化学学科的发展

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@1358815158611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。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

31.120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。4(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(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7VB12分子结构R.B.Woodward合成1965年获Nobel化学奖有机合成杰作8药物合成——抗生素随即筛选分子设计920世纪合成化学的辉煌成就10(4)高分分子科学的的建立和发发展20世纪的的人类社会会文明的标标志之一是是合成材料的出现。1953年年H.Staudinger因提出了了高分子这这个概念，，创立了高高分子链型型学说建立立了高分子子粘度与分分子量之间间的定量关关系，从而而获得了的的诺贝尔化化学奖。1963年年Ziegler和和Natta因发现现了配位聚聚合反应和和实现了丙丙烯的定向向聚合而共共获了诺贝贝尔化学奖奖。1974年年Flory因在高高分子性质质方面的成成就也获得得了诺贝尔尔化学奖。。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世纪化化学学科基11(5)化学学动力力学与与分子子反应应动态态学的的发展展揭示化学反反应的的历程程和研究究物质的的结构构与其其反应应能力力之间间的关关系，是控控制化化学反反应过过程的的需要要。1956年年由前前苏联联的谢谢苗诺诺夫和和英国国的欣欣歇尔尔伍德德在化学反反应机机理、反应速速度和链式反反应方面的的开创创性研研究而而获诺诺贝尔尔化学学奖。。同时时研究究快速速反应应的技技术得得到发发展，，现在在可以以研究究十亿亿分之之一秒秒内发发生的的化学学反应应。美美籍华华人化化学家家李远远哲及及美国国化学学家赫赫希巴巴赫首首先研研制成成功能能获得得各种种态信信息的的交叉分分子束束实验装装置，，从微微观角角度来来认识识化学学反应应，发发展了了分子反反应动动态学学，亦称称态--态态化学学，对对化学学反应应的基基本原原理做做出了了重要要突破破。(荣获获1986年诺诺贝尔尔化学学奖)。1.120世世纪化化学学学科基基础研研究的的重大大突破破12关于化化学反反应的的历程程的重重要研研究成成果……1956年年Semenov和和Hinchelwood在在化学学反应应机理理、反反应速速度和和链式式反应应方面面的开开创性性研究究获得得了诺诺贝尔尔化学学奖。。1967年年EigenPorter和Norrish因发发展了了闪光光光解解法技技术用用于研研究发发生在在十亿亿分之之一秒秒内的的快速速化学学反应应，对对快速速反应应动力力学研研究作作出了了重大大贡献献，三三人共共获了了诺贝贝尔化化学奖奖。1986年年李远远哲、、Herschbach和Polany因因发明明了获获得各各种态态信息息的交交叉分分子束束技术术，并并利用用该技技术F+H2的的反应应动力力学（（态－－态化化学）），对对化学学反应应的基基本原原理作作出了了重要要贡献献，为为此共共获了了诺贝贝尔化化学奖奖。1999年年Zewail因利利用飞飞秒光光谱技技术研研究过过渡态态的成成就获获诺贝贝尔化化学奖奖。……13飞秒化化学飞秒化化学是是研究究在极飞秒化化学的的技术术基础础———飞秒秒激光光。不不同波波长的的激光光可以以选择择性地地激发发和检检测不不同的的分子子，或或者同同一分分子的的不同同内部部能量量状态态，或或量子子态分分布。。