世纪无机化学学科得动向和趋势教案.docx

世纪无机化学学科得动向和趋势教案世纪无机化学学科的动向和趋势现代无机合成现代无机合成化学首先要创造新型结构，寻求分子多样性；同时应注意发展新合成反应、新合成路线和方法、新制备技术及对与此相关的反应机理的研究 （1）注意复杂和特殊结构无机物的高难度合成，如团簇、层状化合物及其特定的多型体、各类层间的嵌插结构及多维结构的无机物 （2）研究特殊聚集态的合成，如超微粒、纳米态、微乳与胶束、无机膜、非晶态、玻璃态、陶瓷、单晶、晶须、微孔晶体等 （3）在极端条件下，如超高压、超高温、超高真空、超低温、强磁埸、激光、等离子体等，得到各种各样的新化合物、新物相和新物态 配位化学维尔纳创立的配位学说是化学历史中的重要里程碑 20世纪50年代开始成为最活跃的领域 从类型看：从简单配合物和螯合物发展到多核配合物、聚合配合物、大环配合物；从单一配体发展到混合配体配合物；从理论看：从研究配合物分子到研究由多个分子构筑成的配合物聚集体；微观研究产生了配位场理论，丰富了量子化学理论 发展前景的领域：一是从60年代起与生命科学结合，成为生物无机化学产生的基础；二是对具有特殊功能（如光、电、磁、超导、信息存储）配合物的研究。

原子簇化学1946年Brosset从结构研究中注意到了Mo6和Ta6的簇状结构存在 70年代后由于化学模拟生物固氮、金属原子簇化合物的催化功能、生物金属原子簇、超导及新型材料等方面的需要，促使其快速发展 从理论上研究其成键能力和结构规律，探求成簇机理有多种学说：Lipscomb硼烷三中心键模型，Sidgwick有效原子数规则，Wade多面体骨架成键电子对理论，Cotton金属金属多重键理论,Lauher金属原子簇的簇价轨道理论，张文卿的金属原子簇拓扑电子计算理论，唐庆的成键与非键轨道数的(9n-L)规则，卢嘉锡的类立方烷结构规则，徐光宪的nc结构和成键规则，张乾二的多面体分子轨道理论 但无完善理论固体无机化学（1）超导材料20世纪超导研究以物理学为主，但与室温超导材料的前景尚有很大距离（发展史见附） 21世纪室温超导化学必然发展，关键在于这些混合氧化物和超导机理至今尚未被科学家们认识和理解 人们不能解释混合氧化物超导体为什么离不开Cu、Ba、Y、Bi这些元素；不能解释它们的组成为什么和超导性有关；也不能解释电子在这类结构材料中的运动和超导性的关系。

（2）无机晶体材料非线性光学性质的无机晶体（附），闪烁晶体等具有特殊功能的无机的合成和生长是固体无机化学研究的一个生长点 稀土化学20世纪经过大量的研究工作，发现稀土在光、电、磁、催化等方面具有独特的功能 如含稀土的分子筛在石油催化裂化中可大大提高汽油产率；在高温超导材料中也缺少不了稀土元素；在农业生产中有增产粮食的作用；硫氧钇铕可使彩电的亮度提高一倍 21世纪有待获得单一稀土元素的快速简易的好方法；作为材料研究，在激光、发光、信息、永磁、超导、能源、催化、传感、生物领域将会作为主攻方向 生物无机化学生物无机化学酝酿于20世纪50年代，诞生于60年代 当Perutz因其对肌红蛋白和血红蛋白的结构和作用机理研究面获得1962年诺贝尔化学奖时生物无机化学开始萌芽 现形成三个分支（附20世纪的研究都是以认识含无机元素的生物功能分子的结构与功能关系为目的，大都采取分离出单一生物分子，测定人结构，研究有关反应机理以及结构与功能关系的研究模式 21世纪需解决的问题是：生物体对无机物的应答问题 共同的核心问题是从分子、细胞到整体三个层次回答构成药理、毒理作用的基本化学反应引起的生物事件，促使人们把生物无机化学提高到细胞层次，去研究细胞到整体和无机物作用时细胞内外发生的化学变化。

