化學學科的發(fā)展課件

化學學科的發(fā)展、現(xiàn)狀與未來1化學學科發(fā)展的簡單回顧2化學學科的內(nèi)涵及其地位作用321世紀化學學科的發(fā)展趨勢4化學學科前沿介紹綠色化學超分子化學邵爽浙江教育學院理工學院sshao@135881515861化學學科的發(fā)展、現(xiàn)狀與未來1化學學科發(fā)展的簡單回顧邵1化學學科發(fā)展的簡單回顧遠古的化學——實用技術(shù)

如：冶金、火藥、造紙等。近代化學——基本理論的建立如：質(zhì)量守恒定律、燃燒學說、阿佛加德羅定律、原子論、分子論、電離學說、酸堿理論等?，F(xiàn)代化學——物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論和合成化學如：雜化軌道理論（VB法）、分子軌道理論（MO法）、配位場理論、逆合成、手性合成、綠色化學、組合化學、分子設計等。未來的化學——綜合學科發(fā)展的科學如：深入研究原子組合分子的方法和技巧;研究分子以上層次的現(xiàn)象;與其他學科滲透、交叉聯(lián)合;科學—技術(shù)—生產(chǎn)、必須創(chuàng)新、理論與實驗并駕齊驅(qū)、學科界限越來越模糊等。21化學學科發(fā)展的簡單回顧遠古的化學——實用技術(shù)21661年波義耳在其著名論文“懷疑派的化學家”中提出“元素”的概念，從而化學被確定為一門學科。1803年道爾頓提出原子論。1811年阿伏加德羅提出了“分子”的概念。1860年康尼查羅提出了原子--分子論。1870年門捷列夫發(fā)現(xiàn)了元素周期律，奠定了化學學科的 理論基礎。19世紀末化學的重要分支（二級學科）分析化學、無機化 學、有機化學和物理化學相繼建立，這種分工大 大推動了化學研究的深化。20世紀

量子力學的誕生，近鄰學科特別是物理學、生物學 和數(shù)學的發(fā)展，以及各種新的實驗技術(shù)及精密儀 器的發(fā)明和計算機的出現(xiàn)，使化學學科得到迅猛 的發(fā)展。

化學理論發(fā)展的重要軌跡

31661年波義耳在其著名論文“懷疑派的化學家”1.120世紀化學學科基礎研究的重大突破(1)放射性和鈾裂變的重大發(fā)現(xiàn)

1903年居里夫婦因發(fā)現(xiàn)了放射性比鈾強400倍的釙，以及放射性比鈾強200多萬倍的鐳為此而獲得了諾貝爾物理學獎。1911年為表彰居里夫人在發(fā)現(xiàn)釙和鐳、開拓放射化學新領域以及發(fā)展放射性元素的應用方面的貢獻，居里夫人被授予了諾貝爾化學獎

1908年盧瑟福因從事關(guān)于元素衰變和放射性物質(zhì)的研究,提出了原子的有核結(jié)構(gòu)模型和放射性元素的衰變理論而獲得了的諾貝爾化學獎。1935年約里奧-居里夫婦因第一次用人工方法創(chuàng)造出放射性元素而榮獲了的諾貝爾化學獎。

1938年費米因人工合成了60種新的放射性元素而獲得了的諾貝爾物理學獎。1944年哈恩因發(fā)現(xiàn)了核裂變現(xiàn)象而獲得了諾貝爾化學獎.1942年費米領導下成功的建造了第一座原子反應堆。1945年美國在日本投下了原子彈。41.120世紀化學學科基礎研究的重大突破(1)放射性和鈾(2)化學鍵和現(xiàn)代量子化學理論的建立

鮑林在化學鍵本質(zhì)研究和應用化學鍵理論來闡明物質(zhì)結(jié)構(gòu)而獲1945年諾貝爾化學獎。經(jīng)許多化學家近半個世紀的努力，現(xiàn)代量子化學理論不斷發(fā)展和完善，化學進入實驗和理論計算并重的時代?；瘜W家們由淺入深，認識分子的本質(zhì)及其相互作用的基本原理，從而讓人們進入分子的理性設計的高層次領域。

1.120世紀化學學科基礎研究的重大突破

5(2)化學鍵和現(xiàn)代量子化學理論的建立1.120世紀化學學科(3)創(chuàng)造新物質(zhì)——合成化學

近百年來化學家(特別是有機化學家)已經(jīng)設計和合成了數(shù)千萬個化合物，幾乎又創(chuàng)造了一個新的自然界；同時還發(fā)現(xiàn)了大量的新反應、新試劑、新方法和新理論。1912年格林尼亞因發(fā)明格林尼亞試劑，開創(chuàng)了有機金屬化合物在各種官能團反應中的新領域而獲諾貝爾化學獎?，F(xiàn)代有機合成化學是經(jīng)過20世紀近100年的研究、探索發(fā)展到今天已可以合成像?？舅?Polytoxin)這樣復雜的有機分子(具有64個手性中心的7個骨架內(nèi)雙鍵的分子，存在271≈2×1021個異構(gòu)體)。

1.120世紀化學學科基礎研究的重大突破6(3)創(chuàng)造新物質(zhì)——合成化學1.120世紀化學學科基礎研究?？舅氐姆肿咏Y(jié)構(gòu)分子式為C129H223N3O54

有64個不對稱碳和7個骨架內(nèi)雙鍵,異構(gòu)體數(shù)目多達271個有機合成杰作1989年美國哈佛大學Kishi宣布全合成64個手性中心2×1021個同分異構(gòu)體7?？舅氐姆肿咏Y(jié)構(gòu)分子式為C129H223N3O54有64VB12分子結(jié)構(gòu)R.B.Woodward合成1965年獲Nobel化學獎有機合成杰作8VB12R.B.Woodward合成有機合成杰作藥物合成——抗生素隨即篩選分子設計9藥物合成——抗生素隨即篩選920世紀合成化學的輝煌成就1020世紀合成化學的輝煌成就10(4)高分子科學的建立和發(fā)展20世紀的人類社會文明的標志之一是合成材料的出現(xiàn)。1953年H.Staudinger因提出了高分子這個概念，創(chuàng)立了高分子鏈型學說建立了高分子粘度與分子量之間的定量關(guān)系，從而獲得了的諾貝爾化學獎。1963年Ziegler和Natta因發(fā)現(xiàn)了配位聚合反應和實現(xiàn)了丙烯的定向聚合而共獲了諾貝爾化學獎。1974年Flory因在高分子性質(zhì)方面的成就也獲得了諾貝爾化學獎。三大傳統(tǒng)合成材料塑料橡膠纖維新型功能材料

光電材料信息儲存材料光導纖維超導……1.120世紀化學學科基礎研究的重大突破11(4)高分子科學的建立和發(fā)展1953年H.Staudinge(5)化學動力學與分子反應動態(tài)學的發(fā)展

揭示化學反應的歷程和研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與其反應能力之間的關(guān)系，是控制化學反應過程的需要。1956年由前蘇聯(lián)的謝苗諾夫和英國的欣歇爾伍德在化學反應機理、反應速度和鏈式反應方面的開創(chuàng)性研究而獲諾貝爾化學獎。同時研究快速反應的技術(shù)得到發(fā)展，現(xiàn)在可以研究十億分之一秒內(nèi)發(fā)生的化學反應。美籍華人化學家李遠哲及美國化學家赫希巴赫首先研制成功能獲得各種態(tài)信息的交叉分子束實驗裝置，從微觀角度來認識化學反應，發(fā)展了分子反應動態(tài)學，亦稱態(tài)--態(tài)化學，對化學反應的基本原理做出了重要突破。(榮獲1986年諾貝爾化學獎)。

1.120世紀化學學科基礎研究的重大突破12(5)化學動力學與分子反應動態(tài)學的發(fā)展1.120世紀化學學關(guān)于化學反應的歷程的重要研究成果……1956年Semenov和Hinchelwood在化學反應機理、反應速度和鏈式反應方面的開創(chuàng)性研究獲得了諾貝爾化學獎。1967年EigenPorter和Norrish因發(fā)展了閃光光解法技術(shù)用于研究發(fā)生在十億分之一秒內(nèi)的快速化學反應，對快速反應動力學研究作出了重大貢獻，三人共獲了諾貝爾化學獎。1986年李遠哲、Herschbach和Polany因發(fā)明了獲得各種態(tài)信息的交叉分子束技術(shù)，并利用該技術(shù)F+H2的反應動力學（態(tài)－態(tài)化學），對化學反應的基本原理作出了重要貢獻，為此共獲了諾貝爾化學獎。1999年Zewail因利用飛秒光譜技術(shù)研究過渡態(tài)的成就獲諾貝爾化學獎?！?3關(guān)于化學反應的歷程的重要研究成果……13飛秒化學飛秒化學是研究在極小的時間內(nèi)化學反應的過程和機理。這一領域涉及的時間間隔短至約千萬億分之一秒，即1飛秒。

