化学学科的发展课件

化学学科的发展、现状与未来1化学学科发展的简单回顾2化学学科的内涵及其地位作用321世纪化学学科的发展趋势4化学学科前沿介绍绿色化学超分子化学邵爽浙江教育学院理工学院sshao@135881515861化学学科的发展、现状与未来1化学学科发展的简单回顾邵1化学学科发展的简单回顾远古的化学——实用技术

如：冶金、火药、造纸等。近代化学——基本理论的建立如：质量守恒定律、燃烧学说、阿佛加德罗定律、原子论、分子论、电离学说、酸碱理论等。现代化学——物质结构理论和合成化学如：杂化轨道理论（VB法）、分子轨道理论（MO法）、配位场理论、逆合成、手性合成、绿色化学、组合化学、分子设计等。未来的化学——综合学科发展的科学如：深入研究原子组合分子的方法和技巧;研究分子以上层次的现象;与其他学科渗透、交叉联合;科学—技术—生产、必须创新、理论与实验并驾齐驱、学科界限越来越模糊等。21化学学科发展的简单回顾远古的化学——实用技术21661年波义耳在其著名论文“怀疑派的化学家”中提出“元素”的概念，从而化学被确定为一门学科。1803年道尔顿提出原子论。1811年阿伏加德罗提出了“分子”的概念。1860年康尼查罗提出了原子--分子论。1870年门捷列夫发现了元素周期律，奠定了化学学科的 理论基础。19世纪末化学的重要分支（二级学科）分析化学、无机化 学、有机化学和物理化学相继建立，这种分工大 大推动了化学研究的深化。20世纪

量子力学的诞生，近邻学科特别是物理学、生物学 和数学的发展，以及各种新的实验技术及精密仪 器的发明和计算机的出现，使化学学科得到迅猛 的发展。

化学理论发展的重要轨迹

31661年波义耳在其著名论文“怀疑派的化学家”1.120世纪化学学科基础研究的重大突破(1)放射性和铀裂变的重大发现

1903年居里夫妇因发现了放射性比铀强400倍的钋，以及放射性比铀强200多万倍的镭为此而获得了诺贝尔物理学奖。1911年为表彰居里夫人在发现钋和镭、开拓放射化学新领域以及发展放射性元素的应用方面的贡献，居里夫人被授予了诺贝尔化学奖

1908年卢瑟福因从事关于元素衰变和放射性物质的研究,提出了原子的有核结构模型和放射性元素的衰变理论而获得了的诺贝尔化学奖。1935年约里奥-居里夫妇因第一次用人工方法创造出放射性元素而荣获了的诺贝尔化学奖。

1938年费米因人工合成了60种新的放射性元素而获得了的诺贝尔物理学奖。1944年哈恩因发现了核裂变现象而获得了诺贝尔化学奖.1942年费米领导下成功的建造了第一座原子反应堆。1945年美国在日本投下了原子弹。41.120世纪化学学科基础研究的重大突破(1)放射性和铀(2)化学键和现代量子化学理论的建立

鲍林在化学键本质研究和应用化学键理论来阐明物质结构而获1945年诺贝尔化学奖。经许多化学家近半个世纪的努力，现代量子化学理论不断发展和完善，化学进入实验和理论计算并重的时代。化学家们由浅入深，认识分子的本质及其相互作用的基本原理，从而让人们进入分子的理性设计的高层次领域。

1.120世纪化学学科基础研究的重大突破

5(2)化学键和现代量子化学理论的建立1.120世纪化学学科(3)创造新物质——合成化学

近百年来化学家(特别是有机化学家)已经设计和合成了数千万个化合物，几乎又创造了一个新的自然界；同时还发现了大量的新反应、新试剂、新方法和新理论。1912年格林尼亚因发明格林尼亚试剂，开创了有机金属化合物在各种官能团反应中的新领域而获诺贝尔化学奖。现代有机合成化学是经过20世纪近100年的研究、探索发展到今天已可以合成像海葵毒素(Polytoxin)这样复杂的有机分子(具有64个手性中心的7个骨架内双键的分子，存在271≈2×1021个异构体)。

1.120世纪化学学科基础研究的重大突破6(3)创造新物质——合成化学1.120世纪化学学科基础研究海葵毒素的分子结构分子式为C129H223N3O54

有64个不对称碳和7个骨架内双键,异构体数目多达271个有机合成杰作1989年美国哈佛大学Kishi宣布全合成64个手性中心2×1021个同分异构体7海葵毒素的分子结构分子式为C129H223N3O54有64VB12分子结构R.B.Woodward合成1965年获Nobel化学奖有机合成杰作8VB12R.B.Woodward合成有机合成杰作药物合成——抗生素随即筛选分子设计9药物合成——抗生素随即筛选920世纪合成化学的辉煌成就1020世纪合成化学的辉煌成就10(4)高分子科学的建立和发展20世纪的人类社会文明的标志之一是合成材料的出现。1953年H.Staudinger因提出了高分子这个概念，创立了高分子链型学说建立了高分子粘度与分子量之间的定量关系，从而获得了的诺贝尔化学奖。1963年Ziegler和Natta因发现了配位聚合反应和实现了丙烯的定向聚合而共获了诺贝尔化学奖。1974年Flory因在高分子性质方面的成就也获得了诺贝尔化学奖。三大传统合成材料塑料橡胶纤维新型功能材料

光电材料信息储存材料光导纤维超导……1.120世纪化学学科基础研究的重大突破11(4)高分子科学的建立和发展1953年H.Staudinge(5)化学动力学与分子反应动态学的发展

揭示化学反应的历程和研究物质的结构与其反应能力之间的关系，是控制化学反应过程的需要。1956年由前苏联的谢苗诺夫和英国的欣歇尔伍德在化学反应机理、反应速度和链式反应方面的开创性研究而获诺贝尔化学奖。同时研究快速反应的技术得到发展，现在可以研究十亿分之一秒内发生的化学反应。美籍华人化学家李远哲及美国化学家赫希巴赫首先研制成功能获得各种态信息的交叉分子束实验装置，从微观角度来认识化学反应，发展了分子反应动态学，亦称态--态化学，对化学反应的基本原理做出了重要突破。(荣获1986年诺贝尔化学奖)。

1.120世纪化学学科基础研究的重大突破12(5)化学动力学与分子反应动态学的发展1.120世纪化学学关于化学反应的历程的重要研究成果……1956年Semenov和Hinchelwood在化学反应机理、反应速度和链式反应方面的开创性研究获得了诺贝尔化学奖。1967年EigenPorter和Norrish因发展了闪光光解法技术用于研究发生在十亿分之一秒内的快速化学反应，对快速反应动力学研究作出了重大贡献，三人共获了诺贝尔化学奖。1986年李远哲、Herschbach和Polany因发明了获得各种态信息的交叉分子束技术，并利用该技术F+H2的反应动力学（态－态化学），对化学反应的基本原理作出了重要贡献，为此共获了诺贝尔化学奖。1999年Zewail因利用飞秒光谱技术研究过渡态的成就获诺贝尔化学奖。……13关于化学反应的历程的重要研究成果……13飞秒化学飞秒化学是研究在极小的时间内化学反应的过程和机理。这一领域涉及的时间间隔短至约千万亿分之一秒，即1飞秒。

