APC10章_继往开来的化学-高等物理化学

1、Prof.提高催化剂的稳定性。 以延长运转周期;降低原料中的苯烯比。以提高经济 效益 Prof.在相 同条件下。它又具有气体的粘度,因而又具有很高的 传质速度。而且。由于具有很大的可压缩性。流体 的密度、溶剂溶解度和粘度等性能均可由压力和温 度的变化来调节。超临界二氧化碳的最大优点是无 毒、不可燃、价廉等。 Prof.生物催化转化方法优于常规的聚合方法Gross 的聚合物还具有生物降解功能。 Prof. 为达到上述目的， 一是要有性能优异的深度加氢脱硫催化剂;二是要开 发低压的深度脱硫/芳烃饱和工艺。国外在这方面的 研究已有进展。 此外。保护大气臭氧层的氟氯烃代用品已在开始 使用。防止“白色污

2、染”的生物降解塑料也在使用。 Prof.& PhD Han Enshan 2021-7-11 1.防止废物产生优于废物产生后再处理或清理 2.应设计合成方法使其能把反应过程中利用的所有材料 尽可能多地转化到最终产物中 3.只要可行，应设计合成方法使其利用和产生的物质对 人类健康和环境无毒性或很低毒性。 4.应设计化工产品使其保留功效，但降低毒性 Prof.& PhD Han Enshan 2021-7-11 5.应尽可能避免使用辅助物质（如溶剂、分离剂）， 如用时应是无毒的 6.应考虑到能源消耗对环境和经济的影响，并应尽量 少地使用能源。合成应在常温和常压下进行 7.只要技术和经济上可行，原料

3、应是可再生的，而不 是将耗竭的 Prof.& PhD Han Enshan 2021-7-11 8.应尽可能避免不必要的衍生化（阻断基团，保护 脱保护，物理和化学过程的暂时修饰） 9.催化试剂（有尽可能好的选择性）优于化学计量试 剂 10.应设计化工产品使其在完成使命后不在环境中久 留，并降解为无毒的物质 11.分析方法须进一步发展，以能够进行即时的和在 线的跟踪及控制有害物质的生成 12.在化学转换过程中，所用的物质和物质的形态应 尽可能地降低发生化学事故的可能性，包括：泄漏、 爆炸、和火灾 Prof.& PhD Han Enshan 2021-7-11 1什么是组合化学什么是组合化学 组合

4、化学是同时创造出多种化合物的合成技术，其产物 不是一、二个化合物，而是很多化合物，甚至多到上百 万个化合物（肽类），因此被称为化合物库。 组合化学研究的基本思路是构建组成分子具有多样性的 化学库，每一个化学库都具有分子的可变性和多样性， 分子间不要求存在着简单的定量关系。因此，组合化学 能为新药物分子设计，即先导药物分子设计提供巨大的 “化合物库”。 2组合化学的数学方法组合化学的数学方法 下图表明用9种（342）不同的反应物合成24种组成 不同的化合物时的组合方法。 Prof.& PhD Han Enshan 2021-7-11 如果用传统的合成方法，就要进行243=72次合成。现 在包括将

5、A、B、C通过联结剂固定在固定化球上，只要 进行三步合成操作。 如果用类似的方法用于多肽合成，由20种天然氨基 酸为构建单元，利用传统的合成方法，二肽便有400 （202）种组合，三肽则有8000（203）种组合，依次类 推，八肽将达到25600000000（208）种组合，将它们逐 一合成要进行256亿次实验。如果采用组合化学的方法， 只要进行9次如上图所示的固定化和混合操作即可，由 此可以看出组合化学方法的先进性。 Prof.& PhD Han Enshan 2021-7-11 Prof.& PhD Han Enshan 2021-7-11 3组合化学在新药设计中的作用组合化学在新药设计中

6、的作用 设计和研制对某种疾病有特效的药物往往需要经过 一个旷日持久的漫长过程。例如先要根据已有的经 验（如药物的结构与效用间的关系，简称构效关系） 对药物进行分子设计；第二步是合成所设计的分子 和它的相似物或衍生物；第三步对合成出来的诸多 化合物进行药效的初步筛选，要进行动物试验、生 理毒理试验、临床试验，时间之长，可想而知。 Prof.& PhD Han Enshan 2021-7-11 组合化学法可以一次就按排序制造出上千种带有表 现其特性的化学附加物的新物质来，整个一组化合 物可以根据某些生物靶来进行同步筛选，挑出其中 的有效化合物加以鉴定。再以这些有效化合物的化 学结构作为起点，合成新

7、的相关化合物用于试验。 在随机筛选法中，任意一种新化合物表现出生物活 性的机会是很小的，但是具备同步制造和筛选能力 之后，找到一种有价值的药物的机会就大大增加了。 Prof.& PhD Han Enshan 2021-7-11 4组合化学的启示组合化学的启示 组合化学再一次体现了数学规律和方法在现代科学技术 发展中的重要性。上面所举的多肽合成的例子表明：组 合化学方法与传统的有机合成方法在劳动强度和工作效 率之间都存在着巨大的反差。 Prof.& PhD Han Enshan 2021-7-11 其次，给予我们的启示应当远不止组合化学本身，善 于从其他学科中汲取营养，不仅可以学习其他学科观察

8、客观事物以及分析和解决问题的思路和方法，突破学科 间分立的障碍和本学科中某些传统的束缚，而且可能对 于发展本学科还是一条现实易行的重要途径。 曾经有人认为，合成化学特别是有机合成几乎与数学 无缘，组合化学的出现以及在合成系列中有机分子化学 库的尝试，已经证明上述看法是很不全面的，至少应该 引起有机化学家对可起作用的某些数学武器的关注。 Prof.& PhD Han Enshan 2021-7-11 现在科学家将开发出的微型化学开关细如毛发，可反复 开启和关闭，从而可能用来制造随机存取的存储器。这 是计算机中的关键设备，它使用户能保存和任意处理信 息。 分子计算机将淘汰掉今天体积庞大、笨重、能耗

