3-無(wú)機(jī)合成-2013-2014-前言-1.doc

前 言0.1 發(fā)展簡(jiǎn)史和重要作用0.2 無(wú)機(jī)合成和無(wú)機(jī)新材料0.3 無(wú)機(jī)合成化學(xué)的研究?jī)?nèi)容0.4 無(wú)機(jī)合成的研究方法0.5 無(wú)機(jī)合成和有機(jī)合成的區(qū)別前 言0.1 發(fā)展簡(jiǎn)史和重要作用1. 學(xué)科分類(lèi)1）化學(xué)一級(jí)學(xué)科重要學(xué)科2）無(wú)機(jī)化學(xué)二級(jí)學(xué)科基礎(chǔ)學(xué)科3）無(wú)機(jī)合成三級(jí)學(xué)科前沿學(xué)科4）相關(guān)研究方向四級(jí)學(xué)科不斷拓展2. 學(xué)科代碼150 化學(xué)150.15 無(wú)機(jī)化學(xué)150.1510 元素化學(xué)150.1520 配位化學(xué)150.1530 同位素化學(xué)150.1540 無(wú)機(jī)固體化學(xué)150.1550 無(wú)機(jī)合成化學(xué)150.1560 無(wú)機(jī)分離化學(xué)150.1570 物理無(wú)機(jī)化學(xué)150.1580 生物無(wú)機(jī)化學(xué)150.1599 無(wú)機(jī)化學(xué)其他學(xué)科3. 發(fā)展史1）人類(lèi)古代歷史-以無(wú)機(jī)材料命名石器時(shí)代：人類(lèi)歷史分期的第一個(gè)時(shí)代、大約始于距今二三百萬(wàn)年、止于距今6000至4000年左右。陶器時(shí)代：陶器時(shí)代的時(shí)間跨度約在舊石器時(shí)代晚期和新石器時(shí)代末期，陶器的大規(guī)模使用，是新石器時(shí)代的主要標(biāo)志。銅器時(shí)代：介于最早的石器時(shí)代和較晩的鐵器時(shí)代之間的一個(gè)時(shí)代，距今約4200年。鐵器時(shí)代：是繼青銅時(shí)代之后的又一個(gè)時(shí)代。它以能夠冶鐵和制造鐵器為標(biāo)志，距今約3400年。煉丹時(shí)代：我國(guó)自周秦以來(lái)就創(chuàng)始和應(yīng)用了將藥物加溫升華的這種制藥方法，為世界各國(guó)之最早者，距今約2500年。火藥時(shí)代：歐洲人直到1250年才懂得使用它，在中國(guó)則可能要早一些。2）20世紀(jì)-新材料時(shí)代配位化學(xué)-氮分子配合物-50年代化學(xué)固氮金屬有機(jī)-環(huán)戊二烯金屬配合物-1973年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。紅寶石激光材料-80年代YBaCuO高溫超導(dǎo)陶瓷材料-90年代C60無(wú)機(jī)碳材料- 1996年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)石墨烯材料- 2010年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)12公元2005年7月12日，英國(guó)倫敦佳士得公司拍賣(mài)場(chǎng)，一只高27.5厘米、直徑33厘米的中國(guó)青花瓷罐，以1568.8萬(wàn)英鎊(折合2.3億人民幣)的天價(jià)成交。由此，一場(chǎng)曠日持久的尋寶熱，席卷中國(guó)大地 清雍正官窯粉彩蝠桃壽紋橄欖瓶2004年4150萬(wàn)港元，全國(guó)政協(xié)常委、香港中華總商會(huì)副會(huì)長(zhǎng)張永珍，贈(zèng)給上海博物館清乾隆御制琺瑯彩“古月軒”題詩(shī)花石錦雞圖雙耳瓶2005-10-23香港蘇富比秋拍1.1548億港元成交，RMB122,408,800元，收購(gòu)人香港古董商人翟建民清乾隆外粉青釉浮雕芭蕉葉鏤空纏枝花卉紋內(nèi)青花六方套瓶2005-5-2紐約蘇富比4492萬(wàn)港元/RMB47,615,200元0.2 無(wú)機(jī)合成和無(wú)機(jī)新材料近代無(wú)機(jī)合成的主要任務(wù)是提供高新技術(shù)發(fā)展所需求的日益增多的新型無(wú)機(jī)材料。因此，無(wú)機(jī)合成亦可稱(chēng)為無(wú)機(jī)材料合成。正在快速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)與無(wú)機(jī)合成之間的關(guān)系。1. 能源開(kāi)發(fā)生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，消耗了巨大的能源。