1s(s,秒)=103ms(毫秒)=109ns(納秒)＝1015fs(femtosecond飛秒)飛秒化學的技術(shù)基礎——飛秒激光。不同波長的激光可以選擇性地激發(fā)和檢測不同的分子，或者同一分子的不同內(nèi)部能量狀態(tài)，或量子態(tài)分布。從分子的角度來說，化學反應的本身就是分子體系的波函數(shù)隨時間的變化，在勢能面上運動的過程。實驗上，通過觀察在不同時刻體系的性質(zhì)，就可以得到這種演化的圖像，從而理解反應的具體動力學過程。由于分子內(nèi)部、化學反應過程中及凝聚相中分子間相互作用過程是在非常短的時間里發(fā)生的，比如說，化學反應過渡態(tài)的壽命一般只有幾十飛秒，所以必須在飛秒的時間尺度上對化學反應過程進行檢測。也就是說，要象照相一樣，要用足夠短的“快門”，來捕捉分子運動和變化的瞬間行為的信息。14飛秒化學飛秒化學是研究在極小的時間內(nèi)化學反應的過程和機理。這(6)分析科學的發(fā)展

20世紀70年代，生命科學、信息科學和計算機技術(shù)的發(fā)展，使分析化學進入了嶄新階段，它不只限于測定物質(zhì)的組成和含量，而要對物質(zhì)的狀態(tài)(氧化．還原態(tài)、各種結(jié)合態(tài)、結(jié)晶態(tài))、結(jié)構(gòu)(一維、二維、三維空間分布)、微區(qū)、薄層和表面的組成與結(jié)構(gòu)以及化學行為和生物活性等做出瞬時追蹤，無損和在線監(jiān)測等分析及過程控制，甚至要求直接觀察原子和分子的形態(tài)與排列。分析化學成為一門儀器裝置和測量的科學。1990年開始的人類基因組計劃(HGP)中，由于DNA測序技術(shù)不斷推陳出新，從板凝膠電泳到凝膠毛細管電泳、線性高分子溶液毛細管電泳、到陣列毛細管電泳，直至全基因組鳥槍測序技術(shù)。終于使人類基因組計劃提前到2001年完成。分析化學在推進人們弄清環(huán)境和生命有關(guān)的化學問題中起著關(guān)鍵作用。

1.120世紀化學學科基礎研究的重大突破

光譜：原子吸收、原子發(fā)射波譜：紅外光譜、紫外光譜核磁共振、質(zhì)譜

能譜：電子能譜色譜：氣相色譜、液相色譜X-射線衍射：單晶、粉末15(6)分析科學的發(fā)展1.120世紀化學學科基礎研究的重大突(7)生命科學

生物小分子化學，蛋白質(zhì)化學核酸化學，糖化學蛋白質(zhì)的化學結(jié)構(gòu)：一級結(jié)構(gòu),二級結(jié)構(gòu),三級結(jié)構(gòu),四級結(jié)構(gòu)氨基酸序列分析儀酶的化學酶催化的機理化學模擬生物合成與生物轉(zhuǎn)化核酸的化學DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)（Watson-Crick獲1962年諾貝爾醫(yī)學或生理學獎)堿基配對原則DNA的復制基因表達遺傳密碼的發(fā)現(xiàn)中心法則1.120世紀化學學科基礎研究的重大突破16(7)生命科學生物小分子化學，蛋白質(zhì)化學蛋20世紀初開始生物小分子（如糖、血紅素、葉綠素、維生素等）的化學結(jié)構(gòu)與合成研究就多次獲諾貝爾化學獎1955年首次合成多肽激素催產(chǎn)素和加壓素，獲1955年諾貝爾化學獎；1960年成功地測定了鯨肌紅旦白和馬血紅蛋白的空間結(jié)構(gòu)，獲1962年諾貝爾化學獎；1980年P(guān).Berg、F.Sanger和W.Gilbert因在DNA分裂和重組、DNA測序以及現(xiàn)代基因工程學方面的杰出貢獻而共獲諾貝爾化學獎。1982年A.Klug因發(fā)明“象重組“技術(shù)和揭示病毒和細胞內(nèi)遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)而獲得諾貝爾化學獎。1993年M.Smith因發(fā)明寡核苷酸定點誘變法以及K.B.Mullis因發(fā)明多聚酶鏈式反應技術(shù)對基因工程的貢獻而共獲諾貝爾化學獎?；瘜W在生命科學領域的重要研究成果1720世紀初開始生物小分子（如糖、血紅素、葉綠素、維生素等）的DNA18DNA18蛋白酶的一種——胰蛋白酶的結(jié)構(gòu)和排列順序示意圖19蛋白酶的一種——胰蛋白酶的結(jié)構(gòu)和排列順序示意圖19

1965年9月，我國科學家汪猷帥上百位化學工作者經(jīng)過6年多堅持不懈的努力，獲得了人工全合成牛胰島素晶體。這是世界上第一個人工合成的蛋白質(zhì)。兩條肽鏈:A鏈21個氨基酸殘基,B鏈30個殘基,分子量5700道爾頓,1953年確定全部化學結(jié)構(gòu).

1965年我國的人工合成牛胰島素20

1.220世紀化學工業(yè)的大發(fā)展(1)石油化工成為支柱產(chǎn)業(yè)

20世紀30年代催化劑進入石油化工，催化動力學的發(fā)展及催化劑的作用使石油的各種餾分成為各種不同用途的化工產(chǎn)品，石油化工迅速發(fā)展，已成為世界經(jīng)濟發(fā)展中占重要地位的工業(yè)領域。世界化工總產(chǎn)值中80％以上的產(chǎn)品與石油化工有關(guān)。

211.220世紀化學工業(yè)的大發(fā)展(1)石油化工成為支柱產(chǎn)業(yè)(2)三大合成材料時代

20世紀前半葉，由于基礎化學中的高分子化學的興起和發(fā)展，逐步形成了塑料、纖維、橡膠三大合成材料工業(yè)。到20世紀末，世界年產(chǎn)合成橡膠能力已1200萬噸，合成纖維達1500萬噸，合成塑料已超過6000萬噸。以塑料為主體的三大合成材料，以體積計算其世界總產(chǎn)量已超過全部金屬的產(chǎn)量，所以有人稱20世紀為聚合物時代。

1.220世紀化學工業(yè)的大發(fā)展22(2)三大合成材料時代1.220世紀化學工業(yè)的大發(fā)展22(3)化肥（農(nóng)藥）工業(yè)的巨大作用

20世紀面臨人口大幅度增長和糧食需求迅速增加的局面。在解決這一困難中，化肥起了重要作用。其中氮肥的生產(chǎn)關(guān)鍵問題是如何利用大氣中的氮大規(guī)模合成肥料。1909年德國化學家哈伯用鋨作催化劑成功地建立了每小時產(chǎn)生80克氨的實驗裝置。哈伯因此而榮獲1918年諾貝爾化學獎。1931年德國博施建成第一個用鐵催化劑的合成氨工廠日產(chǎn)量為30噸。(榮獲1931年諾貝爾化學獎)。60多年來，不斷對合成氨工藝進行改進并引入現(xiàn)代化工技術(shù)。我國是農(nóng)業(yè)大國，肥料是增產(chǎn)的關(guān)鍵措施。目前已達年產(chǎn)2000萬噸的規(guī)模，占世界第二位。

1.220世紀化學工業(yè)的大發(fā)展23(3)化肥（農(nóng)藥）工業(yè)的巨大作用1.220世紀化學工業(yè)的大(4)醫(yī)藥工業(yè)的大發(fā)展

20世紀人類壽命顯著延長，70歲以上的老人比例顯著提高，估計20世紀人類平均壽命增加30歲左右。人類壽命延長的原因之一是醫(yī)療條件的改善，其中針對人類常見病、多發(fā)病的新藥的研制成功是關(guān)鍵因素。醫(yī)藥工業(yè)的發(fā)展與化學緊密相關(guān)?；瘜W合成藥在醫(yī)學工業(yè)中占主導地位?；前匪幨堑诙问澜绱髴?zhàn)前惟一有效的抗細菌感染的藥物。Domagk因此而在1939年榮獲諾貝爾生理及醫(yī)藥獎?；前奉愃幬锏膯柺罉酥局瘜W療法方面的一大突破。第二次世界大戰(zhàn)后，磺胺藥逐漸讓位于治療效果更好的抗生素類藥，如青霉素、四環(huán)素、紅霉素、氯霉素、頭孢菌素等。目前世界藥物市場的年銷售量約為3000億美元，在世界經(jīng)濟發(fā)展中有舉足輕重的作用。

1.220世紀化學工業(yè)的大發(fā)展24(4)醫(yī)藥工業(yè)的大發(fā)展1.220世紀化學工業(yè)的大發(fā)展24

美國90年代化學工業(yè)產(chǎn)值約占30％，化學品出口占總出口的30％，位居世界第二位。美國的調(diào)查報告“化學中的機會”指出，化學工業(yè)在國際市場上要保持競爭力，主要看作為基礎學科的化學能否保持領先地位?？梢?，沒有基礎學科的發(fā)展為后盾，國民經(jīng)濟、高新技術(shù)的發(fā)展是不可能的?；瘜W工業(yè)已成為某些國家的支柱產(chǎn)業(yè)25美國90年代化學工業(yè)產(chǎn)值約占30％，化學品出化學從原子分子水平研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應用的科學?！瘜W教科書2化學學科的內(nèi)涵及地位作用化學為總管物質(zhì)在原子、分子層次上變化之科學?！朴徐?/p>

化學是一門試圖了解物質(zhì)的性質(zhì)和物質(zhì)發(fā)生反應的科學，它涉及存在于自然界的物質(zhì)（如地球上的礦物、空氣中的氣體、海洋里的水和鹽、動物體內(nèi)的化學物質(zhì)），以及由人類創(chuàng)造的新物質(zhì)，它涉及自然界的變化（如因閃電而著火的樹木、與生命有關(guān)的化學變化），還有那些由化學家發(fā)明和創(chuàng)造的新變化。

