有机前沿讲座课件

有机前沿讲座（二）孟祥福1有机前沿讲座（二）孟祥福1一、有机化学的发展20世纪的有机化学，从实验方法到基础理论都有了巨大的进展，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相关的行业中，直接或间接地为人类提供了大量的必需品。与此同时，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。展望未来，有机化学将使人类优化使用有机物和有机反应过程，有机化学将会得到更迅速的发展。2一、有机化学的发展20世纪的有机化学，从实验方法到基础理论都学科分支有机化学的迅速发展产生了不少分支学科有机合成(OrganicSynthesis)金属有机(Organometallic)物理有机(Physicalorganic)天然有机(NaturalOrganic)有机催化(OrganicCatalysis)有机分析(OrganicAnalysis)有机功能材料(OrganicFunctionalMaterials)……3学科分支有机化学的迅速发展产生了不少分支学科3有机合成有机合成——通过一系列有机反应，将易得的、廉价的原料（单质、简单的无机物和有机物）制备成结构复杂的化合物的过程。有机化学中最重要的基础学科之一，它是创造新有机分子的主要手段和工具，发现新反应、新试剂、新方法和新理论是有机合成的创新所在。4有机合成有机合成——通过一系列有机反应，将易得的、廉价的原有机合成的目的验证有机物，特别是天然产物的结构。人工合成和生产有实用价值的化合物。进行理论研究：来自理论的启示，如环丁二烯、环辛四烯的合成。验证理论，如环状共轭多烯的合成。研究反应机理和立体化学而设计的有机物的合成。研究有机反应：有机反应的改进和扩展；新型有机反应的发现。5有机合成的目的5有机合成与创新精神的培养合成化学是化学学科的核心，是改造世界、创造社会最有利的手段。合成制备化学总是处于科技前沿。1900-2000年的100年间，合成和分离了2285万种化合物，95%以上为有机化合物及其衍生物。有机合成是表现有机化学家非凡创造力的舞台。黄明龙蒋明谦袁翰青邢其毅6有机合成与创新精神的培养黄明龙蒋明谦袁翰青邢其毅6有机合成发展的基础是各类基本合成反应不论合成多么复杂的化合物，其全合成可用逆合成分析法(RetrosynthesisAnalysis)分解为若干基本反应，如加成反应、重排反应等。每个基本反应均有它特殊的反应功能。合成时可以设计和选择不同的起始原料，用不同的基本合成反应，获得同一个复杂有机分子目标物，起到异曲同工的作用，这在现代有机合成中称为“合成艺术”。WoodwardCorey7有机合成发展的基础是各类基本合成反应WoodwardCore2010诺贝尔化学奖有机合成中钯催化交叉偶联发展了钯催化交叉偶联，这一化学工具极大地促进了制造复杂化学物质的可能性，比如碳基分子，其复杂性可媲美天然分子。RichardF.HeckEi-ichiNegishiAkiraSuzuki理查德·海克根岸英一铃木章82010诺贝尔化学奖有机合成中钯催化交叉偶联Richard钯催化交叉偶联反应钯催化交叉偶联反应是一类用于C-C键形成的重要反应，在有机合成中应用十分广泛。偶联反应(Couplingreaction)，是由两个有机化学单位(moiety)进行某种化学反应而得到一个有机分子的过程。包括格氏试剂(Grinard)与亲电体的反应、锂试剂与亲电体的反应、芳环上的亲电和亲核反应等等。9钯催化交叉偶联反应钯催化交叉偶联反应是一类用于C-C键形成的1010钯催化剂含钯催化剂大多应用于石油化工中的催化加氢和催化氧化等反应过程中，如制备乙醛、吡啶衍生物、乙酸乙烯酯及多种化工产品的反应过程。加氢反应常用钯催化剂，汽车排气净化常以氧化铝载铂、钯或铂-铑-钯为催化剂；硝酸生产氨氧化反应常用含钯的铂网催化剂；松香加氢及歧化用钯/炭催化剂；大连化学物理研究所生产的钯/炭催化剂，上海石油化工总厂生产的钯/炭催化剂和氯化钯催化剂，中科院兰州化物所生产的铂-钯系列DH型脱氢催化剂、CH消氢催化剂和DO型高效脱氧剂等。11钯催化剂含钯催化剂大多应用于石油化工中的催化加氢和催化氧化等金属有机化学金属有机化学是无机化学和有机化学相互交叉渗透的学科,它的发展打破了传统的有机化学与无机化学的界限,成为一门新兴的学科和当代化学的前沿领域。12金属有机化学金属有机化学是无机化学和有机化学相互交叉渗透的学发展50年代初,二茂铁的发现与键型夹心结构的阐明以及ZieglerNatta催化剂使乙烯在温和条件下聚合成功,使金属有机化学的发展出现了一个飞跃。自60年代以来,先后已有8位从事金属有机化学研究的科学家(K.Ziegler,G.Natta,1963年;E.O.Fischer,G.Wilkinson,1973年;W.N.Lipscomb,1976年;H.C.Brown,G.Witting,1979年;H.Taube,1983年)获得了诺贝尔化学奖。