有機(jī)化學(xué)概論

高等有機(jī)化學(xué)張運(yùn)曉zhangyx@Tel.67767200AdvancedOrganicChemistry

參考書(shū):1.F.A.Carey,R.J.Sundberg,

AdvancedOrganicChemistryPartA.StructureandMechanismPartB.ReactionandSynthesis

中譯本:高等有機(jī)化學(xué),A卷:結(jié)構(gòu)與機(jī)理;B卷:反應(yīng)與合成夏熾中譯2.M.B.Smith,J.MarchAdvancedOrganicChemistryReactions,MechanismsandStructure

中譯本:高等有機(jī)化學(xué),上:反應(yīng)機(jī)理與結(jié)構(gòu);下:反應(yīng)與合成

陶慎熹,趙景雯譯3.NeilIsaacs,PhysicalOrganicChemistrySecondEdition,世界圖書(shū)出版社,1997年4.T.H.Lowry,K.S.Richardson

MechanismandTheoryinOrganicChemistry高等有機(jī)化學(xué)--反應(yīng)、機(jī)理與結(jié)構(gòu)(高等有機(jī)化學(xué)——國(guó)際有機(jī)化學(xué)經(jīng)典之作，高等有機(jī)化學(xué)的首選教材)清華大學(xué)李艷梅譯出

版

社:

化學(xué)工業(yè)出版社出版時(shí)間：2010年高等有機(jī)化學(xué)--結(jié)構(gòu)、反應(yīng)與機(jī)理(楊定喬)出

版

社:

化學(xué)工業(yè)出版社出版時(shí)間:

2012年5.高振衡物理有機(jī)化學(xué)上,下冊(cè),高等教育出版社6.王積濤高等有機(jī)化學(xué)人民教育出版社7.惲愧宏,高鴻賓,任責(zé)忠,高等有機(jī)化學(xué)高等教育出版社8.俞凌翀基礎(chǔ)理論有機(jī)化學(xué)高等教育出版社9.榮國(guó)斌高等有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)出版社.10.汪秋安，高等有機(jī)化學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社.高等有機(jī)化學(xué)

(AdvancedOrganicChemistry)

物理有機(jī)化學(xué)(PhysicalOrganicChemistry)

有機(jī)反應(yīng)與合成（OrganicReactionandSynthesis）

理論有機(jī)化學(xué)(TheoreticalOrganicChemistry)

有機(jī)立體化學(xué)(OrganoStereochemistry)

它主要論述有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)(Structure),

反應(yīng)機(jī)理(ReactionMechanism)以及它們之間的相互關(guān)系(Relationship).第一章.概論

Introduction

有機(jī)化學(xué)是研究有機(jī)化合物的來(lái)源、制備、結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)用及有關(guān)理論和方法的科學(xué)

WhatisorganicChemistry?有機(jī)合成化學(xué)進(jìn)展

迄今已知的近2000多萬(wàn)個(gè)化合物中，絕大多數(shù)是有機(jī)化合物。近兩個(gè)世紀(jì)來(lái)，有機(jī)化學(xué)學(xué)科的發(fā)展，揭示了構(gòu)成物質(zhì)世界的有機(jī)化合物分子中原子鍵合的本質(zhì)以及有機(jī)分子轉(zhuǎn)化的規(guī)律，并設(shè)計(jì)、合成了具有特定性能的有機(jī)分子；它又為相關(guān)學(xué)科（如材料科學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)）的發(fā)展提供了理論、技術(shù)和材料。