——RonaldBreslow

2.1化學學科的定義與內(nèi)涵26化學從原子分子水平研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應用的科學。徐光憲.化學學科進展[M],北京:化工出版社,2005:12一維定義——X定義化學是研究X對象的科學X——泛分子，包括10個層次：①原子;②分子片;③分子;④超分子;⑤高分子;⑥生物分子;⑦納米分子;⑧原子和分子的宏觀聚集體;⑨復雜分子體系和自組裝分子二維定義——XY定義化學是研究X對象的Y內(nèi)容的科學Y——合成和反應、制備、剪裁和組裝、分離和分析、結(jié)構(gòu)和構(gòu)象、粒度和形貌、物理和化學性質(zhì)、生理和生物活性、運輸和調(diào)控作用機制等個方面的規(guī)律、相互關(guān)系和應用三維定義——XYZ定義化學是用Z方法研究X對象的Y內(nèi)容的科學Z——實驗，理論和計算機模擬四維定義——XYZW定義化學是用Z方法研究X對象的Y內(nèi)容以達到W目的的科學W——認識世界，改造自然和保護世界分子片是指組成分子的碎片27徐光憲.化學學科進展[M],北京:化工出版社,2005:122.2化學學科在科學發(fā)展中的地位R.Breslow(1997)ChemistryTodayandTomorrow——TheCentral,UsefulandCreativeScience化學的今天和明天——化學是一門中心的、實用的和創(chuàng)造性的科學282.2化學學科在科學發(fā)展中的地位R.Breslow(19從早晨開始，我們在用化學品建造的住宅中醒來，家具是部分地用化學工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代材料制作的，我們使用化學家們設計的肥皂和牙膏并穿上由合成纖維和合成染料制成的衣服，即使天然纖維（如羊毛或棉花）也是經(jīng)化學品處理過并染色的。這樣可以改進它們的性能。

為了保鮮起見，食品要被包裝和冷藏起來，而這些食品要么用化肥、除草劑和農(nóng)藥使之生長；要么家畜類需獸醫(yī)藥來防??；要么需加入維生素后食用；甚至我們購買的天然食品，如牛奶，也必須經(jīng)過化學檢驗后方可食用。我們的交通工具——汽車、火車、飛機——在很大程度上依靠化學工業(yè)的產(chǎn)品；晨報是用化學家們制造的油墨在用化學方法制造的紙上印刷的；用于說明事物的照片要用化學家們制造的膠卷和膠片；日常生活中的金屬制品都是用經(jīng)過以化學為基礎的冶煉轉(zhuǎn)化為金屬或合金后制造的，為了保護它們還要涂上油漆。

化妝品是由化學家制造和檢驗過的；警察和軍人用的武器也都依靠化學。事實上，在我們的日常生活中很難找出一種不依靠化學和化學家?guī)椭圃斐鰜淼漠a(chǎn)品?！痘瘜W的今天和明天》R.Breslow（1997年）29從早晨開始，我們在用化學品建造的住宅中醒來，家具是部第1章化學是一門中心的、實用的和創(chuàng)造性的科學

11什么是化學

2化學家做什么

13早期的化學有些什么

14為什么化學家成這門學科為“中心科學”

15是什么是化學成為“使用的科學”和創(chuàng)造性的科學

16那些是化學的基本原理

17化學領域有多大

關(guān)于未來

第2章健康和生命的化學

21藥物化學在過去對人類健康有哪些貢獻

22藥物化學家是怎樣設計或發(fā)現(xiàn)新藥的

23藥物化學家現(xiàn)在忙于什么

24化學家對了解生命的本質(zhì)有什么貢獻？光和作用化學簡介

25化學在分子生物學和生物技術(shù)中的作用是什么

關(guān)于未來

第3章再談化學是一門使用的科學

31化學在住房和陳設品方面起什么作用

32化學在穿著方面起什么作用

33化學和運輸?shù)年P(guān)系怎樣

34哈是如何改進事物供應的

35化學和國防的關(guān)系怎樣

36化學和執(zhí)法方面的關(guān)系怎樣

37化學對生活的質(zhì)量作出了哪些貢獻

關(guān)于未來

第4章化學與環(huán)境

41我們能否有一個建立在先進技術(shù)上的現(xiàn)代社會，而這些技術(shù)不會無休止地污染地球

42工業(yè)能否干凈地制造化學產(chǎn)品

43在解決從核能發(fā)電廠排放出放射性廢棄物的問題上，化學家們能作什么貢獻

44人類日常生活回造成什么樣的污染45我們能否控制蟲害而不危害有用的動物

46我們則樣能保證新合成的哈制品不會破壞環(huán)境，或沒有不良的生物效應

不是所有的不良化學效應都是致命的

關(guān)于未來

第5章計算機與化學——電子學的革命

51現(xiàn)代的電子學革命誕生了計算機，化學對此有和貢獻

52什么是計算化學

53計算化學則樣幫助我們測定蛋白質(zhì)的形成

關(guān)于未來

電子材料

計算化學

第6章在生物體和工業(yè)中的催化作用

61催化劑能扮演什么樣的角色

62作為生命催化劑的酶是何物

63酶催化生物反映時，能加速多少？又如何進行選擇

64維生素能起生物催化作用嗎

65酶的作用知多少

66對酶的認識是否有住與新藥的設計

67汽車用的故態(tài)金屬催化劑是則樣起作用的

68為什么工業(yè)界常用的固體催化劑并不具有金屬特性？

關(guān)于未來

第7章化學家怎樣創(chuàng)造新分子

71化學家如何決定應該研制什么新分子?

72化學家如何計劃未知分子的成功合成?

73在哪里進行合成實驗?

74新化學物質(zhì)一旦被創(chuàng)造還要做些什么

關(guān)于未來

第8章認識分子結(jié)構(gòu)和化學變化

81化學家怎樣測定新分子的結(jié)構(gòu)?

82分子的精細結(jié)構(gòu)與它們的性質(zhì)之間存在什么關(guān)系?

83化學家如何測定化學反應的歷程?

84在哪里進行分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)及反應歷程的研究?30第1章化學是一門中心的、實用的和創(chuàng)造性的科學

11什么是化化學是承上啟下的中心學科(centralscience)

科學按照其研究對象由簡單到復雜分為：

上游：數(shù)學、物理學——研究對象簡單，研究程度很深中游：化學下游：生命、材料、環(huán)境——研究對象復雜化學是中心科學，是從上游到下游的必經(jīng)之地，永遠不會象有些人估計的那樣將要在物理學與生物學的夾縫中逐漸消亡！化學是一門中心科學徐光憲.今日化學的何去何從[J],大學化學,2003,18(1):1化學是與信息、生命、材料、環(huán)境、能源、地球、空間和核科學等八大朝陽科學都有密切的聯(lián)系、交叉和滲透的中心科學。31化學是承上啟下的中心學科(centralscience)化化學是一門實用的科學人類之衣、食、住、行和娛樂無不與化學有關(guān)?！舢斍耙恍┲卮蟮墓I(yè)過程基本上都基于化學過程?！羰澜鐚＠l(fā)明中有20%與化學有關(guān)?！舭l(fā)達國家從事研究與開發(fā)的科研人員中，化學與化工專家占一半左右?！艋て髽I(yè)產(chǎn)品的更新?lián)Q代依靠化學的進步，而化工產(chǎn)品的產(chǎn)值和出口比例在國民經(jīng)濟中一直保持著領先地位。32化學是一門實用的科學人類之衣、食、住、行和娛樂無不與化學化學是一門創(chuàng)造性的科學

化學家辛勤的耕耘著元素周期體系中的百余個化學元素并整理著天然產(chǎn)物，所發(fā)現(xiàn)的新化合物幾乎每10年約翻一番。隨著化學反應基礎理論及合成方法的不斷發(fā)展和完善，新化合物的增加速率已快于指數(shù)表達方式，90年代以來每年新增的化合物約有60余萬種。迄今化學家已經(jīng)擁有1900多萬種化合物，其中絕大多數(shù)是由化學家合成的?；瘜W在舊的自然界旁又建起了一個新的自然界。

——R.B.Woodward33化學是一門創(chuàng)造性的科學化學家辛勤的耕耘著元化學思想——科學哲學思想的重要組成部分實驗驗證思想——實驗方法來驗證和探究化學知識的思想守恒思想：①能量守恒;②質(zhì)量守恒;③電荷守恒/得失電子守恒

動態(tài)平衡思想——用平衡移動的原理來分析粒子之間相互反應,系統(tǒng)了解闡釋溶解平衡、化學平衡、電離平衡、水解平衡、氧化還原平衡等多種平衡體系的本質(zhì)。量變質(zhì)變思想——質(zhì)量互變規(guī)律在化學學科的應用。例如：溫度改變，物質(zhì)狀態(tài)的改變；元素原子個數(shù)或排列方式不同，產(chǎn)生了不同的物質(zhì)（同素異形體和同分異構(gòu)體）；反應物之間物質(zhì)的量的比例不同，產(chǎn)物不同；反應條件的不同，產(chǎn)物不同；隨原子序數(shù)遞增，原子結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)周期性的變化，元素的性質(zhì)也呈周期性的變化；定性實驗和定量實驗的相互關(guān)系等。結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)思想——物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)性質(zhì)，物質(zhì)性質(zhì)反映了物質(zhì)的結(jié)構(gòu)34化學思想——科學哲學思想的重要組成部分實驗驗證思想——實驗方化學與生物學的不同“生物學家致力于闡明自然生命的過程，而化學家則習慣于如何去調(diào)控這一過程”。