1s(s,秒)=103ms(毫秒)=109ns(纳秒)＝1015fs(femtosecond飞秒)飞秒化学的技术基础——飞秒激光。不同波长的激光可以选择性地激发和检测不同的分子，或者同一分子的不同内部能量状态，或量子态分布。从分子的角度来说，化学反应的本身就是分子体系的波函数随时间的变化，在势能面上运动的过程。实验上，通过观察在不同时刻体系的性质，就可以得到这种演化的图像，从而理解反应的具体动力学过程。由于分子内部、化学反应过程中及凝聚相中分子间相互作用过程是在非常短的时间里发生的，比如说，化学反应过渡态的寿命一般只有几十飞秒，所以必须在飞秒的时间尺度上对化学反应过程进行检测。也就是说，要象照相一样，要用足够短的“快门”，来捕捉分子运动和变化的瞬间行为的信息。14飞秒化学飞秒化学是研究在极小的时间内化学反应的过程和机理。这(6)分析科学的发展

20世纪70年代，生命科学、信息科学和计算机技术的发展，使分析化学进入了崭新阶段，它不只限于测定物质的组成和含量，而要对物质的状态(氧化．还原态、各种结合态、结晶态)、结构(一维、二维、三维空间分布)、微区、薄层和表面的组成与结构以及化学行为和生物活性等做出瞬时追踪，无损和在线监测等分析及过程控制，甚至要求直接观察原子和分子的形态与排列。分析化学成为一门仪器装置和测量的科学。1990年开始的人类基因组计划(HGP)中，由于DNA测序技术不断推陈出新，从板凝胶电泳到凝胶毛细管电泳、线性高分子溶液毛细管电泳、到阵列毛细管电泳，直至全基因组鸟枪测序技术。终于使人类基因组计划提前到2001年完成。分析化学在推进人们弄清环境和生命有关的化学问题中起着关键作用。

1.120世纪化学学科基础研究的重大突破

光谱：原子吸收、原子发射波谱：红外光谱、紫外光谱核磁共振、质谱

能谱：电子能谱色谱：气相色谱、液相色谱X-射线衍射：单晶、粉末15(6)分析科学的发展1.120世纪化学学科基础研究的重大突(7)生命科学

生物小分子化学，蛋白质化学核酸化学，糖化学蛋白质的化学结构：一级结构,二级结构,三级结构,四级结构氨基酸序列分析仪酶的化学酶催化的机理化学模拟生物合成与生物转化核酸的化学DNA双螺旋结构的发现（Watson-Crick获1962年诺贝尔医学或生理学奖)碱基配对原则DNA的复制基因表达遗传密码的发现中心法则1.120世纪化学学科基础研究的重大突破16(7)生命科学生物小分子化学，蛋白质化学蛋20世纪初开始生物小分子（如糖、血红素、叶绿素、维生素等）的化学结构与合成研究就多次获诺贝尔化学奖1955年首次合成多肽激素催产素和加压素，获1955年诺贝尔化学奖；1960年成功地测定了鲸肌红旦白和马血红蛋白的空间结构，获1962年诺贝尔化学奖；1980年P.Berg、F.Sanger和W.Gilbert因在DNA分裂和重组、DNA测序以及现代基因工程学方面的杰出贡献而共获诺贝尔化学奖。1982年A.Klug因发明“象重组“技术和揭示病毒和细胞内遗传物质的结构而获得诺贝尔化学奖。1993年M.Smith因发明寡核苷酸定点诱变法以及K.B.Mullis因发明多聚酶链式反应技术对基因工程的贡献而共获诺贝尔化学奖。化学在生命科学领域的重要研究成果1720世纪初开始生物小分子（如糖、血红素、叶绿素、维生素等）的DNA18DNA18蛋白酶的一种——胰蛋白酶的结构和排列顺序示意图19蛋白酶的一种——胰蛋白酶的结构和排列顺序示意图19

1965年9月，我国科学家汪猷帅上百位化学工作者经过6年多坚持不懈的努力，获得了人工全合成牛胰岛素晶体。这是世界上第一个人工合成的蛋白质。两条肽链:A链21个氨基酸残基,B链30个残基,分子量5700道尔顿,1953年确定全部化学结构.

1965年我国的人工合成牛胰岛素20

1.220世纪化学工业的大发展(1)石油化工成为支柱产业

20世纪30年代催化剂进入石油化工，催化动力学的发展及催化剂的作用使石油的各种馏分成为各种不同用途的化工产品，石油化工迅速发展，已成为世界经济发展中占重要地位的工业领域。世界化工总产值中80％以上的产品与石油化工有关。

211.220世纪化学工业的大发展(1)石油化工成为支柱产业(2)三大合成材料时代

20世纪前半叶，由于基础化学中的高分子化学的兴起和发展，逐步形成了塑料、纤维、橡胶三大合成材料工业。到20世纪末，世界年产合成橡胶能力已1200万吨，合成纤维达1500万吨，合成塑料已超过6000万吨。以塑料为主体的三大合成材料，以体积计算其世界总产量已超过全部金属的产量，所以有人称20世纪为聚合物时代。

1.220世纪化学工业的大发展22(2)三大合成材料时代1.220世纪化学工业的大发展22(3)化肥（农药）工业的巨大作用

20世纪面临人口大幅度增长和粮食需求迅速增加的局面。在解决这一困难中，化肥起了重要作用。其中氮肥的生产关键问题是如何利用大气中的氮大规模合成肥料。1909年德国化学家哈伯用锇作催化剂成功地建立了每小时产生80克氨的实验装置。哈伯因此而荣获1918年诺贝尔化学奖。1931年德国博施建成第一个用铁催化剂的合成氨工厂日产量为30吨。(荣获1931年诺贝尔化学奖)。60多年来，不断对合成氨工艺进行改进并引入现代化工技术。我国是农业大国，肥料是增产的关键措施。目前已达年产2000万吨的规模，占世界第二位。

1.220世纪化学工业的大发展23(3)化肥（农药）工业的巨大作用1.220世纪化学工业的大(4)医药工业的大发展

20世纪人类寿命显著延长，70岁以上的老人比例显著提高，估计20世纪人类平均寿命增加30岁左右。人类寿命延长的原因之一是医疗条件的改善，其中针对人类常见病、多发病的新药的研制成功是关键因素。医药工业的发展与化学紧密相关。化学合成药在医学工业中占主导地位。磺胺药是第二次世界大战前惟一有效的抗细菌感染的药物。Domagk因此而在1939年荣获诺贝尔生理及医药奖。磺胺类药物的问世标志着化学疗法方面的一大突破。第二次世界大战后，磺胺药逐渐让位于治疗效果更好的抗生素类药，如青霉素、四环素、红霉素、氯霉素、头孢菌素等。目前世界药物市场的年销售量约为3000亿美元，在世界经济发展中有举足轻重的作用。

1.220世纪化学工业的大发展24(4)医药工业的大发展1.220世纪化学工业的大发展24

美国90年代化学工业产值约占30％，化学品出口占总出口的30％，位居世界第二位。美国的调查报告“化学中的机会”指出，化学工业在国际市场上要保持竞争力，主要看作为基础学科的化学能否保持领先地位。可见，没有基础学科的发展为后盾，国民经济、高新技术的发展是不可能的。化学工业已成为某些国家的支柱产业25美国90年代化学工业产值约占30％，化学品出化学从原子分子水平研究物质的组成、结构、性质及应用的科学。——化学教科书2化学学科的内涵及地位作用化学为总管物质在原子、分子层次上变化之科学。——唐有祺

化学是一门试图了解物质的性质和物质发生反应的科学，它涉及存在于自然界的物质（如地球上的矿物、空气中的气体、海洋里的水和盐、动物体内的化学物质），以及由人类创造的新物质，它涉及自然界的变化（如因闪电而着火的树木、与生命有关的化学变化），还有那些由化学家发明和创造的新变化。