80年代初,金属有机化学的研究与合成化学结合,发展成为以合成化学为目标的金属有机化学,即导向有机合成的金属有机化学,简称OMCOS(organometallicchemistrydirectedtowardsorganicsynthesis),为合成化学带来了全新的面貌。90年代以来,化学科学面临新的挑战和机遇,即要发展对人类健康和环境无害的化学——绿色化学,在绿色化学中,对合成化学的要求是反应的原子经济性和高选择性(例如:过渡金属催化的不对称合成),在实现上述要求中,金属有机化学起着十分重要的作用。13发展13陆熙炎利用金属有机化学的反应来发展有机合成的方法学，现从事二价钯催化的反应及有关基元反应的研究。系统地研究了过渡金属络合物作用下烯丙基C-O杂原子键的断裂规律；发现了炔烃的异构化规律，提出了从炔烃原子经济性地、高产率地制备共轭双烯烃的方法；开创性地研究了炔酸烯丙酯衍生物在过渡金属催化下的环化反应，并研究了成环反应的立体化学，发展了立体选择性地合成自然界中最为广泛存在的、具有多种多样生理活性的天然产物γ-丁内酯的方法，这一方法成为迄今为止合成这类天然产物的最有效、最简便的方法之一；另外，他还研究了亲核试剂对缺电子炔烃的反应，发展了国际上广泛应用的合成（Z）-式烯烃衍生物的方法，以及三价膦催化下的[3＋2]环加成合成环戊烯衍生物的反应等。14陆熙炎14麻生明主要从事联烯及其类似物化学方面的研究；金属参与的联烯化学，包括缺电子联烯的氢卤化反应和官能团化联烯的多组份偶联关环反应；联烯亲电加成反应的立体化学及区域选择性调控；亚烷基环丙烷及环丙烯的选择性C-C键断裂。沈琪主要研究方向是金属有机化学，包括稀土和过渡金属配合物的合成、结构及其在有机和高分子合成中的应用。稀土定向催化剂的研究；新型轻稀土有机化合物的合成、结构及反应性能；利用迈克尔反应一步简便地合成了官能度高、融熔粘度低的树枝状感光高分子15麻生明15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，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、生命科学及现代化学工业发展到一个新的水平。16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，特别金属有机化学使人们认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；同时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B12，引起了生物学界的关注。VitaminB12istheonlyknownessentialbiomoleculewithastablemetal-carbonbond,thatis,itisanorganometalliccompound.17金属有机化学使人们认识到无机化学和有机化学交叉产生的金属有机含有碳-金属键的化合物种类甚多，至今还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方法有待进一步研究和深入。1849年就制得乙基锌〔Zn(C2H5)2〕，发现它有极好的反应性能；以后才相继制得含锂、钠、钾、镁、铝、汞、锡等的金属有机化合物。但直到20世纪50年代才发展到主族元素和过渡元素的金属有机化合物。18含有碳-金属键的化合物种类甚多，至今还有不少元素周期表上的金金属有机化合物的结构和性能关系是一个很广泛和重要的研究领域。茂金属催化剂，它是烯烃聚合反应的新型催化剂；现在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各种特殊功能、可用作功能材料的金属有机化合物。19金属有机化合物的结构和性能关系是一个很广泛和重要的研究领域。金属有机化合物在有机合成的均相催化反应中起着十分重要的作用。在金属有机化合物催化下产生一系列的有机合成反应。各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各种不同的反应。有机反应催化剂的研制趋势是模拟那些能起催化反应的酶。这些模拟酶的选择性催化剂将在化学合成中呈现日新月异的新局面，故有的诺贝尔化学奖获得者称其为化学酶。20金属有机化合物在有机合成的均相催化反应中起着十分重要的作用。Metal-OrganicFramework(MOF)金属有机框架(MOF)Crystallinecompoundsconsistingofmetalionsorclusterscoordinatedtooftenrigidorganicmoleculestoformone-,two-,orthree-dimensionalstructuresthatcanbeporous.