——DoyleandCoray,Chemistry&Biology,1998,5,157-160)生物學家注意認識世界，而化學家則想改造世界。

“化學家看起來比較審慎,善于分析并較多的在本學科內(nèi)獨善其身。他們將注意力集中在分子上面，他們醉心于一個多手心的中心、具有很大合成難度的分子帶來的挑戰(zhàn)，并力圖用最短的路線和最高的產(chǎn)率來得到目標分子，通過用相對較少但巧妙的技術(shù)以獲得精確的資料。對他們來講注重蛋白質(zhì)和核酸的化學更甚于它們的生理重要性。另一方面。生物學家似乎較具有藝術(shù)性、調(diào)和性和主要用右腦思考。他們喜歡使用種類繁多卻不太精密的技術(shù)來研究細胞和器官內(nèi)的復雜現(xiàn)象。他們喜歡神秘和復雜，當揭去面紗，顯露出分子本質(zhì)時，他們中有些人則會感到失望”?！狵ornberg,Chemistry&Biology,1996,3,3-535化學與生物學的不同“生物學家致力于闡明自然生命的過程，而化學20世紀化學并未獲得社會應有的認同報刊上提及20世紀發(fā)明的六大技術(shù)——應為七大技術(shù)！信息技術(shù)（無線電、半導體、芯片、集成電路、計算機、通訊和網(wǎng)絡）生物技術(shù)（基因重組、克隆和生物芯片）核科學和核武器技術(shù)航空航天和導彈技術(shù)激光技術(shù)納米技術(shù)化學合成技術(shù)（新藥物、新材料、高分子、化學和農(nóng)藥）化學家缺少品牌意識，沒有在社會上樹立化學的美好品牌，甚至化學成為有毒、有害、高污染的代名詞！化學家太謙虛!上述六大技術(shù)如果缺少一兩個，人類照樣生存。但如沒有發(fā)明合成氨、合成尿素和第一、第二、第三代新農(nóng)藥的技術(shù)，世界糧食產(chǎn)量至少要減半，60億人口中得30億就會餓死。沒有發(fā)明合成橡膠、合成塑料的技術(shù)，人類生活要受到很大的影響。3620世紀化學并未獲得社會應有的認同報刊上提及20世紀發(fā)明的六從人類對七大技術(shù)發(fā)明的需要迫切性來排序：

化學合成和分離技術(shù)；信息技術(shù)；生物技術(shù)；航空航天技術(shù)；核技術(shù)；納米技術(shù)；激光技術(shù)

按20世紀的七大技術(shù)發(fā)明衍生的產(chǎn)業(yè)規(guī)模及其對世界經(jīng)濟的影響來排序：

信息產(chǎn)業(yè)；化學合成；航天航空技術(shù)；核技術(shù)；生物技術(shù)；納米技術(shù)；激光技術(shù)按人類需要的迫切性和其衍生的產(chǎn)業(yè)規(guī)模排序20世紀和21世界上半葉理應稱為是信息和化學合成時代，21世界下半葉才能成為生物技術(shù)時代！37從人類對七大技術(shù)發(fā)明的需要迫切性來排序：按人類需要的迫切性和未來化學所面臨的重大挑戰(zhàn)環(huán)境問題人口控制與健康食品問題資源與可持續(xù)發(fā)展321世紀化學學科的發(fā)展趨勢38未來化學所面臨的重大挑戰(zhàn)環(huán)境問題321世紀化學學科的發(fā)展趨（1）化學的第一根本規(guī)律——化學反應理論和定律

建立精確有效而又普遍適用的化學反應的含時多體量子理論和統(tǒng)計理論。（2）化學的第二根本規(guī)律——分子結(jié)構(gòu)及其性能的定量關(guān)系

分子和分子間的非共價鍵的相互作用的本質(zhì)和規(guī)律；超分子結(jié)構(gòu)的類型，生成和調(diào)控的規(guī)律；給體--受體作用原理；進一步完善原子價和化學鍵理論，特別是無機化學中的共價問題；生物大分子的一級結(jié)構(gòu)如何決定高級結(jié)構(gòu)？高級結(jié)構(gòu)又如何決定生物和生理活性？……。（3）活分子運動的基本規(guī)律

充分認識和徹底了解人類和生物體內(nèi)分子的運動規(guī)律。如在地球元素的生態(tài)循環(huán)中，植物界做了兩件偉大的事：光合作用——活分子催化劑葉綠素是怎樣作用的？生物固氮——豆科植物的根瘤菌能打開非常穩(wěn)定的氮分子中的化學鍵，生成含氮小分子，再進一步合成蛋白質(zhì)和核酸。（4）納米尺度的基本規(guī)律

當尺度在十分之幾到10nm的量級，正處于量子尺度和經(jīng)典尺度的模糊邊界中，有許多新的奇異特性和新的效應，新的規(guī)律和重要應用，值得理論化學家去探索研究。21世紀化學的四大難題39（1）化學的第一根本規(guī)律——化學反應理論和定律21世紀化學21世紀物理學提出了五大理論難題（1）4種作用力場的統(tǒng)一問題，相對論和量子力學的統(tǒng)一問題。（2）對稱性破缺問題。（3）占宇宙總質(zhì)量90%的暗物質(zhì)是什么的問題。（4）黑洞和類星體問題。（5）夸克禁閉問題等。21世紀的生物學也有重大難題和奮斗目標：（1）后基因組學和人類疾病的消除。（2）蛋白質(zhì)組學。（3）腦科學。（4）生物如何進化？生命如何起源等。21世紀物理學和生物學的難題4021世紀物理學提出了五大理論難題21世紀物理學和生物學的難題321世紀化學學科的發(fā)展趨勢3.1人類社會的發(fā)展對化學的需求

(1)化學仍是解決食物和健康問題的主要學科之一化學將支撐生物學在提供優(yōu)良品種，提供轉(zhuǎn)基因生物等方面作貢獻化學將在設計、合成功能分子和結(jié)構(gòu)材料以及分子層次闡明和控制生物過程的機理方面，為研究開發(fā)高效安全肥料、飼料、農(nóng)藥、農(nóng)用材料、生物肥料、生物農(nóng)藥打下基礎利用化學和生物方法增加動植物食品的防病有效成分，提供安全的有防病作用的食品和食品添加劑，改正食品儲存加工方法，減少不安全因素，是化學研究的重要內(nèi)容

(2)化學在能源和資源的合理開發(fā)和高效安全利用起關(guān)鍵作用要研究高效潔凈的轉(zhuǎn)化技術(shù)和控制低品位燃料的化學反應（保護環(huán)境，降低成本）開發(fā)新能源，太陽能以及高效潔凈的化學電源與燃料電池等將成為21世紀的重要能源要研究重要礦產(chǎn)資源（如稀土）的分離和深加工技術(shù)以及利用41321世紀化學學科的發(fā)展趨勢3.1人類社會的發(fā)展對化學(3)化學將繼續(xù)推動材料科學發(fā)展末來化學不僅要設計和合成分子而且要把這些分子組裝、構(gòu)筑成有特定功能的材料，從超導體到催化劑、藥物控釋載體、納米材料都要從分子以上層次研究材料的結(jié)構(gòu)20世紀化學模擬酶的活性中心已取得進展，未來將會在可用于生產(chǎn)、生活和醫(yī)療的模擬酶的研究方面有突破21世紀電子技術(shù)將向更快、更小、功能更強的方向發(fā)展，目前大家正在致力于量子計算機、生物計算機、分子器件、生物芯片等新技術(shù)，標志著分子電子學、分子信息技術(shù)的到來，需要設計、合成各種物質(zhì)和材料.

(4)化學仍是提高人類生存質(zhì)量和生存安全的有效保障通過研究各種物質(zhì)和能的生物效應（正面和負面）的化學基礎特別是搞清兩面性的本質(zhì)，找出最佳利用方案研究開發(fā)對環(huán)境無害的化學品和生活用品，研究對環(huán)境無害的生產(chǎn)方式，這兩方面是綠色化學的主要內(nèi)容研究大環(huán)境和小環(huán)境（如室內(nèi)環(huán)境）中不利因素的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)化和與人體的相互作用，提出優(yōu)化環(huán)境潔凈生活空間的途徑從分子水平了解病理過程，提出預警生物標志物的檢測方法，建議預防途徑，預防疾病42(3)化學將繼續(xù)推動材料科學發(fā)展(4)化學仍是提高人類生存質(zhì)3.2化學的基礎研究方法的發(fā)展

(1)微觀與宏觀相結(jié)合

非平衡態(tài)熱力學(普里高津，1977年諾貝爾化學獎)的貢獻是教給化學家一把開啟從分子層次洞察生命過程的鑰匙。迄今還需要更好的理論和方法描述實際開放系統(tǒng)(生物體、河流、大氣等)的時--空動態(tài)變化。預期未來微觀與宏觀將會更深入更廣泛的結(jié)合。(2)靜態(tài)與動態(tài)(過程)相結(jié)合停流技術(shù)的發(fā)展才使人們有可能研究快速反應過程。交叉分子束實驗技術(shù)的建立使微觀反應動力學有了重大突破。近年來單分子操作能夠用來觀察分子的動態(tài)過程，計算機能夠模擬分子間相互作用的過程。321世紀化學學科的發(fā)展趨勢433.2化學的基礎研究方法的發(fā)展321世紀化學學科的發(fā)展趨(3)多學科的綜合未來化學研究模式將體現(xiàn)在如下幾個方面：從實際問題中抽出化學基本問題來研究；吸收其他學科的新理論和新結(jié)果，孕育化學生長點；與其他學科融合，開拓化學新領域；把握動向和時機，提出新的思路和新的研究方向；重視化學學科自身發(fā)展與整體科學技術(shù)的發(fā)展相結(jié)合。

