化学学科的发展现状与未来

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1、化学学科的发展、现状与未来化学学科的发展、现状与未来1 1 化学学科发展的简单回顾化学学科发展的简单回顾2 2 化学学科的内涵及其地位作用化学学科的内涵及其地位作用3 213 21世纪化学学科的发展趋势世纪化学学科的发展趋势4 4 化学学科前沿介绍化学学科前沿介绍 绿色化学绿色化学 超分子化学超分子化学邵邵 爽爽浙江教育学院浙江教育学院 理工学院理工学院 1358815158611 化学学科发展的简单回顾化学学科发展的简单回顾 远古的化学远古的化学实用技术实用技术 如：冶金、火药、造纸等。 近代化学近代化学基本理论的建立基本理论的建立 如：质量守恒定律、燃烧学说、阿佛加德罗定律、原子论、分子论

2、、电离学说、酸碱理论等。 现代化学现代化学物质结构理论和合成化学物质结构理论和合成化学 如：杂化轨道理论（如：杂化轨道理论（VB法）、分子轨道理论（法）、分子轨道理论（MO法）、配位场理论、法）、配位场理论、逆合成、手性合成、绿色化学、组合化学、分子设计等。逆合成、手性合成、绿色化学、组合化学、分子设计等。 未来的化学未来的化学综合学科发展的科学综合学科发展的科学 如：深入研究原子组合分子的方法和技巧如：深入研究原子组合分子的方法和技巧;研究分子以上层次的现研究分子以上层次的现象象;与其他学科渗透、交叉联合与其他学科渗透、交叉联合;科学科学技术技术生产、必须创新、理论生产、必须创新、理论与实验

3、并驾齐驱、学科界限越来越模糊等。与实验并驾齐驱、学科界限越来越模糊等。216611661年年 波义耳在其著名论文波义耳在其著名论文“怀疑派的化学家怀疑派的化学家”中提出中提出 “元素元素”的概念，从而化学被确定为一门学科。的概念，从而化学被确定为一门学科。18031803年年 道尔顿提出道尔顿提出原子论原子论。18111811年年 阿伏加德罗提出了阿伏加德罗提出了“分子分子”的概念。的概念。18601860年年 康尼查罗提出了康尼查罗提出了原子原子- -分子论分子论。18701870年年 门捷列夫发现了门捷列夫发现了元素周期律元素周期律，奠定了化学学科的，奠定了化学学科的 理论基础。理论基础。

4、1919世纪末世纪末 化学的重要分支（二级学科）化学的重要分支（二级学科）分析化学、无机化分析化学、无机化 学、有机化学学、有机化学和和物理化学物理化学相继建立，这种分工大相继建立，这种分工大 大推动了化学研究的深化。大推动了化学研究的深化。2020世纪世纪 量子力学量子力学的诞生，近邻学科特别是物理学、生物学的诞生，近邻学科特别是物理学、生物学 和数学的发展，以及各种新的实验技术及精密仪和数学的发展，以及各种新的实验技术及精密仪 器的发明和计算机的出现，使化学学科得器的发明和计算机的出现，使化学学科得到迅猛到迅猛 的发展。的发展。 化学理论发展的重要轨迹化学理论发展的重要轨迹31.1 20世

5、纪化学学科基础研究的重大突破世纪化学学科基础研究的重大突破 (1)放射性和铀裂变的重大发现放射性和铀裂变的重大发现 l1903年居里夫妇因发现了放射性比铀强年居里夫妇因发现了放射性比铀强400倍的钋，以及放射性比铀强倍的钋，以及放射性比铀强200多万倍的镭为此而获得了诺贝尔物理学奖。多万倍的镭为此而获得了诺贝尔物理学奖。l 1911年为表彰居里夫人在发现钋和镭、开拓放射化学新领域以及发展放射年为表彰居里夫人在发现钋和镭、开拓放射化学新领域以及发展放射性元素的应用方面的贡献，居里夫人被授予了诺贝尔化学奖性元素的应用方面的贡献，居里夫人被授予了诺贝尔化学奖l1908年卢瑟福因从事关于元素衰变和放射

6、性物质的研究年卢瑟福因从事关于元素衰变和放射性物质的研究,提出了原子的有核提出了原子的有核结构模型和放射性元素的衰变理论而获得了的诺贝尔化学奖。结构模型和放射性元素的衰变理论而获得了的诺贝尔化学奖。l1935年约里奥年约里奥-居里夫妇因第一次用人工方法创造出放射性元素而荣获了的居里夫妇因第一次用人工方法创造出放射性元素而荣获了的诺贝尔化学奖。诺贝尔化学奖。l1938年费米因人工合成了年费米因人工合成了60种新的放射性元素而获得了的诺贝尔物理学奖。种新的放射性元素而获得了的诺贝尔物理学奖。l1944年哈恩因发现了核裂变现象而获得了诺贝尔化学奖年哈恩因发现了核裂变现象而获得了诺贝尔化学奖.l194

7、2年费米领导下成功的建造了第一座原子反应堆。年费米领导下成功的建造了第一座原子反应堆。l1945年美国在日本投下了原子弹。年美国在日本投下了原子弹。4(2)化学键和现代量子化学理论的建立化学键和现代量子化学理论的建立 鲍鲍林林在在化化学学键键本本质质研研究究和和应应用用化化学学键键理理论论来来阐阐明明物物质质结结构构而而获获19451945年年诺诺贝贝尔尔化化学学奖奖。经经许许多多化化学学家家近近半半个个世世纪纪的的努努力力，现现代代量量子子化化学学理理论论不不断断发发展展和和完完善善，化化学学进进入入实实验验和和理理论论计计算算并并重重的的时时代代。化化学学家家们们由由浅浅入入深深，认认识识

8、分分子子的的本本质质及及其其相相互互作作用用的的基基本本原原理理，从从而而让让人人们们进进入入分子的理性设计分子的理性设计的高层次领域。的高层次领域。 1.1 20世纪化学学科基础研究的重大突破世纪化学学科基础研究的重大突破5(3)创造新物质创造新物质合成化学合成化学 近近百百年年来来化化学学家家( (特特别别是是有有机机化化学学家家) )已已经经设设计计和和合合成成了了数数千千万万个个化化合合物物，几几乎乎又又创创造造了了一一个个新新的的自自然然界界；同同时时还还发发现现了了大大量量的的新新反反应应、新新试试剂剂、新新方方法法和和新新理理论论。19121912年年格格林林尼尼亚亚因因发发明明

9、格格林林尼尼亚亚试试剂剂，开开创创了了有有机机金金属属化化合合物物在在各各种种官官能能团团反反应应中中的的新新领领域域而而获获诺诺贝贝尔尔化化学学奖奖。现现代代有有机机合合成成化化学学是是经经过过2020世世纪纪近近100100年年的的研研究究、探探索索发发展展到到今今天天已已可可以以合合成成像像海海葵葵毒毒素素( (PolytoxinPolytoxin) )这这样样复复杂杂的的有有机机分分子子( (具具有有6464个个手手性性中中心心的的7 7个个骨骨架架内内双双键键的的分分子子，存存在在2 271712210102121个异构体个异构体) )。 1.1 20世纪化学学科基础研究的重大突破世