密度小、比表面积大、气孔率高，并可通过组装来控制框架物的结构和孔径的大小，是一种具有发展前景的新型储氢材料.21Metal-OrganicFramework(MOF)金2222物理有机化学物理有机化学研究有机分子结构与性能的关系，研究有机化学反应机理及用理论计算化学的方法来理解、预见和发现新的有机化学现象。对有机分子结构与性能的关系以及对有机化学反应机理的研究，是希望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认识。23物理有机化学物理有机化学研究有机分子结构与性能的关系，研究有分子结构测定目前，有机化合物结构测定所用的波谱(紫外、红外、核磁共振、质谱)和X-射线单晶结构分析等已经能测定大多数有机分子的结构，但对于结构很复杂的生物大分子或存在量极微的有机化合物结构的测定尚有待于分析仪器设备的不断发展。800兆核磁共振仪新型显微镜测定它们的一级结构以及二、三级结构，了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础工作，只有了解清楚分子结构，才有可能联系其性能，研究结构与性质的关系。24分子结构测定24反应机理随着对反应过渡态及反应活性中间体的研究和确证，往往一个有机化学反应将不单纯是某一类反应机理，而是涉及多类有机反应历程，如自由基反应会涉及电子转移反应。现有的研究进展表明，对任何一个有机化学反应历程，最终必须搞清楚反应过程中原子和分子的碰撞及重组情况，不同反应步骤的速率及反应中能态和相关能量。因此在研究有机反应机理中发现新的反应机理是一个方面，而搞清楚已知反应历程的速率、能量也是控制有机化学反应的一个重要方面。25反应机理25分子间的弱相互作用分子间的弱相互作用决定参与反应的分子间的识别，因而决定反应的选择性；它还决定分子间的聚集方式。研究分子间弱相互作用及其后果是十分重要的。26分子间的弱相互作用26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。发掘和认识自然界的这一丰富资源是世界发展和人类生存的需要，是有机化学主要研究任务之一，也是认识世界的基础研究。从事天然产物化学研究的目的是希望发现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，或是发现有效成分的主结构作为先导化合物，进一步研究其各种衍生物，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一直对它具有广泛的兴趣，并从中已经获得了许多新药和先导化合物。27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生命有机化学有机化学的一个重要发展方向，强调化学与生命科学的结合，研究生命活动中化学过程及问题和有机分子与生命大分子之间的相互作用研究。生命有机化学的主要研究对象是核酸、蛋白质和多糖三种主要生物大分子及参与生命过程的其他有机化合物分子。它们是维持生命机器正常运转的最重要的基础物质。28生命有机化学有机化学的一个重要发展方向，强调化学与生命科学的E．Fischer对碳水化合物立体化学和“锁钥学说”，为当今生物分子之间相互识别、相互作用和有机分子自组装这些前沿领域奠定了基石；LPauling在上世纪50年代初建立的多肽构象，为当今蛋白质结构功能研究、蛋白质全新设计奠定了基础；B．Merrifield在上世纪60年代发明了多肽固相合成法，此法使得长片段肽的化学合成，以及上世纪70年代后期长片段寡核苷酸的化学合成成为现实。29E．Fischer对碳水化合物立体化学和“锁钥学说”，为当今核酸是信息分子，负担着遗传信息的储存、传递及表达功能。近10年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，即有着酶一样的作用。这大大加深了对核酸和蛋白质这两类重要生命基础物质的性质和相互关系的认识。核酸研究的深入发展，深刻揭示了DNA复制、转录、RNA前体加工、蛋白质生物合成过程中的相互关系，从而了解许多疾病的病因与核酸的相关性，为核酸在医学上的应用开拓了广阔的前景。30核酸是信息分子，负担着遗传信息的储存、传递及表达功能。30全新蛋白质是蛋白质研究中的一个新领域。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。31全新蛋白质是蛋白质研究中的一个新领域。31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、化学组成及生物活性测定等方面。对多糖的溶液构象、空间结构与功能的关系都还未深入研究。要深入研究多糖结构和功能的关系，必须首先在将其分离、分析和合成方法上有所突破。32多糖也是生物体内的重要信息物质。