从分子子的角角度来来说，，化学学反应应的本本身就就是分分子体体系的的波函函数随随时间间的变变化，，在势势能面面上运运动的的过程程。实实验上14(6)分析析科学学的发发展20世世纪70年年代，，生命命科学学、信信息科科学和和计算算机技技术的的发展展，使使分析析化学学进入入了崭崭新阶阶段，，它不不只限限于测测定物物质的的组成成和含含量，，而要要对物质的的状态态(氧化化．还还原态态、各各种结结合态态、结结晶态态)、、结构(一维维、二二维、、三维维空间间分布布)、、微区区、薄薄层和和表面面的组组成与与结构构以及及化学行行为和生物活活性等做出出瞬时时追踪踪，无损和在线监监测等分析析及过过程控控制，，甚至至要求求直接观观察原原子和和分子子的形形态与与排列列。分析析化学学成为为一门门仪器器装置置和测测量的的科学学。1990年年开始始的人人类基基因组组计划划(HGP)中中，由由于DNA测序序技术术不断断推陈陈出新新，从从板凝胶胶电泳到到凝胶毛毛细管管电泳、、线性高高分子子溶液液毛细细管电泳、、到阵列毛毛细管管电泳，，直至至全基因因组鸟鸟枪测序技技术。。终于于使人人类基基因组组计划划提前前到2001年年完成成。分分析化化学在在推进进人们们弄清清环境境和生生命有有关的的化学学问题题中起起着关关键作作用。。1.120世世纪化光谱：：原子子吸收收、原原子发发射波谱：：红外外光谱谱、紫紫外光光谱核磁共共振、、质谱谱能谱：：电子子能谱谱色谱：：气相相色谱谱、液液相色色谱X-射射线衍衍射：：单晶晶、粉粉末15(7)生生命科科学生物小小分子子化学学，蛋蛋白质质化学学核酸化化学，，糖化化学蛋白质质的化化学结构：：一级级结构构,二二级级结构构,三级结结构,四四级结结构氨基酸酸序列列分析析仪酶的化化学酶催化化的机机理化学模模拟生物合合成与与生物物转化化核酸的的化学学DNA双螺螺旋结结构的的发现现（Watson-Crick获获1962年诺诺贝尔尔医学学或生生理学学奖)碱基配配对原原则DNA的复复制基因表表达遗传密密码的的发现现中心法法则1.120世世纪化化学学学科基基础研研究的的重大大突破破1620世世纪初初开始始生物物小分分子（（如糖糖、血血红素素、叶叶绿素素、维维生素素等））的化化学结结构与与合成成研究究就多多次获获诺贝贝尔化化学奖奖1955年年首次次合成成多肽肽激素素催产产素和和加压压素，，获1955年年诺贝贝尔化化学奖奖；1960年年成功功地测测定了了鲸肌肌红旦旦白和和马血血红蛋蛋白的的空间间结构构，获获1962年诺诺贝尔尔化学学奖；；1980年年P.Berg、F.Sanger和和W.Gilbert因因在DNA分裂裂和重重组、、DNA测测序以以及现现代基基因工工程学学方面面的杰杰出贡贡献而而共获获诺贝贝尔化化学奖奖。1982年年A.Klug因发发明““象重重组““技术术和揭揭示病病毒和和细胞胞内遗遗传物物质的的结构构而获获得诺诺贝尔尔化学学奖。。1993年年M.Smith因因发明明寡核核苷酸酸定点点诱变变法以以及K.B.Mullis因因发明明多聚聚酶链链式反反应技技术对对基因因工程程的贡贡献而而共获获诺贝贝尔化化学奖奖。化学在在生命命科学学领域域的重重要研研究成成果17DNA18蛋白酶酶的一一种———胰胰蛋白白酶的的结构构和排排列顺顺序示示意图图19

1965年年9月月，我我国科科学家家汪猷猷帅上百位位化学学工作作者经经过6年多多坚持持不懈懈的努努力，，获得得了人人工全全合成成牛胰胰岛素素晶体体。这这是世世界上上第一一个人人工合合成的的蛋白白质。。两条肽肽链:A链链21个氨氨基酸酸残基基,B链30个个残基基,分分子量量5700道尔尔顿,1953年确确定全全部化化学结结构.1965年人工合合成牛牛胰岛岛素201.220世世纪化化学工工业的的大发发展(1)石油油化工工成为为支柱柱产业业20世世纪30年年代催催化剂剂进入入石油油化工工，催化动动力学学的发21(2)三大大合成成材料料时代代20世纪1.220世世纪化学学工业的的大发展展22(3)化化肥（农农药）工工业的巨巨大作用用20世纪纪面临人人口大幅幅度增长长和粮食食需求迅迅速增加加的局面面。