1、现代化学与中学化学第1页，共104页。现代化学与中学化学第1 页，共1 0 4 页。二二讲座内容讲座内容现代化学的兴起现代化学的兴起三三化学的地位和成就化学的地位和成就现代化学的贡献现代化学的贡献一一现代化学发展的趋势分析现代化学发展的趋势分析初中化学课程中的现代化学内容初中化学课程中的现代化学内容第2页，共104页。四二讲座内容现代化学的兴起三三化学的地位和成就现代化学的贡献一、现代化学的兴起一、现代化学的兴起1、化学是什么？、化学是什么？v化学的内涵随时代前进而改变。化学的内涵随时代前进而改变。v化学发展史大致分为四个时期：化学发展史大致分为四个时期：炼丹术和医药化学时期；炼丹术和医药化学
2、时期；燃素化学时期；燃素化学时期；定量化学时期，即近代化学时期；定量化学时期，即近代化学时期；化学相互渗透时期，即现代化学时期。化学相互渗透时期，即现代化学时期。第3页，共104页。一、现代化学的兴起1、化学是什么？化学的内涵随时代前进而改变化学发展史大致分为四个时期化学发展史大致分为四个时期从公元前从公元前1500年到公元年到公元1650年，年，为为炼丹术炼丹术和和炼金术炼金术时期。时期。这一时期积累了许多物质间的化学变化，为化学的进一步发这一时期积累了许多物质间的化学变化，为化学的进一步发展准备了丰富的素材。这是化学史上令我们惊叹的雄浑的一幕。展准备了丰富的素材。这是化学史上令我们惊叹的雄
3、浑的一幕。v第一个时期第一个时期 炼丹术和医药化学时期炼丹术和医药化学时期在欧洲文艺复兴时期，出版了一些有关化学的书籍，第在欧洲文艺复兴时期，出版了一些有关化学的书籍，第一次有了一次有了“化学化学”这个名词。英语的这个名词。英语的chemistry起源于起源于alchemy，即炼金术。即炼金术。chemist至今还保留着两个相关的含义至今还保留着两个相关的含义：化学家和药剂师化学家和药剂师。这些可以说是化学脱胎于炼金术和制药业的文。这些可以说是化学脱胎于炼金术和制药业的文化遗迹了。化遗迹了。第4页，共104页。化学发展史大致分为四个时期从公元前1 5 0 0 年到公元1 6 5 0 年化学发展
4、史大致分为四个时期化学发展史大致分为四个时期v第二个时期第二个时期 燃素化学时期燃素化学时期从从1650年到年到1775年，随着冶金工业和实验室经验的积累，人年，随着冶金工业和实验室经验的积累，人们总结感性知识，认为可燃物能够燃烧是因为它含有们总结感性知识，认为可燃物能够燃烧是因为它含有“燃素燃素”，燃烧的过程是可燃物中燃素放出的过程，可燃物放出燃素燃烧的过程是可燃物中燃素放出的过程，可燃物放出燃素后成为灰烬。后成为灰烬。炼丹术、炼金术几经盛衰，使人们更多地看到了它荒唐的一面。炼丹术、炼金术几经盛衰，使人们更多地看到了它荒唐的一面。化学方法转而在化学方法转而在医药医药和和冶金冶金方面得到了正当
5、发挥。方面得到了正当发挥。第5页，共104页。化学发展史大致分为四个时期第二个时期 燃素化学时期从1 6化学发展史大致分为四个时期化学发展史大致分为四个时期v第三个时期第三个时期定量化学时期，即定量化学时期，即近代化学近代化学时期时期17751777年，拉瓦锡用定量化学实验阐述了燃烧的氧化学说，年，拉瓦锡用定量化学实验阐述了燃烧的氧化学说，开创了定量化学时期。开创了定量化学时期。这一时期建立了不少化学基本定律，提出了原子学说，发这一时期建立了不少化学基本定律，提出了原子学说，发现了元素周期律，发展了有机结构理论。现了元素周期律，发展了有机结构理论。所有这一切都为现代化学的发展奠定了坚实的基础。
6、所有这一切都为现代化学的发展奠定了坚实的基础。1777年年，法国的拉瓦锡发表燃烧概论推翻了燃素说。，法国的拉瓦锡发表燃烧概论推翻了燃素说。v第四个时期第四个时期科学相互渗透时期，既科学相互渗透时期，既现代化学现代化学时期时期第6页，共104页。化学发展史大致分为四个时期第三个时期定量化学时期，即近代化学的内涵化学的内涵在在19世纪，恩格斯认为：世纪，恩格斯认为：“化学研究是化学研究是原子的科学原子的科学”自自然辩证法然辩证法。因为化学是研究化学变化，即改变原子的。因为化学是研究化学变化，即改变原子的组合组合和和排布排布，而原子本身不变的科学。，而原子本身不变的科学。化学从研究原子、分子片、分子