32合成含有生理功能的寡糖和多糖一直是糖有机化学的经久的课题除了经典的保护和脱保护方法，固相合成方法，一锅法等。最近的“活性”聚合方法，如阴／阳离子聚合、活性自由基聚合、开环易位聚合等，均已被成功应用于含糖聚合物的可控合成，得到了一系列结构可调的含糖聚合物。33合成含有生理功能的寡糖和多糖一直是糖有机化学的经久的课题33模拟酶的研究模拟酶的主客体分子间的相互识别与相互作用已取得了可喜的进展。此外在酶的模拟方式上最近出现了所谓催化性抗体的新策略，这种设想有可能创造出新型的高效、高选择性催化剂。34模拟酶的研究34生物膜化学和细胞信号传导的分子基础是生物有机化学的另一个重要研究领域，对医学、卫生、农业生产均会产生深远的影响。35生物膜化学和细胞信号传导的分子基础是生物有机化学的另一个重要2009诺贝尔化学奖对核糖体结构和功能的研究利用X射线结晶学技术标出了构成核糖体的无数个原子每个所在的位置，构建了3D模型，展示了不同的抗生素如何绑定到核糖体。VenkatramanRamakrishnanThomasA.SteitzAdaE.Yonath362009诺贝尔化学奖对核糖体结构和功能的研究Venkatr所有有机体的每个细胞内都存在DNA分子，它们包含的蓝图决定着的个体外形和功能。核糖体将DNA信息“翻译”成生命，制造蛋白质，控制着所有有机体内的化学。DNA蓝图通过核糖体的作用被转变成活物质。依据DNA内的信息，核糖体制造蛋白质——运输氧的血红蛋白、免疫系统的抗体、胰岛素等激素、皮肤胶原质或分解糖的酶等。37所有有机体的每个细胞内都存在DNA分子，它们包含的蓝图决定着有机功能材料新型纳米有机材料有机纳米材料因其新颖的光学、电学、催化、药物、生物等性能引起人们的广泛重视。如功能基修饰环糊精构筑的纳米超分子组装体不仅在功能材料领域展示了广泛的应用前景，而且以其水溶和低毒的特性在生命科学等多个研究领域都具有重要的科学意义。38有机功能材料新型纳米有机材料38富勒烯家族由于特殊的结构和性质，C60在超导、磁性、光学、催化、材料及生物等方面表现出优异的性能，得到广泛的应用。碱金属嵌入C60分子之间的空隙后形成的超导体具有很高的超导临界温度和完美的三维超导性，电流密度大，稳定性高，易于展成线材等优点，是一类极具价值的新型超导材料。C60分子系列的光学材料存在三维高度非定域和非线性光学系数和高稳定性等特点，可应用在光学限幅器，光计算、光记忆、光信号处理及控制等方面。C60引入的高分子体系具有优异导电、光学性质的新型功能。这种光电导材料在静电复印、静电成像以及光探测等技术中有广泛应用。最近新研究表明，某些C60衍生物具有清除自由基的功能，它们在治疗心脏血管疾病、神经变性疾病等方面具有相当好的应用前景。39富勒烯家族39有机光电功能材料2000年的诺贝尔化学奖授予了黑格尔、麦克德尔米德、白川英树等人，奖励他们在导电聚合物和有机电子学方面的重大贡献。AlanHeegerAlanG.MacDiarmidHidekiShirakawa40有机光电功能材料AlanHeegerAlanG.Mac同年，美国的Sciense杂志将有机电子学取得的进展列为当年10大科技成果之一。有机电子学的研究主要集中在有机半导体领域，其相关材料与器件的发展日新月异。尤其是有机发光二极管显示技术、有机薄膜晶体管、有机太阳能电池、有机存储器、有机传感器、有机激光器等相关有机半导体材料与器件的研究，取得了大量的成果。41同年，美国的Sciense杂志将有机电子学取得的进展列为当年有机光电材料通常是富含碳原子、具有大π共轭体系的有机分子，分为小分子和聚合物两类。与无机材料相比，有机光电材料可以通过溶液法实现大面积制备和柔性器件制备。此外，有机材料具有多样化的结构组成和宽广的性能调节空间，可以通过分子设计来获得所需要的性能，能够通过自组装等自下而上的器件组装方式来制备纳米器件和分子器件。42有机光电材料通常是富含碳原子、具有大π共轭体系的有机分子，分金属有机分子光电材料金属有机团簇分子发光材料是一项创新性研究，如过渡金属悯系异核金属有机炔化合物具有长寿命和高效率的近红外分子发光材料。43金属有机分子光电材料43有机高分子发光材料分子结构与电子结构的内在关联和凝聚态结构与光电性能的相互关系；围绕提高发光效率、调控发光颜色、改善传输特性、提高热稳定性、实现溶液加工等关键性能指标，开展系统的研究有机高分子发光材料体系、溶液可加工磷光材料体系、界面修饰材料体系和新型发光器件。通过部分能量转移和电荷限制实现单一高分子发射白光，为发展白光高分子体系开辟出新方向；单层高分子发光器件组装，“传输单元/发光单元一体化”的分子设计概念及合成全反式、高分子量聚苯乙烯撑类发光高分子的新方法；44有机高分子发光材料44有机功能材料应用Flexiblepolymerdisplay(OLED)