在解解决这一一困难中中，化肥肥起了重重要作用用。其中中氮肥的生产关关键问题题是如何何利用大大气中的的氮大规规模合成成肥料。。1909年德德国化学学家哈伯伯用锇作作催化剂剂成功地地建立了了每小时时产生80克氨氨的实验验装置。。哈伯因因此而荣荣获1918年年诺贝尔尔化学奖奖。1931年年德国博博施建成成第一个个用铁催催化剂的的合成氨工厂日产产量为30吨。。(荣获获1931年诺诺贝尔化化学奖)。60多年来来，不断断对合成成氨工艺艺进行改改进并引引入现代代化工技技术。我我国是农农业大国国，肥料料是增产产的关键键措施。。目前已已达年产产2000万吨吨的规模模，占世世界第二二位。1.220世世纪化学学工业的的大发展展23(4)医医药工业业的大发发展20世纪纪人类寿寿命显著著延长，，70岁岁以上的的老人比比例显著著提高，，估计20世纪纪人类平平均寿命命增加30岁左左右。人人类寿命命延长的的原因之之一是医医疗条件件的改善善，其中中针对人人类常见见病、多多发病的的新药的的研制成成功是关关键因素素。医药药工业的的发展与与化学紧紧密相关关。化学学合成药药在医学学工业中中占主导导地位。。磺胺药药是第二二次世界界大战前前惟一有有效的抗抗细菌感感染的药药物。Domagk因因此而在在1939年荣荣获诺贝贝尔生理理及医药药奖。磺胺类药药物的问问世标志志着化学学疗法方方面的一一大突破破。第二次次世界大大战后，，磺胺药药逐渐让让位于治治疗效果果更好的的抗生素素类药，，如青霉霉素、四四环素、、红霉素素、氯霉霉素、头头孢菌素素等。目目前世界界药物市市场的年年销售量量约为3000亿美元元，在世世界经济济发展中中有举足足轻重的的作用。。1.220世世纪化学学工业的的大发展展24美国90年代化化学工业业产值约约占30％，化化学品出出口占总总出口的的30％％，位居居世界第第二位。。美国的调调查报告告“化学中的的机会”指出，，化学工工业在国国际市场场上要保保持竞争争力，主主要看作作为基础础学科的的化学能能否保持持领先地地位。可可见，没没有基础础学科的的发展为为后盾，，国民经经济、高高新技术术的发展展是不可可能的。。化学工业业已成为为某些国国家的支支柱产业业25化学从原原子分子子水平研研究物质质的组成成、结构构、性质质及应用用的科学学。——化学学教科书书2化学学学科的的内涵及及地位作作用化学为总总管物质质在原子子、分子子层次上上变化之之科学。。——唐有祺化学是一一门试图图了解物物质的性性质和物物质发生生反应的的科学，，它涉及及存在于于自然界界的物质质（如地地球上的的矿物、、空气中中的气体体、海洋洋里的水水和盐、2.1化化学学学科的定定义与内内涵26徐光宪.化学学科科进展[M],北京:化工出出版社,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是指组成成分子的的碎片272.2化化学学学科在科科学发展展中的地地位R.Breslow(1997)ChemistryTodayandTomorrow——TheCentral,UsefulandCreativeScience化学的今今天和明明天———化学是是一门中中心的、、实用的的和创造造性的科科学28从早晨开开始，我我们在用用化学品品建造的的住宅中中醒来，，家具是是部分地地用化学学工业生生产的现现代材料料制作的的，我们们使用化化学家们们设计的的肥皂和和牙膏并并穿上由由合成纤纤维和合合成染料料制成的的衣服，，即使天天然纤维维（如羊羊毛或棉棉花）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。——《化化学的今今天和明明天》R.Breslow（1997年）29第1章化化学是是一门中中心的、、实用的的和创造造性的科科学11什么么是化学学

