有机化学的发展前沿和研究热点

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1、有机化学的发展前沿和研究热点20世纪的有机化学,从实验措施到基本理论均有了巨大的进展，显示出蓬勃发展的强劲势头和活力。世界上每年合成的近百万个新化合物中约70%以上是有机化合物。其中有些因具有特殊功能而用于材料、能源、医药、生命科学、农业、营养、石油化工、交通、环境科学等与人类生活密切有关的行业中,直接或间接地为人类提供了大量的必需品。与此同步,人们也面对着天然的和合成的大量有机物对生态、环境、人体的影响问题。展望将来，有机化学将使人类优化使用有机物和有机反映过程，有机化学将会得到更迅速的发展。有机化学的迅速发展产生了不少分支学科,涉及有机合成、金属有机、元素有机、天然有机、物理有机、有机催化

2、、有机分析、有机立体化学等。下面简介其中的一部分分支学科，使我们理解有机化学的发展前沿和研究热点。（)有机合成化学这是有机化学中最重要的基本学科之一,它是发明新有机分子的重要手段和工具,发现新反映、新试剂、新措施和新理论是有机合成的创新所在。18年德国化学家维勒用无机物氰酸铵的热分解措施,成功地制备了有机物尿素,揭开了有机合成的帷幕。100近年来，有机合成化学的发展非常迅速。有机合成发展的基本是各类基本合成反映，不管合成多么复杂的化合物，其全合成可用逆合成分析法（RetrosynthsisAalis)分解为若干基本反映，如加成反映、重排反映等。每个基本反映均有它特殊的反映功能。合成时可以设计和

3、选择不同的起始原料，用不同的基本合成反映,获得同一种复杂有机分子目的物，起到异曲同工的作用，这在现代有机合成中称为“合成艺术”。在化学文献中常常可以看到某一有机化合物的全合成同步有多种工作组的报导,而其合成措施和路线是不同的。那么如何去评价这些不同的全合成路线呢?对一种全合成路线的评价涉及:起始原料与否合适,环节路线与否简短易行，总收率高下以及合成的选择性高下等。这些对形成有工业前景的生产措施和工艺是至关重要的，也是现代有机合成的发展方向。(）金属有机化学和有机催化金属有机化学在20世纪有机化学中是最活跃的研究领域之一，其中特别是与有机催化联系在一起。均相催化使有机化学、高分子化学、生命科学及

4、现代化学工业发展到一种新的水平。金属有机化学使人们结识到无机化学和有机化学交叉产生的金属有机化学会产生如此巨大的活力和作用；同步还发现许多金属有机化合物在生物体系内有重要的生理功能,如维生素B，引起了生物学界的关注。由于金属有机化学的自身构造和功能的特殊性,以及广泛的应用前景,它在世纪将有更大的发展。具有碳金属键的化合物种类甚多，至今尚有不少元素周期表上的金属元素尚无合成的金属有机化合物。因此,金属有机化合物的合成措施有待进一步研究和进一步。如1849年就制得乙基锌Zn（25)，发现它有极好的反映性能;后来才相继制得含锂、钠、钾、镁、铝、汞、锡等的金属有机化合物。但直到2世纪年代才发展到主族元

5、素和过渡元素的金属有机化合物。金属有机化合物的构造和性能关系是一种很广泛和重要的研究领域。如茂金属催化剂,它是烯烃聚合反映的新型催化剂；目前又发现二茂铁可做燃烧催化剂。应用金属有机化合物作为光学材料、电子材料和医药也是正在开发的领域。在21世纪将会发现更多具有多种特殊功能、可用作功能材料的金属有机化合物。金属有机化合物在有机合成的均相催化反映中起着十分重要的作用。往往在金属有机化合物催化下产生一系列的有机合成反映。多种金属有机化合物的催化活性是不同的，将其应用于有机合成中将会产生多种不同的反映。有机反映催化剂的研制趋势是模拟那些能起催化反映的酶。这些模拟酶的选择性催化剂将在化学合成中呈现日新月