近年來(lái)，經(jīng)過(guò)我國(guó)有機(jī)化學(xué)工作者的共同努力，我國(guó)的有機(jī)化學(xué)研究無(wú)論在規(guī)模上還是深度上明顯的進(jìn)步。與國(guó)際先進(jìn)水平相比，我國(guó)有機(jī)化學(xué)的一些研究領(lǐng)域與先進(jìn)國(guó)家的距離有所縮短。但是我們必須清醒的認(rèn)識(shí)到，國(guó)際上科學(xué)發(fā)展和競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，學(xué)科融合和交叉也成為科學(xué)發(fā)展總的趨勢(shì)，新的學(xué)科生長(zhǎng)點(diǎn)層出不窮，因此在某些領(lǐng)域，我們和國(guó)際上的差距有所加大。因此需要有機(jī)化學(xué)工作者時(shí)刻保持清醒的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步加快趕超世界先進(jìn)水平的步伐！在當(dāng)今世紀(jì)，有機(jī)化學(xué)面臨著新的發(fā)展機(jī)遇●一方面，隨著有機(jī)化學(xué)自身的發(fā)展及新的分析技術(shù)、物理方法及生物學(xué)方法的不斷涌現(xiàn)，人類(lèi)在了解有機(jī)化合物的性能、反應(yīng)及合成方面將有更新的認(rèn)識(shí)和研究手段；●另一方面，材料科學(xué)和生命科學(xué)的發(fā)展，以及人類(lèi)對(duì)于環(huán)境和能源新的要求，都給有機(jī)化學(xué)新的課題和挑戰(zhàn)。

有機(jī)化學(xué)將在物理有機(jī)化學(xué)、有機(jī)合成化學(xué)、天然產(chǎn)物化學(xué)、金屬有機(jī)化學(xué)、化學(xué)生物學(xué)、有機(jī)分析、計(jì)算化學(xué)、農(nóng)藥化學(xué)、藥物化學(xué)、有機(jī)材料化學(xué)等各個(gè)方面得到發(fā)展。

、物理有機(jī)化學(xué)

(PhysicalOrganicChemistry)

物理有機(jī)化學(xué)是用物理化學(xué)的方法研究有機(jī)化學(xué)的科學(xué)，是一門(mén)指導(dǎo)有機(jī)化學(xué)及其它學(xué)科發(fā)展的學(xué)科。它研究：

有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)和性能；有機(jī)化學(xué)反應(yīng)如何發(fā)生和為什么發(fā)生；從中找出規(guī)律，指導(dǎo)設(shè)計(jì)、合成新的物種，預(yù)見(jiàn)和發(fā)現(xiàn)新的有機(jī)現(xiàn)象。當(dāng)前有機(jī)化學(xué)發(fā)展的前沿領(lǐng)域有以下6個(gè)與物理有機(jī)化學(xué)相關(guān)的問(wèn)題：①生命過(guò)程中的化學(xué)問(wèn)題②分子聚集體化學(xué)中的結(jié)構(gòu)/活性關(guān)系和反應(yīng)規(guī)律③新材料的分子設(shè)計(jì)、合成和構(gòu)效關(guān)系④計(jì)算化學(xué)和理論化學(xué)⑤自由基化學(xué)⑥有機(jī)光化學(xué)本領(lǐng)域的研究?jī)?nèi)容：有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系現(xiàn)代光譜、波譜和顯微技術(shù)的發(fā)展為表征分子結(jié)構(gòu)提供了基礎(chǔ)?；衔锝Y(jié)構(gòu)決定著性能:

包括化學(xué)反應(yīng)性能（立體效應(yīng)、電子效應(yīng)、溶劑效應(yīng)等）;

物理性能（光、電、磁性能）;

生命功能2.反應(yīng)機(jī)理和活性中間體

時(shí)間分辨技術(shù)（時(shí)間分辨電子光譜、紅外光譜和拉曼光譜、NMR、ESR、X-衍射）的發(fā)展和普及，為研究化學(xué)反應(yīng)的全過(guò)程提供了手段，對(duì)原有的各種反應(yīng)機(jī)理和活性中間體（協(xié)同反應(yīng)、自由基反應(yīng)、離子型反應(yīng)、卡賓反應(yīng)、激發(fā)態(tài)反應(yīng)、電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)等）的認(rèn)識(shí)將繼續(xù)發(fā)展。

計(jì)算機(jī)化學(xué)在確定分子結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機(jī)理方面有著實(shí)驗(yàn)不可替代的作用。3.分子間弱相互作用和超分子化學(xué)

包括基元結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和合成，分子間弱相互作用的加和與協(xié)同產(chǎn)生的方向和選擇性，分子組裝和分子識(shí)別，超分子的結(jié)構(gòu)和表征，超分子體系的信息功能和用途等問(wèn)題，為物理有機(jī)化學(xué)創(chuàng)造了新的機(jī)遇。