——RonaldBreslow

2.1化学学科的定义与内涵26化学从原子分子水平研究物质的组成、结构、性质及应用的科学。徐光宪.化学学科进展[M],北京:化工出版社,2005:12一维定义——X定义化学是研究X对象的科学X——泛分子，包括10个层次：①原子;②分子片;③分子;④超分子;⑤高分子;⑥生物分子;⑦纳米分子;⑧原子和分子的宏观聚集体;⑨复杂分子体系和自组装分子二维定义——XY定义化学是研究X对象的Y内容的科学Y——合成和反应、制备、剪裁和组装、分离和分析、结构和构象、粒度和形貌、物理和化学性质、生理和生物活性、运输和调控作用机制等个方面的规律、相互关系和应用三维定义——XYZ定义化学是用Z方法研究X对象的Y内容的科学Z——实验，理论和计算机模拟四维定义——XYZW定义化学是用Z方法研究X对象的Y内容以达到W目的的科学W——认识世界，改造自然和保护世界分子片是指组成分子的碎片27徐光宪.化学学科进展[M],北京:化工出版社,2005:122.2化学学科在科学发展中的地位R.Breslow(1997)ChemistryTodayandTomorrow——TheCentral,UsefulandCreativeScience化学的今天和明天——化学是一门中心的、实用的和创造性的科学282.2化学学科在科学发展中的地位R.Breslow(19从早晨开始，我们在用化学品建造的住宅中醒来，家具是部分地用化学工业生产的现代材料制作的，我们使用化学家们设计的肥皂和牙膏并穿上由合成纤维和合成染料制成的衣服，即使天然纤维（如羊毛或棉花）也是经化学品处理过并染色的。这样可以改进它们的性能。

为了保鲜起见，食品要被包装和冷藏起来，而这些食品要么用化肥、除草剂和农药使之生长；要么家畜类需兽医药来防病；要么需加入维生素后食用；甚至我们购买的天然食品，如牛奶，也必须经过化学检验后方可食用。我们的交通工具——汽车、火车、飞机——在很大程度上依靠化学工业的产品；晨报是用化学家们制造的油墨在用化学方法制造的纸上印刷的；用于说明事物的照片要用化学家们制造的胶卷和胶片；日常生活中的金属制品都是用经过以化学为基础的冶炼转化为金属或合金后制造的，为了保护它们还要涂上油漆。

化妆品是由化学家制造和检验过的；警察和军人用的武器也都依靠化学。事实上，在我们的日常生活中很难找出一种不依靠化学和化学家帮助而制造出来的产品。——《化学的今天和明天》R.Breslow（1997年）29从早晨开始，我们在用化学品建造的住宅中醒来，家具是部第1章化学是一门中心的、实用的和创造性的科学

11什么是化学

2化学家做什么

13早期的化学有些什么

14为什么化学家成这门学科为“中心科学”

15是什么是化学成为“使用的科学”和创造性的科学

16那些是化学的基本原理

17化学领域有多大

关于未来

第2章健康和生命的化学

21药物化学在过去对人类健康有哪些贡献

22药物化学家是怎样设计或发现新药的

23药物化学家现在忙于什么

24化学家对了解生命的本质有什么贡献？光和作用化学简介

25化学在分子生物学和生物技术中的作用是什么

关于未来

第3章再谈化学是一门使用的科学

31化学在住房和陈设品方面起什么作用

32化学在穿着方面起什么作用

33化学和运输的关系怎样

34哈是如何改进事物供应的

35化学和国防的关系怎样

36化学和执法方面的关系怎样

37化学对生活的质量作出了哪些贡献

关于未来

第4章化学与环境

41我们能否有一个建立在先进技术上的现代社会，而这些技术不会无休止地污染地球

42工业能否干净地制造化学产品

43在解决从核能发电厂排放出放射性废弃物的问题上，化学家们能作什么贡献

44人类日常生活回造成什么样的污染45我们能否控制虫害而不危害有用的动物

46我们则样能保证新合成的哈制品不会破坏环境，或没有不良的生物效应

不是所有的不良化学效应都是致命的

关于未来

第5章计算机与化学——电子学的革命

51现代的电子学革命诞生了计算机，化学对此有和贡献

52什么是计算化学

53计算化学则样帮助我们测定蛋白质的形成

关于未来

电子材料

计算化学

第6章在生物体和工业中的催化作用

61催化剂能扮演什么样的角色

62作为生命催化剂的酶是何物

63酶催化生物反映时，能加速多少？又如何进行选择

64维生素能起生物催化作用吗

65酶的作用知多少

66对酶的认识是否有住与新药的设计

67汽车用的故态金属催化剂是则样起作用的

68为什么工业界常用的固体催化剂并不具有金属特性？

关于未来

第7章化学家怎样创造新分子

71化学家如何决定应该研制什么新分子?

72化学家如何计划未知分子的成功合成?

73在哪里进行合成实验?

74新化学物质一旦被创造还要做些什么

关于未来

第8章认识分子结构和化学变化

81化学家怎样测定新分子的结构?

82分子的精细结构与它们的性质之间存在什么关系?

83化学家如何测定化学反应的历程?

84在哪里进行分子结构与性质及反应历程的研究?30第1章化学是一门中心的、实用的和创造性的科学

11什么是化化学是承上启下的中心学科(centralscience)

科学按照其研究对象由简单到复杂分为：

上游：数学、物理学——研究对象简单，研究程度很深中游：化学下游：生命、材料、环境——研究对象复杂化学是中心科学，是从上游到下游的必经之地，永远不会象有些人估计的那样将要在物理学与生物学的夹缝中逐渐消亡！化学是一门中心科学徐光宪.今日化学的何去何从[J],大学化学,2003,18(1):1化学是与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学等八大朝阳科学都有密切的联系、交叉和渗透的中心科学。31化学是承上启下的中心学科(centralscience)化化学是一门实用的科学人类之衣、食、住、行和娱乐无不与化学有关。◆当前一些重大的工业过程基本上都基于化学过程。◆世界专利发明中有20%与化学有关。◆发达国家从事研究与开发的科研人员中，化学与化工专家占一半左右。◆化工企业产品的更新换代依靠化学的进步，而化工产品的产值和出口比例在国民经济中一直保持着领先地位。32化学是一门实用的科学人类之衣、食、住、行和娱乐无不与化学化学是一门创造性的科学

化学家辛勤的耕耘着元素周期体系中的百余个化学元素并整理着天然产物，所发现的新化合物几乎每10年约翻一番。随着化学反应基础理论及合成方法的不断发展和完善，新化合物的增加速率已快于指数表达方式，90年代以来每年新增的化合物约有60余万种。迄今化学家已经拥有1900多万种化合物，其中绝大多数是由化学家合成的。化学在旧的自然界旁又建起了一个新的自然界。

——R.B.Woodward33化学是一门创造性的科学化学家辛勤的耕耘着元化学思想——科学哲学思想的重要组成部分实验验证思想——实验方法来验证和探究化学知识的思想守恒思想：①能量守恒;②质量守恒;③电荷守恒/得失电子守恒

动态平衡思想——用平衡移动的原理来分析粒子之间相互反应,系统了解阐释溶解平衡、化学平衡、电离平衡、水解平衡、氧化还原平衡等多种平衡体系的本质。量变质变思想——质量互变规律在化学学科的应用。例如：温度改变，物质状态的改变；元素原子个数或排列方式不同，产生了不同的物质（同素异形体和同分异构体）；反应物之间物质的量的比例不同，产物不同；反应条件的不同，产物不同；随原子序数递增，原子结构呈现周期性的变化，元素的性质也呈周期性的变化；定性实验和定量实验的相互关系等。结构决定性质思想——物质结构决定物质性质，物质性质反映了物质的结构34化学思想——科学哲学思想的重要组成部分实验验证思想——实验方化学与生物学的不同“生物学家致力于阐明自然生命的过程，而化学家则习惯于如何去调控这一过程”。