2化化学家做做什么13早早期的化化学有些些什么14为为什么化化学家成成这门学学科为““中心科科学”15是是什么是是化学成成为“使使用的科科学”和和创造性性的科学学

16那些是是化学的的基本原原理17化学学领域有有多大关关于未未来第第2章健健康和和生命的的化学21药药物化学学在过去去对人类类健康有有哪些贡贡献22药物物化学家家是怎样样设计或或发现新新药的23药药物化学学家现在在忙于什什么24化学学家对了了解生命命的本质质有什么么贡献？？光和作作用化学学简介25化化学在分分子生物物学和生生物技术术中的作作用是什45我们能否否控制虫害而而不危害有用用的动物46我们则样样能保证新合合成的哈制品品不会破坏环环境，或没有有不良的生物物效应

不是是所有的不良良化学效应都都是致命的关关于未来第第5章计计算机与化30化学是承上启启下的中心学学科(centralscience)科学按照其研研究对象由简简单到复杂分分为：上游：数学、、物理学———研究对象简简单，研究程程度很深中游：化学下游：生命、、材料、环境境——研究对对象复杂化学是中心科科学，是从上上游到下游的的必经之地，，永远不会象象有些人估计计的那样将要要在物理学与与生物学的夹夹缝中逐渐消消亡！化学是一门中中心科学徐光宪.今日日化学的何去去何从[J],大学化学学,2003,18(1):1化学是与信息息、生命、材材料、环境、、能源、地球球、空间和核核科学等八大大朝阳科学都都有密切的联联系、交叉和和渗透的中心心科学。31化学是一门实实用的科学人类之衣、食食、住、行和和娱乐无不与与化学有关。。◆当前一些重大大的工业过程程基本上都基基于化学过程程。◆世界专利发明明中有20%与化学有关关。◆发达国家从事事研究与开发发的科研人员员中，化学与与化工专家占占一半左右。。◆化工企业产品品的更新换代代依靠化学的的进步，而化化工产品的产产值和出口比比例在国民经经济中一直保保持着领先地地位。32化学是一门创创造性的科学学化学家辛勤的的耕耘着元素素周期体系中中的百余个化化学元素并整整理着天然产产物，所发现现的新化合物物几乎每10年约翻一番番。随着化学学反应基础理理论及合成方方法的不断发发展和完善，，新化合物的的增加速率已已快于指数表表达方式，90年代以来来每年新增的的化合物约有有60余万种种。迄今化学学家已经拥有有1900多多万种化合物物，其中绝大大多数是由化化学家合成的的。化学在旧的自自然界旁又建建起了一个新新的自然界。。——R.B.Woodward33化学思想———科学哲学思思想的重要组组成部分实验验证思想想——实验方法法来验证和探探究化学知识识的思想守恒思想：①能量守恒恒;②质量守守恒;③电荷荷守恒/得失失电子守恒动态平衡思想想——用平衡移移动的原理来来分析粒子之之间相互反应应,系统了解解阐释溶解平平衡、化学平平衡、电离平平衡、水解平平衡、氧化还还原平衡等多多种平衡体系系的本质。量变质变思想想——质量互变规律律在化学学科科的应用。例例如：温度改改变，物质状状态的改变；；元素原子个个数或排列方方式不同，产产生了不同的的物质（同素素异形体和同同分异构体））；反应物之之间物质的量量的比例不同同，产物不同同；反应条件件的不同，产产物不同；随随原子序数递递增，原子结结构呈现周期期性的变化，，元素的性质质也呈周期性性的变化；定定性实验和定定量实验的相相互关系等。。结构决定性质质思想——物质结构构决定物质性性质，物质性性质反映了物物质的结构34化学与生物学学的不同“生物学家致致力于阐明自自然生命的过过程，而化学学家则习惯于于如何去调控控这一过程””。——DoyleandCoray,Chemistry&Biology,1998,5,157-160)生物学家注意意认识世界，，而化学家则则想改造世界界。“化学家看起起来比较审慎慎,善于分析析并较多的在在本学科内独独善其身。