超分子化學(xué)(SupramolecularChemistry)

是研究?jī)煞N或兩種以上的化學(xué)物種通過(guò)分子間弱相互作用所形成的復(fù)雜有序且具有特定功能體系的化學(xué).二、有機(jī)合成化學(xué)OrganicSynthesis

在迄今已知的約2000多萬(wàn)種有機(jī)分子中，大多數(shù)是通過(guò)有機(jī)合成途徑獲得的。通過(guò)有機(jī)合成化學(xué)的研究，不但可以從概念、理論、方法諸方面豐富和發(fā)展有機(jī)化學(xué)學(xué)科，而且也為化工、制藥等相關(guān)產(chǎn)業(yè)提供了科學(xué)基礎(chǔ)。

在21世紀(jì)，由于生命科學(xué)和材料科學(xué)迅速發(fā)展，以及人類(lèi)對(duì)人類(lèi)賴(lài)以生存的資源、環(huán)境、能源等可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題的日益關(guān)注，有機(jī)合成化學(xué)面臨嶄新的發(fā)展機(jī)遇。這種來(lái)自交叉學(xué)科和社會(huì)需求所形成的巨大推動(dòng)力也是對(duì)有機(jī)合成提出的巨大挑戰(zhàn)，要求有機(jī)合成能“多、快、好、省”地進(jìn)行！“多”即多樣性導(dǎo)向有機(jī)合成；“快”即要求有機(jī)合成高效快捷；“好”即合成過(guò)程和產(chǎn)品的環(huán)境友好和通過(guò)反應(yīng)控制達(dá)到高

選擇性（特別是不對(duì)稱(chēng)合成）；“省”即合成過(guò)程的材料（試劑，原子）資源、能源、時(shí)間、人力節(jié)省、廢棄物的減少等可持續(xù)發(fā)展要求。多、快、好、省”四個(gè)字可大體概括近期有機(jī)合成的主要發(fā)展動(dòng)向。因此，探索新一代物質(zhì)轉(zhuǎn)化途徑，實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好的高效、高選擇性合成化學(xué)新反應(yīng)、新方法具有重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)意義。有機(jī)合成的化學(xué)效率

1983年，美國(guó)斯坦福大學(xué)Trost教授以《選擇性：合成效率的關(guān)鍵》為題，闡述了選擇性合成在有機(jī)合成中的應(yīng)用。隨后，他又于1991年提出有機(jī)反應(yīng)的原子經(jīng)濟(jì)性概念。經(jīng)過(guò)30多年的努力，已發(fā)展許多高選擇性反應(yīng)包括立體選擇性、化學(xué)選擇性和區(qū)域選擇性反應(yīng)。

2003年，Beller提出有機(jī)合成的化學(xué)效率概念，認(rèn)為有機(jī)合成的效率應(yīng)既包括選擇性（包括化學(xué)選擇性、區(qū)域選擇性和立體選擇性）和原子經(jīng)濟(jì)性（包括原子利用度，副產(chǎn)物）等化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)在效率，還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)（包括勞力、時(shí)間、能源、設(shè)備等）和環(huán)境因素（包括廢棄物、安全性、自然資源）等外在效率。

許多天然產(chǎn)物和藥物分子通常結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其合成需要多步驟反應(yīng)與操作。在一瓶?jī)?nèi)完成原來(lái)需要分兩步或多步進(jìn)行的合成，即“一瓶反應(yīng)（one-potreaction),

可以減少后處理和分離、純化步驟，是提高合成效率的一種有效途徑。一瓶反應(yīng)包括：

串聯(lián)反應(yīng)（tandemreaction)

多米諾反應(yīng)（dominoreaction)

串級(jí)反應(yīng)（cascadereaction)

連續(xù)反應(yīng)（sequentialreaction)

一瓶多組分偶聯(lián)反應(yīng)（one-potmulticomponentcouplingreaction)