10、纪化学学科基础研究的重大突破 6海葵毒素的分子结构海葵毒素的分子结构分子式为分子式为C129H223N3O54 有有64个个不不对对称称碳碳和和7个个骨骨架架内内双键双键, 异构体数目多达异构体数目多达271个个有机合成有机合成杰杰 作作1989年美国哈佛大学年美国哈佛大学Kishi宣布全合成宣布全合成64个手性个手性中心中心21021个同分异个同分异构体构体7 VB12分子结构分子结构R.B.Woodward 合成合成1965年获年获Nobel化学奖化学奖有机合成有机合成杰杰 作作8药物合成抗生素随即筛选随即筛选 分子设计分子设计920世纪合成化学的辉煌成就10(4)高分子科学的建立和发展高

11、分子科学的建立和发展2020世纪的人类社会文明的标志之一是世纪的人类社会文明的标志之一是合成材料合成材料的出现。的出现。p1953年年H.Staudinger因提出了高分子这个概念，创立了高分子因提出了高分子这个概念，创立了高分子链型学说建立了高分子粘度与分子量之间的定量关系，从而获得链型学说建立了高分子粘度与分子量之间的定量关系，从而获得了的诺贝尔化学奖。了的诺贝尔化学奖。p1963年年Ziegler和和Natta因发现了配位聚合反应和实现了丙烯的定因发现了配位聚合反应和实现了丙烯的定向聚合而共获了诺贝尔化学奖。向聚合而共获了诺贝尔化学奖。p 1974年年Flory因在高分子性质方面的成就也

12、获得了诺贝尔化学奖。因在高分子性质方面的成就也获得了诺贝尔化学奖。三大传统合成材料三大传统合成材料塑料塑料 橡胶橡胶 纤维纤维新型功能材料新型功能材料 光电材料光电材料 信息储存材料信息储存材料 光导纤维光导纤维 超导超导 1.1 20世纪化学学科基础研究的重大突破世纪化学学科基础研究的重大突破 11(5)化学动力学与分子反应动态学的发展化学动力学与分子反应动态学的发展 揭揭示示化化学学反反应应的的历历程程和和研研究究物物质质的的结结构构与与其其反反应应能能力力之之间间的的关关系系，是是控控制制化化学学反反应应过过程程的的需需要要。19561956年年由由前前苏苏联联的的谢谢苗苗诺诺夫夫和和英

13、英国国的的欣欣歇歇尔尔伍伍德德在在化化学学反反应应机机理理、反反应应速速度度和和链链式式反反应应方方面面的的开开创创性性研研究究而而获获诺诺贝贝尔尔化化学学奖奖。同同时时研研究究快快速速反反应应的的技技术术得得到到发发展展，现现在在可可以以研研究究十十亿亿分分之之一一秒秒内内发发生生的的化化学学反反应应。美美籍籍华华人人化化学学家家李李远远哲哲及及美美国国化化学学家家赫赫希希巴巴赫赫首首先先研研制制成成功功能能获获得得各各种种态态信信息息的的交交叉叉分分子子束束实实验验装装置置，从从微微观观角角度度来来认认识识化化学学反反应应，发发展展了了分分子子反反应应动动态态学学，亦亦称称态态- -态态化

14、化学学，对对化化学学反反应应的的基本原理做出了重要突破。基本原理做出了重要突破。( (荣获荣获19861986年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖) )。 1.1 20世纪化学学科基础研究的重大突破世纪化学学科基础研究的重大突破 12关于化学反应的历程的重要研究成果关于化学反应的历程的重要研究成果u1956年年Semenov和和Hinchelwood在化学反应机理、反应速度和在化学反应机理、反应速度和链式反应方面的开创性研究获得了诺贝尔化学奖。链式反应方面的开创性研究获得了诺贝尔化学奖。u1967年年Eigen Porter和和Norrish因发展了闪光光解法技术用于因发展了闪光光解法技术用于研究发生

15、在十亿分之一秒内的快速化学反应，对快速反应动力研究发生在十亿分之一秒内的快速化学反应，对快速反应动力学研究作出了重大贡献，三人共获了诺贝尔化学奖。学研究作出了重大贡献，三人共获了诺贝尔化学奖。u1986年年李李远远哲哲、Herschbach和和Polany因因发发明明了了获获得得各各种种态态信信息息的的交交叉叉分分子子束束技技术术，并并利利用用该该技技术术F+H2的的反反应应动动力力学学（态态态态化化学学），对对化化学学反反应应的的基基本本原原理理作作出出了了重重要要贡贡献献，为为此此共共获获了诺贝尔化学奖。了诺贝尔化学奖。u1999年年Zewail因因利利用用飞飞秒秒光光谱谱技技术术研研究究

16、过过渡渡态态的的成成就就获获诺诺贝贝尔化学奖。尔化学奖。13飞秒化学飞秒化学p飞秒化学是研究在极小的时间内化学反应的过程和机理。这一飞秒化学是研究在极小的时间内化学反应的过程和机理。这一领域涉及的时间间隔短至约千万亿分之一秒，即领域涉及的时间间隔短至约千万亿分之一秒，即1飞秒。飞秒。 1 s(s,秒秒)=103ms(毫秒毫秒)=109ns(纳秒纳秒)1015 fs (femtosecond飞秒飞秒)p飞秒化学的技术基础飞秒化学的技术基础飞秒激光。不同波长的激光可以选择飞秒激光。不同波长的激光可以选择性地激发和检测不同的分子，或者同一分子的不同内部能量状态，性地激发和检测不同的分子，或者同一分子

17、的不同内部能量状态，或量子态分布。或量子态分布。p从分子的角度来说，化学反应的本身就是分子体系的波函数随从分子的角度来说，化学反应的本身就是分子体系的波函数随时间的变化，在势能面上运动的过程。实验上，通过观察在不同时间的变化，在势能面上运动的过程。实验上，通过观察在不同时刻体系的性质，就可以得到这种演化的图像，从而理解反应的时刻体系的性质，就可以得到这种演化的图像，从而理解反应的具体动力学过程。由于分子内部、化学反应过程中及凝聚相中分具体动力学过程。由于分子内部、化学反应过程中及凝聚相中分子间相互作用过程是在非常短的时间里发生的，比如说，化学反子间相互作用过程是在非常短的时间里发生的，比如说，

18、化学反应过渡态的寿命一般只有几十飞秒，所以必须在飞秒的时间尺度应过渡态的寿命一般只有几十飞秒，所以必须在飞秒的时间尺度上对化学反应过程进行检测。也就是说，要象照相一样，要用足上对化学反应过程进行检测。也就是说，要象照相一样，要用足够短的够短的“快门快门”，来捕捉分子运动和变化的瞬间行为的信息。，来捕捉分子运动和变化的瞬间行为的信息。14(6)分析科学的发展分析科学的发展 2020世世纪纪7070年年代代，生生命命科科学学、信信息息科科学学和和计计算算机机技技术术的的发发展展，使使分分析析化化学学进进入入了了崭崭新新阶阶段段，它它不不只只限限于于测测定定物物质质的的组组成成和和含含量量，而而要要