他他们将注意力力集中在分子子上面，他们们醉心于一个个多手心的中中心、具有很很大合成难度度的分子带来来的挑战，并并力图用最短短的路线和最最高的产率来来得到目标分分子，通过用用相对较少但但巧妙的技术术以获得精确确的资料。对对他们来讲注注重蛋白质和和核酸的化学学更甚于它们们的生理重要要性。另一方方面。生物学学家似乎较具具有艺术性、、调和性和主主要用右脑思思考。他们喜喜欢使用种类类繁多却不太太精密的技术术来研究细胞胞和器官内的的复杂现象。。他们喜欢神神秘和复杂，，当揭去面纱纱，显露出分分子本质时，，他们中有些些人则会感到到失望”。——Kornberg,Chemistry&Biology,1996,3,3-53520世纪化学学并未获得社社会应有的认认同报刊上提及20世纪发明明的六大技术术——应为七七大技术！信息技术（无无线电、半导导体、芯片、、集成电路、、计算机、通通讯和网络））生物技术（基基因重组、克克隆和生物芯芯片）核科学和核武武器技术航空航天和导导弹技术激光技术纳米技术化学合成技术术（新药物、、新材料、高高分子、化学学和农药）化学家缺少品品牌意识，没没有在社会上上树立化学的的美好品牌，，甚至化学成为为有毒、有害害、高污染的的代名词！化学家太谦虚虚!上述六大技术术如果缺少一一两个，人类类照样生存。。但如没有发发明合成氨、、合成尿素和和第一、第二二、第三代新新农药的技术术，世界粮食食产量至少要要减半，60亿人口中得得30亿就会会饿死。没有有发明合成橡橡胶、合成塑塑料的技术，，人类生活要要受到很大的的影响。36从人类对七七大技术发发明的需要要迫切性来来排序：化学合成和和分离技术术；信息技技术；生物物技术；航航空航天技技术；核技技术；纳米米技术；激激光技术按20世纪纪的七大技技术发明衍衍生的产业业规模及其其对世界经经济的影响响来排序：：信息产业；；化学合成成；航天航航空技术；；核技术；；生物技术术；纳米技技术；激光光技术按人类需要要的迫切性性和其衍生生的产业规规模排序20世纪和和21世界界上半叶理理应称为是是信息和化化学合成时时代，21世界下半半叶才能成成为生物技技术时代！！37未来化学所所面临的重重大挑战环境问题人口控制与与健康食品问题资源与可持持续发展321世世纪化学学学科的发展展趋势38（1）化学学的第一根根本规律——化学反应理理论和定律律建立精确有有效而又普普遍适用的的化学反应应的含时多多体量子理理论和统计计理论。（2）化学学的第二根根本规律——分子结构及及其性能的的定量关系系分子和分子子间的非共共价键的相相互作用的的本质和规规律；超分分子结构的的类型，生生成和调控控的规律；；给体--受体作用用原理；进进一步完善善原子价和和化学键理理论，特别别是无机化化学中的共共价问题；；生物大分分子的一级级结构如何何决定高级级结构？高高级结构又又如何决定定生物和生生理活性？？……。（3）活分分子运动的的基本规律律充分认识和和彻底了解解人类和生生物体内分分子的运动动规律。如如在地球元素素的生态循循环中，植植物界做了了两件伟大大的事：光光合作用———活分子子催化剂叶叶绿素是怎怎样作用的的？生物固固氮——豆豆科植物的的根瘤菌能能打开非常常稳定的氮氮分子中的的化学键，，生成含氮氮小分子，，再进一步步合成蛋（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3921世纪物物理学提出出了五大理理论难题（1）4种种作用力场场的统一问问题，相对对论和量子子力学的统统一问题。。（2）对称称性破缺问问题。（3）占宇宇宙总质量量90%的的暗物质是是什么的问问题。（4）黑洞洞和类星体体问题。（5）夸克克禁闭问题题等。21世纪的的生物学也也有重大难难题和奋斗斗目标：（1）后基基因组学和和人类疾病病的消除。。（2）蛋白白质组学。。（3）脑科科学。（4）生物物如何进化化？生命如如何起源等等。