——DoyleandCoray,Chemistry&Biology,1998,5,157-160)生物学家注意认识世界，而化学家则想改造世界。

“化学家看起来比较审慎,善于分析并较多的在本学科内独善其身。他们将注意力集中在分子上面，他们醉心于一个多手心的中心、具有很大合成难度的分子带来的挑战，并力图用最短的路线和最高的产率来得到目标分子，通过用相对较少但巧妙的技术以获得精确的资料。对他们来讲注重蛋白质和核酸的化学更甚于它们的生理重要性。另一方面。生物学家似乎较具有艺术性、调和性和主要用右脑思考。他们喜欢使用种类繁多却不太精密的技术来研究细胞和器官内的复杂现象。他们喜欢神秘和复杂，当揭去面纱，显露出分子本质时，他们中有些人则会感到失望”。——Kornberg,Chemistry&Biology,1996,3,3-535化学与生物学的不同“生物学家致力于阐明自然生命的过程，而化学20世纪化学并未获得社会应有的认同报刊上提及20世纪发明的六大技术——应为七大技术！信息技术（无线电、半导体、芯片、集成电路、计算机、通讯和网络）生物技术（基因重组、克隆和生物芯片）核科学和核武器技术航空航天和导弹技术激光技术纳米技术化学合成技术（新药物、新材料、高分子、化学和农药）化学家缺少品牌意识，没有在社会上树立化学的美好品牌，甚至化学成为有毒、有害、高污染的代名词！化学家太谦虚!上述六大技术如果缺少一两个，人类照样生存。但如没有发明合成氨、合成尿素和第一、第二、第三代新农药的技术，世界粮食产量至少要减半，60亿人口中得30亿就会饿死。没有发明合成橡胶、合成塑料的技术，人类生活要受到很大的影响。3620世纪化学并未获得社会应有的认同报刊上提及20世纪发明的六从人类对七大技术发明的需要迫切性来排序：

化学合成和分离技术；信息技术；生物技术；航空航天技术；核技术；纳米技术；激光技术

按20世纪的七大技术发明衍生的产业规模及其对世界经济的影响来排序：

信息产业；化学合成；航天航空技术；核技术；生物技术；纳米技术；激光技术按人类需要的迫切性和其衍生的产业规模排序20世纪和21世界上半叶理应称为是信息和化学合成时代，21世界下半叶才能成为生物技术时代！37从人类对七大技术发明的需要迫切性来排序：按人类需要的迫切性和未来化学所面临的重大挑战环境问题人口控制与健康食品问题资源与可持续发展321世纪化学学科的发展趋势38未来化学所面临的重大挑战环境问题321世纪化学学科的发展趋（1）化学的第一根本规律——化学反应理论和定律

建立精确有效而又普遍适用的化学反应的含时多体量子理论和统计理论。（2）化学的第二根本规律——分子结构及其性能的定量关系

分子和分子间的非共价键的相互作用的本质和规律；超分子结构的类型，生成和调控的规律；给体--受体作用原理；进一步完善原子价和化学键理论，特别是无机化学中的共价问题；生物大分子的一级结构如何决定高级结构？高级结构又如何决定生物和生理活性？……。（3）活分子运动的基本规律

充分认识和彻底了解人类和生物体内分子的运动规律。如在地球元素的生态循环中，植物界做了两件伟大的事：光合作用——活分子催化剂叶绿素是怎样作用的？生物固氮——豆科植物的根瘤菌能打开非常稳定的氮分子中的化学键，生成含氮小分子，再进一步合成蛋白质和核酸。（4）纳米尺度的基本规律

当尺度在十分之几到10nm的量级，正处于量子尺度和经典尺度的模糊边界中，有许多新的奇异特性和新的效应，新的规律和重要应用，值得理论化学家去探索研究。21世纪化学的四大难题39（1）化学的第一根本规律——化学反应理论和定律21世纪化学21世纪物理学提出了五大理论难题（1）4种作用力场的统一问题，相对论和量子力学的统一问题。（2）对称性破缺问题。（3）占宇宙总质量90%的暗物质是什么的问题。（4）黑洞和类星体问题。（5）夸克禁闭问题等。21世纪的生物学也有重大难题和奋斗目标：（1）后基因组学和人类疾病的消除。（2）蛋白质组学。（3）脑科学。（4）生物如何进化？生命如何起源等。21世纪物理学和生物学的难题4021世纪物理学提出了五大理论难题21世纪物理学和生物学的难题321世纪化学学科的发展趋势3.1人类社会的发展对化学的需求

(1)化学仍是解决食物和健康问题的主要学科之一化学将支撑生物学在提供优良品种，提供转基因生物等方面作贡献化学将在设计、合成功能分子和结构材料以及分子层次阐明和控制生物过程的机理方面，为研究开发高效安全肥料、饲料、农药、农用材料、生物肥料、生物农药打下基础利用化学和生物方法增加动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剂，改正食品储存加工方法，减少不安全因素，是化学研究的重要内容

(2)化学在能源和资源的合理开发和高效安全利用起关键作用要研究高效洁净的转化技术和控制低品位燃料的化学反应（保护环境，降低成本）开发新能源，太阳能以及高效洁净的化学电源与燃料电池等将成为21世纪的重要能源要研究重要矿产资源（如稀土）的分离和深加工技术以及利用41321世纪化学学科的发展趋势3.1人类社会的发展对化学(3)化学将继续推动材料科学发展末来化学不仅要设计和合成分子而且要把这些分子组装、构筑成有特定功能的材料，从超导体到催化剂、药物控释载体、纳米材料都要从分子以上层次研究材料的结构20世纪化学模拟酶的活性中心已取得进展，未来将会在可用于生产、生活和医疗的模拟酶的研究方面有突破21世纪电子技术将向更快、更小、功能更强的方向发展，目前大家正在致力于量子计算机、生物计算机、分子器件、生物芯片等新技术，标志着分子电子学、分子信息技术的到来，需要设计、合成各种物质和材料.

(4)化学仍是提高人类生存质量和生存安全的有效保障通过研究各种物质和能的生物效应（正面和负面）的化学基础特别是搞清两面性的本质，找出最佳利用方案研究开发对环境无害的化学品和生活用品，研究对环境无害的生产方式，这两方面是绿色化学的主要内容研究大环境和小环境（如室内环境）中不利因素的产生、转化和与人体的相互作用，提出优化环境洁净生活空间的途径从分子水平了解病理过程，提出预警生物标志物的检测方法，建议预防途径，预防疾病42(3)化学将继续推动材料科学发展(4)化学仍是提高人类生存质3.2化学的基础研究方法的发展

(1)微观与宏观相结合

非平衡态热力学(普里高津，1977年诺贝尔化学奖)的贡献是教给化学家一把开启从分子层次洞察生命过程的钥匙。迄今还需要更好的理论和方法描述实际开放系统(生物体、河流、大气等)的时--空动态变化。预期未来微观与宏观将会更深入更广泛的结合。(2)静态与动态(过程)相结合停流技术的发展才使人们有可能研究快速反应过程。交叉分子束实验技术的建立使微观反应动力学有了重大突破。近年来单分子操作能够用来观察分子的动态过程，计算机能够模拟分子间相互作用的过程。321世纪化学学科的发展趋势433.2化学的基础研究方法的发展321世纪化学学科的发展趋(3)多学科的综合未来化学研究模式将体现在如下几个方面：从实际问题中抽出化学基本问题来研究；吸收其他学科的新理论和新结果，孕育化学生长点；与其他学科融合，开拓化学新领域；把握动向和时机，提出新的思路和新的研究方向；重视化学学科自身发展与整体科学技术的发展相结合。

