化学发展前沿讲义

1、有机化学发展前沿与新挑战,主讲教师:,学 院：理工学院,年暑期实践课培训,时 间: 2015-7,目 录,1 什么是化学,实验,物质的组成、结构,性质,变化规律与应用,化学基础分支,碳化合物的化学，是研究有机化合物的组成、结构、性质、制备方法与应用的科学。,有机化学的应用,2 有机化学的发展史,2.1 1719世纪,德国-维勒（18001882） 1828年：合成了尿素，打破了有机物的“生命力说”。,瑞典-贝采里乌斯 （17791848） 19世纪初，提出“有机化学”和“有机化合物”。,德国-李比希（18031973） 1830年：创立有机化合物的定量分析方法。,德国-葛霉林（17881853） 1848年：对有机化学提出了新的定义，即现在所用的定义：碳化合物化学就是有机化学。,1874年，提出饱和碳原子的四个价指向以碳为中心的四面体的四个顶点，开创了有机化合物的立体化学。,德国-凯库勒（1829 1896） 1865年，年出绝大多数有机化合物中碳为四价，在此基础上发展了有机化合物结构学说。,法国-勒贝尔（18471930）,荷兰-范特霍夫（18521911）,2.2 20世纪有机化学

2、发展,2.2.1 理论,有机分析更加高效、准确,2.2.2 测定方法,IR,UV,NMR,逆推法合成设计思想,提高了新化合物的诞生速度,2.2.3 合成设计方法,1965年9月，我国上海科学家人工合成牛胰岛素成功。这是世界上第一个合成的结晶蛋白质，具有生物活性（与天然胰岛素相同）。,2.2.4 新成果举例,牛胰岛素结晶,牛胰岛素结构模型,结晶牛胰岛素,从1968年起，我国科学工作者开始人工合成酵母丙氨酸转移核糖核酸的研究。 1981年11月20日完成了最后的合成 。,B12的合成：经过11年， 1976年通过90多步反应，100多名世界上著名化学家参与合成成功。,维生素B12结构式,3. 21世纪有机化学的挑战与发展方向,3.1 近5年诺贝尔化学奖简介,诺贝尔奖，是以瑞典著名的化学家、硝化甘油炸药的发明人阿尔弗雷德贝恩哈德诺贝尔的部分遗产（3100万瑞典克朗）作为基金创立的。设物理、化学、生理或医学、文学、和平五个奖项，以基金每年的利息或投资收益授予前一年世界上在这些领域对人类作出重大贡献的人，诺贝尔奖包括金质奖章、证书和奖金。1968年，瑞典国家银行增设“瑞典国家银行纪念诺贝尔经济科

3、学奖”，1969年首次颁发，人们习惯上称这个额外的奖项为“诺贝尔经济学奖”。,诺贝尔,诺贝尔化学奖章,2009年，美以三科学家因“对核糖体结构和功能的研究”而获奖。这三位科学家为美国的Venkatraman Ramakrishnan、Thomas A. Steitz及以色列的Ada E. Yonath。,2010年，美国与日本三位科学家理查德海克（Richard F. Heck），根岸英一（Ei-ichi Negishi）及铃木章（Akira Suzuki）分享该奖。获奖理由是“有机合成中钯催化交叉偶联”研究。,2011年，以色列科学家Daniel Shechtman获奖，获奖理由是“发现准晶体”。,2012年，两位美国科学家罗伯特莱夫科维茨（Robert J. Lefkowitz）和布莱恩克比尔卡（Brian K. Kobilka）因“G蛋白偶联受体研究”获奖。,2013年，马丁卡普拉斯(Martin Karplus)，迈克尔莱维特(Michael Levitt)和亚利耶瓦谢尔(Arieh Warshel)，奖励他们在“发展复杂化学体系多尺度模型”方面所做的贡献。,2014年，美国及

4、德国三位科学家Eric Betzig、Stefan W. Hell和William E. Moerner获奖。获奖理由是“研制出超分辨率荧光显微镜”。,从20092014年诺贝尔化学奖获得者的成果可以看出，与DNA、蛋白质等生命体成分相关物质的结构、功能及合成等的研究已成为本世纪研究的热点与重点；进一步研发新型催化剂，探索物质结构等研究的理论依据或技术模型等，依然是科学界具有旺盛生命力的课题。其之所以如此，主要是由于生命大分子等的种类千差万别，并不是单纯的某个国家、某个课题组独立就能够完成的，也不是一朝一夕就能取得成果。研究物质结构、功能、作用机理等可以为人类解决一系列疑难问题或新的挑战提供理论与实践的技术支持及保障。,1）利用计算机设计重要的目标分子以及合成它们的有效途径。,2）发明更轻、更耐用、价格更低廉和可循环利用的材料。,3）认识酶具有高效活性的原因，设计可与最好的酶相媲美的， 并利用它们合成及生产重要的材料。,3.2 有机化学的新挑战与发展方向,5）合成可以自组装成有序体系并具备重要功能的新物质。发展清洁燃料以及将煤转化为清洁燃料的技术。,4）合成一些像肌肉等生理体系一样具有

5、刺激响应性的材料。,6）透彻认识生命的化学本质，包括大脑和记忆的化学本质。 7）开发并生产治疗各种重大疾病的特效药物，了解个体基因差异对特定药物 的不同反应，能够更好地将药物送到身体指定部位。 8）发明不会长期存留、专一性更强的农用化学品，开发安全的食品添加剂。,了解有机化学的发展史，知道任何一门科学或科技的突破与进步并不是一朝一夕的的功夫；了解有机化学的发展现状与人类面临的挑战，把握有机化学发展的方向或者人类迫切需要通过有机化学解决的问题。以点带面，间接了解整个化学学科的发展前沿。,小结,延伸一 最有影响力的化学类杂志,创办人：约翰迈克尔斯、 托马斯爱迪生、 亚历山大格拉汉姆贝尔 创办时间：1880 出版单位：美国科学促进会（AAAS） 影响因子：33.611（2014）,科学（science）杂志简介,创办人：约瑟夫诺尔曼洛克耶 创办时间：1869 出版单位：英国自然出版集团 期刊内容：发表来自很多科学领域的一手研究论文的杂志 影响因子：41.456（2014）,英国自然杂志（nature）简介,创办单位：美国化学会 创办时间：1924 期刊内容：某一领域内综合性的批判性的评论，非原创研究 影响因子：46.568（2014）,化学评论（ chemical reviews ）简介,延伸二 有机合成研究的基本步骤,A,M,B,1）辨识目标化合物西达本胺的基本结构骨架，尽可能划分为容易合成的片段。,2）查阅研究现状、现有合成路线与方案等，评述各个路线及方案的优缺点。,合成路线1,3）根据实验室当下条件，拟定合成路线。参考活性片段数据库及计算化学等，准备好相关原料、试剂及仪器，探索各步反应在本实验室中的实际合成条件与方案。,4）多次试验，检测每步产物的结构，优化合成条件与方案，选出每步合成中投料简单、反应条件容易、后处理简便、产率或收率较高的方案。,5）适当放大量反应，合成足够量的中间产物、目标产物，并进行生物活性测试、病理、毒理等的研究。,6）根据生物活性测试的结果，调整引入的活性片段，合成并筛选出生物活性高的目标产物。,3-吡啶甲醛,丙二酸,4-氟-2,3-苯二胺,高生物活性化合物,生物活性测试,对酰氨甲基苯甲酰胺类,小结,设计思路,不足之处，请多 指导为谢,

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