21世纪物物理学和生生物学的难难题40321世世纪化学学学科的发展展趋势3.1人人类社会会的发展对对化学的需需求(1)化学学仍是解决决食物和健健康问题的的主要学科科之一化学将支撑撑生物学在在提供优良良品种，提提供转基因因生物等化学将在设计、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)化学学在能源和和资源的合合理开发和和高效安全全利用起关关键作用要研究高效效洁净的转转化技术和和控制低品品位燃料的的化学反应应（保护环环境，降低低成本）开发新能源源，太阳能能以及高效效洁净的化化学电源与与燃料电池池等将成为为21世纪纪的重要能能源要研究重要要矿产资源源（如稀土土）的分离离和深加工工技术以及及利用41(3)化学学将继续推推动材料科科学发展末来化学不不仅要设计计和合成分分子而且要要把这些分分子组装、、构筑成有有特定功能能的材料，，从超导体体到催化剂剂、药物控控释载体、、纳米材料料都要从分分子以上层层次研究材材料的结构构20世纪化化学模拟酶酶的活性中中心已取得得进展，未未来将会在在可用于生生产、生活活和医疗的的模拟酶的的研究方面面有突破21世纪电电子技术将将向更快、、更小、功功能更强的的方向发展展，目前大大家正在致致力于量子子计算机、、生物计算算机、分子子器件、生生物芯片等等新技术，，标志着分分子电子学学、分子信信息技术的的到来，需需要设计、、合成各种种物质和材材料.(4)化学学仍是提高高人类生存存质量和生生存安全的的有效保障障通过研究各各种物质和和能的生物物效应（正正面和负面面）的化学学基础特别别是搞清两两面性的本本质，找出出最佳利用用方案研究开发对对环境无害害的化学品品和生活用用品，研究究对环境无无害的生产产方式，这这两方面是是绿色化学学的主要内内容研究大环环境和小小环境（（如室内内环境））中不利利因素的的产生、、转化和和与人体体的相互互作用，，提出优优化环境境洁净生生活空间间的途径径从分子水水平了解解病理过过程，提提出预警警生物标标志物的的检测方方法，建建议预防防途径，，预防疾疾病423.2化化学的的基础研研究方法法的发展展(1)微微观与宏宏观相结结合非平衡态态热力学学(普里高高津，1977年诺贝贝尔化学学奖)的的贡献是是教给化化学家一一把开启启从分子子层次洞洞察生命命过程的的钥匙。。迄今还还需要更更好的理理论和方方法描述述实际开放放系统(生物体体、河流流、大气气等)的的时--空动态态变化。。预期未未来微观与宏宏观将会会更深入入更广泛泛的结合合。(2)静静态与动动态(过过程)相相结合停流技术术的发展展才使人人们有可可能研究究快速反反应过程程。交叉叉分子束束实验技技术的建建立使微微观反应应动力学学有了重重大突破破。近年年来单分分子操作作能够用用来观察察分子的的动态过过程，计计算机能能够模拟拟分子间间相互作作用的过过程。321世纪化化学学科科的发展展趋势43(3)多多学科的的综合未来化学学研究模模式将体体现在如如下几个个方面：：从实际际问题中中抽出化化学基本本问题来来研究；；吸收其其他学科科的新理理论和新新结果，，孕育化化学生长长点；与与其他学学科融合合，开拓拓化学新新领域；；把握动动向和时时机，提提出新的的思路和和新的研研究方向向；重视视化学学学科自身身发展与与整体科科学技术术的发展展相结合合。321世纪化化学学科科的发展展趋势443.3化化学学学科一些些可能的的发展方方向运用现代代实验方方法和理理论计算算及模拟拟手段，，探索和和阐明化化学键的的断裂和和形成之之基本规规律，揭揭示物质质形成于于转化的的内在规规律。以绿色化化学为目目标，发发展分子子物质(材料)合成的的新概念念、新反反应、新新试剂和和新方法法，使化化学学科科更好地地服务于于社会的的可持续续性发展展。发展新型型分子物物质(材材料)合合成与制制备的催催化体系系，特别别重视不不对称催催化，提提高合成成与制备备反应的的效率和和选择性性，为分分子物质质(材料料)合成成与