高分子-北京大学化学与分子工程学院

魅力化学绪论,主讲教师：黄建滨教授（） 助教：阎云副教授( ) 高雪冬(),提纲,化学的分支与层次 化学如何改变了我们的生活 关于本课程,化学的分支,无机化学有机化学物理化学 分析化学高分子化学理论与计算化学化学生物学放射与辐射化学,无机化学,研究元素、单质、无机化合物和配位化合物的来源、制备、结构、性质、变化和应用的一门化学分支。,“元素周期表中除烃和烃的衍生物以外的所有化合物的结构、性质、反应和应用的科学。” “无机化学家感兴趣的化学”。（Huheey)例如：杂化材料, 纳米化学，稀土化学有机金属化学 (organometallic chemistry) 金属有机化学 (metallorganic chemistry) 在中国：属有机化学研究领域；在欧美：属无机化学,有机化学,碳化合物的化学。是研究有机化合物结构、性质、制备的学科 。,“萌芽”有机化学时期（19世纪-1858年）：弗里德里希维勒成功合成尿素（1828年）； 巴斯德分离得到不同旋光性的酒石酸分子（1848年） “经典”有机化学时期（1858年-1916年）：凯库勒和库珀提出价键理论（1858年）；勒贝尔与范特霍夫分别提出了旋光异构体的概念（1874年）；自由基的发现 （1900年） “现代”有机化学时期（1916年-现在）：路易斯提出价键的电子理论（1916年）； 分子轨道理论(1927年)； 休克尔规则（1931年）；分子轨道对称守恒原理 （1965年）； 前线轨道理论（1971年）,20世纪是有机合成化学大发展的世纪，随着有机合成理论的完善，所合成的化合物结构也越来越复杂。,21世纪有机化学合成的发展方向？,11.14 杨震教授天然产物启示录 天然产物由大自然千百万年孕育演化而成，给力地帮助科学家寻找到调节生命过程的探针。药物研发的历史彰写着天然产物提供的许许多多研究素材和珍贵的启示。,10.10 施章杰教授从头合成：新一代物质转化途径合成化学的发展方向是什么？如何才能实现合成化学的革命？,物理化学,从研究化学现象和物理现象之间的相互联系入手，找出物质变化基本规律的科学。研究支配化学体系性质行为的基本物理原理（levine）。,化学热力学：化学反应的方向和限度化学动力学：化学反应的速率和机理问题结构化学：物质的性质与其结构之间的关系电化学：与电子转移相关的问题胶体与界面化学：介观尺度粒子的化学以及 与介质界面相关的问题催化化学：研究催化过程的相关化学原理,物理化学一词的来源：18世纪中叶 俄国科学家罗蒙诺索夫（1711-1765）最早应用 1887年 Ostwald(德)、Vant Hoff (荷)合办的德文杂志物理化学杂志普遍采用,分析化学,鉴定物质的化学组成，测定物质的有关组分的含量、确定物质的结构（化学结构、晶体结构、空间分布）和存在形态（价态、配位态、结晶态）及其与物质性质之间的关系。,化学分析：包括滴定分析和称量分析，它是根据物质的化学 性质来测定物质的组成及相对含量。 仪器分析：根据物质的物理或物理化学性质来定物质的组成 及相对含量。 波谱分析（核磁共振、质谱、紫外-可见光谱、红外光谱） 色谱分析（气相色谱、液相色谱）、 能谱分析（X射线、光电子能谱、俄歇电子能谱）等。,10.24 张新祥教授五光十色看世界-光谱分析法的发展与应用波谱分析方法如何从原子到分子对物质及生命体系进行研究,高分子化学,通过化学合成或改性制备具有一定结构的聚合物。主要研究聚合反应和高分子化学反应的原理，过程及控制工艺条件。,高分子：许多原子以一定规律由共价键连接而组成的分子量很大（104-107 g/mol）的化合物。