321世纪化学学科的发展趋势44(3)多学科的综合321世纪化学学科的发展趋势443.3化学学科一些可能的发展方向运用现代实验方法和理论计算及模拟手段，探索和阐明化学键的断裂和形成之基本规律，揭示物质形成于转化的内在规律。以绿色化学为目标，发展分子物质(材料)合成的新概念、新反应、新试剂和新方法，使化学学科更好地服务于社会的可持续性发展。发展新型分子物质(材料)合成与制备的催化体系，特别重视不对称催化，提高合成与制备反应的效率和选择性，为分子物质(材料)合成与制备提供高效、低耗的先进方法。发展包括碳--氯键、碳--碳键和碳--氢键等非活性键的小分子活化方法，发展新的基于基本点石油产品的原子经济性反应，建立物质合成与备的新体系发展基于生物转化反应的新的生物催化体系，将生物催化体系与金属催化剂及其他反应相结合，拓展生物技术催化反应体系，运用现代化学的理论与方法，结合生物技术手段来揭示生命过程的本质，并为实现对生物体系和过程的调控提供理论依据。

321世纪化学学科的发展趋势453.3化学学科一些可能的发展方向321世纪化学学科的发展3.3化学学科一些可能的发展方向研究外场(如超临界流体、离子液体等)中的特殊反应，探索物质合成和制备中新的现象和规律。发展合成方法学，合成具有特定功能的目标分子，实现新型无机化合物和高分子化合物、新的凝聚态和凝集态体系，以及具有可控性能和形态的新材料的合成与制备。发展分子识别和分子自组装的原理，实现分子间相互作用的精确调控，构筑功能超分子材料和分子(电子)器件，创造病毒、单细胞等某些低级的生命形式。揭示分子与生物大分子问的相互识别和相互作用，及生物活性小分子诱导的生物大分子的构象以及功能的变化和生物活性小分子与细胞的相互作用及所引起的功能变化规律，发展新一代治疗方法与药物化学。探索并建立新的分离、分析测试理论与表征分析技术，为材料科学和生命科学的发展提供技术支持，为人口与健康、国家安全等领域提供强大的技术保障。结合我国经济建设以及全面建设“小康社会”的需要，在能源、资源、环境、材料、重大疾病防治、农业、国家安全等方面取得一大批创新的、具有我国自己知识产权的成果，为国民经济的发展和人民生活的提高做出重大贡献。发展与化学相关的新兴交叉学科新领域，如化学生物学、化学信息学、纳米化学等，占领前沿和交叉学科领域制高点。463.3化学学科一些可能的发展方向464化学学科前沿介绍超分子化学绿色化学474化学学科前沿介绍超分子化学绿色化学47结语1、21世纪化学仍将是一门中心的、实用的和创造性的科学，它将帮助我们解决人类所面临的一系列重大问题，与此同时，化学本身将得到进一步发展。有理由相信21世纪的化学将更加繁荣兴旺，化学将迎来它的黄金时代！2、21世纪化学学科的发展需要更多优秀的人才，你们是未来化学家的领路人！21世纪化学的辉煌需要我们化学教育工作者的共同努力！48结语1、21世纪化学仍将是一门中心的、实用的和创造性的科谢谢大家！49谢谢大家！49演讲完毕，谢谢观看！演讲完毕，谢谢观看！化学学科的发展、现状与未来1化学学科发展的简单回顾2化学学科的内涵及其地位作用321世纪化学学科的发展趋势4化学学科前沿介绍绿色化学超分子化学邵爽浙江教育学院理工学院sshao@1358815158651化学学科的发展、现状与未来1化学学科发展的简单回顾邵1化学学科发展的简单回顾远古的化学——实用技术

如：冶金、火药、造纸等。近代化学——基本理论的建立如：质量守恒定律、燃烧学说、阿佛加德罗定律、原子论、分子论、电离学说、酸碱理论等。现代化学——物质结构理论和合成化学如：杂化轨道理论（VB法）、分子轨道理论（MO法）、配位场理论、逆合成、手性合成、绿色化学、组合化学、分子设计等。未来的化学——综合学科发展的科学如：深入研究原子组合分子的方法和技巧;研究分子以上层次的现象;与其他学科渗透、交叉联合;科学—技术—生产、必须创新、理论与实验并驾齐驱、学科界限越来越模糊等。521化学学科发展的简单回顾远古的化学——实用技术21661年波义耳在其著名论文“怀疑派的化学家”中提出“元素”的概念，从而化学被确定为一门学科。1803年道尔顿提出原子论。1811年阿伏加德罗提出了“分子”的概念。1860年康尼查罗提出了原子--分子论。1870年门捷列夫发现了元素周期律，奠定了化学学科的 理论基础。19世纪末化学的重要分支（二级学科）分析化学、无机化 学、有机化学和物理化学相继建立，这种分工大 大推动了化学研究的深化。20世纪

量子力学的诞生，近邻学科特别是物理学、生物学 和数学的发展，以及各种新的实验技术及精密仪 器的发明和计算机的出现，使化学学科得到迅猛 的发展。

化学理论发展的重要轨迹

531661年波义耳在其著名论文“怀疑派的化学家”1.120世纪化学学科基础研究的重大突破(1)放射性和铀裂变的重大发现

1903年居里夫妇因发现了放射性比铀强400倍的钋，以及放射性比铀强200多万倍的镭为此而获得了诺贝尔物理学奖。1911年为表彰居里夫人在发现钋和镭、开拓放射化学新领域以及发展放射性元素的应用方面的贡献，居里夫人被授予了诺贝尔化学奖

1908年卢瑟福因从事关于元素衰变和放射性物质的研究,提出了原子的有核结构模型和放射性元素的衰变理论而获得了的诺贝尔化学奖。1935年约里奥-居里夫妇因第一次用人工方法创造出放射性元素而荣获了的诺贝尔化学奖。

1938年费米因人工合成了60种新的放射性元素而获得了的诺贝尔物理学奖。1944年哈恩因发现了核裂变现象而获得了诺贝尔化学奖.1942年费米领导下成功的建造了第一座原子反应堆。1945年美国在日本投下了原子弹。541.120世纪化学学科基础研究的重大突破(1)放射性和铀(2)化学键和现代量子化学理论的建立

鲍林在化学键本质研究和应用化学键理论来阐明物质结构而获1945年诺贝尔化学奖。经许多化学家近半个世纪的努力，现代量子化学理论不断发展和完善，化学进入实验和理论计算并重的时代。化学家们由浅入深，认识分子的本质及其相互作用的基本原理，从而让人们进入分子的理性设计的高层次领域。

1.120世纪化学学科基础研究的重大突破

55(2)化学键和现代量子化学理论的建立1.120世纪化学学科(3)创造新物质——合成化学

近百年来化学家(特别是有机化学家)已经设计和合成了数千万个化合物，几乎又创造了一个新的自然界；同时还发现了大量的新反应、新试剂、新方法和新理论。1912年格林尼亚因发明格林尼亚试剂，开创了有机金属化合物在各种官能团反应中的新领域而获诺贝尔化学奖。现代有机合成化学是经过20世纪近100年的研究、探索发展到今天已可以合成像海葵毒素(Polytoxin)这样复杂的有机分子(具有64个手性中心的7个骨架内双键的分子，存在271≈2×1021个异构体)。