321世紀化學學科的發(fā)展趨勢44(3)多學科的綜合321世紀化學學科的發(fā)展趨勢443.3化學學科一些可能的發(fā)展方向運用現(xiàn)代實驗方法和理論計算及模擬手段，探索和闡明化學鍵的斷裂和形成之基本規(guī)律，揭示物質(zhì)形成于轉(zhuǎn)化的內(nèi)在規(guī)律。以綠色化學為目標，發(fā)展分子物質(zhì)(材料)合成的新概念、新反應、新試劑和新方法，使化學學科更好地服務于社會的可持續(xù)性發(fā)展。發(fā)展新型分子物質(zhì)(材料)合成與制備的催化體系，特別重視不對稱催化，提高合成與制備反應的效率和選擇性，為分子物質(zhì)(材料)合成與制備提供高效、低耗的先進方法。發(fā)展包括碳--氯鍵、碳--碳鍵和碳--氫鍵等非活性鍵的小分子活化方法，發(fā)展新的基于基本點石油產(chǎn)品的原子經(jīng)濟性反應，建立物質(zhì)合成與備的新體系發(fā)展基于生物轉(zhuǎn)化反應的新的生物催化體系，將生物催化體系與金屬催化劑及其他反應相結(jié)合，拓展生物技術(shù)催化反應體系，運用現(xiàn)代化學的理論與方法，結(jié)合生物技術(shù)手段來揭示生命過程的本質(zhì)，并為實現(xiàn)對生物體系和過程的調(diào)控提供理論依據(jù)。

321世紀化學學科的發(fā)展趨勢453.3化學學科一些可能的發(fā)展方向321世紀化學學科的發(fā)展3.3化學學科一些可能的發(fā)展方向研究外場(如超臨界流體、離子液體等)中的特殊反應，探索物質(zhì)合成和制備中新的現(xiàn)象和規(guī)律。發(fā)展合成方法學，合成具有特定功能的目標分子，實現(xiàn)新型無機化合物和高分子化合物、新的凝聚態(tài)和凝集態(tài)體系，以及具有可控性能和形態(tài)的新材料的合成與制備。發(fā)展分子識別和分子自組裝的原理，實現(xiàn)分子間相互作用的精確調(diào)控，構(gòu)筑功能超分子材料和分子(電子)器件，創(chuàng)造病毒、單細胞等某些低級的生命形式。揭示分子與生物大分子問的相互識別和相互作用，及生物活性小分子誘導的生物大分子的構(gòu)象以及功能的變化和生物活性小分子與細胞的相互作用及所引起的功能變化規(guī)律，發(fā)展新一代治療方法與藥物化學。探索并建立新的分離、分析測試理論與表征分析技術(shù)，為材料科學和生命科學的發(fā)展提供技術(shù)支持，為人口與健康、國家安全等領域提供強大的技術(shù)保障。結(jié)合我國經(jīng)濟建設以及全面建設“小康社會”的需要，在能源、資源、環(huán)境、材料、重大疾病防治、農(nóng)業(yè)、國家安全等方面取得一大批創(chuàng)新的、具有我國自己知識產(chǎn)權(quán)的成果，為國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活的提高做出重大貢獻。發(fā)展與化學相關(guān)的新興交叉學科新領域，如化學生物學、化學信息學、納米化學等，占領前沿和交叉學科領域制高點。463.3化學學科一些可能的發(fā)展方向464化學學科前沿介紹超分子化學綠色化學474化學學科前沿介紹超分子化學綠色化學47結(jié)語1、21世紀化學仍將是一門中心的、實用的和創(chuàng)造性的科學，它將幫助我們解決人類所面臨的一系列重大問題，與此同時，化學本身將得到進一步發(fā)展。有理由相信21世紀的化學將更加繁榮興旺，化學將迎來它的黃金時代！2、21世紀化學學科的發(fā)展需要更多優(yōu)秀的人才，你們是未來化學家的領路人！21世紀化學的輝煌需要我們化學教育工作者的共同努力！48結(jié)語1、21世紀化學仍將是一門中心的、實用的和創(chuàng)造性的科謝謝大家！49謝謝大家！49演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！化學學科的發(fā)展、現(xiàn)狀與未來1化學學科發(fā)展的簡單回顧2化學學科的內(nèi)涵及其地位作用321世紀化學學科的發(fā)展趨勢4化學學科前沿介紹綠色化學超分子化學邵爽浙江教育學院理工學院sshao@1358815158651化學學科的發(fā)展、現(xiàn)狀與未來1化學學科發(fā)展的簡單回顧邵1化學學科發(fā)展的簡單回顧遠古的化學——實用技術(shù)

如：冶金、火藥、造紙等。近代化學——基本理論的建立如：質(zhì)量守恒定律、燃燒學說、阿佛加德羅定律、原子論、分子論、電離學說、酸堿理論等?，F(xiàn)代化學——物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論和合成化學如：雜化軌道理論（VB法）、分子軌道理論（MO法）、配位場理論、逆合成、手性合成、綠色化學、組合化學、分子設計等。未來的化學——綜合學科發(fā)展的科學如：深入研究原子組合分子的方法和技巧;研究分子以上層次的現(xiàn)象;與其他學科滲透、交叉聯(lián)合;科學—技術(shù)—生產(chǎn)、必須創(chuàng)新、理論與實驗并駕齊驅(qū)、學科界限越來越模糊等。521化學學科發(fā)展的簡單回顧遠古的化學——實用技術(shù)21661年波義耳在其著名論文“懷疑派的化學家”中提出“元素”的概念，從而化學被確定為一門學科。1803年道爾頓提出原子論。1811年阿伏加德羅提出了“分子”的概念。1860年康尼查羅提出了原子--分子論。1870年門捷列夫發(fā)現(xiàn)了元素周期律，奠定了化學學科的 理論基礎。19世紀末化學的重要分支（二級學科）分析化學、無機化 學、有機化學和物理化學相繼建立，這種分工大 大推動了化學研究的深化。20世紀

量子力學的誕生，近鄰學科特別是物理學、生物學 和數(shù)學的發(fā)展，以及各種新的實驗技術(shù)及精密儀 器的發(fā)明和計算機的出現(xiàn)，使化學學科得到迅猛 的發(fā)展。

化學理論發(fā)展的重要軌跡

531661年波義耳在其著名論文“懷疑派的化學家”1.120世紀化學學科基礎研究的重大突破(1)放射性和鈾裂變的重大發(fā)現(xiàn)

1903年居里夫婦因發(fā)現(xiàn)了放射性比鈾強400倍的釙，以及放射性比鈾強200多萬倍的鐳為此而獲得了諾貝爾物理學獎。1911年為表彰居里夫人在發(fā)現(xiàn)釙和鐳、開拓放射化學新領域以及發(fā)展放射性元素的應用方面的貢獻，居里夫人被授予了諾貝爾化學獎

1908年盧瑟福因從事關(guān)于元素衰變和放射性物質(zhì)的研究,提出了原子的有核結(jié)構(gòu)模型和放射性元素的衰變理論而獲得了的諾貝爾化學獎。1935年約里奧-居里夫婦因第一次用人工方法創(chuàng)造出放射性元素而榮獲了的諾貝爾化學獎。

1938年費米因人工合成了60種新的放射性元素而獲得了的諾貝爾物理學獎。1944年哈恩因發(fā)現(xiàn)了核裂變現(xiàn)象而獲得了諾貝爾化學獎.1942年費米領導下成功的建造了第一座原子反應堆。1945年美國在日本投下了原子彈。541.120世紀化學學科基礎研究的重大突破(1)放射性和鈾(2)化學鍵和現(xiàn)代量子化學理論的建立

鮑林在化學鍵本質(zhì)研究和應用化學鍵理論來闡明物質(zhì)結(jié)構(gòu)而獲1945年諾貝爾化學獎。經(jīng)許多化學家近半個世紀的努力，現(xiàn)代量子化學理論不斷發(fā)展和完善，化學進入實驗和理論計算并重的時代?；瘜W家們由淺入深，認識分子的本質(zhì)及其相互作用的基本原理，從而讓人們進入分子的理性設計的高層次領域。

1.120世紀化學學科基礎研究的重大突破

55(2)化學鍵和現(xiàn)代量子化學理論的建立1.120世紀化學學科(3)創(chuàng)造新物質(zhì)——合成化學

近百年來化學家(特別是有機化學家)已經(jīng)設計和合成了數(shù)千萬個化合物，幾乎又創(chuàng)造了一個新的自然界；同時還發(fā)現(xiàn)了大量的新反應、新試劑、新方法和新理論。1912年格林尼亞因發(fā)明格林尼亞試劑，開創(chuàng)了有機金屬化合物在各種官能團反應中的新領域而獲諾貝爾化學獎?，F(xiàn)代有機合成化學是經(jīng)過20世紀近100年的研究、探索發(fā)展到今天已可以合成像?？舅?Polytoxin)這樣復雜的有機分子(具有64個手性中心的7個骨架內(nèi)雙鍵的分子，存在271≈2×1021個異構(gòu)體)。