19、对对物物质质的的状状态态( (氧氧化化还还原原态态、各各种种结结合合态态、结结晶晶态态) )、结结构构( (一一维维、二二维维、三三维维空空间间分分布布) )、微微区区、薄薄层层和和表表面面的的组组成成与与结结构构以以及及化化学学行行为为和和生生物物活活性性等等做做出出瞬瞬时时追追踪踪，无无损损和和在在线线监监测测等等分分析析及及过过程程控控制制，甚甚至至要要求求直直接接观观察察原原子子和和分分子子的的形形态态与与排列排列。分析化学成为一门仪器装置和测量的科学。分析化学成为一门仪器装置和测量的科学。 19901990年年开开始始的的人人类类基基因因组组计计划划(HGP)(HGP)中中，由由于于

20、DNADNA测测序序技技术术不不断断推推陈陈出出新新，从从板板凝凝胶胶电电泳泳到到凝凝胶胶毛毛细细管管电电泳泳、线线性性高高分分子子溶溶液液毛毛细细管管电电泳泳、到到阵阵列列毛毛细细管管电电泳泳，直直至至全全基基因因组组鸟鸟枪枪测测序序技技术术。终终于于使使人人类类基基因因组组计计划划提提前前到到20012001年年完完成成。分分析析化化学学在推进人们弄清环境和生命有关的化学问题中起着关键作用。在推进人们弄清环境和生命有关的化学问题中起着关键作用。 1.1 20世纪化学学科基础研究的重大突破世纪化学学科基础研究的重大突破 光谱：原子吸收、原子发射光谱：原子吸收、原子发射光谱：原子吸收、原子发射

21、光谱：原子吸收、原子发射 波谱：红外光谱、紫外光谱波谱：红外光谱、紫外光谱波谱：红外光谱、紫外光谱波谱：红外光谱、紫外光谱 核磁共振、质谱核磁共振、质谱核磁共振、质谱核磁共振、质谱 能谱：电子能谱能谱：电子能谱能谱：电子能谱能谱：电子能谱 色谱：气相色谱、液相色谱色谱：气相色谱、液相色谱色谱：气相色谱、液相色谱色谱：气相色谱、液相色谱 X-X-射线衍射：单晶、粉末射线衍射：单晶、粉末射线衍射：单晶、粉末射线衍射：单晶、粉末15( (7)生命科学生命科学 生物小分子化学，蛋白质化学生物小分子化学，蛋白质化学核酸化学，糖化学核酸化学，糖化学蛋白质的化学结构：一级结构结构：一级结构, 二级结构二级结

22、构, 三级结构三级结构, 四级结构四级结构氨基酸序列分析仪氨基酸序列分析仪酶的化学p酶催化的机理酶催化的机理p化学模拟化学模拟p生物合成与生物转化生物合成与生物转化核酸的化学pDNA双螺旋结构的发现双螺旋结构的发现（Watson-Crick获获1962年诺年诺贝尔医学或生理学奖贝尔医学或生理学奖)p碱基配对原则碱基配对原则pDNA的复制的复制p基因表达基因表达p遗传密码的发现遗传密码的发现p中心法则中心法则1.1 20世纪化学学科基础研究的重大突破世纪化学学科基础研究的重大突破 16p20世纪初开始生物小分子（如糖、血红素、叶绿素、维生素等）的化学结构与合成研究就多次获诺贝尔化学奖p1955年

23、首次合成多肽激素催产素和加压素，获1955年诺贝尔化学奖；p1960年成功地测定了鲸肌红旦白和马血红蛋白的空间结构，获1962年诺贝尔化学奖；p1980年P.Berg、F.Sanger和W.Gilbert因在DNA分裂和重组、DNA测序以及现代基因工程学方面的杰出贡献而共获诺贝尔化学奖。p1982年A.Klug因发明“象重组“技术和揭示病毒和细胞内遗传物质的结构而获得诺贝尔化学奖。p 1993年M.Smith因发明寡核苷酸定点诱变法以及K.B.Mullis因发明多聚酶链式反应技术对基因工程的贡献而共获诺贝尔化学奖。 化学在生命科学领域的重要研究成果化学在生命科学领域的重要研究成果17DNA18

24、蛋白酶的一种蛋白酶的一种胰蛋白酶的结构和胰蛋白酶的结构和排列顺序示意图排列顺序示意图 191965年年9月，我国科学家汪猷帅月，我国科学家汪猷帅上百位化学工作者经过上百位化学工作者经过6年多坚持不懈的努力，年多坚持不懈的努力，获得了人工全合成牛胰岛素晶体。这是世界上第一个人工合成的蛋白质。获得了人工全合成牛胰岛素晶体。这是世界上第一个人工合成的蛋白质。两条肽链两条肽链:A:A链链2121个氨基酸残基个氨基酸残基,B,B链链3030个残基个残基, ,分子量分子量57005700道尔顿道尔顿,1953,1953年确定全部化学结构年确定全部化学结构. . 1965年我国的年我国的人工合成牛胰岛素20

25、1.2 20世纪化学工业的大发展世纪化学工业的大发展 (1)(1)石油化工成为支柱产业石油化工成为支柱产业 2020世纪世纪3030年代催化剂进入石油化工，年代催化剂进入石油化工，催化动力学催化动力学的的发展及发展及催化剂催化剂的作用使石油的的作用使石油的各种馏分各种馏分成为各种不同用成为各种不同用途的化工产品，石油化工迅速发展，已成为世界经济发途的化工产品，石油化工迅速发展，已成为世界经济发展中占重要地位的工业领域。展中占重要地位的工业领域。世界化工总产值中世界化工总产值中8080以以上的产品与石油化工有关上的产品与石油化工有关。 21(2)(2)三大合成材料时代三大合成材料时代 2020世

26、世纪纪前前半半叶叶，由由于于基基础础化化学学中中的的高高分分子子化化学学的的兴兴起起和和发发展展，逐逐步步形形成成了了塑塑料料、纤纤维维、橡橡胶胶三三大大合合成成材材料料工工业业。到到2020世世纪纪末末，世世界界年年产产合合成成橡橡胶胶能能力力已已12001200万万吨吨，合合成成纤纤维维达达15001500万万吨吨，合合成成塑塑料料已已超超过过60006000万万吨吨。以以塑塑料料为为主主体体的的三三大大合合成成材材料料，以以体体积积计计算算其其世世界界总总产产量量已已超超过全部金属的产量，所以有人称过全部金属的产量，所以有人称2020世纪为聚合物时代。世纪为聚合物时代。 1.2 20世纪

