纪化学的 显著特点。 显著特点。
3. 数学化程度加强
• 20世纪以来，数学在化学中的 世纪以来， 世纪以来 应用逐渐增多， 应用逐渐增多，其应用范围日趋扩 大。
4.实验水平空前提高
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现代化学的各种实验手段成为探索 化学奥秘的犀利武器， 化学奥秘的犀利武器，而特别突出的是 大量多功能、高精度实验仪器进入实验 大量多功能、 室，这些新的实验仪器标志着20世纪科 这些新的实验仪器标志着 世纪科 学、生产、理论在新的水平上形成了新 生产、 的综合特点。 的综合特点。
3.金属原子簇络合物化学 金属原子簇络合物化学
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金属原子簇化合物具有特殊的化 学性质， 学性质，如特殊的氧化还原性能和电 子传递性能， 子传递性能，中心金属簇骼的多变价 态及其相应的电子结构。 态及其相应的电子结构。
(1) 金属原子簇化合物的结构
• 原子簇金属化合物 原子簇金属化合物(metal cluster compound)是由金 是由金 属原子直接键合组成多面体或缺顶多面体骨架的分 子或离子。每个金属原子簇含有3 个或更多金属原 子或离子。每个金属原子簇含有 骨架内几乎是空穴， 子相互成键 ，骨架内几乎是空穴，骨架上则被朝外 的络合于金属原子的配位体所包围， 的络合于金属原子的配位体所包围，原子簇金属化 合物的骨架呈巢形或笼状 。 • 例如：碳硼烷具有笼状骨架；多核羰基金属组成了 例如：碳硼烷具有笼状骨架； 许多多面体笼状物；四聚的甲基锂、 许多多面体笼状物；四聚的甲基锂、七叔丁基异腈 合四镍都是四面体笼状物； 合四镍都是四面体笼状物；还有 5个金属原子的直 个金属原子的直 个金属原子的原子簇化合物。 至15个金属原子的原子簇化合物。 个金属原子的原子簇化合物
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1978年，卢嘉锡基于对国际化学前沿领域的敏锐洞察 年 力，在国内首先倡导积极开展过渡金属原子簇化合物的研 究。 同年卢嘉锡在全国化学年会上发表了题为“原子簇化 同年卢嘉锡在全国化学年会上发表了题为“ 合物的结构化学”论文， 合物的结构化学”论文，对这一基础研究项目的研究工作 起了积极推动作用。 起了积极推动作用。 此后以卢嘉锡为首的研究集体在这一方向进行了深入 系统的研究工作，合成和表征了200多种新型原子簇化合物， 系统的研究工作，合成和表征了 多种新型原子簇化合物， 多种新型原子簇化合物 在此基础上总结和归纳出了两个重要规律， 在此基础上总结和归纳出了两个重要规律，即“活性元件 组装”理论和“类芳香性”概念， 组装”理论和“类芳香性”概念，在原子簇化合物的基础 研究领域做出重要贡献，受到美、 研究领域做出重要贡献，受到美、英、日、德、法、苏等 十几个国家化学家的重视。 十几个国家化学家的重视。
(3)我国的研究 我国的研究
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世纪60年代初期卢嘉锡在创办福建物质 在20世纪 年代初期卢嘉锡在创办福建物质 世纪 结构研究所的时候就开始组织科研人员开展过渡 金属配合物， 金属配合物，主要进行硫氮系原子簇化合物的基 础研究工作，并取得了可喜的研究成果。 础研究工作，并取得了可喜的研究成果。 年起， 从1972年起，卢嘉锡和蔡启瑞等人共同开展 年起 了化学模拟生物固氮这一重大基础研究项目的协 作研究， 作研究，并开始致力于化学模拟生物固氮的原子 簇化学的研究。 簇化学的研究。
5. 新的分支学科大量增加
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在传统学科进行深入研究的 基础上，形成了许多学科相互交 基础上， 叉和渗透， 叉和渗透，从而形成的许多新的 分支学科。 分支学科。