7、、超分子、生物大分子到分化学从研究原子、分子片、分子、超分子、生物大分子到分子的各种不同尺度和不同复杂程度的聚集态的合成反应、分离子的各种不同尺度和不同复杂程度的聚集态的合成反应、分离和分析、结构形态、物理性能和生物活性及其规律和应用的科和分析、结构形态、物理性能和生物活性及其规律和应用的科学。学。v近代化学的内涵近代化学的内涵20世纪，人们认为：世纪，人们认为：“化学是研究化学是研究分子的科学分子的科学。”v现代化学的内涵现代化学的内涵第7页，共104页。化学的内涵在1 9 世纪，恩格斯认为：“化学研究是原子的科学”2、现代化学的兴起、现代化学的兴起1803年道尔顿提出原子论，年道尔顿提出原
8、子论，其主要内容：物质是由具有一其主要内容：物质是由具有一定质量的原子构成的；元素是由同一种类的原子构成的；化定质量的原子构成的；元素是由同一种类的原子构成的；化合物是由构成该化合物成分的元素的原子结合而成的；原子合物是由构成该化合物成分的元素的原子结合而成的；原子是化学作用的最小单位，它在化学变化中不会改变。是化学作用的最小单位，它在化学变化中不会改变。v19 世纪的近代化学是从道尔顿世纪的近代化学是从道尔顿原子论原子论、门捷列夫、门捷列夫元素周期律元素周期律等在原子的层次上认识和研究化学。等在原子的层次上认识和研究化学。1869年俄国科学家门捷列夫发现了元素周期律和元素周期表，年俄国科学家
9、门捷列夫发现了元素周期律和元素周期表，使化学世界变得有规律可循。使化学世界变得有规律可循。第8页，共104页。2、现代化学的兴起1 8 0 3 年道尔顿提出原子论，其主要内容：物v原子论的意义原子论的意义原子论成功地解释了不少化学现象；原子论成功地解释了不少化学现象；在理论上统一解释了一些化学基本定律和化学实验事实，在理论上统一解释了一些化学基本定律和化学实验事实，揭示了质量守恒定律、当量定律、定比定律和倍比定律的内揭示了质量守恒定律、当量定律、定比定律和倍比定律的内在联系。在联系。标志着人类对物质结构的认识前进了一大步。为以后物标志着人类对物质结构的认识前进了一大步。为以后物理、化学、生物的
10、发展奠定了理论基础，特别是促进了化理、化学、生物的发展奠定了理论基础，特别是促进了化学的迅速发展，开辟了化学全面、系统发展的新时期。学的迅速发展，开辟了化学全面、系统发展的新时期。化学由宏观进入到微观的层次，使化学研究建立在原子和分子水化学由宏观进入到微观的层次，使化学研究建立在原子和分子水平的基础上。平的基础上。第9页，共104页。原子论的意义原子论成功地解释了不少化学现象；第9 页，共1 0 42、现代化学的兴起、现代化学的兴起 v20世纪人类对物质需求的日益增加以及科学技术的迅猛发展，世纪人类对物质需求的日益增加以及科学技术的迅猛发展，极大地推动了化学学科自身的发展。极大地推动了化学学科
11、自身的发展。v由于由于物理学物理学的长足的长足发展发展，使化学和物理学有了更多共同，使化学和物理学有了更多共同的语言，解决了化学上许多未决的问题，的语言，解决了化学上许多未决的问题，化学理论化学理论逐步逐步完完善善。19 世纪末，物理学上出现了三大发现，即世纪末，物理学上出现了三大发现，即X 射线射线、放射性放射性和和电电子子。这些新发现猛烈地冲击了道尔顿关于原子不可分割的观念，。这些新发现猛烈地冲击了道尔顿关于原子不可分割的观念，从而打开了原子和原子核内部结构的大门，揭露了微观世从而打开了原子和原子核内部结构的大门，揭露了微观世界中界中更深层次的奥秘。更深层次的奥秘。第10页，共104页。2
12、、现代化学的兴起 2 0 世纪人类对物质需求的日益增加以及科学2、现代化学的兴起、现代化学的兴起 热力学等物理学理论引入化学以后，利用化学平衡和反应热力学等物理学理论引入化学以后，利用化学平衡和反应速度的概念，可以判断化学反应中物质转化的方向和条件，速度的概念，可以判断化学反应中物质转化的方向和条件，从而开始建立了从而开始建立了物理化学物理化学，把化学从理论上提高到了一个新的，把化学从理论上提高到了一个新的水平。水平。用量子力学的基本原理和方法研究化学问题，在量子力学建立的用量子力学的基本原理和方法研究化学问题，在量子力学建立的基础上发展起来的化学键理论，使人类进一步了解了分子结构与基础上发展
13、起来的化学键理论，使人类进一步了解了分子结构与性能的关系。性能的关系。v化学不仅形成了完整的理论体系，而且在理论的指导下，化学不仅形成了完整的理论体系，而且在理论的指导下，化学实践为人类创造了丰富的物质。且从化学实践为人类创造了丰富的物质。且从19世纪的近代化世纪的近代化学进步到学进步到20世纪的现代化学世纪的现代化学。第11页，共104页。2、现代化学的兴起 热力学等物理学理论引入化学以后，利用化学3、现代化学与其它学科相互交叉、渗透现代化学与其它学科相互交叉、渗透现代化学的兴起使化学从无机化学和有机化学的基础上，现代化学的兴起使化学从无机化学和有机化学的基础上，发展成为多分支学科的科学，开