27、化学工业的大发展世纪化学工业的大发展 22(3)(3)化肥（农药）工业的巨大作用化肥（农药）工业的巨大作用 2020世世纪纪面面临临人人口口大大幅幅度度增增长长和和粮粮食食需需求求迅迅速速增增加加的的局局面面。在在解解决决这这一一困困难难中中，化化肥肥起起了了重重要要作作用用。其其中中氮氮肥肥的的生生产产关关键键问问题题是是如如何何利利用用大大气气中中的的氮氮大大规规模模合合成成肥肥料料。19091909年年德德国国化化学学家家哈哈伯伯用用锇锇作作催催化化剂剂成成功功地地建建立立了了每每小小时时产产生生8080克克氨氨的的实实验验装装置置。哈哈伯伯因因此此而而荣荣获获19181918年年诺诺贝

28、贝尔尔化化学学奖奖。19311931年年德德国国博博施施建建成成第第一一个个用用铁铁催催化化剂剂的的合合成成氨氨工工厂厂日日产产量量为为3030吨吨。( (荣荣获获19311931年年诺诺贝贝尔尔化化学学奖奖) )。6060多多年年来来，不不断断对对合合成成氨氨工工艺艺进进行行改改进进并并引引入入现现代代化化工工技技术术。我我国国是是农农业业大大国国，肥肥料料是是增增产产的的关关键键措措施施。目目前前已已达达年年产产20002000万吨的规模，占世界第二位。万吨的规模，占世界第二位。 1.2 20世纪化学工业的大发展世纪化学工业的大发展 23(4)(4)医药工业的大发展医药工业的大发展 202

29、0世世纪纪人人类类寿寿命命显显著著延延长长，7070岁岁以以上上的的老老人人比比例例显显著著提提高高，估估计计2020世世纪纪人人类类平平均均寿寿命命增增加加3030岁岁左左右右。人人类类寿寿命命延延长长的的原原因因之之一一是是医医疗疗条条件件的的改改善善，其其中中针针对对人人类类常常见见病病、多多发发病病的的新新药药的的研研制制成成功功是是关关键键因因素素。医医药药工工业业的的发发展展与与化化学学紧紧密密相相关关。化化学学合合成成药药在在医医学学工工业业中中占占主主导导地地位位。磺磺胺胺药药是是第第二二次次世世界界大大战战前前惟惟一一有有效效的的抗抗细细菌菌感感染染的的药药物物。Domagk

30、Domagk因因此此而而在在19391939年年荣荣获获诺诺贝贝尔尔生生理理及及医医药药奖奖。磺磺胺胺类类药药物物的的问问世世标标志志着着化化学学疗疗法法方方面面的的一一大大突突破破。第第二二次次世世界界大大战战后后，磺磺胺胺药药逐逐渐渐让让位位于于治治疗疗效效果果更更好好的的抗抗生生素素类类药药，如如青青霉霉素素、四四环环素素、红红霉霉素素、氯氯霉霉素素、头头孢孢菌菌素素等等。目目前前世世界界药药物物市市场场的的年年销销售售量量约约为为30003000亿美元，在世界经济发展中有举足轻重的作用。亿美元，在世界经济发展中有举足轻重的作用。1.2 20世纪化学工业的大发展世纪化学工业的大发展 24

31、 美国美国9090年代化学工业产值约占年代化学工业产值约占3030，化学品出口占总出口，化学品出口占总出口的的3030，位居世界第二位。，位居世界第二位。 美国的调查报告美国的调查报告“化学中的机会化学中的机会”指出，化学工业在国指出，化学工业在国际市场上要保持竞争力，主要看作为基础学科的化学能否保际市场上要保持竞争力，主要看作为基础学科的化学能否保持领先地位。可见，没有基础学科的发展为后盾，国民经济、持领先地位。可见，没有基础学科的发展为后盾，国民经济、高新技术的发展是不可能的。高新技术的发展是不可能的。化学工业已成为某些国家的支柱产业化学工业已成为某些国家的支柱产业25u化学从原子分子水平

32、研究物质的组成、结构、性质及应化学从原子分子水平研究物质的组成、结构、性质及应用的科学。用的科学。 化学教科书化学教科书2 化学学科的内涵及地位作用化学学科的内涵及地位作用u化学为总管物质在原子、分子层次上变化之科学。化学为总管物质在原子、分子层次上变化之科学。 唐有祺唐有祺 u化学是一门试图了解物质的性质和物质发生反应的科学，它化学是一门试图了解物质的性质和物质发生反应的科学，它涉及存在于自然界的物质（如地球上的矿物、空气中的气体、涉及存在于自然界的物质（如地球上的矿物、空气中的气体、海洋里的水和盐、动物体内的化学物质），以及由人类创造海洋里的水和盐、动物体内的化学物质），以及由人类创造的新

33、物质，它涉及自然界的变化（如因闪电而着火的树木、的新物质，它涉及自然界的变化（如因闪电而着火的树木、与生命有关的化学变化），还有那些由化学家发明和创造的与生命有关的化学变化），还有那些由化学家发明和创造的新变化。新变化。 Ronald Breslow 2.1 化学学科的定义与内涵化学学科的定义与内涵26徐光宪徐光宪.化学学科进展化学学科进展M,北京北京:化工出版社化工出版社,2005:12一维定义一维定义X定义定义化学是研究化学是研究X对象的科学对象的科学X泛分子，包括泛分子，包括10个层次：个层次：原子原子;分子片分子片; 分子分子; 超分子超分子; 高分子高分子; 生物分子生物分子; 纳米

34、分子纳米分子; 原子和分子的宏观聚集体原子和分子的宏观聚集体; 复杂复杂分子体系和自组装分子分子体系和自组装分子二维定义二维定义XY定义定义化学是研究化学是研究X对象的对象的Y内容的内容的科学科学Y合成和反应、制备、剪裁和组装、分离和合成和反应、制备、剪裁和组装、分离和分析、结构和构象、粒度和形貌、物理和化学性分析、结构和构象、粒度和形貌、物理和化学性质、生理和生物活性、运输和调控作用机制等个质、生理和生物活性、运输和调控作用机制等个方面的规律、相互关系和应用方面的规律、相互关系和应用 三维定义三维定义XYZ定义定义化学是用化学是用Z方法研究方法研究X对象的对象的Y内容的科学内容的科学Z实验，

35、理论和计算机模拟实验，理论和计算机模拟四维定义四维定义XYZW定义定义化学是用化学是用Z方法研究方法研究X对象的对象的Y内容以达到内容以达到W目的的科学目的的科学W认识世界，改造自然和保护世界认识世界，改造自然和保护世界分子片是指组成分子的碎片272.2 化学学科在科学发展中的地位化学学科在科学发展中的地位R.Breslow (1997)Chemistry Today and TomorrowThe Central,Useful and Creative Science化学的今天和明天化学是一门中心的、实用的和创造性的科学28 从早晨开始，我们在用化学品建造的住宅中醒来，家具是部分从早晨开始，