LaserexcitationHighlyreactivepolymerDrugDeliveryandReleasePolymerSolarCellMembraneseparations45有机功能材料应用Flexiblepolymerdispl常规高分子塑料橡胶合成纤维46常规高分子塑料橡胶合成纤维46常规高分子502胶水空气中固化，实质是空气中微量水引发阴离子聚合粘胶剂涂料47常规高分子粘胶剂涂料47BRAGGGRATINGFIBEROPTICTERMINATIONAirborneRadarsNavigationFirecontrolSmartStructuresDistributesfibersensorsFBGHealthMonitoringStructuralEngineHumanSubsystemsInterconnectcomputerssensors/actuatorsweaponsfly-by-light…..SignalandDataProcessingInertialMonitoringUnitsgyroscope…..SensorsFLIRwindshearLIDAR/LOASMulti-HyperSpectralDIRCM/DesignatorsEWsystemsESMECMSecureCommsDataInterconnect48BRAGGGRATINGFIBEROPTICTERMINAT有机电致发光器件(OLED)49有机电致发光器件(OLED)49505051515252535354545555565657575858FabricationofhybridnanofibersHydrothermaltreatmentXRDRaman59FabricationofhybridnanofibeBefore(left)andafter(right)treatmentTFA,THF,ethanol,acetone,

xylene

SolubilityTi(OH)4solCF3COOH60Before(left)andafter(right61616262有机前沿讲座（二）孟祥福63有机前沿讲座（二）孟祥福1一、有机化学的发展20世纪的有机化学，从实验方法到基础理论都有了巨大的进展，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相关的行业中，直接或间接地为人类提供了大量的必需品。与此同时，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。展望未来，有机化学将使人类优化使用有机物和有机反应过程，有机化学将会得到更迅速的发展。64一、有机化学的发展20世纪的有机化学，从实验方法到基础理论都学科分支有机化学的迅速发展产生了不少分支学科有机合成(OrganicSynthesis)金属有机(Organometallic)物理有机(Physicalorganic)天然有机(NaturalOrganic)有机催化(OrganicCatalysis)有机分析(OrganicAnalysis)有机功能材料(OrganicFunctionalMaterials)……65学科分支有机化学的迅速发展产生了不少分支学科3有机合成有机合成——通过一系列有机反应，将易得的、廉价的原料（单质、简单的无机物和有机物）制备成结构复杂的化合物的过程。有机化学中最重要的基础学科之一，它是创造新有机分子的主要手段和工具，发现新反应、新试剂、新方法和新理论是有机合成的创新所在。66有机合成有机合成——通过一系列有机反应，将易得的、廉价的原有机合成的目的验证有机物，特别是天然产物的结构。人工合成和生产有实用价值的化合物。进行理论研究：来自理论的启示，如环丁二烯、环辛四烯的合成。验证理论，如环状共轭多烯的合成。研究反应机理和立体化学而设计的有机物的合成。研究有机反应：有机反应的改进和扩展；新型有机反应的发现。67有机合成的目的5有机合成与创新精神的培养合成化学是化学学科的核心，是改造世界、创造社会最有利的手段。合成制备化学总是处于科技前沿。1900-2000年的100年间，合成和分离了2285万种化合物，95%以上为有机化合物及其衍生物。有机合成是表现有机化学家非凡创造力的舞台。黄明龙蒋明谦袁翰青邢其毅68有机合成与创新精神的培养黄明龙蒋明谦袁翰青邢其毅6有机合成发展的基础是各类基本合成反应不论合成多么复杂的化合物，其全合成可用逆合成分析法(RetrosynthesisAnalysis)分解为若干基本反应，如加成反应、重排反应等。每个基本反应均有它特殊的反应功能。合成时可以设计和选择不同的起始原料，用不同的基本合成反应，获得同一个复杂有机分子目标物，起到异曲同工的作用，这在现代有机合成中称为“合成艺术”。WoodwardCorey69有机合成发展的基础是各类基本合成反应WoodwardCore2010诺贝尔化学奖有机合成中钯催化交叉偶联发展了钯催化交叉偶联，这一化学工具极大地促进了制造复杂化学物质的可能性，比如碳基分子，其复杂性可媲美天然分子。