14、始建立了以无机化学、有机发展成为多分支学科的科学，开始建立了以无机化学、有机化学、分析化学、物理化学和高分子化学为分支学科的化学化学、分析化学、物理化学和高分子化学为分支学科的化学学科学科。现代化学在分子的层次上认识和研究化学。如对组成分子的现代化学在分子的层次上认识和研究化学。如对组成分子的化学键的本质、分子的化学键的本质、分子的强强相互作用和相互作用和弱弱相互作用、分子催化、相互作用、分子催化、分子的结构与功能关系的认识。分子的结构与功能关系的认识。化学向生物学学科渗透，使过去很难解决的蛋白质、酶化学向生物学学科渗透，使过去很难解决的蛋白质、酶等结构问题得到深入的研究；对生物分子的结构与功
15、能关等结构问题得到深入的研究；对生物分子的结构与功能关系的研究促进了生命科学的发展系的研究促进了生命科学的发展。第12页，共104页。3、现代化学与其它学科相互交叉、渗透现代化学的兴起使化学从无二、化学学科的地位和成就二、化学学科的地位和成就1.化学学科的地位化学学科的地位人类生存：人类生存：20世纪初，化学提供肥料（合成氨），合成高分子世纪初，化学提供肥料（合成氨），合成高分子材料，石油化工产品。材料，石油化工产品。v20世纪人类认识和利用物质经历了人类生存、人类生存质世纪人类认识和利用物质经历了人类生存、人类生存质量、人类生存安全三个历史阶段。量、人类生存安全三个历史阶段。人类生存质量：人
16、类生存质量：化学创造了许多饲料和肥料添加剂，食品添化学创造了许多饲料和肥料添加剂，食品添加剂，生产更多、更可口食物；创造了许多功能材料；创造了加剂，生产更多、更可口食物；创造了许多功能材料；创造了许多药物和诊断方法，战胜和消灭了一些疾病。许多药物和诊断方法，战胜和消灭了一些疾病。人类生存安全：人类生存安全：20世纪末资源问题？环境问题？世纪末资源问题？环境问题？第13页，共104页。二、化学学科的地位和成就1.化学学科的地位人类生存：2 0 世1.化学学科的地位化学学科的地位信息技术：信息技术：包括无线电、半导体、芯片、集成电路、计算机、包括无线电、半导体、芯片、集成电路、计算机、通讯和网络等
17、的；通讯和网络等的；生物技术：生物技术：基因重组、克隆和生物芯片等；基因重组、克隆和生物芯片等；核科学和核武器技术；核科学和核武器技术；航空航天和导弹技术；航空航天和导弹技术；激光技术：激光技术：纳米技术：纳米技术：v20世纪发明了六大技术世纪发明了六大技术v但很少人提到包括新药物、新材料、高分子、化肥、农药、化但很少人提到包括新药物、新材料、高分子、化肥、农药、化学合成技术。学合成技术。v上述六大技术均与化学密不可分。上述六大技术均与化学密不可分。第14页，共104页。1.化学学科的地位信息技术：包括无线电、半导体、芯片、集成1.化学学科的地位化学学科的地位v其实，化学在其实，化学在20世纪
18、的成就用世纪的成就用“空前辉煌空前辉煌”来描述，是来描述，是并不过分的。上述六大技术如果缺少一两个，人类照样并不过分的。上述六大技术如果缺少一两个，人类照样生存。但是：生存。但是：v如果没有如果没有哈勃哈勃发明的发明的高压合成氨技术高压合成氨技术和以后的合成尿素技术，和以后的合成尿素技术，合成第一、二、三代农药，世界粮食产量至少要减半，合成第一、二、三代农药，世界粮食产量至少要减半，60亿亿人口中的人口中的30亿就会饿死。亿就会饿死。哈勃也因此获诺贝尔奖。哈勃也因此获诺贝尔奖。v此后，此后，C博施博施改进了哈勃流程也获诺贝尔奖。所以国外传媒把改进了哈勃流程也获诺贝尔奖。所以国外传媒把“哈勃流程
19、哈勃流程”评为评为20世纪最重大的发明。世纪最重大的发明。第15页，共104页。1.化学学科的地位其实，化学在2 0 世纪的成就用“空前辉煌”1.化学学科的地位化学学科的地位v如果没有合成新分子、新材料，上述六大技术无法实现。如果没有合成新分子、新材料，上述六大技术无法实现。v如果没有合成各种如果没有合成各种抗生素抗生素和大量和大量新药物新药物的技术，人类不能控制的技术，人类不能控制传染病和缓解心脑血管病，平均寿命要缩短传染病和缓解心脑血管病，平均寿命要缩短25年；年；v如果没有合成纤维、合成塑料、合成橡胶的技术，人类生活要受如果没有合成纤维、合成塑料、合成橡胶的技术，人类生活要受到很大影响；