36、我们在用化学品建造的住宅中醒来，家具是部分地用化学工业生产的现代材料制作的，我们使用化学家们设计的肥地用化学工业生产的现代材料制作的，我们使用化学家们设计的肥皂和牙膏并穿上由合成纤维和合成染料制成的衣服，即使天然纤维皂和牙膏并穿上由合成纤维和合成染料制成的衣服，即使天然纤维（如羊毛或棉花）也是经化学品处理过并染色的。这样可以改进它（如羊毛或棉花）也是经化学品处理过并染色的。这样可以改进它们的性能。们的性能。 为了保鲜起见，食品要被包装和冷藏起来，而这些食品要么用化为了保鲜起见，食品要被包装和冷藏起来，而这些食品要么用化肥、除草剂和农药使之生长；要么家畜类需兽医药来防病；要么需肥、除草剂和农药使

37、之生长；要么家畜类需兽医药来防病；要么需加入维生素后食用；甚至我们购买的天然食品，如牛奶，也必须经加入维生素后食用；甚至我们购买的天然食品，如牛奶，也必须经过化学检验后方可食用。过化学检验后方可食用。 我们的交通工具我们的交通工具汽车、火车、飞机汽车、火车、飞机在很大程度上依靠化在很大程度上依靠化学工业的产品；晨报是用化学家们制造的油墨在用化学方法制造的学工业的产品；晨报是用化学家们制造的油墨在用化学方法制造的纸上印刷的；用于说明事物的照片要用化学家们制造的胶卷和胶片；纸上印刷的；用于说明事物的照片要用化学家们制造的胶卷和胶片；日常生活中的金属制品都是用经过以化学为基础的冶炼转化为金属日常生活

38、中的金属制品都是用经过以化学为基础的冶炼转化为金属或合金后制造的，为了保护它们还要涂上油漆。或合金后制造的，为了保护它们还要涂上油漆。 化妆品是由化学家制造和检验过的；警察和军人用的武器也都化妆品是由化学家制造和检验过的；警察和军人用的武器也都依靠化学。事实上，在我们的日常生活中很难找出一种不依靠化学依靠化学。事实上，在我们的日常生活中很难找出一种不依靠化学和化学家帮助而制造出来的产品。和化学家帮助而制造出来的产品。化学的今天和明天化学的今天和明天化学的今天和明天化学的今天和明天 R.BreslowR.BreslowR.BreslowR.Breslow（1997199719971997年）年）

39、年）年）29第第1 1章章 化学是一门中心的、实用的和创造性的科学化学是一门中心的、实用的和创造性的科学1111什么是化学什么是化学2 2化学家做什么化学家做什么1313早期的化学有些什么早期的化学有些什么1414为什么化学家成这门学科为为什么化学家成这门学科为“中心科学中心科学”1515是什么是化学成为是什么是化学成为“使用的科学使用的科学”和创造性的科学和创造性的科学1616那些是化学的基本原理那些是化学的基本原理1717化学领域有多大化学领域有多大关于未来关于未来第第2 2章章 健康和生命的化学健康和生命的化学2121药物化学在过去对人类健康有哪些贡献药物化学在过去对人类健康有哪些贡献2

40、222药物化学家是怎样设计或发现新药的药物化学家是怎样设计或发现新药的2323药物化学家现在忙于什么药物化学家现在忙于什么2424化学家对了解生命的本质有什么贡献？光和作用化学化学家对了解生命的本质有什么贡献？光和作用化学简介简介2525化学在分子生物学和生物技术中的作用是什么化学在分子生物学和生物技术中的作用是什么关于未来关于未来第第3 3章章 再谈化学是一门使用的科学再谈化学是一门使用的科学3131化学在住房和陈设品方面起什么作用化学在住房和陈设品方面起什么作用3232化学在穿着方面起什么作用化学在穿着方面起什么作用3333化学和运输的关系怎样化学和运输的关系怎样3434哈是如何改进事物供

41、应的哈是如何改进事物供应的3535化学和国防的关系怎样化学和国防的关系怎样3636化学和执法方面的关系怎样化学和执法方面的关系怎样3737化学对生活的质量作出了哪些贡献化学对生活的质量作出了哪些贡献关于未来关于未来第第4 4章化学与环境章化学与环境4141我们能否有一个建立在先进技术上的现代社会，而这我们能否有一个建立在先进技术上的现代社会，而这些技术不会无休止地污染地球些技术不会无休止地污染地球4242工业能否干净地制造化学产品工业能否干净地制造化学产品4343在解决从核能发电厂排放出放射性废弃物的问题上，在解决从核能发电厂排放出放射性废弃物的问题上，化学家们能作什么贡献化学家们能作什么贡献

42、44人类日常生活回造成什么样的污染人类日常生活回造成什么样的污染4545我们能否控制虫害而不危害有用的动物我们能否控制虫害而不危害有用的动物4646我们则样能保证新合成的哈制品不会破坏环境，或没有我们则样能保证新合成的哈制品不会破坏环境，或没有不良的生物效应不良的生物效应不是所有的不良化学效应都是致命的不是所有的不良化学效应都是致命的关于未来关于未来第第5 5章章 计算机与化学计算机与化学电子学的革命电子学的革命5151现代的电子学革命诞生了计算机，化学对此有和贡献现代的电子学革命诞生了计算机，化学对此有和贡献5252什么是计算化学什么是计算化学5353计算化学则样帮助我们测定蛋白质的形成计算

43、化学则样帮助我们测定蛋白质的形成关于未来关于未来 电子材料电子材料计算化学计算化学第第6 6章章 在生物体和工业中的催化作用在生物体和工业中的催化作用6161催化剂能扮演什么样的角色催化剂能扮演什么样的角色6262作为生命催化剂的酶是何物作为生命催化剂的酶是何物6363酶催化生物反映时，能加速多少？又如何进行选择酶催化生物反映时，能加速多少？又如何进行选择6464维生素能起生物催化作用吗维生素能起生物催化作用吗6565酶的作用知多少酶的作用知多少6666对酶的认识是否有住与新药的设计对酶的认识是否有住与新药的设计6767汽车用的故态金属催化剂是则样起作用的汽车用的故态金属催化剂是则样起作用的6

44、868为什么工业界常用的固体催化剂并不具有金属特性？为什么工业界常用的固体催化剂并不具有金属特性？关于未来关于未来第第7 7章章 化学家怎样创造新分子化学家怎样创造新分子7171化学家如何决定应该研制什么新分子化学家如何决定应该研制什么新分子? ? 7272化学家如何计划未知分子的成功合成化学家如何计划未知分子的成功合成? ? 7373在哪里进行合成实验在哪里进行合成实验? ? 7474新化学物质一旦被创造还要做些什么新化学物质一旦被创造还要做些什么关于未来关于未来第第8 8章章 认识分子结构和化学变化认识分子结构和化学变化8181化学家怎样测定新分子的结构化学家怎样测定新分子的结构? ? 8

45、282分子的精细结构与它们的性质之间存在什么关系分子的精细结构与它们的性质之间存在什么关系? ?8383化学家如何测定化学反应的历程化学家如何测定化学反应的历程? ? 8484在哪里进行分子结构与性质及反应历程的研究在哪里进行分子结构与性质及反应历程的研究? ?30化学是承上启下的中心学科(central science) 科学按照其研究对象由简单到复杂分为科学按照其研究对象由简单到复杂分为： 上游：数学、物理学上游：数学、物理学研究对象简单，研究程度很深研究对象简单，研究程度很深 中游：化学中游：化学 下游：生命、材料、环境下游：生命、材料、环境研究对象复杂研究对象复杂化学是中心科学，是从上