9、巨大的 硅计算机。（目前的晶体管尺寸比分子器件大8000倍） 最终计算机将变得十分微小，可编织到衣服中。它能完 整地保存大量数据而不必担心出现系统崩溃或其它故障。 一般的计算机，基本器件是二极管（开关，电流放大 器）、三极管（信号电压放大器，信息存储器）。微 型化学开关的基础是一种叫连环体的分子（2、4二苯 硫酚3氨基硝基苯，如图）。 Prof.& PhD Han Enshan 2021-7-11 NO H N 2 3 SH SHAu Au 它是由两个微小的互相连锁的环状结构 组成的。通过施加电脉冲可以移走一个 电子，从而导致一个环出现翻转或绕另 一个环旋转，这就打开了开关。若把电 子送回原处

10、，便会使开关关闭。如右图 的分子结构中，SH与Au易结合，中 间苯环的电子可流动。加电场时，苯环 发生扭曲，电子不能通过这就是二 极管。它在5V时，可承受0.2mA,穿过分 子通道的电子数约为1012个，相当于电 子是逐步通过的。 Prof.& PhD Han Enshan 2021-7-11 NO H N 2 3 SH SHAu Au 采用化学合成方法的重要特点是，一次 可以提供数亿万计的“全同”分子原料， 具有特定功能的分子器件的分子仪器。 目前，分子计算机存在的难题是三维分 子器件的设计、电路的连接方式、导线 的材料等问题。 Prof.& PhD Han Enshan 2021-7-11

11、 基因芯片，也叫DNA芯片，是在90年代中期发展出 来的高科技产物。基因芯片大小如指甲盖一般，其基 质一般是经过处理后的玻璃片。每个芯片的基面上都 可划分出数万至数百万个小区。在指定的小区内，可 固定大量具有特定功能、长约20个碱基序列的核酸分 子（也叫分子探针）。 Prof.& PhD Han Enshan 2021-7-11 基因芯片即脱氧核糖核酸（DNA）阵。在不大的芯 片上，储存着巨大数量的信息，而传递信息的使者 就是DNA。基因芯片由若干基因探针构成，每种基 因探针包含着由若干个核苷酸对构成的DNA片段。 基因芯片的工作原理与探针相同。在指甲盖大小的 芯片上，排列着许多已知碱基顺序的

12、DNA片段，根 据碱基互补规律，芯片上单链的DNA片段能捕捉样 品中相应的，从而确定对方的身份，通过这 种方式可准确识别异常蛋白等。 Prof.& PhD Han Enshan 2021-7-11 基因芯片的制作是一项十分复杂的技术，要在小小 的玻璃芯片上加工数十万个孔槽，然后在每个孔上 精确地放上不同的、特定的DNA片段而不使它们发 生任何混淆则是十分困难的。更重要的是，要制作 基因芯片，首先必须分离出数十万种不同的DNA片 段，并了解它们各自的功能特点。 Prof.& PhD Han Enshan 2021-7-11 中国科学家已分别研制出白血病病毒毒检芯片、染 色体易位检测基因芯片、白血

13、病相关癌基因表达检 测基因芯片和白血病相关癌基因突变检测基因芯片。 在此基础上，综合设计出白血病预警基因芯片。这 一基因芯片从设计、制作到检测等都拥有自己的特 色，并自成体系。 通过基因芯片检查，可以发现血液中是否存在白血 病病毒，细胞是否存在突变的基因，以此来诊断某 患者是否患有白血病，可能或将有多大可能发生白 血病，并能指导医生用药。 Prof.& PhD Han Enshan 2021-7-11 基因芯片将用于许多创新性研究，从癌症的基因到 使艾滋病病毒产生抗药性的基因变异。它将代替传 统的体格检查和疾病诊断办法，尽早预知疾病。通 过用几个基因芯片探查你的基因，就可了解你全部 的遗传缺陷

14、，预测你未来若干年的健康会受到哪些 威胁，以便采用相应的对策加以预防，当然也可以 采用基因疗法加以治疗。 Prof.& PhD Han Enshan 2021-7-11 由于被固定的分子探针在基质上形成不同的探针阵 列，利用分子杂交及平行处理原理，基因芯片可对 遗传物质进行分子检测，因此可用于进行基因研究、 法医鉴定、疾病检测和药物筛选等。基因芯片技术 具有无可比拟的高效、快速和多参量特点，是在传 统的生物技术如检测、杂交、分型和DNA测序技术 等方面的一次重大创新和飞跃。 Prof.& PhD Han Enshan 2021-7-11 用一个盛着液体的试管来解答数学题乍听起来像是天 方夜谭，可这种事情却真真切切地发生了。 DNA的计算并行度是非常大的，在1毫升的DNA溶液 中，可以容纳1018条DNA。每条DNA都可以看成是一 个微处理器。虽然生化反应是在一小时之内完成的， DNA每秒种的运算量却可以达到1015次。现在最快的 计算机每秒种的运算速度是1012次。这样的话，DNA 计算要比最快的计算机还要快一千倍。 DNA体积很小，但存储的信息量却很大。1克DNA所 能存储的信息量可与1万亿张CD光盘相当，远大于现 有的计算机存储芯片和存储介质。 Prof.& PhD Han Enshan 2021-7-11 虽然DNA计算很吸