1.120世纪化学学科基础研究的重大突破56(3)创造新物质——合成化学1.120世纪化学学科基础研究海葵毒素的分子结构分子式为C129H223N3O54

有64个不对称碳和7个骨架内双键,异构体数目多达271个有机合成杰作1989年美国哈佛大学Kishi宣布全合成64个手性中心2×1021个同分异构体57海葵毒素的分子结构分子式为C129H223N3O54有64VB12分子结构R.B.Woodward合成1965年获Nobel化学奖有机合成杰作58VB12R.B.Woodward合成有机合成杰作药物合成——抗生素随即筛选分子设计59药物合成——抗生素随即筛选920世纪合成化学的辉煌成就6020世纪合成化学的辉煌成就10(4)高分子科学的建立和发展20世纪的人类社会文明的标志之一是合成材料的出现。1953年H.Staudinger因提出了高分子这个概念，创立了高分子链型学说建立了高分子粘度与分子量之间的定量关系，从而获得了的诺贝尔化学奖。1963年Ziegler和Natta因发现了配位聚合反应和实现了丙烯的定向聚合而共获了诺贝尔化学奖。1974年Flory因在高分子性质方面的成就也获得了诺贝尔化学奖。三大传统合成材料塑料橡胶纤维新型功能材料

光电材料信息储存材料光导纤维超导……1.120世纪化学学科基础研究的重大突破61(4)高分子科学的建立和发展1953年H.Staudinge(5)化学动力学与分子反应动态学的发展

揭示化学反应的历程和研究物质的结构与其反应能力之间的关系，是控制化学反应过程的需要。1956年由前苏联的谢苗诺夫和英国的欣歇尔伍德在化学反应机理、反应速度和链式反应方面的开创性研究而获诺贝尔化学奖。同时研究快速反应的技术得到发展，现在可以研究十亿分之一秒内发生的化学反应。美籍华人化学家李远哲及美国化学家赫希巴赫首先研制成功能获得各种态信息的交叉分子束实验装置，从微观角度来认识化学反应，发展了分子反应动态学，亦称态--态化学，对化学反应的基本原理做出了重要突破。(荣获1986年诺贝尔化学奖)。

1.120世纪化学学科基础研究的重大突破62(5)化学动力学与分子反应动态学的发展1.120世纪化学学关于化学反应的历程的重要研究成果……1956年Semenov和Hinchelwood在化学反应机理、反应速度和链式反应方面的开创性研究获得了诺贝尔化学奖。1967年EigenPorter和Norrish因发展了闪光光解法技术用于研究发生在十亿分之一秒内的快速化学反应，对快速反应动力学研究作出了重大贡献，三人共获了诺贝尔化学奖。1986年李远哲、Herschbach和Polany因发明了获得各种态信息的交叉分子束技术，并利用该技术F+H2的反应动力学（态－态化学），对化学反应的基本原理作出了重要贡献，为此共获了诺贝尔化学奖。1999年Zewail因利用飞秒光谱技术研究过渡态的成就获诺贝尔化学奖。……63关于化学反应的历程的重要研究成果……13飞秒化学飞秒化学是研究在极小的时间内化学反应的过程和机理。这一领域涉及的时间间隔短至约千万亿分之一秒，即1飞秒。

1s(s,秒)=103ms(毫秒)=109ns(纳秒)＝1015fs(femtosecond飞秒)飞秒化学的技术基础——飞秒激光。不同波长的激光可以选择性地激发和检测不同的分子，或者同一分子的不同内部能量状态，或量子态分布。从分子的角度来说，化学反应的本身就是分子体系的波函数随时间的变化，在势能面上运动的过程。实验上，通过观察在不同时刻体系的性质，就可以得到这种演化的图像，从而理解反应的具体动力学过程。由于分子内部、化学反应过程中及凝聚相中分子间相互作用过程是在非常短的时间里发生的，比如说，化学反应过渡态的寿命一般只有几十飞秒，所以必须在飞秒的时间尺度上对化学反应过程进行检测。也就是说，要象照相一样，要用足够短的“快门”，来捕捉分子运动和变化的瞬间行为的信息。64飞秒化学飞秒化学是研究在极小的时间内化学反应的过程和机理。这(6)分析科学的发展

20世纪70年代，生命科学、信息科学和计算机技术的发展，使分析化学进入了崭新阶段，它不只限于测定物质的组成和含量，而要对物质的状态(氧化．还原态、各种结合态、结晶态)、结构(一维、二维、三维空间分布)、微区、薄层和表面的组成与结构以及化学行为和生物活性等做出瞬时追踪，无损和在线监测等分析及过程控制，甚至要求直接观察原子和分子的形态与排列。分析化学成为一门仪器装置和测量的科学。1990年开始的人类基因组计划(HGP)中，由于DNA测序技术不断推陈出新，从板凝胶电泳到凝胶毛细管电泳、线性高分子溶液毛细管电泳、到阵列毛细管电泳，直至全基因组鸟枪测序技术。终于使人类基因组计划提前到2001年完成。分析化学在推进人们弄清环境和生命有关的化学问题中起着关键作用。

1.120世纪化学学科基础研究的重大突破

光谱：原子吸收、原子发射波谱：红外光谱、紫外光谱核磁共振、质谱

能谱：电子能谱色谱：气相色谱、液相色谱X-射线衍射：单晶、粉末65(6)分析科学的发展1.120世纪化学学科基础研究的重大突(7)生命科学

生物小分子化学，蛋白质化学核酸化学，糖化学蛋白质的化学结构：一级结构,二级结构,三级结构,四级结构氨基酸序列分析仪酶的化学酶催化的机理化学模拟生物合成与生物转化核酸的化学DNA双螺旋结构的发现（Watson-Crick获1962年诺贝尔医学或生理学奖)碱基配对原则DNA的复制基因表达遗传密码的发现中心法则1.120世纪化学学科基础研究的重大突破66(7)生命科学生物小分子化学，蛋白质化学蛋20世纪初开始生物小分子（如糖、血红素、叶绿素、维生素等）的化学结构与合成研究就多次获诺贝尔化学奖1955年首次合成多肽激素催产素和加压素，获1955年诺贝尔化学奖；1960年成功地测定了鲸肌红旦白和马血红蛋白的空间结构，获1962年诺贝尔化学奖；1980年P.Berg、F.Sanger和W.Gilbert因在DNA分裂和重组、DNA测序以及现代基因工程学方面的杰出贡献而共获诺贝尔化学奖。1982年A.Klug因发明“象重组“技术和揭示病毒和细胞内遗传物质的结构而获得诺贝尔化学奖。1993年M.Smith因发明寡核苷酸定点诱变法以及K.B.Mullis因发明多聚酶链式反应技术对基因工程的贡献而共获诺贝尔化学奖。化学在生命科学领域的重要研究成果6720世纪初开始生物小分子（如糖、血红素、叶绿素、维生素等）的DNA68DNA18蛋白酶的一种——胰蛋白酶的结构和排列顺序示意图69蛋白酶的一种——胰蛋白酶的结构和排列顺序示意图19

1965年9月，我国科学家汪猷帅上百位化学工作者经过6年多坚持不懈的努力，获得了人工全合成牛胰岛素晶体。这是世界上第一个人工合成的蛋白质。两条肽链:A链21个氨基酸残基,B链30个残基,分子量5700道尔顿,1953年确定全部化学结构.

