展望未来的化学-对化学的一点浅见原创

1、展望未来的化学展望未来的化学 对化学认知的一点浅见咸宁学院化学与生命科学系2002级化学教育专业徐俊龙一、通论 化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质及应用的一门基础自然科学。 迅猛发展的化学已成为生命科学、材料科学、环境科学、能燃科学、信息科学等学科领域的重要基础，它在解决人类社会发展过程中面临的问题、提高人类的生活质量、促使人与自然和谐相处等方面发挥着重要作用。 可以这样认为：化学学科研究包括对化学物质的：分类；合成；反应；分离；表征；设计；性质；结构；应用；及他们的相互关系。其核心是合成（包括天然和人工物）！1.1化学的发展简史 1.远古的化学实用技术 如：冶金、火药、造纸等

2、。2.近代化学基本理论的建立如：质量守恒定律、燃烧学说、阿佛加德罗定律、原子论、分子论、电离学说、酸碱理论等。3.现代化学物质结构理论和合成化学如：杂化轨道理论（VB法）、分子轨道理论（MO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。4.未来的化学综合学科发展的科学如：将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象、与其他学科渗透、交叉联合、科学技术生产、必须创新、理论与实验并驾齐驱、学科界限越来越模糊等。我国与Nobel奖为什么我国中学生生在历年的各学科国际奥赛（如：IChO、IBO、IMO等）上起的惊人的成绩，而迄今却没有国人得Nobel奖呢？ 可能原因

3、：我国科学基础较差， 缺乏深厚的科学传统，一流的科学家太少；我国的基础教育是优秀的，但是高等教育却不尽如人意，的别是是博士水平教育尤为落后！ 由于种种原因，如：吴有训、赵忠尧、王金昌等都与Nobel奖失之交臂；又如：候氏制碱法、结晶牛胰岛素等都没能评上!我国距Nobel奖还有多远？ 可以这么说我们已经具备了冲击Nobel奖的实力，但是我们也要知道我们与别国的差距！在不久的将来，我们一定会实现的，在座的各位就有可能是其中的一员哦！二、回顾与动向回顾与动向1. 20世纪化学的回顾2.从20世纪末化学基础学科的动向看未来发展的趋势3.交叉学科和热点研究领域简介4.化学工业与国民经济的关系氮化硅碳纳米

4、管20世纪化学的回顾一. 基础研究的重大突破1.放射性和铀裂变的重大突破2.化学键和现代量子化学理论3.创造新分子新结构合成化学4.高分子科学和材料科学的崛起5.化学动力学与分子反应动态学二.在化学基础研究推动下化学工业的大发展1.石油工业2.三大合成材料3.合成氨工业4.医药工业 VB12分子结构R.B.Woodward 合成得1965年 Nobel化学奖得主基础学科发展的动向看未来I.无机化学II.有机化学1.现代无机合成；2.配位化学3.原子簇化学 ：4.超分子化学5.无机晶体化学；6.稀土化学7.生物无机化学；8.无机金属与药物9.核化学和放射化学1.有机合成化学2.金属有机化学和有机

5、催化A.天然复杂有机分子的全合成B.不对对称合成A.金属有机化合物的合成、结构和性能B.金属有机导向的有机反应3.天然有机化学A.天然产物的快速分离和结构分析鉴定B.传统中药的现代化研究C.天然产物的衍生物和组合化学D.生物技术4.物理有机化学分子结构测定、反应机理、分子间的弱相互作用5.生物有机化学扫描隧道硅表面电流密度超导海葵毒素的分子结构分子式为C129H223N3O54 有64个不对称碳和7个骨架内双键, 异构体数目多达271个有机合成的杰作1989年美国哈佛大学Kishi宣布全合成21021个同分异构体 对映体镜面一对对映体（互为镜像）手性碳旋光仪 The Polarimeter钠光