非再生能源逐漸枯竭。解決的辦法-開(kāi)源節(jié)流。1）開(kāi)源：開(kāi)發(fā)新型能源，磁流體發(fā)電，潮汐發(fā)電，風(fēng)力發(fā)電，地?zé)岚l(fā)電，太陽(yáng)能發(fā)電，染料電池等。2）節(jié)流：提高現(xiàn)有能源使用效率，保溫隔熱材料，機(jī)械性能好等。解決這些問(wèn)題都需要一系列無(wú)機(jī)材料做支撐。2. 空間技術(shù)空間技術(shù)對(duì)軍事，通訊，氣象，資源，衛(wèi)星，空間實(shí)驗(yàn)室等有重要意義。需要：1）高強(qiáng)度材料 （耐4000 C，20 mPa）2）輕質(zhì)量材料 （1000 kg 數(shù)千萬(wàn)美元）蛟龍如海 神八和神九返回3. 電子技術(shù)電子計(jì)算機(jī)等由于使用了半導(dǎo)體材料和器件，能夠形成集成電路和大規(guī)模集成電路，達(dá)到：1）小型化2）高速化3）復(fù)合化4）高可靠性什么是云計(jì)算？云計(jì)算是一種基于因特網(wǎng)的超級(jí)計(jì)算模式，在遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)中心，幾萬(wàn)甚至幾千萬(wàn)臺(tái)電腦和服務(wù)器連接成一片。因此，云計(jì)算甚至可以讓你體驗(yàn)每秒超過(guò)10萬(wàn)億次的運(yùn)算能力，如此強(qiáng)大的運(yùn)算能力幾乎無(wú)所不能。用戶(hù)通過(guò)電腦、筆記本、手機(jī)等方式接入數(shù)據(jù)中心，按各自的需求進(jìn)行存儲(chǔ)和運(yùn)算。4. 激光技術(shù)計(jì)量，檢測(cè)，加工，顯示，信息處理，光通訊，光化學(xué)，核聚變，醫(yī)療，軍事科學(xué)等。1）產(chǎn)生激光需要各種寶石類(lèi)化合物，2）應(yīng)用激光需要各種電光，聲光，磁光和非線(xiàn)性光學(xué)材料等。5. 光電子技術(shù)光學(xué)和電子學(xué)相互交叉的邊緣學(xué)科。光通訊，光信息處理，顯示等方面。需要電光晶體，聲光晶體，非線(xiàn)性光學(xué)晶體，光導(dǎo)纖維，發(fā)光材料等。6. 紅外技術(shù)以紅外光學(xué)材料為寄出的紅外技術(shù)是研究紅外輻射的產(chǎn)生、傳播、轉(zhuǎn)化和測(cè)量及應(yīng)用的一門(mén)新興技術(shù)。在軍事和國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)有巨大的應(yīng)用價(jià)值。7. 無(wú)機(jī)藥物1）診斷，磁性金屬配合物造影劑，稀土金屬配合物探針等。2）治療，Pt，Ru，Pd等配合物，抗腫瘤，抗艾滋病等，靶向藥物。8. 催化劑1）提高效率，2）縮短時(shí)間，3）降低成本。0.3 無(wú)機(jī)合成化學(xué)的研究?jī)?nèi)容隨著合成化學(xué)、特種合成實(shí)驗(yàn)技術(shù)和結(jié)構(gòu)化學(xué)、理論化學(xué)等的發(fā)展，生命、材料、計(jì)算機(jī)等相鄰學(xué)科的交叉、滲透，以及實(shí)際應(yīng)用上的需求，無(wú)機(jī)合成化學(xué)的內(nèi)涵已被大大擴(kuò)充。不只局限于傳統(tǒng)的常規(guī)合成，開(kāi)始進(jìn)入到大量特種實(shí)驗(yàn)技術(shù)與方法下的合成(包括了制備和組裝科學(xué))，研究具有特定結(jié)構(gòu)和性能的無(wú)機(jī)材料的定向設(shè)計(jì)合成與仿生合成等。同時(shí)與其它學(xué)科領(lǐng)域的關(guān)系也日益密切，從而使其涉及的內(nèi)容更廣。1. 特定結(jié)構(gòu)或特殊凝聚態(tài)的無(wú)機(jī)材料的合成材料的性能與物質(zhì)的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，結(jié)構(gòu)不同，即使由相同的元素組成的物質(zhì)其性質(zhì)也會(huì)有明顯的不同，如石墨和金剛石；-Fe2O3和-Fe2O3等。 物質(zhì)的性質(zhì)也受聚集狀態(tài)調(diào)控，如體材料與納米級(jí)材料；多晶和單晶材料；球形納米粒子與納米棒、納米線(xiàn)、納米管等。2. 極端條件下無(wú)機(jī)材料的合成許多物質(zhì)需要在極端條件下(如超高壓、超高溫、超高真空、超低溫、強(qiáng)磁場(chǎng)或電場(chǎng)、失重、激光、等離子體等)才能被合成。極端條件下合成的物質(zhì)在性質(zhì)上往往表現(xiàn)出明顯不同于溫和條件下合成的物質(zhì)。