46、游到下游的必经之地，永远不会象有些人估计的那样将要在物理学与生物学的夹缝中逐渐消亡！化学是一门中心科学化学是一门中心科学徐光宪徐光宪.今日化学的何去何从今日化学的何去何从J,大学化学大学化学,2003,18(1):1 化学是与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间化学是与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学等八大朝阳科学都有密切的联系、交叉和渗透的中和核科学等八大朝阳科学都有密切的联系、交叉和渗透的中心科学。心科学。31化学是一门实用的科学化学是一门实用的科学 人类之衣、食、住、行和娱乐无不与化学有关。人类之衣、食、住、行和娱乐无不与化学有关。当前一些重大的工业过程基本上都基于化

47、学过程。当前一些重大的工业过程基本上都基于化学过程。世界专利发明中有世界专利发明中有20%与化学有关。与化学有关。发达国家从事研究与开发的科研人员中，化学与化工专家发达国家从事研究与开发的科研人员中，化学与化工专家占一半左右。占一半左右。化工企业产品的更新换代依靠化学的进步，而化工产品的化工企业产品的更新换代依靠化学的进步，而化工产品的产值和出口比例在国民经济中一直保持着领先地位产值和出口比例在国民经济中一直保持着领先地位。32化学是一门创造性的科学化学是一门创造性的科学化化学学家家辛辛勤勤的的耕耕耘耘着着元元素素周周期期体体系系中中的的百百余余个个化化学学元元素素并并整整理理着着天天然然产产

48、物物，所所发发现现的的新新化化合合物物几几乎乎每每10年年约约翻翻一一番番。随随着着化化学学反反应应基基础础理理论论及及合合成成方方法法的的不不断断发发展展和和完完善善，新新化化合合物物的的增增加加速速率率已已快快于于指指数数表表达达方方式式，90年年代代以以来来每每年年新新增增的的化化合合物物约约有有60余余万万种种。迄迄今今化化学学家家已已经经拥拥有有1900多多万万种种化化合合物物，其中绝大多数是由化学家合成的。其中绝大多数是由化学家合成的。化学在旧的自然界旁又建起了一个新的自然界。化学在旧的自然界旁又建起了一个新的自然界。 R. B. Woodward33化学思想化学思想科学哲学思想的

49、重要组成部分科学哲学思想的重要组成部分l实验验证思想实验方法来验证和探究化学知识的思想l守恒思想：能量守恒;质量守恒;电荷守恒/得失电子守恒l动态平衡思想用平衡移动的原理来分析粒子之间相互反应,系统了解阐释溶解平衡、化学平衡、电离平衡、水解平衡、氧化还原平衡等多种平衡体系的本质。l量变质变思想质量互变规律在化学学科的应用。例如：温度改变，物质状态的改变；元素原子个数或排列方式不同，产生了不同的物质（同素异形体和同分异构体）；反应物之间物质的量的比例不同，产物不同；反应条件的不同，产物不同；随原子序数递增，原子结构呈现周期性的变化，元素的性质也呈周期性的变化；定性实验和定量实验的相互关系等。l结

50、构决定性质思想物质结构决定物质性质，物质性质反映了物质的结构34化学与生物学的不同化学与生物学的不同p“生物学家致力于阐明自然生命的过程，而化学家生物学家致力于阐明自然生命的过程，而化学家则习惯于如何去调控这一过程则习惯于如何去调控这一过程”。 DoyleandCoray,Chemistry&Biology,1998,5,157-160)p生物学家注意认识世界，而化学家则想改造世界生物学家注意认识世界，而化学家则想改造世界。“化学家看起来比较审慎化学家看起来比较审慎,善于分析并较多的在本学科内独善其身。他善于分析并较多的在本学科内独善其身。他们将注意力集中在分子上面，他们醉心于一个多手心的中心

51、、具有很大合们将注意力集中在分子上面，他们醉心于一个多手心的中心、具有很大合成难度的分子带来的挑战，并力图用最短的路线和最高的产率来得到目标成难度的分子带来的挑战，并力图用最短的路线和最高的产率来得到目标分子，通过用相对较少但巧妙的技术以获得精确的资料。对他们来讲注重分子，通过用相对较少但巧妙的技术以获得精确的资料。对他们来讲注重蛋白质和核酸的化学更甚于它们的生理重要性。另一方面。生物学家似乎蛋白质和核酸的化学更甚于它们的生理重要性。另一方面。生物学家似乎较具有艺术性、调和性和主要用右脑思考。他们喜欢使用种类繁多却不太较具有艺术性、调和性和主要用右脑思考。他们喜欢使用种类繁多却不太精密的技术来

52、研究细胞和器官内的复杂现象。他们喜欢神秘和复杂，当揭精密的技术来研究细胞和器官内的复杂现象。他们喜欢神秘和复杂，当揭去面纱，显露出分子本质时，他们中有些人则会感到失望去面纱，显露出分子本质时，他们中有些人则会感到失望”。Kornberg,Chemistry&Biology,1996,3,3-53520世纪化学并未获得社会应有的认同报刊上提及报刊上提及20世纪发明的六大技术世纪发明的六大技术应为七大技术！应为七大技术！信息技术（无线电、半导体、芯片、集成电路、计算机、信息技术（无线电、半导体、芯片、集成电路、计算机、通讯和网络）通讯和网络）生物技术（基因重组、克隆和生物芯片）生物技术（基因重组、

53、克隆和生物芯片）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化学合成技术（新药物、新材料、高分子、化学和农药）化学合成技术（新药物、新材料、高分子、化学和农药）化学家缺少品牌意识，没有在社会上树立化学的美好品牌，化学家缺少品牌意识，没有在社会上树立化学的美好品牌，甚至化学成为有毒、有害、高污染的代名词！甚至化学成为有毒、有害、高污染的代名词！化学家太谦虚!上述六大技术如果缺少一两个，人类照样生存。上述六大技术如果缺少一两个，人类照样生存。上述六大技术如果缺少一两个，人类照样生存。上述六大技术如果缺少一两个，人类照样生存。但如没有发明合

54、成氨、合成尿素和第一、第二、但如没有发明合成氨、合成尿素和第一、第二、但如没有发明合成氨、合成尿素和第一、第二、但如没有发明合成氨、合成尿素和第一、第二、第三代新农药的技术，世界粮食产量至少要减第三代新农药的技术，世界粮食产量至少要减第三代新农药的技术，世界粮食产量至少要减第三代新农药的技术，世界粮食产量至少要减半，半，半，半，6060亿人口中得亿人口中得亿人口中得亿人口中得3030亿就会饿死。没有发明合亿就会饿死。没有发明合亿就会饿死。没有发明合亿就会饿死。没有发明合成橡胶、合成塑料的技术，人类生活要受到很成橡胶、合成塑料的技术，人类生活要受到很成橡胶、合成塑料的技术，人类生活要受到很成橡胶