RichardF.HeckEi-ichiNegishiAkiraSuzuki理查德·海克根岸英一铃木章702010诺贝尔化学奖有机合成中钯催化交叉偶联Richard钯催化交叉偶联反应钯催化交叉偶联反应是一类用于C-C键形成的重要反应，在有机合成中应用十分广泛。偶联反应(Couplingreaction)，是由两个有机化学单位(moiety)进行某种化学反应而得到一个有机分子的过程。包括格氏试剂(Grinard)与亲电体的反应、锂试剂与亲电体的反应、芳环上的亲电和亲核反应等等。71钯催化交叉偶联反应钯催化交叉偶联反应是一类用于C-C键形成的7210钯催化剂含钯催化剂大多应用于石油化工中的催化加氢和催化氧化等反应过程中，如制备乙醛、吡啶衍生物、乙酸乙烯酯及多种化工产品的反应过程。加氢反应常用钯催化剂，汽车排气净化常以氧化铝载铂、钯或铂-铑-钯为催化剂；硝酸生产氨氧化反应常用含钯的铂网催化剂；松香加氢及歧化用钯/炭催化剂；大连化学物理研究所生产的钯/炭催化剂，上海石油化工总厂生产的钯/炭催化剂和氯化钯催化剂，中科院兰州化物所生产的铂-钯系列DH型脱氢催化剂、CH消氢催化剂和DO型高效脱氧剂等。73钯催化剂含钯催化剂大多应用于石油化工中的催化加氢和催化氧化等金属有机化学金属有机化学是无机化学和有机化学相互交叉渗透的学科,它的发展打破了传统的有机化学与无机化学的界限,成为一门新兴的学科和当代化学的前沿领域。74金属有机化学金属有机化学是无机化学和有机化学相互交叉渗透的学发展50年代初,二茂铁的发现与键型夹心结构的阐明以及ZieglerNatta催化剂使乙烯在温和条件下聚合成功,使金属有机化学的发展出现了一个飞跃。自60年代以来,先后已有8位从事金属有机化学研究的科学家(K.Ziegler,G.Natta,1963年;E.O.Fischer,G.Wilkinson,1973年;W.N.Lipscomb,1976年;H.C.Brown,G.Witting,1979年;H.Taube,1983年)获得了诺贝尔化学奖。80年代初,金属有机化学的研究与合成化学结合,发展成为以合成化学为目标的金属有机化学,即导向有机合成的金属有机化学,简称OMCOS(organometallicchemistrydirectedtowardsorganicsynthesis),为合成化学带来了全新的面貌。90年代以来,化学科学面临新的挑战和机遇,即要发展对人类健康和环境无害的化学——绿色化学,在绿色化学中,对合成化学的要求是反应的原子经济性和高选择性(例如:过渡金属催化的不对称合成),在实现上述要求中,金属有机化学起着十分重要的作用。75发展13陆熙炎利用金属有机化学的反应来发展有机合成的方法学，现从事二价钯催化的反应及有关基元反应的研究。系统地研究了过渡金属络合物作用下烯丙基C-O杂原子键的断裂规律；发现了炔烃的异构化规律，提出了从炔烃原子经济性地、高产率地制备共轭双烯烃的方法；开创性地研究了炔酸烯丙酯衍生物在过渡金属催化下的环化反应，并研究了成环反应的立体化学，发展了立体选择性地合成自然界中最为广泛存在的、具有多种多样生理活性的天然产物γ-丁内酯的方法，这一方法成为迄今为止合成这类天然产物的最有效、最简便的方法之一；另外，他还研究了亲核试剂对缺电子炔烃的反应，发展了国际上广泛应用的合成（Z）-式烯烃衍生物的方法，以及三价膦催化下的[3＋2]环加成合成环戊烯衍生物的反应等。76陆熙炎14麻生明主要从事联烯及其类似物化学方面的研究；金属参与的联烯化学，包括缺电子联烯的氢卤化反应和官能团化联烯的多组份偶联关环反应；联烯亲电加成反应的立体化学及区域选择性调控；亚烷基环丙烷及环丙烯的选择性C-C键断裂。沈琪主要研究方向是金属有机化学，包括稀土和过渡金属配合物的合成、结构及其在有机和高分子合成中的应用。稀土定向催化剂的研究；新型轻稀土有机化合物的合成、结构及反应性能；利用迈克尔反应一步简便地合成了官能度高、融熔粘度低的树枝状感光高分子77麻生明15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，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、生命科学及现代化学工业发展到一个新的水平。78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，特别金属有机化学使人们认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；同时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B12，引起了生物学界的关注。