3. 生物礦化與仿生合成技術(shù)從分子層次上實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)反應(yīng)的控制。以模擬生物礦化來(lái)制備精密、復(fù)雜無(wú)機(jī)材料的仿生合成成為21世紀(jì)合成化學(xué)中的前沿領(lǐng)域之一。生物礦化的奇特之處在于其過(guò)程是一個(gè)天然存在的高度控制過(guò)程，受生物機(jī)體內(nèi)在機(jī)制調(diào)制，可以實(shí)現(xiàn)從分子水平到介觀水平上對(duì)晶體形狀、大小、結(jié)構(gòu)、取向和排列的精確控制和組裝，從而形成復(fù)雜的分級(jí)結(jié)構(gòu)，具備特殊的光、磁和力學(xué)性能。表 1-1 生物體內(nèi)主要的無(wú)機(jī)礦物的種類(lèi)及其功能礦物化學(xué)組成生物體/功能碳酸鈣（方解石）CaCO3 海藻/外骨骼；軟體動(dòng)物/視網(wǎng)膜碳酸鈣（方石） CaCO3 魚(yú)類(lèi)/魚(yú)耳石；軟體動(dòng)物/殼碳酸鈣（球霰石） CaCO3 海鞘骨碳酸鈣 (無(wú)定形) CaCO3nH2O 高等植物/存儲(chǔ)Ca羥磷灰石Ca10(PO4)6(OH)2 牙齒、骨骼、魚(yú)鱗/存儲(chǔ)Ca氟磷灰石Ca10(PO4)6F2 牙齒、軟體動(dòng)物殼磷酸八鈣Ca8H2(PO4)65H2O 牙齒草酸鈣石CaC2O4H2O 高等植物/存儲(chǔ)Ca水草酸鈣石CaC2O42H2O 高等植物/存儲(chǔ)Ca石膏CaSO4 水母/魚(yú)耳石重晶石BaSO4 海藻、蛤殼天青石SrSO4 棘刺蟲(chóng)無(wú)定形二氧化硅SiO2nH2O 海綿骨骼、硅藻細(xì)胞壁磁鐵礦Fe3O4 細(xì)菌、石鱉牙、牙齒針鐵礦a-FeO(OH) 礪牙纖鐵礦g-FeO(OH) 裸藻、細(xì)篦水鐵礦5Fe2O39H2O 動(dòng)物、高等植物/鐵蛋白黃鐵礦FeS2 細(xì)菌磁復(fù)鐵礦Fe3S4 細(xì)菌黑錳礦Mn3O4 細(xì)菌冰 H2O 細(xì)菌氯銅礦Cu2(OH)3Cl 蟲(chóng)嘴金屬單質(zhì)Ag/Au 細(xì)菌硫化鎘CdS 細(xì)菌4. 組合化學(xué)組合化學(xué)是一門(mén)將化學(xué)合成、組合理論、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及機(jī)械手結(jié)合一體，并在短時(shí)間內(nèi)將不同構(gòu)建模塊用巧妙構(gòu)思，根據(jù)組合原理，系統(tǒng)反復(fù)連接，從而產(chǎn)生大批的分子多樣性群體，形成化合物庫(kù)（compound library），然后，運(yùn)用組合原理，以巧妙的手段對(duì)庫(kù)成分進(jìn)行篩選優(yōu)化，得到可能的有目標(biāo)性能的化合物結(jié)構(gòu)的科學(xué)。 組合化學(xué)與傳統(tǒng)合成有顯著的不同。傳統(tǒng)合成方法每次只合成一個(gè)化合物；組合合成用一個(gè)構(gòu)建模塊的n個(gè)單元與另一個(gè)構(gòu)建模塊的n個(gè)單元同時(shí)進(jìn)行一步反應(yīng)，得到nn個(gè)化合物；若進(jìn)行m步反應(yīng)，則得到（nn）m個(gè)化合物。有人作過(guò)統(tǒng)計(jì)，一個(gè)化學(xué)家用組合化學(xué)方法在26周的工作量，十個(gè)化學(xué)家用傳統(tǒng)合成方法要花費(fèi)一年的時(shí)間才能完成。所以，組合化學(xué)大幅度提高了新化合物的合成和篩選效率，減少了時(shí)間和資金的消耗，成為20世紀(jì)末化學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。與傳統(tǒng)的制備方法相比，組合合成法具有可大范圍調(diào)控材料的組分，利用最少的步驟同時(shí)合成和篩選大量材料，降低材料制備過(guò)程的環(huán)境污染等方面的優(yōu)點(diǎn)。5. 節(jié)能、潔凈、經(jīng)濟(jì)等綠色合成合理選擇使用無(wú)毒性化學(xué)品、具有生態(tài)相容性的溶劑和可再生材料成為綠色化學(xué)研究的重要組成部分。0.4 無(wú)機(jī)合成化學(xué)的研究方法兩大任務(wù)：1. 合成未知化合物1）確定研究領(lǐng)域2）查閱多種文獻(xiàn)3）設(shè)計(jì)適當(dāng)方法2. 合成已知化合物1）查閱化合物的性質(zhì)和合成方法2）尋找?guī)追N合成方法，進(jìn)行比較3）確定