6、灯平面偏振光光平面旋转起偏镜样品管检偏镜检测物质的旋光性 III.分析化学IV.物理化学1.光谱分析 ；2.电化学学分析；3.色谱分析4.质谱分析（MS）A.质谱联用；B.串联质谱C.傅立叶变换质谱（FTMS）D.整分子气化和多光电离技术（LEIMMUPI）5.NMR（1）提高磁体的磁场强度（2）.发展三维核磁共振技术（3DNMR）（3）固体NMR和NMR成相技术6.表面分析：7.放射分析；8.单分子（原子）检测体系和仪器的研制1.结构化学：2化学热力学3.化学动力学；4.量子化学5.催化A.多相催化；B、均相催化C.光催化 D、电催化E、酶催化和仿生催化基础学科发展的动向看未来基础学科发展的

7、动向看未来V.高分子化学 VI.化学工程 1.高分子合成；2.高分子物理3.高分子高级结构和尺度与性能的关系4.高分子成型；5.功能高分子6.通用高分子材料及合成高分子的原料1.化工过程的多尺度效应2.化学反应催化反应器3.非传统反应器（1）.超临界反应工程（2）.反应分离过程（3）.人为非定态反应工程4.生化反应工程原油加工流程人造血管I、生命科学II、能源化学交叉和热点1.生命的基础物质研究 ；2.遗传物质的作用；3.人类基因组计划 ；4.脑科学5.酶结构和催化功能的关系研究6.模拟生命过程和生命体系的合成1.氢能源 ；2.燃料电池3.生物质能源 ；4.太阳能电池5.海水盐差发电III、环

8、境化学1.环境分析化学 ；2.大气环境化学3.水环境化学 ；4.土壤环境化学5.元素化学循环；6.控制污染的化学7.环境计算化学氢能轿车2004年Nobel化学奖相关交叉和热点IV、绿色化学1.新的化学反应过程研究；2.传统化学过程的绿色化学改造；3.综合利用的绿色化学工程4.能源中的绿色化学问题和洁净煤化学技术5.资源再生和循环使用技术研究V、计算化学1.研究分子结构和性能的关系； 2.研究化学反应是如何进行的 ；3.预测化学反应的产物及新化合物具有什么样的化学性质4.生物大分子的空间结构、取向和形态研究5.研究分子分子体系的排列和相互作用6.计算机对化学过程的模拟VI、纳米化学1.纳米检测

9、技术 2.纳米材料的异常行为及其用途3.纳米化学合成A.纳米插层聚合 ；B.杂化材料C.相分离镶嵌段聚合物D.组装合成纳米相VII、手性药物和手性技术金属材料金属结构材料金属功能材料超耐热合金、轻质合金、非晶合金高性能结晶栓制材料导电材料、形状记忆合金超微粒子合金、超导材料非金属材料新陶瓷材料电气陶瓷、工程陶瓷、超硬陶瓷敏感元件、纳米陶瓷特种陶瓷耐辐射陶瓷、光学性能好的玻璃优异机械性能的特种玻璃导电性能玻璃高分子材料塑料、橡胶、纤维、黏合剂、工程材料、医用材料光功能材料、导电磁性塑料复合材料金属基复合材料、无机复合材料多性能复合材料生物医用材料如：医药、医用高分子材料等VIII、新材料A生物陶

10、瓷记忆合金未来材料发展的总趋势（1）、结构与功能相结合，要求具有多功能。（2）、智能化，要求材料本身具有感知、自我调节和反馈的 能力，即具有感知和驱动双重功能。（3）、少污染，对环境友好。 （4）、可再生。（5）、节约能源，还要求能利用或开发新能源。（6）、长寿命，材料要求能少维修或不维修。（7）、价格低廉。B月亮里的岩石晶体原电池I.农业1.化肥 ；2.农药 ； 3.优良品种和基因工程4.植物激素及生长调节 ； 5.光合作用和固氮II.能源1.煤的高效和清洁化燃料；2.天然气的开发和利用3.石油的开采、精练和燃烧； 4.核能利用III.化工1.石油化工；2.天燃气；3.煤化工A.煤的拔头工艺