20、到很大影响；第16页，共104页。1.化学学科的地位如果没有合成新分子、新材料，上述六大技术 在在1985年，美国学者年，美国学者G.C.pimentel(皮门特尔皮门特尔)在在化学中的机化学中的机会会今天和明天一书中指出：今天和明天一书中指出：“化学是一门中心科学化学是一门中心科学。”1.化学学科的地位化学学科的地位化学一方面不断借助于其它学科，特别是物理学、电子化学一方面不断借助于其它学科，特别是物理学、电子学和计算机技术的发展而得到了快速的发展学和计算机技术的发展而得到了快速的发展；化学另一方面其本身也日益渗透到其它学科中，为这些学科的化学另一方面其本身也日益渗透到其它学科中，为这些学科
21、的发展提供理论基础、工艺途径和测试手段。发展提供理论基础、工艺途径和测试手段。化学与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和化学与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学等核科学等八大新兴科学八大新兴科学紧密联系、交叉和渗透。紧密联系、交叉和渗透。第17页，共104页。在1 9 8 5 年，美国学者G.C.p i m e n t e l(皮门(1)化学是一门承上启下的化学是一门承上启下的中心科学中心科学 如果把科学比拟为长江如果把科学比拟为长江各门学科可按研究对象从简单到复杂分为：各门学科可按研究对象从简单到复杂分为：上游上游 中游中游 下游下游重庆重庆 武汉武汉 上海上海数学数学
22、物理物理 化学化学 生物学生物学 领头学科领头学科 中心学科中心学科 前沿学科前沿学科 化学要用数、理；生物学要用数、理、化；医学要用化学要用数、理；生物学要用数、理、化；医学要用数、理、化、生。数、理、化、生。第18页，共104页。(1)化学是一门承上启下的中心科学 (2)化学化学又是一门社会迫切需要的中心科学又是一门社会迫切需要的中心科学化学为人类的衣、食、住、行提供了数不清的物质保证，化学为人类的衣、食、住、行提供了数不清的物质保证，在改善人民生活，提高人类的健康水平方面作出了应有的在改善人民生活，提高人类的健康水平方面作出了应有的贡献。贡献。v化学与社会发展有密切关系。化学与社会发展有
23、密切关系。1997年原美国化学会主席年原美国化学会主席R.Breslow(布里斯罗布里斯罗)写写有一书，名有一书，名叫叫化学的今天和明天化学的今天和明天一门中心的、实用的和创造性的科一门中心的、实用的和创造性的科学学。第19页，共104页。(2)化学又是一门社会迫切需要的中心科学化学为人类的衣、食、(3)化学是与其它科学紧密的联系、交叉和渗透的中心科学化学是与其它科学紧密的联系、交叉和渗透的中心科学 v今天，在人类社会发展过程中迫切需要解决的几个重大问今天，在人类社会发展过程中迫切需要解决的几个重大问题：题：环境、粮食、能源、生命进化环境、粮食、能源、生命进化等，都需要化学的参与。等，都需要化
24、学的参与。v化学家们运用化学的观点来观察和思考社会问题，用化学的知识化学家们运用化学的观点来观察和思考社会问题，用化学的知识来分析和解决这些问题。来分析和解决这些问题。v化学与其他学科的相互交叉与渗透，产生了很多边缘学科，化学与其他学科的相互交叉与渗透，产生了很多边缘学科，如生物化学、地球化学、宇宙化学、海洋化学、大气化学等等，如生物化学、地球化学、宇宙化学、海洋化学、大气化学等等，使得生物、电子、航天、激光、地质、海洋等科学技术迅猛发使得生物、电子、航天、激光、地质、海洋等科学技术迅猛发展展。v因此，因此，20世纪的化学在推动人类进步和科技发展中起了核心世纪的化学在推动人类进步和科技发展中起
25、了核心的作用。的作用。第20页，共104页。(3)化学是与其它科学紧密的联系、交叉和渗透的中心科学 v可是，化学取得的辉煌成就，并未获得社会应有的认可。在交叉学可是，化学取得的辉煌成就，并未获得社会应有的认可。在交叉学科中化学放弃了冠名权。例如：科中化学放弃了冠名权。例如：生物化学生物化学分子生物学分子生物学生物大分子的结构化学生物大分子的结构化学结构生物学结构生物学生物大分子的物理化学生物大分子的物理化学凝聚态物理学凝聚态物理学溶液理论、胶体化学溶液理论、胶体化学软物质物理学软物质物理学量子化学量子化学原子分子物理学原子分子物理学第21页，共104页。可是，化学取得的辉煌成就，并未获得社会应