(二) 现代化学发展的十个代表性学科 二
• 现代化学已经发展成一门系统庞大的学 科网，其最基础的仍然是无机化学、分析化 科网，其最基础的仍然是无机化学、 学、有机化学和物理化学，但也从基础理论 有机化学和物理化学， 和应用两方面发展出来许多不同层次的新兴 分支学科，在这些新兴学科中， 分支学科，在这些新兴学科中，能代表现代 化学发展趋势的有下列十个学科。 化学发展趋势的有下列十个学科。
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20世纪的化学日新月异，新的 世纪的化学日新月异， 世纪的化学日新月异 成果无论在数量方面，还是在水平 成果无论在数量方面， 方面，都不断给人以新鲜的感觉。 方面，都不断给人以新鲜的感觉。 现代化学的发展速度比19世纪更快。 现代化学的发展速度比 世纪更快。 世纪更快
化学发展快的原因
• ① 20世纪以来，化学从研究宏观领域进入微 世纪以来， 世纪以来 观领域的研究，新领域的开拓有着广阔前途， 观领域的研究，新领域的开拓有着广阔前途， 需要研究的问题很多。 需要研究的问题很多。 • ② 各种学科与化学相互渗透，新的学科大量 各种学科与化学相互渗透， 增加，需要研究的课题数量猛增。 增加，需要研究的课题数量猛增。 • ③ 现代社会和生产的要求，有力地推动着化 现代社会和生产的要求， 学的发展。 学的发展。 • ④ 新兴科学技术的需要，也是促使化学迅速 新兴科学技术的需要， 发展的重要原因。 发展的重要原因。
2.金属有机化学 金属有机化学
• 是以研究金属和有机烃基结 合的一类化合物为对象的化学。 合的一类化合物为对象的化学。 • 研究含有金属的有机化合物 的化学称为有机金属化学。 的化学称为有机金属化学。
(1) 金属有机化合物
• 一般将含有金属-碳键 一般将含有金属 碳键(M-C)的化合物 碳键 的化合物 称为有机金属化合物或金属有机化合物。 称为有机金属化合物或金属有机化合物。 两者名称之间并无严格界限。 两者名称之间并无严格界限。 • 也有观点认为研究含有金属的有机化 合物的化学是有机金属化学， 合物的化学是有机金属化学，这样的化合 物也称为有机金属化合物， 物也称为有机金属化合物，显然后者的范 围更广一些， 围更广一些，例如 Fe(CO)5等。
(2) 生物膜的研究
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生物膜的组成、 生物膜的组成、结构和功能的研 究仍然是生命化学研究的热门。 究仍然是生命化学研究的热门。这是 由于生物膜与许多生命现象密切相关， 由于生物膜与许多生命现象密切相关， 生物机体的发育、代谢、 生物机体的发育、代谢、衰老和疾病 (肿瘤 无一不与生物膜有关。 肿瘤)无一不与生物膜有关 肿瘤 无一不与生物膜有关。
• (1) 大分子生命物质研究 • (2) 生物膜的研究 • (3) 基因工程的研究 • (4) 物质代谢调控研究 • (5) 免疫化学的研究 • (6) 脑及神经化学的研究 • (7) 衰老生化 • (8) 食物营养和安全
(1) 大分子生命物质
• 大分子生命物质的合成、 大分子生命物质的合成、结构和功 能的研究是21世纪研究的热点。包括： 能的研究是 世纪研究的热点。包括： 世纪研究的热点 • ① 胰岛素 胰岛素RNA的人工合成 的人工合成 • ② 活性肽 脑啡肽、激素肽 的人工合成 活性肽(脑啡肽 激素肽)的人工合成 脑啡肽、 • ③ 蛋白质 酶蛋白 的结构和功能的关系 蛋白质(酶蛋白 酶蛋白)的结构和功能的关系 • ④ 核酸的人工合成
(2)金属原子簇化合物发展 金属原子簇化合物发展
• 20世纪 年代以来由于化学模拟 世纪70年代以来由于化学模拟 世纪 生物固氮、簇合物催化、超导材料、 生物固氮、簇合物催化、超导材料、新 型光学晶体材料等方面研究工作的深入 开展促使过渡金属原子簇化学成为基础 化学研究领域的一个十分重要的分支。 化学研究领域的一个十分重要的分支。