近代化學的突破和化學發(fā)展的前沿科普(編輯修改稿)
2025-02-04 12:18 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 劑油、航空煤油、煤油、柴油、重油 瀝青） ? 三大合成材料 ； ? Carothers發(fā)明了世界上第一個合成纖維尼龍 66， . Nieuwland和 . Collins發(fā)明了世界上第一個合成橡膠氯丁橡膠，美國杜邦公司首先使其工業(yè)化 ? 合成氨工業(yè)； ? 1909年德國化學家 1918年獲得 NObel化學獎，德國 BASF公司實現(xiàn)了工業(yè)化 Bosh領導的科研小組改進了Haber的方法獲得 1931年的 Nobel化學獎 ? 醫(yī)藥工業(yè)； ? 1932年德國科學家內(nèi)科醫(yī)生 G. Domagk發(fā)現(xiàn)磺胺類藥物有抗細菌感染的能力，并獲得 1939年 Nobel生理及醫(yī)藥獎，并由此引起化學合成藥物的熱潮 二十一世紀化學的展望 學科交叉與熱點研究領域 ? 生命科學 ? 1953年 Nature雜志發(fā)表了 WatsonCrick用 Xray結構分析確定的 DNA雙螺旋分子模型， 1962年榮獲 Nobel生理及醫(yī)藥獎。 1963年完成了完整的密碼子表（核酸堿基序列決定細胞功能的蛋白質）使生命科學有了真正的發(fā)展。 ? 需要化學家研究的領域： 1. 發(fā)現(xiàn)并研究新的生物活性分子 2. DNA序列雖然測定已經(jīng)解決，人類基因組（ Human Genome Project， HGP）計劃也已經(jīng)完成，但其功能和作用還幾乎屬于空白 3. 酶結構和催化功能的關系研究 4. 通過化學方法合成生物活性分子并模擬生命過程和生命體系的合成 學科交叉與熱點研究領域 ? 材料科學 ? 沒有化學就沒有材料科學，是化學與物理的完美結合 ? 沒有化學就沒有材料，尤其就沒有新的功能材料 ? 美國科學家 A F Heeger， A G Macdiarmid和日本科學家H Shirakawa因為發(fā)現(xiàn)聚乙炔（ Polyacetylene）的導電性而獲得 2022年諾貝爾化學獎，此后又合成了一系列導電高分子材料（結構見下圖） ? 其他如液晶電視（被動顯像）、電致發(fā)光顯示屏（主動顯像）、光纖、鋰電池、鎳氫電池、壓電陶瓷等等 學科交叉與熱點研究領域 ? 環(huán)境化學 ? 1995年 Nobel化學獎授予 M. Molina（墨西哥）、 S. Rowland（美）、 P. Gutzen（荷蘭），因為他們提出了平流層臭氧破壞的化學機制。并且直接導致了南極臭氧洞的發(fā)現(xiàn)和 《 蒙特利爾議定書 》 的簽訂 ? 環(huán)境分析化學。沒有分析化學家就沒有現(xiàn)代的環(huán)境科學 ? 大氣環(huán)境化學 ? 水環(huán)境化學 ? 土壤環(huán)境化學 ? 元素化學循環(huán) ? 化學污染控制 ? 環(huán)境計算化學 學科交叉與熱點研究領域 ? 綠色化學 ? 污染和廢棄物大都來自化學并且極為迅速的消耗不可再生資源 ? Green Chemistry的核心就是要利用化學原理從源頭消除污染。 ? 綠色化學是指化學反應和過程以“原子經(jīng)濟性”為基本原則，即在獲得新物質的化學反應中充分利用參與反應的每個原料原子實現(xiàn)“零排放”。 ? 改造或創(chuàng)新化學反應過程，能源和潔凈煤化學技術，資源再生和循環(huán)利用，綜合利用的綠色化學生化工程 ? 例如： PS聚苯乙烯泡沫生產(chǎn)中用二氧化碳代替氟氯烴、煤電廠采用等離子除硫技術防止二氧化硫排放產(chǎn)生酸雨，等等。 學科交叉與熱點研究領域 ? 能源化學 ? 氫能源 —— 利用催化劑或微生物光分解水，已經(jīng)在實驗室中實現(xiàn)但是尚不能工業(yè)化 ? 燃料電池 —— 正負電極采用惰性多孔材料制成，貯存氧氣和可燃性氣體，通過化學反應直接將化學能轉變成電能，其效率可達到 80%，實驗室樣品已經(jīng)問世 ? 生物質能源 ? 太陽能電池 學科交叉與熱點研究領域 ? 計算化學 ? 量子化學 ? 數(shù)學化學（含化學計量學、拓撲結構等） ? 藥物設計與對接 ? 分子設計與分子模擬 學科交叉與熱點研究領域 ?納米化學 ? 制備技術 ? 功能開發(fā) 學科交叉與熱點研究領域 ? 手性藥物和手性技術 ? 實例 1. 反應停（孕婦鎮(zhèn)靜劑） R構型無鎮(zhèn)靜作用卻有強烈的致畸性； 2. 乙胺丁醇（抗結核藥物） SS構型有效 RR構型導致失明； 3. 氯霉素 RR構型抗菌性 SS構型幾乎無活性； 4. 心得安（普萘洛爾，心臟病藥物） S構型活性 R構型抑制性欲； 5. 萘必洛爾（ +）構型治療高血壓（ ）構型導致血管舒張； 6. 酮基布洛芬 S構型抗炎 R構型防治牙周病 ? 1992年 FDA規(guī)定必須說明對映體的情況。 ? 目前藥物 80%是手性的， 60%是單一對映體的。 ? 由于藥物市場的推動，使得手性合成和手性拆分得到巨大發(fā)展 ? 世界藥物市場年銷售額 4000億美元，國內(nèi)大部分藥物都是仿制藥，自行設計和開發(fā)的新藥只有 100余種。在各行業(yè)中屬于朝陽產(chǎn)業(yè)。國外開發(fā)一個新藥平均需要投入 2億美元， 10年時間。 ? 化學為人類進步提供了物質基礎，對于許多學科分支的發(fā)展起了帶頭作用，但是其地位和作用一直受到忽視。
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