26、有的认可。在交叉学科人类基因组计划的主要内容之一实际上是基因测序，是人类基因组计划的主要内容之一实际上是基因测序，是分析化学和凝胶色层等分析化学和凝胶色层等分离化学分离化学，但社会上只知道，但社会上只知道基因学基因学。分子芯片、分子马达、分子导线、分子计算机都是化学分子芯片、分子马达、分子导线、分子计算机都是化学家开始的，但开创研究家却不提出家开始的，但开创研究家却不提出“化学器件学化学器件学”这一名词，这一名词，而微电子学家马上称之为而微电子学家马上称之为“分子电子学分子电子学”。第22页，共104页。人类基因组计划的主要内容之一实际上是基因测序，是分析化学和凝由细菌代谢产生的某些物质形成聚
27、合物,再加工成各种能在环境中被微生物降解的新型高分子材料。矿物质资源高效利用中存在的关键科学问题的研究：包括复杂矿物质的相结构、性能及多组元间相互作用与自催化特性；这是化学史上令我们惊叹的雄浑的一幕。可是，化学取得的辉煌成就，并未获得社会应有的认可。在100年中，化学合成和分离了2000多万种新物质、新药物、新材料、新分子以满足人类生活和高新技术发展的需要。现代研究已发现，动脉粥样硬化、静脉血栓形成与胆石症与高胆固醇血症有密切的相关性。了解有机合成材料的使用对人类生活质量的影响；上述六大技术均与化学密不可分。化学一方面不断借助于其它学科，特别是物理学、电子学和计算机技术的发展而得到了快速的发展
28、；由哈佛大学的Kishi领导24名博士和博士后，经8年抗战，1989年完成了全合成。20世纪初，由于对分子结构和药理作用的深入研究，药物化学迅速发展，并成为化学学科一个重要领域。其中化学键理论的不断完善，高分子出现，有机合成中的理论与实验的交互发展，对化学反应的微观层次的探索，蛋白质、核酸、糖等生命物质的研究，直至纳米科学、组合化学等的出现，贯穿了整个世纪。锂锰氧化物及其它过渡金属化合物正极材料的合成及嵌脱锂电化学过程的研究；2.20世纪化学的重大成就世纪化学的重大成就v20世纪的化学成就，表现在理论、实验、应用等多方面。其中化世纪的化学成就，表现在理论、实验、应用等多方面。其中化学键理论的不
29、断完善，高分子出现，有机合成中的理论与实验的学键理论的不断完善，高分子出现，有机合成中的理论与实验的交互发展，对化学反应的微观层次的探索，蛋白质、核酸、糖等交互发展，对化学反应的微观层次的探索，蛋白质、核酸、糖等生命物质的研究，直至纳米科学、组合化学等的出现，贯穿了整生命物质的研究，直至纳米科学、组合化学等的出现，贯穿了整个世纪。个世纪。(1)在化学理论方面：在化学理论方面：20世纪在放射性和铀裂变的重人发现，能源利用方面一个重大突世纪在放射性和铀裂变的重人发现，能源利用方面一个重大突破是核能的释放和可控利用。仅此领域就产生了破是核能的释放和可控利用。仅此领域就产生了6项诺贝尔奖。项诺贝尔奖。
30、v原子结构原子结构第23页，共104页。由细菌代谢产生的某些物质形成聚合物,再加工成各种能在环境中(1)在化学理论方面在化学理论方面量子理论应用于化学领域后，使化学不仅只是一门实验科学。量子力量子理论应用于化学领域后，使化学不仅只是一门实验科学。量子力学为对化学键的更基本理解提供了一种工具。在研究分子结构时产生学为对化学键的更基本理解提供了一种工具。在研究分子结构时产生了很多化学理论和概念：了很多化学理论和概念：价键理论、分子轨道理论、杂货轨道理论；价键理论、分子轨道理论、杂货轨道理论；共价半径、金属半径、电负性标度等，这些概念的应用，对现共价半径、金属半径、电负性标度等，这些概念的应用，对现
31、代化学、凝聚态物理的发展都有着巨大意义。代化学、凝聚态物理的发展都有着巨大意义。化学键和量子化学理论的发展足足花了半个世纪的时间，让化学化学键和量子化学理论的发展足足花了半个世纪的时间，让化学家由浅入深，认识分子的本质及其相互作用的基本原理，从而让人家由浅入深，认识分子的本质及其相互作用的基本原理，从而让人们进入分子的理性设计的高层次领域，创造新的功能分子，如药物们进入分子的理性设计的高层次领域，创造新的功能分子，如药物设计、新材料设计等。这也是设计、新材料设计等。这也是20世纪化学的一个重大突破。世纪化学的一个重大突破。v量子理论应用于化学领域量子理论应用于化学领域第24页，共104页。(1
