20世纪化学发展轨迹初探.ppt

1、20世纪化学发展的思维方法，华东师范高等院校化学系高剑南，华东师范高等院校高剑南，2，20世纪化学发展的思维方法，一，现代化学发展的态势和特征二，化学研究重点转移和研究水平的突破三，提高化学研究价值，华东师范高等院校高剑南，三，一，现代1 .现代化学发展的态势二，现代化学发展的特点， 华东师范高等院校高剑南，4，1 .现代化学发展态势，现代化学脱离炼金术和初期化学，在17世纪中下叶萌芽，真正的创立和发展于18世纪和十九世纪。 近代化学的发展是缓慢而曲折的。 华东师范高等院校高剑南，5，1 .现代化学发展态势，20世纪现代化学取得灿烂辉煌成果。 化学发展的理论基础原子分子论在化学发展过程中持续丰

2、富、深化、扩张，但没有发生破坏性的变化。 平稳发展，华东师范高等院校高剑南，6，1 .现代化学发展态势，快速a .随着化学内部和化学与其他科学的交叉和渗透，其研究范围越来越广泛，发展为9个分支学科。 华东师范高等院校高剑南，7，b .新分子和新材料的快速发展，化合物数量呈指数增长。 1900年55万种1945年110万种(45年2倍) 1970年236.7万种(25年约2倍) 1980年593万种(10年约2倍) 1990年1057.6万种(10年约2倍)从2000年组成到形态分析从整体到微观领域的分析(空间极限分辨率0. 从整体到表面及层的分析从宏命令成分到微观结构解析(样品质量不足100g

3、也能提供正确的构造信息)从静态到迅速的响应追踪(现场)分析从破坏试样到非破坏分析从离线到在线分析。 华东师范高等院校高剑南，9，2 .现代化学发展的特点；(1)从宏命令研究到微观研究，从微观研究到宏命令研究的结合意识。 (2)从静态研究到动态研究，从意识到静态研究与动态研究的结合。 (3)从复杂到简单，再从简单到复杂的研究方式的转变。 华东师范高等院校高剑南，(1)从宏命令研究到微观研究，从微观研究到宏命令研究相结合，分子水平的研究必须向更小水平的原子、分子发展，必须向分子以上的水平发展。 必须把微观研究和宏命令观研究结合起来。 华东师范高等院校高剑南，(11 )从静态研究到动态研究，意识到静

4、态研究与动态研究相结合，化学必须从分子水平解释静态结构与行为的关系，也必须解释过程中发生的动态化学变化。 华东师范高等院校高剑南，(12 )从复杂到简单，然后从简单到复杂的研究方式的转变，从简化复杂的系统到回归复杂的系统。 华东师范高等院校高剑南，13，2，化学研究重心的转移和研究水平的突破，1 .研究重心从原子向分子2 .分子以上突破，华东师范高等院校高剑南，14，1 .研究重心从原子向分子， 十九世纪：主要在原子水平上认识和研究化学的恩格斯说：“对十九世纪化学家来说，是原子的世纪”，华东师范高等院校高剑南，15，1 .研究重点从原子转移到分子，20世纪化学研究重点转移到分子，成为分子科学。

5、华东师范高等院校高剑南，16，1 .研究重点是从原子到分子，(1)认识分子研究分子的组成、结构、结构和性质的关系，(2)控制分子研究分子化学反应的规律，(3)用合成手段创造分子，华东师范高等院校高剑南， 17伊斯特酮荷尔蒙激素和雄激素荷尔蒙激素：两种性荷尔蒙激素结构的共同特征：四个环(三个六元环和一个五元环)三个侧链(两个角甲基化学基和一个OH化学基)甾类化合物族，华东师范高等院校高剑南，18，(1)分子研究分子的组成、结构、结构和雄激素a环饱和，醇组成和结构上的微小差异会导致性别的很大差异。 华东师范高等院校高剑南，19，(1)认识分子研究分子的组成、结构、结构和性质的关系，“停止反应”有两

6、种组成相同，但由于有结构不同的映射同分异构体，互为左右手，因此性能不同。 “停止反应”的有效成分是镇静剂，它具有较好的镇静功能，无畸形变化，而另一种构型没有镇静作用，具有较强的畸形作用。 华东师范高等院校高剑南，20，(1)认识分子研究分子的组成、结构、结构和性质的关系，结构决定性质。 认识分子首先认识分子的组成和结构。 华东师范高等院校高剑南，(1)认识分子研究分子的组成、结构、结构和性质的关系，a .分子结构化学结构化学结构化学键的本质几何结构键长、键角、二面角对称性b .测定分子结构从用化学方法测定结构到用物理方法直接测定， 包括华东师范高等院校高剑南胆固醇结构测定等；华东师范高等院校高