1.120世紀化學學科基礎研究的重大突破56(3)創(chuàng)造新物質(zhì)——合成化學1.120世紀化學學科基礎研究?？舅氐姆肿咏Y(jié)構(gòu)分子式為C129H223N3O54

有64個不對稱碳和7個骨架內(nèi)雙鍵,異構(gòu)體數(shù)目多達271個有機合成杰作1989年美國哈佛大學Kishi宣布全合成64個手性中心2×1021個同分異構(gòu)體57?？舅氐姆肿咏Y(jié)構(gòu)分子式為C129H223N3O54有64VB12分子結(jié)構(gòu)R.B.Woodward合成1965年獲Nobel化學獎有機合成杰作58VB12R.B.Woodward合成有機合成杰作藥物合成——抗生素隨即篩選分子設計59藥物合成——抗生素隨即篩選920世紀合成化學的輝煌成就6020世紀合成化學的輝煌成就10(4)高分子科學的建立和發(fā)展20世紀的人類社會文明的標志之一是合成材料的出現(xiàn)。1953年H.Staudinger因提出了高分子這個概念，創(chuàng)立了高分子鏈型學說建立了高分子粘度與分子量之間的定量關(guān)系，從而獲得了的諾貝爾化學獎。1963年Ziegler和Natta因發(fā)現(xiàn)了配位聚合反應和實現(xiàn)了丙烯的定向聚合而共獲了諾貝爾化學獎。1974年Flory因在高分子性質(zhì)方面的成就也獲得了諾貝爾化學獎。三大傳統(tǒng)合成材料塑料橡膠纖維新型功能材料

光電材料信息儲存材料光導纖維超導……1.120世紀化學學科基礎研究的重大突破61(4)高分子科學的建立和發(fā)展1953年H.Staudinge(5)化學動力學與分子反應動態(tài)學的發(fā)展

揭示化學反應的歷程和研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與其反應能力之間的關(guān)系，是控制化學反應過程的需要。1956年由前蘇聯(lián)的謝苗諾夫和英國的欣歇爾伍德在化學反應機理、反應速度和鏈式反應方面的開創(chuàng)性研究而獲諾貝爾化學獎。同時研究快速反應的技術(shù)得到發(fā)展，現(xiàn)在可以研究十億分之一秒內(nèi)發(fā)生的化學反應。美籍華人化學家李遠哲及美國化學家赫希巴赫首先研制成功能獲得各種態(tài)信息的交叉分子束實驗裝置，從微觀角度來認識化學反應，發(fā)展了分子反應動態(tài)學，亦稱態(tài)--態(tài)化學，對化學反應的基本原理做出了重要突破。(榮獲1986年諾貝爾化學獎)。

1.120世紀化學學科基礎研究的重大突破62(5)化學動力學與分子反應動態(tài)學的發(fā)展1.120世紀化學學關(guān)于化學反應的歷程的重要研究成果……1956年Semenov和Hinchelwood在化學反應機理、反應速度和鏈式反應方面的開創(chuàng)性研究獲得了諾貝爾化學獎。1967年EigenPorter和Norrish因發(fā)展了閃光光解法技術(shù)用于研究發(fā)生在十億分之一秒內(nèi)的快速化學反應，對快速反應動力學研究作出了重大貢獻，三人共獲了諾貝爾化學獎。1986年李遠哲、Herschbach和Polany因發(fā)明了獲得各種態(tài)信息的交叉分子束技術(shù)，并利用該技術(shù)F+H2的反應動力學（態(tài)－態(tài)化學），對化學反應的基本原理作出了重要貢獻，為此共獲了諾貝爾化學獎。1999年Zewail因利用飛秒光譜技術(shù)研究過渡態(tài)的成就獲諾貝爾化學獎?！?3關(guān)于化學反應的歷程的重要研究成果……13飛秒化學飛秒化學是研究在極小的時間內(nèi)化學反應的過程和機理。這一領域涉及的時間間隔短至約千萬億分之一秒，即1飛秒。

1s(s,秒)=103ms(毫秒)=109ns(納秒)＝1015fs(femtosecond飛秒)飛秒化學的技術(shù)基礎——飛秒激光。不同波長的激光可以選擇性地激發(fā)和檢測不同的分子，或者同一分子的不同內(nèi)部能量狀態(tài)，或量子態(tài)分布。從分子的角度來說，化學反應的本身就是分子體系的波函數(shù)隨時間的變化，在勢能面上運動的過程。實驗上，通過觀察在不同時刻體系的性質(zhì)，就可以得到這種演化的圖像，從而理解反應的具體動力學過程。由于分子內(nèi)部、化學反應過程中及凝聚相中分子間相互作用過程是在非常短的時間里發(fā)生的，比如說，化學反應過渡態(tài)的壽命一般只有幾十飛秒，所以必須在飛秒的時間尺度上對化學反應過程進行檢測。也就是說，要象照相一樣，要用足夠短的“快門”，來捕捉分子運動和變化的瞬間行為的信息。64飛秒化學飛秒化學是研究在極小的時間內(nèi)化學反應的過程和機理。這(6)分析科學的發(fā)展

20世紀70年代，生命科學、信息科學和計算機技術(shù)的發(fā)展，使分析化學進入了嶄新階段，它不只限于測定物質(zhì)的組成和含量，而要對物質(zhì)的狀態(tài)(氧化．還原態(tài)、各種結(jié)合態(tài)、結(jié)晶態(tài))、結(jié)構(gòu)(一維、二維、三維空間分布)、微區(qū)、薄層和表面的組成與結(jié)構(gòu)以及化學行為和生物活性等做出瞬時追蹤，無損和在線監(jiān)測等分析及過程控制，甚至要求直接觀察原子和分子的形態(tài)與排列。分析化學成為一門儀器裝置和測量的科學。1990年開始的人類基因組計劃(HGP)中，由于DNA測序技術(shù)不斷推陳出新，從板凝膠電泳到凝膠毛細管電泳、線性高分子溶液毛細管電泳、到陣列毛細管電泳，直至全基因組鳥槍測序技術(shù)。終于使人類基因組計劃提前到2001年完成。分析化學在推進人們弄清環(huán)境和生命有關(guān)的化學問題中起著關(guān)鍵作用。

1.120世紀化學學科基礎研究的重大突破

光譜：原子吸收、原子發(fā)射波譜：紅外光譜、紫外光譜核磁共振、質(zhì)譜

能譜：電子能譜色譜：氣相色譜、液相色譜X-射線衍射：單晶、粉末65(6)分析科學的發(fā)展1.120世紀化學學科基礎研究的重大突(7)生命科學

生物小分子化學，蛋白質(zhì)化學核酸化學，糖化學蛋白質(zhì)的化學結(jié)構(gòu)：一級結(jié)構(gòu),二級結(jié)構(gòu),三級結(jié)構(gòu),四級結(jié)構(gòu)氨基酸序列分析儀酶的化學酶催化的機理化學模擬生物合成與生物轉(zhuǎn)化核酸的化學DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)（Watson-Crick獲1962年諾貝爾醫(yī)學或生理學獎)堿基配對原則DNA的復制基因表達遺傳密碼的發(fā)現(xiàn)中心法則1.120世紀化學學科基礎研究的重大突破66(7)生命科學生物小分子化學，蛋白質(zhì)化學蛋20世紀初開始生物小分子（如糖、血紅素、葉綠素、維生素等）的化學結(jié)構(gòu)與合成研究就多次獲諾貝爾化學獎1955年首次合成多肽激素催產(chǎn)素和加壓素，獲1955年諾貝爾化學獎；1960年成功地測定了鯨肌紅旦白和馬血紅蛋白的空間結(jié)構(gòu)，獲1962年諾貝爾化學獎；1980年P(guān).Berg、F.Sanger和W.Gilbert因在DNA分裂和重組、DNA測序以及現(xiàn)代基因工程學方面的杰出貢獻而共獲諾貝爾化學獎。1982年A.Klug因發(fā)明“象重組“技術(shù)和揭示病毒和細胞內(nèi)遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)而獲得諾貝爾化學獎。1993年M.Smith因發(fā)明寡核苷酸定點誘變法以及K.B.Mullis因發(fā)明多聚酶鏈式反應技術(shù)對基因工程的貢獻而共獲諾貝爾化學獎?；瘜W在生命科學領域的重要研究成果6720世紀初開始生物小分子（如糖、血紅素、葉綠素、維生素等）的DNA68DNA18蛋白酶的一種——胰蛋白酶的結(jié)構(gòu)和排列順序示意圖69蛋白酶的一種——胰蛋白酶的結(jié)構(gòu)和排列順序示意圖19

1965年9月，我國科學家汪猷帥上百位化學工作者經(jīng)過6年多堅持不懈的努力，獲得了人工全合成牛胰島素晶體。這是世界上第一個人工合成的蛋白質(zhì)。兩條肽鏈:A鏈21個氨基酸殘基,B鏈30個殘基,分子量5700道爾頓,1953年確定全部化學結(jié)構(gòu).