32、)在化学理论方面量子理论应用于化学领域后，使化学不仅只(2)合成化学的成就合成化学的成就v徐光宪说：徐光宪说：“化学的核心是合成化学化学的核心是合成化学”。创造新物质是化学家的首。创造新物质是化学家的首要任务。要任务。20世纪合成化学得到了极大的发展。在世纪合成化学得到了极大的发展。在20世纪的世纪的100年中，合成化学取得了空前辉煌的成就。年中，合成化学取得了空前辉煌的成就。v1900年在年在Chemical Abstracts(CA)上登录的从自然界中分离出来的上登录的从自然界中分离出来的和人工合成的已知化合物只有和人工合成的已知化合物只有55万种。万种。2001 年发展到年发展到3771
33、万。万。v在在100年中，化学合成和分离了年中，化学合成和分离了2000多万种新物质、新药物、多万种新物质、新药物、新材料、新分子以满足人类生活和高新技术发展的需要。新材料、新分子以满足人类生活和高新技术发展的需要。物种数巨增物种数巨增第25页，共104页。(2)合成化学的成就徐光宪说：“化学的核心是合成化学”。创年份年份已知化合物数目（万）已知化合物数目（万）1900 551945 110（大约（大约45年加倍）年加倍）1970 236.7（大约（大约25年加倍）年加倍）1975 414.81980 593（大约（大约10年加倍）年加倍）1985 7851990 1057.6（大约（大约10
34、年加倍）年加倍）1999 20002001 3771v化学物质是以化学物质是以指数函数指数函数的形式向前发展。的形式向前发展。(2)合成化学的成就合成化学的成就第26页，共104页。年份已知化合物数目（万）1 9 0 0 5 5 1 9 4 5 1 1 0（(2)合成化学的成就合成化学的成就v在这在这2000万种化合物中，绝大多数是化学家合成的，几乎又创造万种化合物中，绝大多数是化学家合成的，几乎又创造出了一个新的自然界。差不多所有的己知天然化合物以及化学家出了一个新的自然界。差不多所有的己知天然化合物以及化学家感兴趣的具有特定功能的非天然化合物都能够通过化学合成的方感兴趣的具有特定功能的非天
35、然化合物都能够通过化学合成的方法来获得。法来获得。v在合成化学领域共获得在合成化学领域共获得41项诺贝尔奖项诺贝尔奖。v没有别的科学能像化学那样制造出如此众多的新分子、新物质。没有别的科学能像化学那样制造出如此众多的新分子、新物质。第27页，共104页。(2)合成化学的成就在这2 0 0 0 万种化合物中，绝大多数是化被合成出来生物大分子如被合成出来生物大分子如:(2)合成化学的成就合成化学的成就胆固醇胆固醇维生素维生素B12牛胰岛素牛胰岛素红霉素红霉素海葵毒素海葵毒素第28页，共104页。被合成出来生物大分子如:(2)合成化学的成就胆固醇第2 8HO胆固醇的结构为：胆固醇的结构为：v胆固醇在
36、体内有着广泛的生理作用，形成胆酸、构成细胞膜、合成胆固醇在体内有着广泛的生理作用，形成胆酸、构成细胞膜、合成激素（如荷尔蒙）等。激素（如荷尔蒙）等。v胆固醇，别名胆甾醇，是一种胆固醇，别名胆甾醇，是一种类固醇类固醇及甾醇，化学式为及甾醇，化学式为C27H46O。固态之下是一种无色的结晶。胆固醇广泛存在于。固态之下是一种无色的结晶。胆固醇广泛存在于动物动物体体的的细胞膜细胞膜中。胆固醇是在中。胆固醇是在1784年在年在胆石胆石症中首次被症中首次被发现发现，因此，因此而得名。而得名。v胆固醇在人体内扮演着重要角色，可说是一种与生命现象息胆固醇在人体内扮演着重要角色，可说是一种与生命现象息息相关的重
37、要化合物。息相关的重要化合物。第29页，共104页。胆固醇的结构为：胆固醇在体内有着广泛的生理作用，形成胆酸、构v1952年完成胆甾醇的全合成。年完成胆甾醇的全合成。v甾甾v德国化学家德国化学家维兰德维兰德和和温道斯温道斯因研究胆固醇获因研究胆固醇获诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖。v胆固醇在体内过量时便会导致高胆固醇血症，对机体产生不利的影胆固醇在体内过量时便会导致高胆固醇血症，对机体产生不利的影响。现代研究已发现，动脉粥样硬化、静脉血栓形成与胆石症与高响。现代研究已发现，动脉粥样硬化、静脉血栓形成与胆石症与高胆固醇血症有密切的相关性。胆固醇血症有密切的相关性。第30页，共104页。1 9 5 2
38、年完成胆甾醇的全合成。甾德国化学家维兰德和温道斯因研v维生素维生素B12又叫又叫钴胺素钴胺素OOHHCoNOHC332CHON32CHONCHONHON2CHONHNNNNNNHHHHHHHC3HCHCHC3HHHHHONH2CONH2H2NOCCH3CH3CH3OH3CPOOOO-HHHHNH3CH3C123578910111213141516171819+ON6NCADB24VB12的分子结构如右的分子结构如右图所示图所示第31页，共104页。维生素B 1 2 又叫钴胺素V B 1 2 的分子结构如右图所示第3 1 页，v维生素维生素B12的生理功能主要有两个：的生理功能主要有两个：v维生