多反應(yīng)中心的雙向或多點(diǎn)并行反應(yīng)等1.Tandemreaction串聯(lián)反應(yīng)一般是指兩個(gè)屬于不同類(lèi)型的反應(yīng)串聯(lián)進(jìn)行，在一瓶?jī)?nèi)完成。2.Domino反應(yīng)

生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)和合成是高度有序、高選擇性、高效地進(jìn)行，許多轉(zhuǎn)化涉及多步連鎖式反應(yīng)。串聯(lián)反應(yīng)一般經(jīng)歷活性中間體，如碳正離子、碳負(fù)離子、自由基或卡賓等，這樣，一個(gè)反應(yīng)的發(fā)生可以啟動(dòng)另一個(gè)反應(yīng)，以此，多步反應(yīng)可以連續(xù)進(jìn)行。而無(wú)需分離中間體，不產(chǎn)生相應(yīng)的廢棄物，可免除各步后處理和分離帶來(lái)的消耗和污染。3.一瓶多組分偶聯(lián)反應(yīng)

Beller用兒童拼圖游戲形象地描繪了這類(lèi)反應(yīng)的特點(diǎn)，即兩個(gè)以上分子間的偶聯(lián)，分子的大部分結(jié)構(gòu)融入產(chǎn)物。衡量多組分優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是成鍵效率，即在一個(gè)過(guò)程中所形成鍵的數(shù)目。由于多組分反應(yīng)可在一瓶?jī)?nèi)，只經(jīng)一次操作即形成多個(gè)化學(xué)鍵而無(wú)需分離中間產(chǎn)物、改變反應(yīng)條件或再次添加試劑，因而既可減少?gòu)U物的產(chǎn)生，也可減少人工。另外，由于多組分反應(yīng)的特點(diǎn)是把各組分分子結(jié)構(gòu)的大部分融進(jìn)產(chǎn)物中，因而可快速增加分子的復(fù)雜性，同時(shí)由于反應(yīng)的高效率，因而也可快速增加分子多樣性。因此，多組分反應(yīng)成為近年興起的組合化學(xué)和多樣性合成中最常采用的方法。5.有機(jī)小分子催化6.氫鍵控制的選擇性反應(yīng)有機(jī)合成化學(xué)研究?jī)?nèi)容：1．開(kāi)展合成方法學(xué)研究包括從化學(xué)原理入手，發(fā)展新概念、新反應(yīng)、新試劑、新方法，發(fā)展高選擇性、高效、高原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)，以及環(huán)境友好介質(zhì)中的、實(shí)用的、“理想的”合成方法。2．開(kāi)展具有獨(dú)特功能的分子的合成研究包括各種性能的材料、生理活性分子或天然產(chǎn)物，并特別重視其新合成方法的結(jié)合，以及提高合成的效率和簡(jiǎn)捷性等。

2010年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)“有機(jī)合成中鈀催化交叉偶聯(lián)”理查德·?？薘ichardF.Heck，美國(guó)公民。1931年出生。1954年從美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校獲得博士學(xué)位。現(xiàn)為美國(guó)特拉華大學(xué)名譽(yù)退休教授。根岸英一

Ei-ichiNegishi，日本公民。1935年出生。1963年從美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)獲得博士學(xué)位。現(xiàn)為美國(guó)普渡大學(xué)化學(xué)教授。鈴木章AkiraSuzuki，日本公民。1930年出生。1959年從日本北海道大學(xué)獲得博士學(xué)位?，F(xiàn)為北海道大學(xué)名譽(yù)退休教授。HeckreactionPalladium-catalyzedcouplingbetweenorganohalidesortriflateswitholefins.

SuzukicouplingPalladium-catalyzedcross-couplingreactionoforganoboraneswithorganichalides,triflates,hepresenceofabase(transmetalationisreluctanttooccurwithouttheactivatingeffectofabase).Negishicross-couplingreactionPalladium-catalyzedcross-couplingreactionoforganozincreagentswithorganichalides,triflates,etc.Itiscompatiblewithmanyfunctionalgroupsincludingketones,esters,amines,andnitriles.