1965年我國的人工合成牛胰島素70

1.220世紀化學工業(yè)的大發(fā)展(1)石油化工成為支柱產(chǎn)業(yè)

20世紀30年代催化劑進入石油化工，催化動力學的發(fā)展及催化劑的作用使石油的各種餾分成為各種不同用途的化工產(chǎn)品，石油化工迅速發(fā)展，已成為世界經(jīng)濟發(fā)展中占重要地位的工業(yè)領域。世界化工總產(chǎn)值中80％以上的產(chǎn)品與石油化工有關(guān)。

711.220世紀化學工業(yè)的大發(fā)展(1)石油化工成為支柱產(chǎn)業(yè)(2)三大合成材料時代

20世紀前半葉，由于基礎化學中的高分子化學的興起和發(fā)展，逐步形成了塑料、纖維、橡膠三大合成材料工業(yè)。到20世紀末，世界年產(chǎn)合成橡膠能力已1200萬噸，合成纖維達1500萬噸，合成塑料已超過6000萬噸。以塑料為主體的三大合成材料，以體積計算其世界總產(chǎn)量已超過全部金屬的產(chǎn)量，所以有人稱20世紀為聚合物時代。

1.220世紀化學工業(yè)的大發(fā)展72(2)三大合成材料時代1.220世紀化學工業(yè)的大發(fā)展22(3)化肥（農(nóng)藥）工業(yè)的巨大作用

20世紀面臨人口大幅度增長和糧食需求迅速增加的局面。在解決這一困難中，化肥起了重要作用。其中氮肥的生產(chǎn)關(guān)鍵問題是如何利用大氣中的氮大規(guī)模合成肥料。1909年德國化學家哈伯用鋨作催化劑成功地建立了每小時產(chǎn)生80克氨的實驗裝置。哈伯因此而榮獲1918年諾貝爾化學獎。1931年德國博施建成第一個用鐵催化劑的合成氨工廠日產(chǎn)量為30噸。(榮獲1931年諾貝爾化學獎)。60多年來，不斷對合成氨工藝進行改進并引入現(xiàn)代化工技術(shù)。我國是農(nóng)業(yè)大國，肥料是增產(chǎn)的關(guān)鍵措施。目前已達年產(chǎn)2000萬噸的規(guī)模，占世界第二位。

1.220世紀化學工業(yè)的大發(fā)展73(3)化肥（農(nóng)藥）工業(yè)的巨大作用1.220世紀化學工業(yè)的大(4)醫(yī)藥工業(yè)的大發(fā)展

20世紀人類壽命顯著延長，70歲以上的老人比例顯著提高，估計20世紀人類平均壽命增加30歲左右。人類壽命延長的原因之一是醫(yī)療條件的改善，其中針對人類常見病、多發(fā)病的新藥的研制成功是關(guān)鍵因素。醫(yī)藥工業(yè)的發(fā)展與化學緊密相關(guān)?；瘜W合成藥在醫(yī)學工業(yè)中占主導地位?；前匪幨堑诙问澜绱髴?zhàn)前惟一有效的抗細菌感染的藥物。Domagk因此而在1939年榮獲諾貝爾生理及醫(yī)藥獎?；前奉愃幬锏膯柺罉酥局瘜W療法方面的一大突破。第二次世界大戰(zhàn)后，磺胺藥逐漸讓位于治療效果更好的抗生素類藥，如青霉素、四環(huán)素、紅霉素、氯霉素、頭孢菌素等。目前世界藥物市場的年銷售量約為3000億美元，在世界經(jīng)濟發(fā)展中有舉足輕重的作用。

1.220世紀化學工業(yè)的大發(fā)展74(4)醫(yī)藥工業(yè)的大發(fā)展1.220世紀化學工業(yè)的大發(fā)展24

美國90年代化學工業(yè)產(chǎn)值約占30％，化學品出口占總出口的30％，位居世界第二位。美國的調(diào)查報告“化學中的機會”指出，化學工業(yè)在國際市場上要保持競爭力，主要看作為基礎學科的化學能否保持領先地位?？梢姡瑳]有基礎學科的發(fā)展為后盾，國民經(jīng)濟、高新技術(shù)的發(fā)展是不可能的?；瘜W工業(yè)已成為某些國家的支柱產(chǎn)業(yè)75美國90年代化學工業(yè)產(chǎn)值約占30％，化學品出化學從原子分子水平研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應用的科學?！瘜W教科書2化學學科的內(nèi)涵及地位作用化學為總管物質(zhì)在原子、分子層次上變化之科學?！朴徐?/p>

化學是一門試圖了解物質(zhì)的性質(zhì)和物質(zhì)發(fā)生反應的科學，它涉及存在于自然界的物質(zhì)（如地球上的礦物、空氣中的氣體、海洋里的水和鹽、動物體內(nèi)的化學物質(zhì)），以及由人類創(chuàng)造的新物質(zhì)，它涉及自然界的變化（如因閃電而著火的樹木、與生命有關(guān)的化學變化），還有那些由化學家發(fā)明和創(chuàng)造的新變化。

——RonaldBreslow

2.1化學學科的定義與內(nèi)涵76化學從原子分子水平研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應用的科學。徐光憲.化學學科進展[M],北京:化工出版社,2005:12一維定義——X定義化學是研究X對象的科學X——泛分子，包括10個層次：①原子;②分子片;③分子;④超分子;⑤高分子;⑥生物分子;⑦納米分子;⑧原子和分子的宏觀聚集體;⑨復雜分子體系和自組裝分子二維定義——XY定義化學是研究X對象的Y內(nèi)容的科學Y——合成和反應、制備、剪裁和組裝、分離和分析、結(jié)構(gòu)和構(gòu)象、粒度和形貌、物理和化學性質(zhì)、生理和生物活性、運輸和調(diào)控作用機制等個方面的規(guī)律、相互關(guān)系和應用三維定義——XYZ定義化學是用Z方法研究X對象的Y內(nèi)容的科學Z——實驗，理論和計算機模擬四維定義——XYZW定義化學是用Z方法研究X對象的Y內(nèi)容以達到W目的的科學W——認識世界，改造自然和保護世界分子片是指組成分子的碎片77徐光憲.化學學科進展[M],北京:化工出版社,2005:122.2化學學科在科學發(fā)展中的地位R.Breslow(1997)ChemistryTodayandTomorrow——TheCentral,UsefulandCreativeScience化學的今天和明天——化學是一門中心的、實用的和創(chuàng)造性的科學782.2化學學科在科學發(fā)展中的地位R.Breslow(19從早晨開始，我們在用化學品建造的住宅中醒來，家具是部分地用化學工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代材料制作的，我們使用化學家們設計的肥皂和牙膏并穿上由合成纖維和合成染料制成的衣服，即使天然纖維（如羊毛或棉花）也是經(jīng)化學品處理過并染色的。這樣可以改進它們的性能。

為了保鮮起見，食品要被包裝和冷藏起來，而這些食品要么用化肥、除草劑和農(nóng)藥使之生長；要么家畜類需獸醫(yī)藥來防?。灰葱杓尤刖S生素后食用；甚至我們購買的天然食品，如牛奶，也必須經(jīng)過化學檢驗后方可食用。我們的交通工具——汽車、火車、飛機——在很大程度上依靠化學工業(yè)的產(chǎn)品；晨報是用化學家們制造的油墨在用化學方法制造的紙上印刷的；用于說明事物的照片要用化學家們制造的膠卷和膠片；日常生活中的金屬制品都是用經(jīng)過以化學為基礎的冶煉轉(zhuǎn)化為金屬或合金后制造的，為了保護它們還要涂上油漆。

化妝品是由化學家制造和檢驗過的；警察和軍人用的武器也都依靠化學。事實上，在我們的日常生活中很難找出一種不依靠化學和化學家?guī)椭圃斐鰜淼漠a(chǎn)品?！痘瘜W的今天和明天》R.Breslow（1997年）79從早晨開始，我們在用化學品建造的住宅中醒來，家具是部第1章化學是一門中心的、實用的和創(chuàng)造性的科學

11什么是化學

2化學家做什么

13早期的化學有些什么

14為什么化學家成這門學科為“中心科學”

15是什么是化學成為“使用的科學”和創(chuàng)造性的科學

16那些是化學的基本原理

17化學領域有多大

關(guān)于未來

第2章健康和生命的化學

21藥物化學在過去對人類健康有哪些貢獻

22藥物化學家是怎樣設計或發(fā)現(xiàn)新藥的

23藥物化學家現(xiàn)在忙于什么

24化學家對了解生命的本質(zhì)有什么貢獻？光和作用化學簡介

25化學在分子生物學和生物技術(shù)中的作用是什么

關(guān)于未來

第3章再談化學是一門使用的科學

31化學在住房和陳設品方面起什么作用

32化學在穿著方面起什么作用

33化學和運輸?shù)年P(guān)系怎樣

34哈是如何改進事物供應的

35化學和國防的關(guān)系怎樣

36化學和執(zhí)法方面的關(guān)系怎樣

37化學對生活的質(zhì)量作出了哪些貢獻

關(guān)于未來

第4章化學與環(huán)境

41我們能否有一個建立在先進技術(shù)上的現(xiàn)代社會，而這些技術(shù)不會無休止地污染地球

42工業(yè)能否干凈地制造化學產(chǎn)品

43在解決從核能發(fā)電廠排放出放射性廢棄物的問題上，化學家們能作什么貢獻

44人類日常生活回造成什么樣的污染45我們能否控制蟲害而不危害有用的動物

46我們則樣能保證新合成的哈制品不會破壞環(huán)境，或沒有不良的生物效應

不是所有的不良化學效應都是致命的

關(guān)于未來

第5章計算機與化學——電子學的革命

51現(xiàn)代的電子學革命誕生了計算機，化學對此有和貢獻

52什么是計算化學

53計算化學則樣幫助我們測定蛋白質(zhì)的形成

關(guān)于未來

電子材料

計算化學

第6章在生物體和工業(yè)中的催化作用

61催化劑能扮演什么樣的角色

62作為生命催化劑的酶是何物

63酶催化生物反映時，能加速多少？又如何進行選擇

64維生素能起生物催化作用嗎

65酶的作用知多少

66對酶的認識是否有住與新藥的設計

67汽車用的故態(tài)金屬催化劑是則樣起作用的

68為什么工業(yè)界常用的固體催化劑并不具有金屬特性？

關(guān)于未來

第7章化學家怎樣創(chuàng)造新分子

71化學家如何決定應該研制什么新分子?