39、素维生素B12是需要一种肠道分泌物（是需要一种肠道分泌物（内源因子内源因子）帮助才能被吸收的）帮助才能被吸收的惟一的一种维生素。有的人由于肠胃异常，惟一的一种维生素。有的人由于肠胃异常，缺乏缺乏这种内源因子，这种内源因子，即使膳食中来源充足也会患恶性贫血。即使膳食中来源充足也会患恶性贫血。v自然界中的维生素自然界中的维生素B12都是微生物合成的，高等动植物不能制造都是微生物合成的，高等动植物不能制造维生素维生素B12。参与蛋氨酸、胸腺嘧啶等的合成参与蛋氨酸、胸腺嘧啶等的合成；保护叶酸在细胞内的转移和贮存。保护叶酸在细胞内的转移和贮存。第32页，共104页。维生素B 1 2 的生理功能主要有两个
40、：维生素B 1 2 是需要一种肠道VB12的的全合成全合成 v在合成维生素在合成维生素B12的过程中，共的过程中，共14个国家个国家110位化学家做了近千位化学家做了近千个复杂的有机合成实验，历时个复杂的有机合成实验，历时11年，年，1973年终于完成了全合成工年终于完成了全合成工作。作。v其关键中间体有其关键中间体有9个不对称碳原子个不对称碳原子,应有应有512个异构体个异构体,共需共需95步步反应。反应。v霍夫曼霍夫曼和和福井谦一福井谦一两位科学家在维生素两位科学家在维生素B12的合成中创立了的合成中创立了“分分子轨道对称守恒原理子轨道对称守恒原理”。获得。获得诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖。第
41、33页，共104页。V B 1 2 的全合成 在合成维生素牛胰岛素结晶牛胰岛素结晶牛胰岛素分子模型牛胰岛素分子模型v1965年，我国的科学工作者在世界上第一次用化学方法合成了年，我国的科学工作者在世界上第一次用化学方法合成了具有生物活性的蛋白质具有生物活性的蛋白质结晶牛胰岛素结晶牛胰岛素。第34页，共104页。牛胰岛素结晶牛胰岛素分子模型1 9 6 5 年，我国的科学工作者在世v牛胰岛素的全合成：牛胰岛素的全合成：v从从1958年开始，中国科学院上海生物化学研究所、中国科学年开始，中国科学院上海生物化学研究所、中国科学院上海有机化学研究所和北京大学生物系三个单位联合，在前院上海有机化学研究所和
42、北京大学生物系三个单位联合，在前人对牛胰岛素结构和肽链合成方法研究的基础上，开始探索用人对牛胰岛素结构和肽链合成方法研究的基础上，开始探索用化学方法合成胰岛素。化学方法合成胰岛素。v1965年年9月月17日完成了结晶牛胰岛素的全合成。经过严格鉴定，它日完成了结晶牛胰岛素的全合成。经过严格鉴定，它的结构、生物活力、物理化学性质、结晶形状都和天然的牛胰岛素完的结构、生物活力、物理化学性质、结晶形状都和天然的牛胰岛素完全一样。这是世界上第一个人工合成的蛋白质，为人类认识生命、揭全一样。这是世界上第一个人工合成的蛋白质，为人类认识生命、揭开生命奥秘迈出了可喜的一大步。这项成果获开生命奥秘迈出了可喜的一
43、大步。这项成果获1982年中国自然科学年中国自然科学一等奖。一等奖。v人工合成牛胰岛素是用于糖尿病患者，体内缺乏所补充的人工合成牛胰岛素是用于糖尿病患者，体内缺乏所补充的蛋白质。蛋白质。第35页，共104页。牛胰岛素的全合成：从1 9 5 8 年开始，中国科学院上海生物化学研v红霉素红霉素是由红霉素链霉菌所产生的大环内酯系的代表性的是由红霉素链霉菌所产生的大环内酯系的代表性的抗生素抗生素，基结构为：，基结构为：MeOHOHOOHOHHOOHOHOMeMeMeMeMeMeMeMeONMeOOMeOMe第36页，共104页。红霉素是由红霉素链霉菌所产生的大环内酯系的代表性的抗生素，基红霉素的全合成
44、红霉素的全合成C37H68O12N18个个C*218=262144种立体异构体，但只有一个是正确的种立体异构体，但只有一个是正确的。这还不这还不包括构造异构。被包括构造异构。被Woodward（伍德沃德伍德沃德）称为）称为“绝望的化绝望的化合物合物”1982年被年被Woodward的小组合成出来。标志着有机合成由的小组合成出来。标志着有机合成由必然必然王国王国达到达到自由王国自由王国。第37页，共104页。红霉素的全合成C 3 7 H 6 8 O 1 2 N 1 8 个C*2 1 8v20世纪世纪80年代，我国科学工作者在世界上首次用人工方法合年代，我国科学工作者在世界上首次用人工方法合成了一