金屬有機(jī)化學(xué)是研究金屬有機(jī)化合物的合成、結(jié)構(gòu)、反應(yīng)及應(yīng)用的一門(mén)科學(xué)。研究金屬-碳鍵的形成及反應(yīng)是金屬有機(jī)化學(xué)中一個(gè)十分活躍的研究領(lǐng)域。由于碳-金屬鍵的獨(dú)特反應(yīng)性能，使得金屬有機(jī)化合物的反應(yīng)具有選擇性高、條件溫和、原子經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)高效合成的重要手段，成為綠色合成及新材料合成的重要途徑之一。三、金屬有機(jī)化學(xué)

OrganometallicChemistry金屬有機(jī)化學(xué)的基礎(chǔ)研究

?中心研究?jī)?nèi)容是金屬有機(jī)化學(xué)的基元反應(yīng)及其機(jī)理，包括碳-

金屬鍵和其它元素-金屬鍵在不同配位環(huán)境下及各種反應(yīng)介質(zhì)中的形成和反應(yīng)；?功能性金屬有機(jī)化合物的設(shè)計(jì)、合成及性質(zhì)研究；?研究C-C鍵、C-H鍵以及C-雜原子鍵等非活性鍵的選擇性切斷與形成的規(guī)律，以及探索新一代物質(zhì)轉(zhuǎn)化途徑；?通過(guò)對(duì)金屬有機(jī)化學(xué)基元反應(yīng)及其機(jī)理的深入研究，為發(fā)展導(dǎo)向合成化學(xué)提供理論依據(jù)。

四、不對(duì)稱(chēng)催化AsymmetricCatalysis

手性科學(xué)的研究不僅為手性醫(yī)藥和農(nóng)藥的開(kāi)發(fā)提供了科學(xué)基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，而且在包括材料科學(xué)和信息科學(xué)等在內(nèi)的其他相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域顯示出重要的應(yīng)用前景，如手性液晶顯示、手性傳感、手性分離等。更為重要的是，手性科學(xué)研究有助于人類(lèi)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)自然界中的若干基本問(wèn)題，如生命過(guò)程中的手性起源、手性傳遞與放大及手性分子相互作用的規(guī)律。隨著社會(huì)的發(fā)展與技術(shù)的進(jìn)步，人類(lèi)對(duì)手性醫(yī)藥、農(nóng)藥、香料、香精、食品添加劑等精細(xì)化學(xué)品以及電子工業(yè)對(duì)手性液晶材料和手性功能高分子材料等的需求無(wú)論在數(shù)量上還是在種類(lèi)上都越來(lái)越多，適應(yīng)這一需要的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)——手性技術(shù)（chiraltechnology）正在興起。

手性物質(zhì)的獲得：

1）來(lái)自天然，2）人工合成。外消旋體拆分；底物誘導(dǎo)的不對(duì)稱(chēng)反應(yīng)；催化不對(duì)稱(chēng)反應(yīng)是以化學(xué)手段獲得光學(xué)活性物質(zhì)的三種手段，其中催化不對(duì)稱(chēng)反應(yīng)是最有效的方法。一個(gè)高效率的催化劑分子可以產(chǎn)生成百上千乃至上百萬(wàn)個(gè)光學(xué)活性產(chǎn)物分子，達(dá)到甚至超過(guò)了酶催化的水平。因此，開(kāi)發(fā)高效率（efficiency）、高選擇性（selectivity）、高產(chǎn)出率（productivity）的手性催化劑已經(jīng)成為發(fā)展手性技術(shù)的核心問(wèn)題。

在過(guò)去的十多年來(lái)，不對(duì)稱(chēng)催化研究領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，特別是在新型手性配體設(shè)計(jì)、新反應(yīng)、新概念、新方法、面向?qū)嵱没途G色化學(xué)的新策略等研究方面，展示了這一領(lǐng)域的獨(dú)特魅力。