6、异的新局面,故有的诺贝尔化学奖获得者称其为化学酶。(3）天然有机化学天然有机化学是研究来自自然界动植物的内源性有机化合物的化学。大自然发明的多种有机化合物使生物能生存在陆地、高山、海洋、冰雪之中。发掘和结识自然界的这一丰富资源是世界发展和人类生存的需要,是有机化学重要研究任务之一，也是结识世界的基本研究。从事天然产物化学研究的目的是但愿发既有生理活性的有效成分,或是直接用于临床药物和用于农业作为增产剂和农药,或是发既有效成分的主构造作为先导化合物,进一步研究其多种衍生物，从而发展成一类新药、新农药和植物生长调节剂等。对于自然界的天然产物，有机化学家和药物化学家长期以来始终对它具有广泛的爱好，并

7、从中已经获得了许多新药和先导化合物。(4）物理有机化学物理有机化学研究有机分子构造与性能的关系,研究有机化学反映机理及用理论计算化学的措施来理解、预见和发现新的有机化学现象。对有机分子构造与性能的关系以及对有机化学反映机理的研究,是但愿从实验数据中找到其内在的规律，并提高到理论化学的高度来理解和结识。分子构造测定目前,有机化合物构造测定所用的波谱（紫外、红外、核磁共振、质谱)和X射线单晶构造分析等已经能测定大多数有机分子的构造，但对于构造很复杂的生物大分子或存在量极微的有机化合物构造的测定尚有待于分析仪器设备的不断发展。如目前已有800兆核磁共振仪,更高档的已在研制中。某些新型的显微镜也正在发

8、展之中，例如可以直接观测单个分子及其构造的显微术。这一领域的发展也许导致一系列生物大分子的发现，并测定它们的一级构造以及二、三级构造，理解分子在空间的排列以及分子-分子体系是如何组合的。这是物理有机化学研究的基本工作,只有理解清晰分子构造,才有也许联系其性能,研究构造与性质的关系。反映机理随着对反映过渡态及反映活性中间体的研究和确证，往往一种有机化学反映将不单纯是某一类反映机理,而是波及多类有机反映历程，如自由基反映会波及电子转移反映。既有的研究进展表白，对任何一种有机化学反映历程,最后必须弄清晰反映过程中原子和分子的碰撞及重组状况，不同反映环节的速率及反映中能态和有关能量。因此在研究有机反映

9、机理中发现新的反映机理是一种方面，而弄清晰已知反映历程的速率、能量也是控制有机化学反映的一种重要方面。分子间的弱互相作用分子间的弱互相作用决定参与反映的分子间的辨认,因而决定反映的选择性;它还决定分子间的汇集方式。研究分子间弱互相作用及其后果是十分重要的。(5）生物有机化学生物有机化学的重要研究对象是核酸、蛋白质和多糖三种重要生物大分子及参与生命过程的其她有机化合物分子。它们是维持生命机器正常运转的最重要的基本物质。核酸是信息分子，承当着遗传信息的储存、传递及体现功能。近来对核糖核酸的研究发现,除上述功能之外，它还显示出独特的催化活性,即有着酶同样的作用。这大大加深了对核酸和蛋白质这两类重要生

10、命基本物质的性质和互相关系的结识。核酸研究的进一步发展，深刻揭示了DNA复制、转录、RN前体加工、蛋白质生物合成过程中的互相关系，从而理解许多疾病的病因与核酸的有关性，为核酸在医学上的应用开拓了广阔的前景。全新蛋白质是蛋白质研究中的一种新领域。国际上正在尝试按化学、生物、催化等性质的需要合成新的蛋白质分子,对酶蛋白和膜蛋白的研究和模拟将起到重要作用。多糖也是生物体内的重要信息物质。目前多糖研究侧重于分离、纯化、化学构成及生物活性测定等方面。对多糖的溶液构象、空间构造与功能的关系都尚未进一步研究。要进一步研究多糖构造和功能的关系，必须一方面在将其分离、分析和合成措施上有所突破。模拟酶的研究。模拟酶的主客体分子间的互相辨认与互相作用已获得了可喜的进展。此外在酶的模拟方式上近来浮现了所谓催化性抗体的新方略，这种设想有也许发明出新型的高效、高选择性催化剂。生物膜化学和细胞信号传导的分子基本是生物有机化学的另一种重要研究领域，对医学、卫生、农业生产均会产生深远的影响。