55、、合成塑料的技术，人类生活要受到很大的影响。大的影响。大的影响。大的影响。36从人类对七大技术发明的需要迫切性来排序： 化学合成和分离技术；信息技术；生物技术；航空航天化学合成和分离技术；信息技术；生物技术；航空航天化学合成和分离技术；信息技术；生物技术；航空航天化学合成和分离技术；信息技术；生物技术；航空航天技术；核技术；纳米技术；激光技术技术；核技术；纳米技术；激光技术技术；核技术；纳米技术；激光技术技术；核技术；纳米技术；激光技术 按20世纪的七大技术发明衍生的产业规模及其对世界经济的影响来排序： 信息产业；化学合成；航天航空技术；核技术；生物技信息产业；化学合成；航天航空技术；核技术；

56、生物技信息产业；化学合成；航天航空技术；核技术；生物技信息产业；化学合成；航天航空技术；核技术；生物技术；纳米技术；激光技术术；纳米技术；激光技术术；纳米技术；激光技术术；纳米技术；激光技术按人类需要的迫切性和其衍生的产业规模排序按人类需要的迫切性和其衍生的产业规模排序 20202020世纪和世纪和世纪和世纪和21212121世界上半叶理应称为是信息和化学合世界上半叶理应称为是信息和化学合世界上半叶理应称为是信息和化学合世界上半叶理应称为是信息和化学合成时代，成时代，成时代，成时代，21212121世界下半叶才能成为生物技术时代！世界下半叶才能成为生物技术时代！世界下半叶才能成为生物技术时代！

57、世界下半叶才能成为生物技术时代！37未来化学所面临的重大挑战未来化学所面临的重大挑战p环境问题环境问题p人口控制与健康人口控制与健康p食品问题食品问题p资源与可持续发展资源与可持续发展3 21世纪化学学科的发展趋势世纪化学学科的发展趋势38（1 1）化学的第一根本规律）化学的第一根本规律化学反应理论和定律化学反应理论和定律 建立精确有效而又普遍适用的化学反应的含时多体量子理论和统计理论。（2 2）化学的第二根本规律）化学的第二根本规律分子结构及其性能的定量关系分子结构及其性能的定量关系 分子和分子间的非共价键的相互作用的本质和规律；超分子结构的类型，生成和调控的规律；给体-受体作用原理；进一步

58、完善原子价和化学键理论，特别是无机化学中的共价问题；生物大分子的一级结构如何决定高级结构？高级结构又如何决定生物和生理活性？ 。（3 3）活分子运动的基本规律）活分子运动的基本规律 充分认识和彻底了解人类和生物体内分子的运动规律。如在地球元素的生态循环中，植物界做了两件伟大的事：光合作用活分子催化剂叶绿素是怎样作用的？生物固氮豆科植物的根瘤菌能打开非常稳定的氮分子中的化学键，生成含氮小分子，再进一步合成蛋白质和核酸。 （4 4）纳米尺度的基本规律）纳米尺度的基本规律 当尺度在十分之几到10nm的量级，正处于量子尺度和经典尺度的模糊边界中，有许多新的奇异特性和新的效应，新的规律和重要应用，值得理

59、论化学家去探索研究。21世纪化学的四大难题世纪化学的四大难题392121世纪物理学提出了五大理论难题世纪物理学提出了五大理论难题（1）4种作用力场的统一问题，相对论和量子力学的统一问题。（2）对称性破缺问题。（3）占宇宙总质量90%的暗物质是什么的问题。（4）黑洞和类星体问题。（5）夸克禁闭问题等。2121世纪的生物学也有重大难题和奋斗目标：世纪的生物学也有重大难题和奋斗目标：（1）后基因组学和人类疾病的消除。（2）蛋白质组学。（3）脑科学。（4）生物如何进化？生命如何起源等。21世纪物理学和生物学的难题世纪物理学和生物学的难题403 21世纪化学学科的发展趋势世纪化学学科的发展趋势3.1 3

60、.1 人类社会的发展对化学的需求人类社会的发展对化学的需求 (1)(1)化学仍是解决食物和健康问题的主要学科之一化学仍是解决食物和健康问题的主要学科之一化学将支撑生物学在提供优良品种，提供转基因生物等方面作贡献化学将在设计、合成功能分子和结构材料以及分子层次阐明和控制生物过程的机理方面，为研究开发高效安全肥料、饲料、农药、农用材料、生物肥料、生物农药打下基础利用化学和生物方法增加动植物食品的防病有效成分，提供安全的有防病作用的食品和食品添加剂，改正食品储存加工方法，减少不安全因素，是化学研究的重要内容 (2)(2)化学在能源和资源的合理开发和高效安全利用起关键作用化学在能源和资源的合理开发和高

61、效安全利用起关键作用要研究高效洁净的转化技术和控制低品位燃料的化学反应（保护环境，降低成本）开发新能源，太阳能以及高效洁净的化学电源与燃料电池等将成为21世纪的重要能源要研究重要矿产资源（如稀土）的分离和深加工技术以及利用 41(3)(3)化学将继续推动材料科学发展化学将继续推动材料科学发展末来化学不仅要设计和合成分子而且要把这些分子组装、构筑成有特定功能的材料，从超导体到催化剂、药物控释载体、纳米材料都要从分子以上层次研究材料的结构20世纪化学模拟酶的活性中心已取得进展，未来将会在可用于生产、生活和医疗的模拟酶的研究方面有突破21世纪电子技术将向更快、更小、功能更强的方向发展，目前大家正在致

62、力于量子计算机、生物计算机、分子器件、生物芯片等新技术，标志着分子电子学、分子信息技术的到来，需要设计、合成各种物质和材料. (4)化学仍是提高人类生存质量和生存安全的有效保障化学仍是提高人类生存质量和生存安全的有效保障通过研究各种物质和能的生物效应（正面和负面）的化学基础特别是搞清两面性的本质，找出最佳利用方案研究开发对环境无害的化学品和生活用品，研究对环境无害的生产方式，这两方面是绿色化学的主要内容研究大环境和小环境（如室内环境）中不利因素的产生、转化和与人体的相互作用，提出优化环境洁净生活空间的途径从分子水平了解病理过程，提出预警生物标志物的检测方法，建议预防途径，预防疾病423.2 3

63、.2 化学的基础研究方法的发展化学的基础研究方法的发展 (1)(1)微观与宏观相结合微观与宏观相结合 非非平平衡衡态态热热力力学学( (普普里里高高津津，19771977年年诺诺贝贝尔尔化化学学奖奖) )的的贡贡献献是是教教给给化化学学家家一一把把开开启启从从分分子子层层次次洞洞察察生生命命过过程程的的钥钥匙匙。迄迄今今还还需需要要更更好好的的理理论论和和方方法法描描述述实实际际开开放放系系统统( (生生物物体体、河河流流、大大气气等等) )的的时时-空空动动态态变变化化。预预期期未未来来微微观观与与宏宏观观将将会会更更深深入入更更广广泛泛的的结结合合。 (2)(2)静态与动态静态与动态( (