2001年諾貝爾獎(jiǎng)之所以授予三位從事不對(duì)稱(chēng)催化研究的科學(xué)家Knowles、Noyori和Sharpless，以表彰他們?cè)谶@一領(lǐng)域的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究方面的杰出貢獻(xiàn)，同時(shí)也說(shuō)明手性催化研究領(lǐng)域本身的重要意義以及對(duì)相關(guān)學(xué)科如藥物、新材料將產(chǎn)生的深遠(yuǎn)影響。威廉·諾爾斯（W.S.Knowles，1917-）美國(guó)人巴里·夏普萊斯（K.BarrySharpless，1941-）美國(guó)人野依良治（R.Noyori，1938-）日本人2001年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)金的一半授予美國(guó)科學(xué)家威廉·諾爾斯與日本科學(xué)家野依良治，以表彰他們?cè)凇笆中源呋瘹浠磻?yīng)”領(lǐng)域所作出的貢獻(xiàn)；獎(jiǎng)金另一半授予美國(guó)科學(xué)家巴里·夏普萊斯，以表彰他在“手性催化氧化反應(yīng)”領(lǐng)域所取得的成就。五、天然產(chǎn)物化學(xué)NaturalProductChemistry

天然產(chǎn)物化學(xué)是有機(jī)化學(xué)學(xué)科的重要分支，是研究生物有機(jī)體代謝產(chǎn)物及其變化規(guī)律的科學(xué)，是在分子水平上認(rèn)識(shí)自然、揭示自然奧秘的重要學(xué)科之一。

天然化合物也是創(chuàng)制新藥先導(dǎo)物的重要來(lái)源。天然產(chǎn)物化學(xué)的研究?jī)?nèi)容主要涉及生物樣品中有機(jī)分子的分離純化、理化性質(zhì)、結(jié)構(gòu)表征、生源途徑、功能、生物活性、全合成、結(jié)構(gòu)修飾改造和構(gòu)效關(guān)系等。

研究?jī)?nèi)容：

1，緊密結(jié)合中藥現(xiàn)代化進(jìn)程，開(kāi)展中草藥藥效物質(zhì)研究，用創(chuàng)新研究思路、最新研究技術(shù)和方法，加快藥效物質(zhì)研究的速度。2.結(jié)合微量、痕量成分分離和結(jié)構(gòu)鑒定新方法以及藥理活性篩選新模型，建立對(duì)中草藥和海洋生物資源進(jìn)行創(chuàng)新性源頭研發(fā)，提供創(chuàng)新藥物先導(dǎo)物的研究體系。3.

有選擇性地繼續(xù)開(kāi)展具有一定復(fù)雜性和生理活性的天然化合物的合成化學(xué)研究，以及結(jié)構(gòu)修飾改造和構(gòu)效關(guān)系研究，促進(jìn)合成有機(jī)化學(xué)的發(fā)展、藥物先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)。Corey1988Ginkgolide銀杏內(nèi)酯的合成是精心設(shè)計(jì)合成的一個(gè)代表作青蒿素：源自中草藥園的發(fā)現(xiàn)

4.冬凌草活性成分的開(kāi)發(fā)研究:<國(guó)家863研究開(kāi)發(fā)項(xiàng)目>5.其它天然產(chǎn)物活性成分的開(kāi)發(fā)斯特維醇

異斯特維醇

SteviolIsosteviol甜菊糖六、綠色化學(xué)GreenChemistry

面對(duì)環(huán)境保護(hù)的重大壓力，綠色化學(xué)提供了一些新的概念，其基本點(diǎn)是，通過(guò)研究和改進(jìn)化學(xué)化工反應(yīng)及相關(guān)的工藝，從根本上減少以至消除副產(chǎn)物的生成，從源頭上解決環(huán)境污染的問(wèn)題。以此為目的的研究所帶來(lái)的新的高效化工工藝也會(huì)大大提高經(jīng)濟(jì)效益，因此，綠色化學(xué)是21世紀(jì)化學(xué)化工研究的重要發(fā)展方向，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。20世紀(jì)90年代初，化學(xué)家提出了與傳統(tǒng)的“治理污染”不同的“綠色化學(xué)”的概念，即如何從源頭上減少，甚至消除污染的產(chǎn)生。通過(guò)研究和改進(jìn)化學(xué)化工過(guò)程，從根本上降低，以至消除副產(chǎn)品或廢棄物的生成，從而達(dá)到保護(hù)和改善環(huán)境的目的。