11、生产液体燃料B.煤制合成气（CO+H2)IV.健康与医药1.基因药物; 2.酶抑制剂的研究和开发3.受体拮抗或阻断剂; 4.手性药物5.常见病和多发病治疗药物的研制6.中医药现代化V.新功能材料1.微电子材料和器件; 2.超导材料; 3.新型纳米陶瓷4光纤通讯; 5.聚合物结构材料; 6.医用材料VI.日用化学品和精细化工4.化学工业与国民经济的关系行住食VI，日用化学品和精细化工化学品看听各种文化用品及电视摄像所用的器具和材料等；如：纸、印刷品、照相机、胶卷、眼镜、望远镜等的制造收音机、随声听、乐器、唱片录音/录象带等用品，是用化学品为原料制造出来的也使用了大量的化学助剂衣天然纤维人造纤维合

12、成纤维清洁保养绿色食品自来水工业饮料、酒类营养物质建筑材料装饰美化消防安全汽车环保交通安全三、展望展望1.20世纪化学的回顾与未来化学学科发展的趋势2.未来化学的作用和地位3.21世纪化学学科发展的总趋势4.未来化学研究模式5.其他学科的基本化学问题6.21世纪化学学科的发展方向1.回顾发展趋势I.科技发展的基本考虑II.20世纪的化学在推动人类进步和科技发展起了核心科学的作用：（A）.为人类进步提供物质基础（B）.在相关学科的发展中起了牵头作用III.对21世纪初期化学现状和地位的不同估计示例： 协同反应具有高度立体专一性，用于合成特定结构碳骨架。篮烯（basketene）特殊物质的合成2.

13、未来化学的地位和作用A.化学仍然是解决食品问题的主要学科之一 B.化学在能源和资源的合理开发和高效安全利用中起关键作用C.化学继续推动材料科学的发展 D.化学是提高人类生存质量和生存安全的有效保障 3.未来化学的学科发展的总体趋势1.微观与宏观相结和2.静态与动态(过程）相结合3.由简单到复杂，再由复杂到简单4.未来化学研究模式1.从实际问题中抽象出化学基本问题来研究2.吸收其他学科的新理论和新结果，孕育化学生长点3.与其他学科融合，开拓化学新领域4.把握动向和时机，提出新思路和新的研究方向5.重视化学学科自身发展与整体科学技术的发展相结合燃料NH3燃烧产物CH4COCH3OHCO2H2ON2

14、燃烧热太阳能5.其他学科中的基本化学问题I.生命科学中的基本化学问题A.生物大分子之间、大分子与小分子之间的各种相互作用B.生物功能分子的结构与功能关系的研究C.生命过程复杂性的研究II.材料科学中的基本化学问题A.分子结构-分子聚集体高级结构-材料结构-理化性质-功能之间的关系B.合成功能分子与筑建高级结构的理论与方法研究C.分子器件的研究D.模拟生物材料形成过程的基础研究III.可持续发展的基本化学问题绿色化学和环境化学臭氧空洞6.未来化学学科的发展方向I.寻求结构多样性的研究与功能研究结合A.寻求结构复杂性和多样性的目标结构包含高级结构B.组合化学； .C.发现和寻求新合成方法D.结构化

15、学与合成化学结合II.复杂化学体系的研究A.复杂化学体系中的多层次结构研究B.尺度效应和多尺度问题C.复杂系统过程问题III.化学信息学和高效率计算机信息处理A.功能分子信息学B.与生物衔接的化学信息学C.与化学反应和化学过程衔接的化学信息学IV.新实验方法的建立和方法研究V.跟踪、分析、模拟化学反应过程 专业选修课专业必修课无机化学有机分析化工物化（含结构） 物理学 数学 化学实验 化学实验化学大厦高校化学专业的课程结构如何学好高中化学1动力作任何事情都要用动力，好奇心、兴趣、爱好、责任心、敬业精神、献身精神都可能产生学习的动力。2实践实践出真知，要重视实验，习题、作业、参加讨论和辩论、参观访问、参加科学研究、文献调查、专题报告等。3方法学习有通则，又无定则。一般而言，学好高中化学可从以下几点入手：A）重视实验，敢于做一些探索性实验，培养思维能力，探索能力、动手能力等。B）重视科学思维方法的训练，如：实验