1920年德国Staudinger 首先提出现代高分子的概念天然高分子：淀粉、纤维素、天然橡胶生物高分子：蛋白质、核酸合成高分子：塑料、纤维、橡胶、涂料和黏合剂,10.17 李子臣教授神奇的高分子世界 我们生活中的高分子化学,11.28 宛新华教授不对称之美 不同层次、尺度的手性结构与美轮美奂的现实世界,环境放射化学,主要关注问题：（1）环境放射性研究；（2）环境污染物变化规律研究；（3）环境污染物变化规律研究；（4）新型材料安全性研究；,主要研究放射性物质在环境中的化学行为以及用现代分析和测量技术研究环境中的各种过程及其化学变化，是近年来受到普遍关注的新兴研究领域。,“福岛”核泄漏,核泄漏区巨鼠,10.31 刘春立教授放射性、环境与生活人们对放射性的了解大部分局限于其危害性及其工业应用。事实上，放射性与人类赖以生存的环境甚至人们的日常生活是密不可分的。,化学关注的尺度：从原子到介观（10-10m-10-5m）,化学研究的层次,微观、物理、理论,宏观、材料、应用,11.07 赵宇亮教授纳米材料的生物安全性及其化学机制人造纳米尺度的物质在生命体中，会引起生命过程中哪些改变或生物学的影响？是有益或是有害？,12.05 马莲(BASF)化学及化学工业的创新趋势在实际应用的化学工业领域中的发展和创新,11.21 吴凯教授原子和分子的世界现代化学中的原子和分子的观察、操控与组合及单分子的物理与化学性质,范特霍夫 Vant Hoff （1852-1911）1901年因气体体系或稀溶液中的化学平衡 获得第一届诺贝尔化学奖。,李远哲 （1936-）1986年因分子水平化学反应动力学的研究与Herschbach及John C. Polanyi分享诺贝尔化学奖。,“飞秒化学”,化学发展的趋势：由静态到动态 由体相到界面 由宏观到微观,化学存在于人类生活中的方方面面。,化学彻底改变了我们的生活！,化学不仅是一个基础研究的学科,以往的化学家们认为含碳物质一定要由生物体（有机体）才能制造，故称为有机物。1773年 伊莱尔罗埃尔（Hilaire Rouelle）发现尿素。1828年，德国化学家弗里德里希维勒（Friedrich W hler ）首次用加热的方法使无机物氰酸铵（NH4CNO)转化为 与硫酸铵人工合成了尿素。尿素的合成证明了有机物可以通过化学进行合成，揭开有机化学的序幕。,化学如何改变了我们的生活：从无机到有机,A.D. Bangham 1965年 采用磷脂溶胀形成囊泡T. Kunitake（国武丰喜 ） 1977年 双烃链表面活性剂形成囊泡E.W. Kaler 1989年 正负表面活性剂复配自发形成囊泡,细胞膜具有磷脂双分子层结构。,化学如何改变了我们的生活：从非生物体系到生物体系,实现了对生物体的模拟，跨越了从非生物到生物的鸿沟,美索不达米亚平原 3000B.C. 1份油和5份碱性植物灰混合 “皂化” 中国 西汉 “澡豆” 含天然表面活性剂皂角苷,表面活性剂：分子中具有亲水部分和亲油部分。在很低浓度时即可显著降低溶液表面张力，并能在一定浓度以上时，在溶液中形成分子有序组合体（胶束、囊泡等）。,McBain 1912 提出胶束假说,化学如何改变了我们的生活：洗涤、日化。,人类由此了解了油水混溶的秘密。胶体与界面化学的诞生促进了人类文明程度的提高。今天，胶体与界面化学的发展仍然在推动着日化和洗涤工业的发展，让我们生活得更加“美丽”和“魅力”！,化学如何改变了我们的生活：高分子材料,Hermann Staudinger(1881-1965) 1953年诺贝尔化学奖把“高分子”的概念引入科学领域，确立了高分子溶液的粘度与分子量之间的关系。,通过聚合，将单体分子聚合为分子量几千到数百万的高分子。高分子的分子间作用力与小分子不同，从而能够获得具有高强度、高韧性、高弹性等特殊性能的材料。