綠色化學(xué)的基本原理：

1）防止污染的產(chǎn)生優(yōu)于治理產(chǎn)生的污染；

2）原子經(jīng)濟(jì)性；

3）只要可行，應(yīng)盡量采用毒性小的化學(xué)品和合成路線；

4）更安全的化學(xué)品的設(shè)計(jì)應(yīng)能保留其功效，但降低毒性；

5）應(yīng)盡可能避免使用輔助物質(zhì)（如溶劑、分離劑等），用時(shí)應(yīng)是無(wú)毒的；

6）應(yīng)考慮到能源消耗對(duì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的影響，并應(yīng)盡量少地使用能源；

7）原料應(yīng)是可再生的，而非將耗竭的；

8）盡量避免不必要的衍生化步驟；

9）催化性試劑（有盡可能好的選擇性）而非當(dāng)量性試劑；10）化工產(chǎn)品在完成其使命后，不應(yīng)殘留在環(huán)境中，而應(yīng)能降解為無(wú)害的物質(zhì)；11）分析方法必須進(jìn)一步發(fā)展，以使在有害物質(zhì)生成前能夠進(jìn)行即時(shí)的和在線跟蹤及控制；12）在化學(xué)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，所選用的物質(zhì)和物質(zhì)的形態(tài)應(yīng)能盡可能地降低發(fā)生化學(xué)事故的可能性。

1.原子經(jīng)濟(jì)性:

理想的“原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)”應(yīng)該是有100%的反應(yīng)物轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)物中，而沒(méi)有副產(chǎn)物生成。傳統(tǒng)的有機(jī)合成化學(xué)比較重視反應(yīng)產(chǎn)物的收率，而較多地忽略了副產(chǎn)物或廢棄物的生成，例如，Wittig成烯反應(yīng)是一個(gè)應(yīng)用非常廣泛的有機(jī)反應(yīng)，但是，從綠色化學(xué)的角度來(lái)看，它生成了較多的副產(chǎn)物，“原子經(jīng)濟(jì)性”很差。Noyori等在超臨界二氧化碳中，從二氧化碳和氫合成了甲酸，被認(rèn)為是最理想的反應(yīng)之一。在炔二醇在鈀催化下異構(gòu)化成1，4-二酮的反應(yīng)中，三鍵飽和所需要的四個(gè)氫原子全部來(lái)自原料本身，這是原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)的典型例子：

在精細(xì)化學(xué)工業(yè)品的合成過(guò)程中，芳烴的硝化是一個(gè)非常重要而又造成嚴(yán)重污染的過(guò)程，在染料、制藥、香料、塑料等工業(yè)中都有這個(gè)問(wèn)題。歷來(lái)都是用大大過(guò)量的硝酸和硫酸的混合物來(lái)進(jìn)行硝化，在排污上存在極大的問(wèn)題。近年來(lái)，這一問(wèn)題受到了重視。有若干報(bào)道都是發(fā)展原子經(jīng)濟(jì)性的硝化反應(yīng)。例如，用三氟磺酸稀土為催化劑的芳烴硝化反應(yīng)：最近，這類(lèi)硝化反應(yīng)已發(fā)展到較難進(jìn)行硝化的貧電子芳烴上。2.發(fā)展高選擇性、高效的催化劑綠色化學(xué)所要求的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高選擇性、高效的化學(xué)反應(yīng)，極少的副產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)“零排放”，繼而達(dá)到高“原子經(jīng)濟(jì)性”的反應(yīng)。顯然，相對(duì)化學(xué)當(dāng)量的反應(yīng)，高選擇性、高效的催化反應(yīng)更符合綠色化學(xué)的基本要求。3.簡(jiǎn)化反應(yīng)步驟，減少污染排放，開(kāi)發(fā)新的合成工藝

對(duì)于那些從傳統(tǒng)的觀念看，設(shè)計(jì)和效益都是合理的工藝路線，也要從綠色化學(xué)的原理給以重新審視。這對(duì)于有機(jī)合成化學(xué)提出了新的、更高的要求。4.新的或非傳統(tǒng)的“潔凈”反應(yīng)介質(zhì)的開(kāi)發(fā)利用