1965年我国的人工合成牛胰岛素70

1.220世纪化学工业的大发展(1)石油化工成为支柱产业

20世纪30年代催化剂进入石油化工，催化动力学的发展及催化剂的作用使石油的各种馏分成为各种不同用途的化工产品，石油化工迅速发展，已成为世界经济发展中占重要地位的工业领域。世界化工总产值中80％以上的产品与石油化工有关。

711.220世纪化学工业的大发展(1)石油化工成为支柱产业(2)三大合成材料时代

20世纪前半叶，由于基础化学中的高分子化学的兴起和发展，逐步形成了塑料、纤维、橡胶三大合成材料工业。到20世纪末，世界年产合成橡胶能力已1200万吨，合成纤维达1500万吨，合成塑料已超过6000万吨。以塑料为主体的三大合成材料，以体积计算其世界总产量已超过全部金属的产量，所以有人称20世纪为聚合物时代。

1.220世纪化学工业的大发展72(2)三大合成材料时代1.220世纪化学工业的大发展22(3)化肥（农药）工业的巨大作用

20世纪面临人口大幅度增长和粮食需求迅速增加的局面。在解决这一困难中，化肥起了重要作用。其中氮肥的生产关键问题是如何利用大气中的氮大规模合成肥料。1909年德国化学家哈伯用锇作催化剂成功地建立了每小时产生80克氨的实验装置。哈伯因此而荣获1918年诺贝尔化学奖。1931年德国博施建成第一个用铁催化剂的合成氨工厂日产量为30吨。(荣获1931年诺贝尔化学奖)。60多年来，不断对合成氨工艺进行改进并引入现代化工技术。我国是农业大国，肥料是增产的关键措施。目前已达年产2000万吨的规模，占世界第二位。

1.220世纪化学工业的大发展73(3)化肥（农药）工业的巨大作用1.220世纪化学工业的大(4)医药工业的大发展

20世纪人类寿命显著延长，70岁以上的老人比例显著提高，估计20世纪人类平均寿命增加30岁左右。人类寿命延长的原因之一是医疗条件的改善，其中针对人类常见病、多发病的新药的研制成功是关键因素。医药工业的发展与化学紧密相关。化学合成药在医学工业中占主导地位。磺胺药是第二次世界大战前惟一有效的抗细菌感染的药物。Domagk因此而在1939年荣获诺贝尔生理及医药奖。磺胺类药物的问世标志着化学疗法方面的一大突破。第二次世界大战后，磺胺药逐渐让位于治疗效果更好的抗生素类药，如青霉素、四环素、红霉素、氯霉素、头孢菌素等。目前世界药物市场的年销售量约为3000亿美元，在世界经济发展中有举足轻重的作用。

1.220世纪化学工业的大发展74(4)医药工业的大发展1.220世纪化学工业的大发展24

美国90年代化学工业产值约占30％，化学品出口占总出口的30％，位居世界第二位。美国的调查报告“化学中的机会”指出，化学工业在国际市场上要保持竞争力，主要看作为基础学科的化学能否保持领先地位。可见，没有基础学科的发展为后盾，国民经济、高新技术的发展是不可能的。化学工业已成为某些国家的支柱产业75美国90年代化学工业产值约占30％，化学品出化学从原子分子水平研究物质的组成、结构、性质及应用的科学。——化学教科书2化学学科的内涵及地位作用化学为总管物质在原子、分子层次上变化之科学。——唐有祺

化学是一门试图了解物质的性质和物质发生反应的科学，它涉及存在于自然界的物质（如地球上的矿物、空气中的气体、海洋里的水和盐、动物体内的化学物质），以及由人类创造的新物质，它涉及自然界的变化（如因闪电而着火的树木、与生命有关的化学变化），还有那些由化学家发明和创造的新变化。

——RonaldBreslow

2.1化学学科的定义与内涵76化学从原子分子水平研究物质的组成、结构、性质及应用的科学。徐光宪.化学学科进展[M],北京:化工出版社,2005:12一维定义——X定义化学是研究X对象的科学X——泛分子，包括10个层次：①原子;②分子片;③分子;④超分子;⑤高分子;⑥生物分子;⑦纳米分子;⑧原子和分子的宏观聚集体;⑨复杂分子体系和自组装分子二维定义——XY定义化学是研究X对象的Y内容的科学Y——合成和反应、制备、剪裁和组装、分离和分析、结构和构象、粒度和形貌、物理和化学性质、生理和生物活性、运输和调控作用机制等个方面的规律、相互关系和应用三维定义——XYZ定义化学是用Z方法研究X对象的Y内容的科学Z——实验，理论和计算机模拟四维定义——XYZW定义化学是用Z方法研究X对象的Y内容以达到W目的的科学W——认识世界，改造自然和保护世界分子片是指组成分子的碎片77徐光宪.化学学科进展[M],北京:化工出版社,2005:122.2化学学科在科学发展中的地位R.Breslow(1997)ChemistryTodayandTomorrow——TheCentral,UsefulandCreativeScience化学的今天和明天——化学是一门中心的、实用的和创造性的科学782.2化学学科在科学发展中的地位R.Breslow(19从早晨开始，我们在用化学品建造的住宅中醒来，家具是部分地用化学工业生产的现代材料制作的，我们使用化学家们设计的肥皂和牙膏并穿上由合成纤维和合成染料制成的衣服，即使天然纤维（如羊毛或棉花）也是经化学品处理过并染色的。这样可以改进它们的性能。

为了保鲜起见，食品要被包装和冷藏起来，而这些食品要么用化肥、除草剂和农药使之生长；要么家畜类需兽医药来防病；要么需加入维生素后食用；甚至我们购买的天然食品，如牛奶，也必须经过化学检验后方可食用。我们的交通工具——汽车、火车、飞机——在很大程度上依靠化学工业的产品；晨报是用化学家们制造的油墨在用化学方法制造的纸上印刷的；用于说明事物的照片要用化学家们制造的胶卷和胶片；日常生活中的金属制品都是用经过以化学为基础的冶炼转化为金属或合金后制造的，为了保护它们还要涂上油漆。

化妆品是由化学家制造和检验过的；警察和军人用的武器也都依靠化学。事实上，在我们的日常生活中很难找出一种不依靠化学和化学家帮助而制造出来的产品。——《化学的今天和明天》R.Breslow（1997年）79从早晨开始，我们在用化学品建造的住宅中醒来，家具是部第1章化学是一门中心的、实用的和创造性的科学

11什么是化学

2化学家做什么

13早期的化学有些什么

14为什么化学家成这门学科为“中心科学”

15是什么是化学成为“使用的科学”和创造性的科学

16那些是化学的基本原理

17化学领域有多大

关于未来

第2章健康和生命的化学

21药物化学在过去对人类健康有哪些贡献

22药物化学家是怎样设计或发现新药的

23药物化学家现在忙于什么

24化学家对了解生命的本质有什么贡献？光和作用化学简介

25化学在分子生物学和生物技术中的作用是什么

关于未来

第3章再谈化学是一门使用的科学

31化学在住房和陈设品方面起什么作用

32化学在穿着方面起什么作用

33化学和运输的关系怎样

34哈是如何改进事物供应的

35化学和国防的关系怎样

36化学和执法方面的关系怎样

37化学对生活的质量作出了哪些贡献

关于未来

第4章化学与环境

41我们能否有一个建立在先进技术上的现代社会，而这些技术不会无休止地污染地球

42工业能否干净地制造化学产品

43在解决从核能发电厂排放出放射性废弃物的问题上，化学家们能作什么贡献

44人类日常生活回造成什么样的污染45我们能否控制虫害而不危害有用的动物

46我们则样能保证新合成的哈制品不会破坏环境，或没有不良的生物效应

不是所有的不良化学效应都是致命的

关于未来

第5章计算机与化学——电子学的革命

51现代的电子学革命诞生了计算机，化学对此有和贡献

52什么是计算化学

53计算化学则样帮助我们测定蛋白质的形成

关于未来

电子材料

计算化学

第6章在生物体和工业中的催化作用

61催化剂能扮演什么样的角色

62作为生命催化剂的酶是何物

63酶催化生物反映时，能加速多少？又如何进行选择

64维生素能起生物催化作用吗

65酶的作用知多少

66对酶的认识是否有住与新药的设计

67汽车用的故态金属催化剂是则样起作用的

68为什么工业界常用的固体催化剂并不具有金属特性？

关于未来

第7章化学家怎样创造新分子

71化学家如何决定应该研制什么新分子?