,塑料 通用塑料 聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯 等 工程塑料 聚酰胺、聚甲醛 等 特种塑料 氟塑料、有机硅 等 纤维 尼龙、腈纶、涤纶、丙纶 等 橡胶 丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、氟橡胶 等,化学如何改变了我们的生活：药物合成,1954年Wall发现原产于东南亚的紫杉木含有一系列五元环生物碱。1970年Powell证明其具有抗癌活性。,1995年，Mori报道了对映体纯的(-)-cephalptaxin的全合成工作。,目标产物：,M.Mori et al. J.Org.Chem. 1995,60,115,有机全合成化学的发展，为人类攻克不可治愈的疾病提供了希望！,化学如何改变了我们的生活：合成氨！,合成氨领域的诺贝尔化学奖：1918年 F.Haber 发明循环法合成氨2007年 Gerhard Ertl 阐述合成氨动力学机理,自然界中的氮绝大部分以氮气的形式存在，无法被植物利用。如何将氮气转化为植物可利用的氮一直是人类关心的问题。德国化学家Friz Haber 在1905年报道了通过铁催化剂实现了合成氨。现在普遍的采用添加氧化铝和钾来“助催”的铁催化剂，反应温度在400左右，采用的总压力范围为150300 atm。由于合成氨工艺的发明和改进，使得化肥能够大量廉价生产，地球才得以养活60亿的人口！,没有化学,我们将无法维持如此大量人口的生存。,我们将无法享受今天的现代文明（干净、舒适、美丽的生活）。,我们将无法面对死神的肆虐和猖獗。,我们甚至无法了解我们自己身体的组成和奥秘。,化学,确实彻底的改变了我们的生活！,主讲教师：黄建滨教授（） 助教：阎云副教授( ) 高雪冬( ),上课时间：每周一7-8节 （下午15:10-17:00）上课地点：二教207选修要求： 全校通选，但留学生必须在北大学习两年以上。课程网站：/huangjb/,上课前一周教员将授课PPT发给助教，并将在课程网站上展出供同学下载（密码进入）。上课同时给予课程的3-4个题目，学生当堂完成后和课程感想与教员评价一起上交助教。助教整理后会在教员授课一周后回馈具体主讲的老师。,课程网站使用方法：/huangjb/,网页右下角：,现从事表面活性剂溶液及界面物理化学性质的研究。在表面活性剂物理化学，特别是溶液中两亲分子有序组合体的形成、结构与功能方面开展了深入的工作。,教授，国家杰出青年基金获得者，博士生导师,教授，国家杰出青年基金获得者，博士生导师,可控活性自由基聚合和高分子合成；高分子的分子自组装；生物相容性高分子合成及其应用。,教授，国家杰出青年基金获得者，博士生导师,研究兴趣为有机化学和化学的生物学的前沿交叉区域。活化相对稳定的C-X键并构造新的C-X键。此外，设计一些新的生物技术来揭示酶和DNA之间的交互作用。,有关中药成分的快速分析和鉴定方法研究。,环境放射化学放射性核素在环境介质中的吸附、扩散、迁移、种态分布等规律研究,教授，博士生导师,天然产物的全合成，合成方法学，组合化学，小分子生物化学,长江特聘教授，博士生导师,国家纳米科学中心副主任，研究员中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室主任 中科院高能物理研究所，研究员,纳米生物效应及其化学机制与分析方法；放射化学与纳米生物效应的结合。,利用表面和界面的结构、反应性和周期性来控制分子/原子簇的组装和功能材料的表面生长。利用功能分子的自组装在表面上产生有序图案。,长江特聘教授，博士生导师,可控自由基聚合反应，液晶高分子，光学活性高分子，近红外波段吸收/发光高分子，光电功能高分子，刚柔嵌段共聚物/低聚物的多层次自组装，具有控制结构、确定形状的高分子的合成及功能化。,教授，博士生导师,巴斯夫（中国）有限公司科技合作与创新管理部,北京化工大学特聘教授。在超分子结构功能材料的插层组装、新型催化剂材料及环境友好催化、磁材料化学、功