有機(jī)反應(yīng)大都是在溶劑中進(jìn)行的。有機(jī)合成化學(xué)也可看成是“溶劑化學(xué)”。有機(jī)溶劑是有機(jī)物對(duì)環(huán)境造成污染的主要源頭之一，因此，選擇與環(huán)境友好的“潔凈”的反應(yīng)介質(zhì)是綠色合成化學(xué)研究的重要組成部分。目前，主要有以下幾個(gè)方面：超臨界和近（或亞）臨界流體、液態(tài)水、離子液體、氟兩相體系等，還可以包括一些無(wú)溶劑的固態(tài)反應(yīng)。七、化學(xué)生物學(xué)ChemicalBiology

化學(xué)生物學(xué)是順應(yīng)于20世紀(jì)后半葉生物學(xué)日新月異的進(jìn)展，在化學(xué)學(xué)科的原有的幾個(gè)分支—生物有機(jī)化學(xué)、生物無(wú)機(jī)化學(xué)、生物分析化學(xué)、生物結(jié)構(gòu)化學(xué)以及天然產(chǎn)物化學(xué)的基礎(chǔ)上提出的新興學(xué)科。其目的是鼓勵(lì)更多的化學(xué)家和生物學(xué)家參與利用化學(xué)手段研究生命體系的過(guò)程及調(diào)控。

2008年10月8日，日本科學(xué)家下村修、美國(guó)科學(xué)家馬丁·沙爾菲和美籍華裔科學(xué)家錢(qián)永健獲得2008年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。這三位科學(xué)家因在發(fā)現(xiàn)和研究綠色熒光蛋白方面做出貢獻(xiàn)而獲獎(jiǎng)。水晶水母

3位諾貝爾獎(jiǎng)得主第一次分離出的熒光基因，就是從照片中的這種水晶水母體內(nèi)獲得的。會(huì)發(fā)光的老鼠圖片中的小老鼠是1997年7月在大阪大學(xué)降生的，它們是第一種能夠在夜里發(fā)光的哺乳動(dòng)物。研究人員可利用熒光老鼠研究胎兒發(fā)育。

發(fā)紅光的貓

左側(cè)的貓由韓國(guó)研究人員2007年晚些時(shí)候打造，能夠在紫外線下發(fā)出紅光。

農(nóng)藥化學(xué)是有機(jī)化學(xué)與生物學(xué)交叉而形成的應(yīng)用基礎(chǔ)研究的一門(mén)分支學(xué)科。目前和不久的將來(lái)，化學(xué)農(nóng)藥仍將在植物保護(hù)方面占據(jù)主導(dǎo)地位。近年來(lái)我國(guó)在新農(nóng)藥創(chuàng)制方面取得一定進(jìn)展，但與國(guó)外先進(jìn)水平相比仍有較大的差距。主要表現(xiàn)在基礎(chǔ)理論研究不夠深入、系統(tǒng)，缺乏原創(chuàng)性的分子設(shè)計(jì)思想，研究課題多屬跟蹤性質(zhì)。在國(guó)際上，發(fā)展高效、環(huán)境友好的化學(xué)農(nóng)藥，實(shí)現(xiàn)對(duì)物種由“殺滅”轉(zhuǎn)向“調(diào)控”的概念轉(zhuǎn)變是總的發(fā)展趨勢(shì)。

六、農(nóng)藥化學(xué)InsecticidesChemistry七、藥物化學(xué)PharmaceuticalChemistry

藥物化學(xué)是有機(jī)化學(xué)的一個(gè)重要分支，與生命科學(xué)密切相關(guān)。創(chuàng)新藥物研究可分為發(fā)現(xiàn)和開(kāi)發(fā)兩個(gè)階段，其中發(fā)現(xiàn)階段對(duì)創(chuàng)新藥物的研究具有決定性的意義。這一階段的研究包括：闡明疾病防治的分子和細(xì)胞機(jī)制以及藥物作用的靶標(biāo)，發(fā)展尋找新藥的新理論、新方法、新技術(shù)，