64、过程过程) )相结合相结合 停流技术的发展才使人们有可能研究快速反应过程。交叉分停流技术的发展才使人们有可能研究快速反应过程。交叉分子束实验技术的建立使微观反应动力学有了重大突破。近年来单子束实验技术的建立使微观反应动力学有了重大突破。近年来单分子操作能够用来观察分子的动态过程，计算机能够模拟分子间分子操作能够用来观察分子的动态过程，计算机能够模拟分子间相互作用的过程。相互作用的过程。3 21世纪化学学科的发展趋势世纪化学学科的发展趋势43(3)(3)多学科的综合多学科的综合 未未来来化化学学研研究究模模式式将将体体现现在在如如下下几几个个方方面面：从从实实际际问问题题中中抽抽出出化化学学基基

65、本本问问题题来来研研究究；吸吸收收其其他他学学科科的的新新理理论论和和新新结结果果，孕孕育育化化学学生生长长点点；与与其其他他学学科科融融合合，开开拓拓化化学学新新领领域域；把把握握动动向向和和时时机机，提提出出新新的的思思路路和和新新的的研研究究方方向向；重重视视化化学学学学科科自自身身发发展展与与整整体科学技术的发展相结合。体科学技术的发展相结合。 3 21世纪化学学科的发展趋势世纪化学学科的发展趋势443.3 3.3 化学学科一些可能的发展方向化学学科一些可能的发展方向运用现代实验方法和理论计算及模拟手段，探索和阐明化学键的断运用现代实验方法和理论计算及模拟手段，探索和阐明化学键的断裂和

66、形成之基本规律，揭示物质形成于转化的内在规律。裂和形成之基本规律，揭示物质形成于转化的内在规律。以绿色化学为目标，发展分子物质以绿色化学为目标，发展分子物质( (材料材料) )合成的新概念、新反应、合成的新概念、新反应、新试剂和新方法，使化学学科更好地服务于社会的可持续性发展。新试剂和新方法，使化学学科更好地服务于社会的可持续性发展。发展新型分子物质发展新型分子物质( (材料材料) )合成与制备的催化体系，特别重视不对称合成与制备的催化体系，特别重视不对称催化，提高合成与制备反应的效率和选择性，为分子物质催化，提高合成与制备反应的效率和选择性，为分子物质( (材料材料) )合合成与制备提供高效

67、、低耗的先进方法。成与制备提供高效、低耗的先进方法。发展包括碳发展包括碳-氯键、碳氯键、碳-碳键和碳碳键和碳-氢键等非活性键的小分子活化氢键等非活性键的小分子活化方法，发展新的基于基本点石油产品的原子经济性反应，建立物质方法，发展新的基于基本点石油产品的原子经济性反应，建立物质合成与备的新体系合成与备的新体系发展基于生物转化反应的新的生物催化体系，将生物催化体系与金发展基于生物转化反应的新的生物催化体系，将生物催化体系与金属催化剂及其他反应相结合，拓展生物技术催化反应体系，运用现属催化剂及其他反应相结合，拓展生物技术催化反应体系，运用现代化学的理论与方法，结合生物技术手段来揭示生命过程的本质，

68、代化学的理论与方法，结合生物技术手段来揭示生命过程的本质，并为实现对生物体系和过程的调控提供理论依据。并为实现对生物体系和过程的调控提供理论依据。 3 21世纪化学学科的发展趋势世纪化学学科的发展趋势453.33.3化学学科一些可能的发展方向化学学科一些可能的发展方向研究外场研究外场( (如超临界流体、离子液体等如超临界流体、离子液体等) )中的特殊反应，探索物质合成和制备中的特殊反应，探索物质合成和制备中新的现象和规律。中新的现象和规律。发展合成方法学，合成具有特定功能的目标分子，实现新型无机化合物和高发展合成方法学，合成具有特定功能的目标分子，实现新型无机化合物和高分子化合物、新的凝聚态和

69、凝集态体系，以及具有可控性能和形态的新材料的分子化合物、新的凝聚态和凝集态体系，以及具有可控性能和形态的新材料的合成与制备。合成与制备。发展分子识别和分子自组装的原理，实现分子间相互作用的精确调控，构筑发展分子识别和分子自组装的原理，实现分子间相互作用的精确调控，构筑功能超分子材料和分子功能超分子材料和分子( (电子电子) )器件，创造病毒、单细胞等某些低级的生命形式。器件，创造病毒、单细胞等某些低级的生命形式。揭示分子与生物大分子问的相互识别和相互作用，及生物活性小分子诱导的揭示分子与生物大分子问的相互识别和相互作用，及生物活性小分子诱导的生物大分子的构象以及功能的变化和生物活性小分子与细胞

70、的相互作用及所引生物大分子的构象以及功能的变化和生物活性小分子与细胞的相互作用及所引起的功能变化规律，发展新一代治疗方法与药物化学。起的功能变化规律，发展新一代治疗方法与药物化学。探索并建立新的分离、分析测试理论与表征分析技术，为材料科学和生命科探索并建立新的分离、分析测试理论与表征分析技术，为材料科学和生命科学的发展提供技术支持，为人口与健康、国家安全等领域提供强大的技术保障。学的发展提供技术支持，为人口与健康、国家安全等领域提供强大的技术保障。结合我国经济建设以及全面建设结合我国经济建设以及全面建设“小康社会小康社会”的需要，在能源、资源、环境、的需要，在能源、资源、环境、材料、重大疾病防

71、治、农业、国家安全等方面取得一大批创新的、具有我国自材料、重大疾病防治、农业、国家安全等方面取得一大批创新的、具有我国自己知识产权的成果，为国民经济的发展和人民生活的提高做出重大贡献。己知识产权的成果，为国民经济的发展和人民生活的提高做出重大贡献。发展与化学相关的新兴交叉学科新领域，如化学生物学、化学信息学、纳米发展与化学相关的新兴交叉学科新领域，如化学生物学、化学信息学、纳米化学等，占领前沿和交叉学科领域制高点。化学等，占领前沿和交叉学科领域制高点。 464 化学学科前沿介绍化学学科前沿介绍超分子化学超分子化学绿色化学绿色化学47结结 语语1、2121世纪化学仍将是一门中心的、实用的和创造性

72、世纪化学仍将是一门中心的、实用的和创造性的科学，它将帮助我们解决人类所面临的一系列重的科学，它将帮助我们解决人类所面临的一系列重大问题，与此同时，化学本身将得到进一步发展。大问题，与此同时，化学本身将得到进一步发展。有理由相信有理由相信2121世纪的化学将更加繁荣兴旺，化学将世纪的化学将更加繁荣兴旺，化学将迎来它的黄金时代！迎来它的黄金时代！2 2、2121世纪化学学科的发展需要更多优秀的人才，你世纪化学学科的发展需要更多优秀的人才，你们是未来化学家的领路人！们是未来化学家的领路人！2121世纪化学的辉煌需要世纪化学的辉煌需要我们化学教育工作者的共同努力！我们化学教育工作者的共同努力！4849