有机化学的发展前沿和研究热点

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20世纪的有机化学，从试验办法到基础理论都有了巨大的发展，显示出蓬勃进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。其中有些因具有特别功能而用于材料、能源、医药、生命科学、农业、养分、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须品。与此同时，人们也面向着自然 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应过程，有机化学将会得到更快速的进展。

有机化学的快速进展产生了不少分支学科，包括有机合成、金属有机、元素有机、自然 有机、物理有机、有机催化、有机分析、有机立体化学等。下面介绍其中的一部分分支学科，使我们了解有机化学的进展前沿和讨论热点。

（1）有机合成化学

这是有机化学中最重要的基础学科之一，它是制造新有机分子的主要手段和工具，发觉新反应、新试剂、新办法和新理论是有机合成的创新所在。1828年德国化学家维勒用无机物氰酸铵的热分解办法，胜利地制备了有机物尿素，揭开了有机合成的帷幕。100多年来，有机合成化学的进展十分快速。

有机合成进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别的反应功能。合成时可以设计和挑选不同的起始原料，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”。在化学文献中常常可以看到某一有机化合物的全合成同时有多个工作组的报导，而其合成办法和路线是不同的。那么如何去评价这些不同的全合成路线呢?对一个全合成路线的评价包括：起始原料是否相宜，步骤路线是否简短易行，总收率凹凸以及合成的挑选性凹凸等。这些对形成有工业前景的生产办法和工艺是至关重要的，也是现代有机合成的进展方向。

（2）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讨论领域之一，其中特殊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进展到一个新的水平。金属有机化学使人们熟悉到无机化学和有机化学交错产生的金属有机化学会产生如此巨大的活力和作用；同时还发觉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。因为金属有机化学的本身结构和功能的特别性，以及广泛的应用前景，它在21世纪将有更大的进展。

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办法有待进一步讨论和深化。如1849年就制得乙基锌〔Zn（C2H5）2〕，发觉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年月才进展到主族元素和过渡元素的金属有机化合物。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讨论领域。如茂金属催化剂，它是烯烃聚合反应的新型催化剂；现在又发觉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世纪将会发觉更多具有各种特别功能、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应中起着非常重要的作用。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。这些模拟酶的挑选性催化剂将在化学合成中展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。

（3）自然 有机化学

自然 有机化学是讨论来自自然界动植物的内源性有机化合物的化学。大自然制造的各种有机化合物使生物能生存在陆地、高山、海洋、冰雪之中。发掘和熟悉自然界的这一丰盛资源是世界进展和人类生存的需要，是有机化学主要讨论任务之一，也是熟悉世界的基础讨论。从事自然 产物化学讨论的目的是希翼发觉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，或是发觉有效成分的主结构作为先导化合物，进一步讨论其各种衍生物，从而进展成一类新药、新农药和植物生长调整剂等。对于自然界的自然 产物，有机化学家和药物化学家长久以来向来对它具有广泛的爱好，并从中已经获得了许多新药和先导化合物。

（4）物理有机化学

物理有机化学讨论有机分子结构与性能的关系，讨论有机化学反应机理及用理论计算化学的办法来理解、预见和发觉新的有机化学现象。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讨论，是希翼从试验数据中找到其内在的逻辑，并提高到理论化学的高度来理解和熟悉。

①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进展。如目前已有800兆核磁共振仪，更高级的已在研制中。某些新型的显微镜也正在进展之中，例如可以直接观看单个分子及其结构的显微术。这一领域的进展可能导致一系列生物大分子的发觉，并测定它们的一级结构以及二、三级结构，了解分子在空间的罗列以及分子-分子体系是如何组合的。这是物理有机化学讨论的基础工作，惟独了解清晰分子结构，才有可能联系其性能，讨论结构与性质的关系。

②反应机理随着对反应过渡态及反应活性中间体的讨论和确证，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。现有的讨论发展表明，对任何一个有机化学反应历程，终于必需搞清晰反应过程中原子和分子的碰撞及重组状况，不同反应步骤的速率及反应中能态和相关能量。因此在讨论有机反应机理中发觉新的反应机理是一个方面，而搞清晰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。

③分子间的弱互相作用分子间的弱互相作用打算参加反应的分子间的识别，因而打算反应的挑选性；它还打算分子间的聚拢方式。讨论分子间弱互相作用及其后果是非常重要的。

（5）生物有机化学

生物有机化学的主要讨论对象是核酸、蛋白质和多糖三种主要生物大分子及参加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。

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年来对核糖核酸的讨论发觉，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互相关系的熟悉。核酸讨论的深化进展，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互相关系，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辟了广大的前景。

全新蛋白质是蛋白质讨论中的一个新领域。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讨论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。目前多糖讨论侧重于分别、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化讨论。要深化讨论多糖结构和功能的关系，必需首先在将其分别、分析和合成办法上有所突破。

模拟酶的讨论。模拟酶的主客体分子间的互相识