VitaminB12istheonlyknownessentialbiomoleculewithastablemetal-carbonbond,thatis,itisanorganometalliccompound.79金属有机化学使人们认识到无机化学和有机化学交叉产生的金属有机含有碳-金属键的化合物种类甚多，至今还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方法有待进一步研究和深入。1849年就制得乙基锌〔Zn(C2H5)2〕，发现它有极好的反应性能；以后才相继制得含锂、钠、钾、镁、铝、汞、锡等的金属有机化合物。但直到20世纪50年代才发展到主族元素和过渡元素的金属有机化合物。80含有碳-金属键的化合物种类甚多，至今还有不少元素周期表上的金金属有机化合物的结构和性能关系是一个很广泛和重要的研究领域。茂金属催化剂，它是烯烃聚合反应的新型催化剂；现在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各种特殊功能、可用作功能材料的金属有机化合物。81金属有机化合物的结构和性能关系是一个很广泛和重要的研究领域。金属有机化合物在有机合成的均相催化反应中起着十分重要的作用。在金属有机化合物催化下产生一系列的有机合成反应。各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各种不同的反应。有机反应催化剂的研制趋势是模拟那些能起催化反应的酶。这些模拟酶的选择性催化剂将在化学合成中呈现日新月异的新局面，故有的诺贝尔化学奖获得者称其为化学酶。82金属有机化合物在有机合成的均相催化反应中起着十分重要的作用。Metal-OrganicFramework(MOF)金属有机框架(MOF)Crystallinecompoundsconsistingofmetalionsorclusterscoordinatedtooftenrigidorganicmoleculestoformone-,two-,orthree-dimensionalstructuresthatcanbeporous.密度小、比表面积大、气孔率高，并可通过组装来控制框架物的结构和孔径的大小，是一种具有发展前景的新型储氢材料.83Metal-OrganicFramework(MOF)金8422物理有机化学物理有机化学研究有机分子结构与性能的关系，研究有机化学反应机理及用理论计算化学的方法来理解、预见和发现新的有机化学现象。对有机分子结构与性能的关系以及对有机化学反应机理的研究，是希望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认识。85物理有机化学物理有机化学研究有机分子结构与性能的关系，研究有分子结构测定目前，有机化合物结构测定所用的波谱(紫外、红外、核磁共振、质谱)和X-射线单晶结构分析等已经能测定大多数有机分子的结构，但对于结构很复杂的生物大分子或存在量极微的有机化合物结构的测定尚有待于分析仪器设备的不断发展。800兆核磁共振仪新型显微镜测定它们的一级结构以及二、三级结构，了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础工作，只有了解清楚分子结构，才有可能联系其性能，研究结构与性质的关系。86分子结构测定24反应机理随着对反应过渡态及反应活性中间体的研究和确证，往往一个有机化学反应将不单纯是某一类反应机理，而是涉及多类有机反应历程，如自由基反应会涉及电子转移反应。现有的研究进展表明，对任何一个有机化学反应历程，最终必须搞清楚反应过程中原子和分子的碰撞及重组情况，不同反应步骤的速率及反应中能态和相关能量。因此在研究有机反应机理中发现新的反应机理是一个方面，而搞清楚已知反应历程的速率、能量也是控制有机化学反应的一个重要方面。87反应机理25分子间的弱相互作用分子间的弱相互作用决定参与反应的分子间的识别，因而决定反应的选择性；它还决定分子间的聚集方式。研究分子间弱相互作用及其后果是十分重要的。88分子间的弱相互作用26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。发掘和认识自然界的这一丰富资源是世界发展和人类生存的需要，是有机化学主要研究任务之一，也是认识世界的基础研究。从事天然产物化学研究的目的是希望发现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，或是发现有效成分的主结构作为先导化合物，进一步研究其各种衍生物，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一直对它具有广泛的兴趣，并从中已经获得了许多新药和先导化合物。89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生命有机化学有机化学的一个重要发展方向，强调化学与生命科学的结合，研究生命活动中化学过程及问题和有机分子与生命大分子之间的相互作用研究。