7、剑南，23，胆固醇结构；华东师范高等院校高剑南，24，b .测定分子结构；物理方法：质谱法、光谱法、光谱法、衍射法、光谱法、扫描隧道显微镜等。 华东师范高等院校测定高剑南，25，b .分子结构，MS:分子被东鳞西爪化，测定分子东鳞西爪的精确质量，确定东鳞西爪的组成，进一步推测分子中的原子如何结合。 c 12.000000 o 15.995915 h1. 007825 ch 416.031300能够区别是氧原子还是甲烷分子。 华东师范高等院校测定高剑南，26，b .分子结构，1912年首次应用MS，多次获得化学奖1922年在MS中发现大量非放射性同位素元素体1934年在MS中发现氘1996年在M

8、S中发现C60 2002年在发明中测定生物大分子的质谱法。 测定华东师范高等院校高剑南，27，b .分子结构，NMR:磁性核在磁场中有磁核共振吸收。 不同化学环境的氢原子，其磁核共振吸收峰的位置不同，每个峰的精细结构不同。 由此可以推测分子的化学结构和空间结构。 测定华东师范高等院校高剑南、28、b .分子结构，乙醇二甲醚hho HCC oh HC ch hh有三组共振吸收峰，一个共振吸收峰面积比为321分别为三个小峰、四个小峰和一个峰。 1946年发明NMR 1952年物理奖1991年发明傅里叶变换NMR，测量了华东师范高等院校高剑南、29、b .分子结构， 二次元NMR光谱化学奖2002年

9、发明用NMR测定溶液中生物大分子磁核共振影像学的临床应用是医学影像学上的一场革命，是继CT、医学超声等影像检测手段之后的一种新的断层影像学方法，与CT相比，MRI具有无高组织分解和放射损伤等优点。华东师范高等院校测定高剑南，31，b .分子结构，XRD:晶体可通过x射线衍射，在衍射方向上测定晶胞残奥计，即晶胞大小与形状。 衍射强度决定晶体的点阵图案及晶胞中原子的种类及其分布。 华东师范高等院校测定高剑南，32，b .分子结构，XRD不仅可以测定键长、键角、二面角等表示分子空间构型的残奥仪，而且可以直接测定分子中电荷密度的空间分布，确定晶体和分子的总体结构。 测定华东师范高等院校高剑南，33，b

10、 .分子结构，x射线衍射法发展轨迹：劳尔于1912年提出结晶能衍射x射线，1914年荣获物理奖。 1914年布拉格父子建立了对x射线衍射的结晶原理和方法，翌年布拉格父子获得物理奖。 1936年设备发明了x射线衍射粉末法，提出了偶极矩的概念并获得了化学奖。 测定了华东师范高等院校高剑南，34，b .分子结构，20世纪4050年代各种代表性的无机物和有机物的结晶结构多已被测定，总结了键长、键角及其变异规律和分子的配置、结构规律，为化学、物理学、矿物学和冶金学等共同的科学基础。 华东师范高等院校测定了高剑南，35，b .分子结构，1954年布林线通过揭示化学键的本质，根据共振论和x射线衍射数据，成功

11、推测血色素螺旋结构，获得化学奖，1962年获得诺贝尔和平奖。 华东师范高等院校测定了高剑南，36，b .分子结构，6070年代的晶体结构测定被广泛的化学家采用。 1953年沃森和喀呖声根据威尔金斯，特别是女性化学者富兰克林的x射线衍射数据提出了DNA的双螺旋结构，获得了1962年生理学医学奖。 华东师范高等院校高剑南，37，b .分子结构测定，1962年，肯德基测定鲸鱼肌红蛋白的三次元结构，佩茨完成了马血色素精细结构测定，获得化学奖。 1964年霍奇金(女)通过x射线衍射测定重要生物化学物质维生素B12、青霉素的结构，并获得化学奖。 通过华东师范高等院校高剑南，38，b .分子结构测定，80年