72化学家如何计划未知分子的成功合成?

73在哪里进行合成实验?

74新化学物质一旦被创造还要做些什么

关于未来

第8章认识分子结构和化学变化

81化学家怎样测定新分子的结构?

82分子的精细结构与它们的性质之间存在什么关系?

83化学家如何测定化学反应的历程?

84在哪里进行分子结构与性质及反应历程的研究?80第1章化学是一门中心的、实用的和创造性的科学

11什么是化化学是承上启下的中心学科(centralscience)

科学按照其研究对象由简单到复杂分为：

上游：数学、物理学——研究对象简单，研究程度很深中游：化学下游：生命、材料、环境——研究对象复杂化学是中心科学，是从上游到下游的必经之地，永远不会象有些人估计的那样将要在物理学与生物学的夹缝中逐渐消亡！化学是一门中心科学徐光宪.今日化学的何去何从[J],大学化学,2003,18(1):1化学是与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学等八大朝阳科学都有密切的联系、交叉和渗透的中心科学。81化学是承上启下的中心学科(centralscience)化化学是一门实用的科学人类之衣、食、住、行和娱乐无不与化学有关。◆当前一些重大的工业过程基本上都基于化学过程。◆世界专利发明中有20%与化学有关。◆发达国家从事研究与开发的科研人员中，化学与化工专家占一半左右。◆化工企业产品的更新换代依靠化学的进步，而化工产品的产值和出口比例在国民经济中一直保持着领先地位。82化学是一门实用的科学人类之衣、食、住、行和娱乐无不与化学化学是一门创造性的科学

化学家辛勤的耕耘着元素周期体系中的百余个化学元素并整理着天然产物，所发现的新化合物几乎每10年约翻一番。随着化学反应基础理论及合成方法的不断发展和完善，新化合物的增加速率已快于指数表达方式，90年代以来每年新增的化合物约有60余万种。迄今化学家已经拥有1900多万种化合物，其中绝大多数是由化学家合成的。化学在旧的自然界旁又建起了一个新的自然界。

——R.B.Woodward83化学是一门创造性的科学化学家辛勤的耕耘着元化学思想——科学哲学思想的重要组成部分实验验证思想——实验方法来验证和探究化学知识的思想守恒思想：①能量守恒;②质量守恒;③电荷守恒/得失电子守恒

动态平衡思想——用平衡移动的原理来分析粒子之间相互反应,系统了解阐释溶解平衡、化学平衡、电离平衡、水解平衡、氧化还原平衡等多种平衡体系的本质。量变质变思想——质量互变规律在化学学科的应用。例如：温度改变，物质状态的改变；元素原子个数或排列方式不同，产生了不同的物质（同素异形体和同分异构体）；反应物之间物质的量的比例不同，产物不同；反应条件的不同，产物不同；随原子序数递增，原子结构呈现周期性的变化，元素的性质也呈周期性的变化；定性实验和定量实验的相互关系等。结构决定性质思想——物质结构决定物质性质，物质性质反映了物质的结构84化学思想——科学哲学思想的重要组成部分实验验证思想——实验方化学与生物学的不同“生物学家致力于阐明自然生命的过程，而化学家则习惯于如何去调控这一过程”。

——DoyleandCoray,Chemistry&Biology,1998,5,157-160)生物学家注意认识世界，而化学家则想改造世界。

“化学家看起来比较审慎,善于分析并较多的在本学科内独善其身。他们将注意力集中在分子上面，他们醉心于一个多手心的中心、具有很大合成难度的分子带来的挑战，并力图用最短的路线和最高的产率来得到目标分子，通过用相对较少但巧妙的技术以获得精确的资料。对他们来讲注重蛋白质和核酸的化学更甚于它们的生理重要性。另一方面。生物学家似乎较具有艺术性、调和性和主要用右脑思考。他们喜欢使用种类繁多却不太精密的技术来研究细胞和器官内的复杂现象。他们喜欢神秘和复杂，当揭去面纱，显露出分子本质时，他们中有些人则会感到失望”。——Kornberg,Chemistry&Biology,1996,3,3-585化学与生物学的不同“生物学家致力于阐明自然生命的过程，而化学20世纪化学并未获得社会应有的认同报刊上提及20世纪发明的六大技术——应为七大技术！信息技术（无线电、半导体、芯片、集成电路、计算机、通讯和网络）生物技术（基因重组、克隆和生物芯片）核科学和核武器技术航空航天和导弹技术激光技术纳米技术化学合成技术（新药物、新材料、高分子、化学和农药）化学家缺少品牌意识，没有在社会上树立化学的美好品牌，甚至化学成为有毒、有害、高污染的代名词！化学家太谦虚!上述六大技术如果缺少一两个，人类照样生存。但如没有发明合成氨、合成尿素和第一、第二、第三代新农药的技术，世界粮食产量至少要减半，60亿人口中得30亿就会饿死。没有发明合成橡胶、合成塑料的技术，人类生活要受到很大的影响。8620世纪化学并未获得社会应有的认同报刊上提及20世纪发明的六从人类对七大技术发明的需要迫切性来排序：

化学合成和分离技术；信息技术；生物技术；航空航天技术；核技术；纳米技术；激光技术

按20世纪的七大技术发明衍生的产业规模及其对世界经济的影响来排序：

信息产业；化学合成；航天航空技术；核技术；生物技术；纳米技术；激光技术按人类需要的迫切性和其衍生的产业规模排序20世纪和21世界上半叶理应称为是信息和化学合成时代，21世界下半叶才能成为生物技术时代！87从人类对七大技术发明的需要迫切性来排序：按人类需要的迫切性和未来化学所面临的重大挑战环境问题人口控制与健康食品问题资源与可持续发展321世纪化学学科的发展趋势88未来化学所面临的重大挑战环境问题321世纪化学学科的发展趋（1）化学的第一根本规律——化学反应理论和定律

建立精确有效而又普遍适用的化学反应的含时多体量子理论和统计理论。（2）化学的第二根本规律——分子结构及其性能的定量关系

分子和分子间的非共价键的相互作用的本质和规律；超分子结构的类型，生成和调控的规律；给体--受体作用原理；进一步完善原子价和化学键理论，特别是无机化学中的共价问题；生物大分子的一级结构如何决定高级结构？高级结构又如何决定生物和生理活性？……。（3）活分子运动的基本规律

充分认识和彻底了解人类和生物体内分子的运动规律。如在地球元素的生态循环中，植物界做了两件伟大的事：光合作用——活分子催化剂叶绿素是怎样作用的？生物固氮——豆科植物的根瘤菌能打开非常稳定的氮分子中的化学键，生成含氮小分子，再进一步合成蛋白