生物无机化学的应用无机金属与药物1965年美国Rosenberg在研究电场对大肠杆菌生长速度的影响时，发现含铂络合物抑制癌细胞的分裂有显著的疗效 现已证实多种顺铂Pt(NH3)Cl2及其一些类似物对子宫癌、肺癌、睾丸癌有明显疗效，发展见附 方向反义药物 最近发现含金化合物的代谢产物Au(CN)2-有抗病毒作用，且可以抑制NADPH氧化酶,从而阻断自由其链传递，有助于终止炎症反应，但不知其机理；最近发现三氧化二砷促进细胞凋亡；用钒化合物治疗糖尿病、用锌化合物预防治疗流感，都已成功在临床使用 人们处于无机药物的复兴时期 但其中的药理作用和化学问题尚须不断研究和进一步深入，这一领域在21世纪将成为医药研究的重要方向 核化学和放射化学20世纪上半叶，从发现放射性元素、核裂变、人工放射性，到核反应堆的建立，核爆炸的破坏，核电站和核武器的发展等，核化学和放射化学一直是十分活跃和开创性的前沿领域 （1）超重元素“稳定岛”能找到吗？(发现见附)可以设想1世纪重粒子加速器的流强增大，使产生超重元素的原子数目大增，再加上分离、探测仪器的改进，超重元素的化学研究将实现。

（2）核医学和放射性药物21世纪将在单电子断层扫描仪药物方面有新的突破；将会用放射性标记和专一性极强的“人抗人”单克隆抗体作为“生物导弹”定向杀死癌细胞；中枢神经系统显像将推动脑化学和脑科学的发展 （3）核分析技术将以其高灵敏度等优点向纵深发展 非金属化学20世纪非金属无机化学最突出的两个领域是稀有气体和硼烷化学（1）稀有气体发现史见附 至1995共合成了上百种含氙化合物（氧化物、氟氧化物、含氧酸盐），1963年又合成了KrF2 直到1995年才有了突破，芬兰赫尔辛基大学合成了一系列新型稀有气体化合物HXY,X=Xe,Kr,ArY=H,F,Cl,Br,I,CN,NC,SH.(包括首例氩化合物HArF的合成）HArF的合成为合成氖甚至氦的类似化合物带来了希望 最近又有报道，一个德国小组合成了稀有气体原子用作配体的第一例AuXe4Sb2F72，看来合成稀有气体的思路还要扩大 （2）硼烷化学发展史见附，由于硼烷具有丰富多彩的多面体结构，至今仍吸引中外许多理论化学家、结构化学家去进行结构与价键相互关系的研究，预料在这方面还会有新的进展 硼烷化学最有希望的领域是硼烷和碳硼烷的金属配合物的研究。

（3）富勒烯化学1985年美国斯摩利和英国克鲁托首次介绍巴基球C60，表现出许多奇特的功能、抗化学腐蚀，特别容易接受和放出电子 形成K3C60，在2550C下成为超导体，获1996年诺贝尔奖 1996年俄和英报道合成了C60F18，（压扁了的球碳，有望被开发为光子器件或光电器件 2000年德报道合成了C20，结构尚需证据证实 金属有机化合物由于金属有机化合物的本身结构和功能的特殊性，以及广泛的应用前景，特别是与有机催化联系在一起，成为20世纪最活跃的研究领域 并将在21世纪成为大有作为的一个学科，预期有更大的发展 见附（1）金属有机化合物的合成、结构和性能研究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，在21世纪将会有更多具有各种特殊功能的金属有机化合物被用作功能材料 （2）金属有机导向的有机反应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作用 （包括模拟酶的选择性催化剂）结束 5Word版本。