有机化学的回顾与展望邱峰TS13040103.docx

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1、物理有机化学的现状及回顾与展望邱峰中国矿业大学化学工程学院摘要：21世纪物理有机化学在各个学科领域人十分重要，数十年来在很多领域作为基础学科在深度和广度两方面皆有很大的进步。近年来物理有机化学的研究对象正渐渐地从传统的简单有机化学反应和纯理论转向具有潜在应用价值的研究，因此物理有机化学呈现与涌现的新兴边缘学科相互渗透的趋势，这为现代物理有机化学的新发展、新突破创造了前所未有的机遇，赋予了现代物理有机化学新的生命力。本文对21世纪物理有机化学的形成与发展做了简短回顾，对有机化学在太阳能敏化染料电池方面的应用做一些探讨。关键词：物理有机化学；回顾与展望；现状；光化

2、学物理有机化学起源于20世纪初，在20世纪经历了不同的发展阶段，但大多以理论研究为主，其在21世纪的发展发展则更侧重于与其他学科的交叉渗透。物理有机化学以讨论有机化合物结构与性能之间关系的基础知识作为主题，综合运用分子轨道理论、电子理论、量子化学理论以及共振论。最初被定义为“用定量的和数学的方法研究有机化学现象的一门学科”，它是由物理化学和有机化学相结合而发展起来的一门边缘学科，它用物理化学的方法研究有机物的结构和反应机理。20世纪科学技术的巨大进步为物理有机化学的研究不断地提供了新理论、新方法、新手段和新的研究钡域，使物理有机化学在20世纪得到了快速发展。一

3、20世纪物理有机化学的发展史20世纪物理有机化学的发展经历了一个漫长的过程。从J.Stiegliz首次发表关于碳阳离子的文章到卡宾中间体的发现，再到1914年W.Schlenk和E.Marcus发现带阴电荷的中间体，人们开始了对物理有机化学的探索。随着中间体的研究的深入，人们开始着手研究涉及中间体的反应机理，并对影响结构一活性关系的关键因素如立体化学、空间效应、取代基电子效应等有了初步的认识。30年代开始物理有机化学有了很快的发展，并将有机反应机理应用于分析生物化学过程，开创了高聚物化学。1952年，由于Wiinson和Woodward的智慧以及Fischer

4、的工作．使二茂铁的结构得以阐明。这是一个重要的转折点，由此带来了金属有机化学飞速的发展，大量的过渡金属元素有机物被合成出来并得到广泛的应用。由于金属有机化学的突出发展，在此后的20多年中有多位化学家因此获得诺贝尔奖。60年代以后，由于量子化学特别是分子轨道法用于研究有机结构和反应性，物理有机化学进入了一个新的研究阶段，对于有机结构的研究直接立足于微观结构，而不再是由宏观现象推测，研究手段由宏观观测向微观观测发展，研究方法由静态向动态发展。二21世纪物理有机化学的展望21世纪物理有机化学的展望反应中间体的活性决定了反应的活性和机理，因此在物理有机化学几十年的发展

5、历程中，对中间体的研究一直是极其重要的方面，自由基化学的研究对有机合成，生物化学反应机理，自旋标记，工业催化过程，特别是聚合作用等方面具有越来越重要的作用。对均相体系中自由基反应动力学和反应机理的研究已相当成功，但对非均相体系中自由基化学的研究才刚刚起步。尤其对一些不可再生的非均相体系如细胞、组织、生物体的自由基化学研究具有特别重要的意义。应用新的仪器和方法研究自由基反应动力学，为最复杂的非均相体系建立理论模型。自由基化学与对流层化学、大气光化学相互交叉渗透，必将加深人类对地球大气环境的认识对其它不常见的不稳定体系如激发态分子体系、反芳香分子体系等的研究也具有

6、重要的理论意义和潜在的应用价值。但理论的研究最终要通过应用才得以体现价值，近年来物理有机化学的研究对象正渐渐地从传统的简单有机化学反应和纯理论转向具有潜在应用价值的研究，因此物理有机化学呈现与涌现的新兴边缘学科相互渗透的趋势。2.1向生命科学渗透，用物理有机化学的理论和方法研究生命过程　　2.1.1直接对生物大分子进行物理有机化学研究　　Fersht在大会报告中提出了物理有机分子生物学的概念，他将物理有机化学的动力学和核磁共振方法用于蛋白质工程研究，确定了一些突变体蛋白酶折迭结构的中间体。Green将单克隆抗体联结到蛋白质上，研究了它对蛋白质水解反应的催化作用

7、。Minsky研究了多种化学抗癌药物对脱氧核糖核酸包装状态的影响，发现了药物毒性与它干扰脱氧核糖核酸包装状态的能力之间的关系。Axelsson通过测定11C/14C动力学同位素效应研究了β-酪氨酸酶和色氨酸酶的酶催化反应。　　2.1.2生物模拟化学　　Kluger介绍了以维生素B1二磷酸酯作为α-酮酸脱羧酶的模型化合物所作的详细动力学和机理研究，发现了非常新奇的加成一质子转移-裂解机理。Sakata介绍了在模拟光合作用研究中如何控制电子转移的方向和速率，他们合成了一系列噗啉-苯醌和噗啉-碳60氧化-还原对，详细研究了取代基、立体化学及连接给体和受体间的σ-键和

8、π-键对正向和反向电子转移速率的影响，