生命有机化学的主要研究对象是核酸、蛋白质和多糖三种主要生物大分子及参与生命过程的其他有机化合物分子。它们是维持生命机器正常运转的最重要的基础物质。90生命有机化学有机化学的一个重要发展方向，强调化学与生命科学的E．Fischer对碳水化合物立体化学和“锁钥学说”，为当今生物分子之间相互识别、相互作用和有机分子自组装这些前沿领域奠定了基石；LPauling在上世纪50年代初建立的多肽构象，为当今蛋白质结构功能研究、蛋白质全新设计奠定了基础；B．Merrifield在上世纪60年代发明了多肽固相合成法，此法使得长片段肽的化学合成，以及上世纪70年代后期长片段寡核苷酸的化学合成成为现实。91E．Fischer对碳水化合物立体化学和“锁钥学说”，为当今核酸是信息分子，负担着遗传信息的储存、传递及表达功能。近10年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，即有着酶一样的作用。这大大加深了对核酸和蛋白质这两类重要生命基础物质的性质和相互关系的认识。核酸研究的深入发展，深刻揭示了DNA复制、转录、RNA前体加工、蛋白质生物合成过程中的相互关系，从而了解许多疾病的病因与核酸的相关性，为核酸在医学上的应用开拓了广阔的前景。92核酸是信息分子，负担着遗传信息的储存、传递及表达功能。30全新蛋白质是蛋白质研究中的一个新领域。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。93全新蛋白质是蛋白质研究中的一个新领域。31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、化学组成及生物活性测定等方面。对多糖的溶液构象、空间结构与功能的关系都还未深入研究。要深入研究多糖结构和功能的关系，必须首先在将其分离、分析和合成方法上有所突破。94多糖也是生物体内的重要信息物质。32合成含有生理功能的寡糖和多糖一直是糖有机化学的经久的课题除了经典的保护和脱保护方法，固相合成方法，一锅法等。最近的“活性”聚合方法，如阴／阳离子聚合、活性自由基聚合、开环易位聚合等，均已被成功应用于含糖聚合物的可控合成，得到了一系列结构可调的含糖聚合物。95合成含有生理功能的寡糖和多糖一直是糖有机化学的经久的课题33模拟酶的研究模拟酶的主客体分子间的相互识别与相互作用已取得了可喜的进展。此外在酶的模拟方式上最近出现了所谓催化性抗体的新策略，这种设想有可能创造出新型的高效、高选择性催化剂。96模拟酶的研究34生物膜化学和细胞信号传导的分子基础是生物有机化学的另一个重要研究领域，对医学、卫生、农业生产均会产生深远的影响。97生物膜化学和细胞信号传导的分子基础是生物有机化学的另一个重要2009诺贝尔化学奖对核糖体结构和功能的研究利用X射线结晶学技术标出了构成核糖体的无数个原子每个所在的位置，构建了3D模型，展示了不同的抗生素如何绑定到核糖体。VenkatramanRamakrishnanThomasA.SteitzAdaE.Yonath982009诺贝尔化学奖对核糖体结构和功能的研究Venkatr所有有机体的每个细胞内都存在DNA分子，它们包含的蓝图决定着的个体外形和功能。核糖体将DNA信息“翻译”成生命，制造蛋白质，控制着所有有机体内的化学。DNA蓝图通过核糖体的作用被转变成活物质。依据DNA内的信息，核糖体制造蛋白质——运输氧的血红蛋白、免疫系统的抗体、胰岛素等激素、皮肤胶原质或分解糖的酶等。99所有有机体的每个细胞内都存在DNA分子，它们包含的蓝图决定着有机功能材料新型纳米有机材料有机纳米材料因其新颖的光学、电学、催化、药物、生物等性能引起人们的广泛重视。如功能基修饰环糊精构筑的纳米超分子组装体不仅在功能材料领域展示了广泛的应用前景，而且以其水溶和低毒的特性在生命科学等多个研究领域都具有重要的科学意义。100有机功能材料新型纳米有机材料38富勒烯家族由于特殊的结构和性质，C60在超导、磁性、光学、催化、材料及生物等方面表现出优异的性能，得到广泛的应用。碱金属嵌入C60分子之间的空隙后形成的超导体具有很高的超导临界温度和完美的三维超导性，电流密度大，稳定性高，易于展成线材等优点，是一类极具价值的新型超导材料。C60分子系列的光学材料存在三维高度非定域和非线性光学系数和高稳定性等特点，可应用在光学限幅器，光计算、光记忆、光信号处理及控制等方面。C60引入的高分子体系具有优异导电、光学性质的新型功能。这种光电导材料在静电复印、静电成像以及光探测等技术中有广泛应用。最近新研究表明，某些C60衍生物具有清除自由基的功能，它们在治疗心脏血管疾病、神经变性疾病等方面具有相当好的应用前景。101富勒烯家族39有机光电功能材料2000年的诺贝尔化学奖授予了黑格尔、麦克德尔米德、白川英树等人，奖励他们在导电聚合物和有机电子学方面的重大贡献。AlanHeegerAlanG.MacDiarmidHidekiS