45、种具有与天然分子相同化学结构和完整生物活性的成了一种具有与天然分子相同化学结构和完整生物活性的核糖核糖核酸。核酸。第38页，共104页。2 0 世纪8 0 年代，我国科学工作者在世界上首次用人工方法合成了海葵毒素结构为：海葵毒素结构为：OOOHOHOHHOOHOHHOOHOHOHHOOONHOHHOHOHOHHOHOHOHOOHOHOOHOHOHOHOHOOHOHOHOHHOOHOHOHOHHOHOOHOOOOH2NOHONOHOHOHOMeMeMeMe2050677190103108351115第39页，共104页。海葵毒素结构为：第3 9 页，共1 0 4 页。v海葵毒素是从海洋生物中分离
46、的一种毒素，种类很多。它是海葵毒素是从海洋生物中分离的一种毒素，种类很多。它是迄今为止在非蛋白毒素中毒性最强的化合物，迄今为止在非蛋白毒素中毒性最强的化合物，v海葵毒素具有镇静、止咳、降压、抗凝、抗菌、抗癌、兴奋海葵毒素具有镇静、止咳、降压、抗凝、抗菌、抗癌、兴奋平滑肌等作用。平滑肌等作用。v分子中有分子中有64个手性碳和个手性碳和7个骨架内双键，异构体数为个骨架内双键，异构体数为271个个(近乎阿佛加德罗常数！近乎阿佛加德罗常数！)，是目前已发现的最复杂的化合物。，是目前已发现的最复杂的化合物。v由哈佛大学的由哈佛大学的Kishi领导领导24名博士和博士后，经名博士和博士后，经8年抗战，年抗
47、战，1989年完成了全合成。年完成了全合成。第40页，共104页。海葵毒素是从海洋生物中分离的一种毒素，种类很多。它是迄今为止(2)合成化学的成就合成化学的成就v许多新技术被用于合成，例如，超低温合成、高温合成、高许多新技术被用于合成，例如，超低温合成、高温合成、高压合成、电解合成、光合成、声合成、微波合成、等离子体合压合成、电解合成、光合成、声合成、微波合成、等离子体合成、固相合成、仿生合成等等成、固相合成、仿生合成等等。发现和创造的新反应、新合成发现和创造的新反应、新合成方法、新化学理论数不胜数。方法、新化学理论数不胜数。新技术被使用新技术被使用第41页，共104页。(2)合成化学的成就许
48、多新技术被用于合成，例如，超低温合成(3)高分子科学和材料高分子科学和材料v进入进入20世纪，化学家们对高分子化合物这类巨人的分子感世纪，化学家们对高分子化合物这类巨人的分子感兴趣，因为这是一类具有非常大的实用意义的物质，而且兴趣，因为这是一类具有非常大的实用意义的物质，而且在研究时发现这种巨大的分子具有独特的科学研究意义。在研究时发现这种巨大的分子具有独特的科学研究意义。v1920年施陶丁格提出了高分子这个概念，之后高分子化合物的年施陶丁格提出了高分子这个概念，之后高分子化合物的合成方法、理论、催化剂、新化合物等不断被报道，使高分子合成方法、理论、催化剂、新化合物等不断被报道，使高分子科学逐
49、渐形成。科学逐渐形成。第42页，共104页。(3)高分子科学和材料进入2 0 世纪，化学家们对高分子化合物知道化学是在原子-分子层面上研究物质的组成、结构、性能、变化规律和合成的一门科学。一方面，经典的成分和含量的分析方法仍在不断改进，分析灵敏度从常量发展到微量、超微量、痕量；第60页，共104页。利用化学反应和过程来制造产品的化学过程工业包括：化学工业、精细化工、石油化工、制药工业、日用化工、橡胶工业、造纸工业、玻璃和建材工业、钢铁工业、纺织工业、皮革工业、饮食工业等。如果没有合成各种抗生素和大量新药物的技术，人类不能控制传染病和缓解心脑血管病，平均寿命要缩短25年；知道化学是在原子-分子层
50、面上研究物质的组成、结构、性能、变化规律和合成的一门科学。(3)化学是与其它科学紧密的联系、交叉和渗透的中心科学由哈佛大学的Kishi领导24名博士和博士后，经8年抗战，1989年完成了全合成。20世纪初，由于对分子结构和药理作用的深入研究，药物化学迅速发展，并成为化学学科一个重要领域。第88页，共104页。第38页，共104页。第66页，共104页。化学相互渗透时期，即现代化学时期。第94页，共104页。量子理论应用于化学领域标志着人类对物质结构的认识前进了一大步。其中化学键理论的不断完善，高分子出现，有机合成中的理论与实验的交互发展，对化学反应的微观层次的探索，蛋白质、核酸、糖等生命物质的