12、代多功能晶体结构数据库的建构，提供了系统结构信息。 1985年哈特曼和卡尔发明了直接方法获得化学奖1988年戴森霍弗、休伯、米歇尔通过测定光合作用反应中心的三次元结构获得化学奖。 华东师范高等院校高剑南，39，b .测定分子结构，1982年，IBM公司苏黎世实验室的两人科学家合并(G.Binning )和劳蕾尔(H.Rohere )通过量子隧道效应发明了扫描隧道显微镜(scanning )，样品表面的距离为0.1nm 隧道电流的大小与针尖到试料表面的距离呈指数关系。 测定华东师范高等院校高剑南，41，b .分子结构，STM横极限分辨率0.1nm，纵极限分辨率0.01nm，比普通电子显微镜极限分

13、辨率高2位数。 测定华东师范高等院校高剑南，42，b .分子结构，STM可观察苯分子的六元环结构、DNA的单链结构和DNA的双螺旋结构。 可以单原子操作，实现单原子的移动。 华东师范高等院校高剑南，43，b .测定分子结构，人们目击原子、分子，使原子、分子不仅是抽象的模型，也是实际的客体，可以移动。 1986年获得了Nobel物理奖。 探讨华东师范高等院校高剑南、44、c .结构效应关系，归纳了一些结构和功能规律，没有提出统一的理伦。华东师范高等院校高剑南，45，(2)分子研究控制分子化学反应的规律，a .在规定条件下，是否发生反应b .如果可以发生，进行到什么程度？ 伴随着什么样的能量变化？

14、 c .反应所需时间反应进行的速度？ d .反应如何反应的反应历程？ 华东师范高等院校高剑南，(46 )，控制了分子研究分子的化学反应规律，自然段有很多自发变化。 自发过程的共同特征是： a .自发过程具有不可逆性。 b .自愿过程可以用于工作。 c .自愿进程的进行是有限度的。 华东师范高等院校高剑南，(47 )分子研究分子的化学反应调控规律，如何判断过程是否能自发进行，对于孤立系统来说，自发过程总是向混乱度增大的方向发展，达到平衡态时混乱度极大，自发过程停止。 考虑到华东师范高等院校高剑南，(48 )控制分子研究分子的化学反应规律，化学反应只在等温、等压、体积功条件下进行，绘制热力学系统的

15、一个状态残奥仪的吉布斯自由能变化z小于零，可以作为反应自发进行的判断标准。 华东师范高等院校高剑南，49，(2)控制分子研究分子的化学反应规律，化学热力学能够预言某种化学反应能进行到什么程度，但它不能告诉我们反应的速度。 反应自发进行的倾向大，反应速度不一定快。 华东师范高等院校高剑南，(50 )控制分子研究分子的化学反应规律，常温下，氢氧反应生成水的倾向大，但反应速度极小，经过105亿年才生成0.1%的水。 华东师范高等院校高剑南，51，(2)控制分子研究分子化学反应规律，实现化学反应的关键是提高反应速度。 改变化学反应速率的物质是催化剂。 华东师范高等院校高剑南，(52 )控制分子研究分子

16、化学反应规律，酶催化剂是加速生化反应的催化剂。 酶催化特点有： a .高效b .专一性c .反应条件温和d .多样性，华东师范高等院校高剑南，53，(2)调控分子研究分子化学反应规律，发明催化剂获得化学奖： 1918年哈佛合成氨催化剂1963年Ziegler-Natta催化剂； 1973年茂金属化合物催化剂； 2001年手性催化剂。 华东师范高等院校高剑南，(54 )控制分子研究分子的化学反应规律，为什么某些反应进行得快，某些反应进行得慢，研究化学反应机制的化学反应是怎么发生的？ 化学学科中这个最基本的问题很难回答。 华东师范高等院校高剑南，(55 )控制了分子研究分子的化学反应规律，化学反应非常复杂，从初始反应物到最终形成产物，经过了很多步骤。 单个步骤称为基元反应。 化学反应的实质：元化学键的破坏和新化学键的形成。 华东师范高等院校高剑南，(56 )控制分子研究分子的化学反应规律，人们通常研究的系统由大量分子构成，所观察到的化学现象是大量分子的整合行为。 例如浓度为310-3molL-1的酚酞指示剂1滴中含有1017个酚酞分子。 华东师范高等院校高剑南，57，(2)为了调控分子研究分子的化学反应规律，弄清楚反应细节，得到了分子初始态过渡态终止态的所有相关信息，特别是化学键断裂和重组的直接相关信息。 有必