72化學家如何計劃未知分子的成功合成?

73在哪里進行合成實驗?

74新化學物質(zhì)一旦被創(chuàng)造還要做些什么

關(guān)于未來

第8章認識分子結(jié)構(gòu)和化學變化

81化學家怎樣測定新分子的結(jié)構(gòu)?

82分子的精細結(jié)構(gòu)與它們的性質(zhì)之間存在什么關(guān)系?

83化學家如何測定化學反應的歷程?

84在哪里進行分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)及反應歷程的研究?80第1章化學是一門中心的、實用的和創(chuàng)造性的科學

11什么是化化學是承上啟下的中心學科(centralscience)

科學按照其研究對象由簡單到復雜分為：

上游：數(shù)學、物理學——研究對象簡單，研究程度很深中游：化學下游：生命、材料、環(huán)境——研究對象復雜化學是中心科學，是從上游到下游的必經(jīng)之地，永遠不會象有些人估計的那樣將要在物理學與生物學的夾縫中逐漸消亡！化學是一門中心科學徐光憲.今日化學的何去何從[J],大學化學,2003,18(1):1化學是與信息、生命、材料、環(huán)境、能源、地球、空間和核科學等八大朝陽科學都有密切的聯(lián)系、交叉和滲透的中心科學。81化學是承上啟下的中心學科(centralscience)化化學是一門實用的科學人類之衣、食、住、行和娛樂無不與化學有關(guān)?！舢斍耙恍┲卮蟮墓I(yè)過程基本上都基于化學過程?！羰澜鐚＠l(fā)明中有20%與化學有關(guān)?！舭l(fā)達國家從事研究與開發(fā)的科研人員中，化學與化工專家占一半左右?！艋て髽I(yè)產(chǎn)品的更新?lián)Q代依靠化學的進步，而化工產(chǎn)品的產(chǎn)值和出口比例在國民經(jīng)濟中一直保持著領先地位。82化學是一門實用的科學人類之衣、食、住、行和娛樂無不與化學化學是一門創(chuàng)造性的科學

化學家辛勤的耕耘著元素周期體系中的百余個化學元素并整理著天然產(chǎn)物，所發(fā)現(xiàn)的新化合物幾乎每10年約翻一番。隨著化學反應基礎理論及合成方法的不斷發(fā)展和完善，新化合物的增加速率已快于指數(shù)表達方式，90年代以來每年新增的化合物約有60余萬種。迄今化學家已經(jīng)擁有1900多萬種化合物，其中絕大多數(shù)是由化學家合成的?；瘜W在舊的自然界旁又建起了一個新的自然界。

——R.B.Woodward83化學是一門創(chuàng)造性的科學化學家辛勤的耕耘著元化學思想——科學哲學思想的重要組成部分實驗驗證思想——實驗方法來驗證和探究化學知識的思想守恒思想：①能量守恒;②質(zhì)量守恒;③電荷守恒/得失電子守恒

動態(tài)平衡思想——用平衡移動的原理來分析粒子之間相互反應,系統(tǒng)了解闡釋溶解平衡、化學平衡、電離平衡、水解平衡、氧化還原平衡等多種平衡體系的本質(zhì)。量變質(zhì)變思想——質(zhì)量互變規(guī)律在化學學科的應用。例如：溫度改變，物質(zhì)狀態(tài)的改變；元素原子個數(shù)或排列方式不同，產(chǎn)生了不同的物質(zhì)（同素異形體和同分異構(gòu)體）；反應物之間物質(zhì)的量的比例不同，產(chǎn)物不同；反應條件的不同，產(chǎn)物不同；隨原子序數(shù)遞增，原子結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)周期性的變化，元素的性質(zhì)也呈周期性的變化；定性實驗和定量實驗的相互關(guān)系等。結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)思想——物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)性質(zhì)，物質(zhì)性質(zhì)反映了物質(zhì)的結(jié)構(gòu)84化學思想——科學哲學思想的重要組成部分實驗驗證思想——實驗方化學與生物學的不同“生物學家致力于闡明自然生命的過程，而化學家則習慣于如何去調(diào)控這一過程”。

——DoyleandCoray,Chemistry&Biology,1998,5,157-160)生物學家注意認識世界，而化學家則想改造世界。

“化學家看起來比較審慎,善于分析并較多的在本學科內(nèi)獨善其身。他們將注意力集中在分子上面，他們醉心于一個多手心的中心、具有很大合成難度的分子帶來的挑戰(zhàn)，并力圖用最短的路線和最高的產(chǎn)率來得到目標分子，通過用相對較少但巧妙的技術(shù)以獲得精確的資料。對他們來講注重蛋白質(zhì)和核酸的化學更甚于它們的生理重要性。另一方面。生物學家似乎較具有藝術(shù)性、調(diào)和性和主要用右腦思考。他們喜歡使用種類繁多卻不太精密的技術(shù)來研究細胞和器官內(nèi)的復雜現(xiàn)象。他們喜歡神秘和復雜，當揭去面紗，顯露出分子本質(zhì)時，他們中有些人則會感到失望”?！狵ornberg,Chemistry&Biology,1996,3,3-585化學與生物學的不同“生物學家致力于闡明自然生命的過程，而化學20世紀化學并未獲得社會應有的認同報刊上提及20世紀發(fā)明的六大技術(shù)——應為七大技術(shù)！信息技術(shù)（無線電、半導體、芯片、集成電路、計算機、通訊和網(wǎng)絡）生物技術(shù)（基因重組、克隆和生物芯片）核科學和核武器技術(shù)航空航天和導彈技術(shù)激光技術(shù)納米技術(shù)化學合成技術(shù)（新藥物、新材料、高分子、化學和農(nóng)藥）化學家缺少品牌意識，沒有在社會上樹立化學的美好品牌，甚至化學成為有毒、有害、高污染的代名詞！化學家太謙虛!上述六大技術(shù)如果缺少一兩個，人類照樣生存。但如沒有發(fā)明合成氨、合成尿素和第一、第二、第三代新農(nóng)藥的技術(shù)，世界糧食產(chǎn)量至少要減半，60億人口中得30億就會餓死。沒有發(fā)明合成橡膠、合成塑料的技術(shù)，人類生活要受到很大的影響。8620世紀化學并未獲得社會應有的認同報刊上提及20世紀發(fā)明的六從人類對七大技術(shù)發(fā)明的需要迫切性來排序：

化學合成和分離技術(shù)；信息技術(shù)；生物技術(shù)；航空航天技術(shù)；核技術(shù)；納米技術(shù)；激光技術(shù)

按20世紀的七大技術(shù)發(fā)明衍生的產(chǎn)業(yè)規(guī)模及其對世界經(jīng)濟的影響來排序：

信息產(chǎn)業(yè)；化學合成；航天航空技術(shù)；核技術(shù)；生物技術(shù)；納米技術(shù)；激光技術(shù)按人類需要的迫切性和其衍生的產(chǎn)業(yè)規(guī)模排序20世紀和21世界上半葉理應稱為是信息和化學合成時代，21世界下半葉才能成為生物技術(shù)時代！87從人類對七大技術(shù)發(fā)明的需要迫切性來排序：按人類需要的迫切性和未來化學所面臨的重大挑戰(zhàn)環(huán)境問題人口控制與健康食品問題資源與可持續(xù)發(fā)展321世紀化學學科的發(fā)展趨勢88未來化學所面臨的重大挑戰(zhàn)環(huán)境問題321世紀化學學科的發(fā)展趨（1）化學的第一根本規(guī)律——化學反應理論和定律

建立精確有效而又普遍適用的化學反應的含時多體量子理論和統(tǒng)計理論。（2）化學的第二根本規(guī)律——分子結(jié)構(gòu)及其性能的定量關(guān)系

分子和分子間的非共價鍵的相互作用的本質(zhì)和規(guī)律；超分子結(jié)構(gòu)的類型，生成和調(diào)控的規(guī)律；給體--受體作用原理；進一步完善原子價和化學鍵理論，特別是無機化學中的共價問題；生物大分子的一級結(jié)構(gòu)如何決定高級結(jié)構(gòu)？高級結(jié)構(gòu)又如何決定生物和生理活性？……。（3）活分子運動的基本規(guī)律

充分認識和徹底了解人類和生物體內(nèi)分子的運動規(guī)律。如在地球元素的生態(tài)循環(huán)中，植物界做了兩件偉大的事：光合作用——活分子催化劑葉綠素是怎樣作用的？生物固氮——豆科植物的根瘤菌能打開非常穩(wěn)定的氮分子中的化學鍵，生成含氮小分子，再進一步合成蛋白