高等無(wú)機(jī)化學(xué)

1、高等無(wú)機(jī)化學(xué),碩士研究生學(xué)位課,任課教師：楊文勝北京化工大學(xué)理學(xué)院2010年秋,教學(xué)參考書(shū),,《高等無(wú)機(jī)化學(xué)》 陳慧蘭 主編 高等教育出版社, 2005,教學(xué)參考書(shū),,《高等無(wú)機(jī)結(jié)構(gòu)化學(xué)》 麥松威 等 主編 北京大學(xué)出版社, 2001,《無(wú)機(jī)化學(xué)》申泮文 主編化學(xué)工業(yè)出版社, 2002,教學(xué)參考書(shū),,,了解無(wú)機(jī)化學(xué)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 了解無(wú)機(jī)化學(xué)的前沿領(lǐng)域及趨勢(shì) 了解本課程教學(xué)安排及具體要求,目標(biāo)&要

2、求,,一、無(wú)機(jī)化學(xué)的沿革與復(fù)興二、無(wú)機(jī)化學(xué)的現(xiàn)狀及趨勢(shì)三、現(xiàn)代無(wú)機(jī)化學(xué)發(fā)展特點(diǎn)四、本課程內(nèi)容及具體要求,第一節(jié) 無(wú)機(jī)化學(xué)的沿革與復(fù)興,,人類出現(xiàn) ～ 無(wú)機(jī)化學(xué)：礦物和無(wú)機(jī)物,唐代,明代,清代,第一節(jié) 無(wú)機(jī)化學(xué)的沿革與復(fù)興,,1828年：有機(jī)化學(xué) 1828年武勒由氰酸銨制得尿素，動(dòng)搖了有機(jī)物只是生命體產(chǎn)物的觀點(diǎn)，有機(jī)化學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。,第一節(jié) 無(wú)機(jī)化學(xué)的沿革與復(fù)興,,1887年：物理化學(xué)

3、 為研究能掌握無(wú)機(jī)物和有機(jī)物的性質(zhì)和反應(yīng)的一般規(guī)律, 產(chǎn)生了新的化學(xué)分支──物理化學(xué)。 (物理化學(xué)通常是以1887年德國(guó)出版«物理化學(xué)學(xué)報(bào)»雜志為其標(biāo)志),第一節(jié) 無(wú)機(jī)化學(xué)的沿革與復(fù)興,,1800～ 1900：無(wú)機(jī)化學(xué)的建立和發(fā)展的時(shí)期在這個(gè)時(shí)期無(wú)機(jī)化學(xué)家的貢獻(xiàn)是: 發(fā)現(xiàn)新元素 合成已知元素的新化合物 確立了原子量的氧單位 門捷列夫提出了元素周期表 維爾納提出了

4、配位學(xué)說(shuō),第一節(jié) 無(wú)機(jī)化學(xué)的沿革與復(fù)興,,1900 ~ 二次世界大戰(zhàn)：無(wú)機(jī)化學(xué)蕭條時(shí)期 突飛猛進(jìn)的有機(jī)化學(xué)相比, 無(wú)機(jī)化學(xué)進(jìn)展緩慢。無(wú)重大的發(fā)現(xiàn)和建樹(shù), 缺乏全局性的工作。 當(dāng)時(shí)出版的無(wú)機(jī)化學(xué)教科書(shū), 幾乎都是無(wú)機(jī)化學(xué)的實(shí)驗(yàn)資料庫(kù), 是純粹描述性的無(wú)機(jī)化學(xué)。 在無(wú)機(jī)化學(xué)專業(yè)的教育和培養(yǎng)方面也很薄弱, 只在大學(xué)一年級(jí)開(kāi)設(shè)無(wú)機(jī)化學(xué), 缺乏必要的循環(huán), 也無(wú)再提高的機(jī)會(huì)。教師只能“存在、制備、性

5、質(zhì)、用途”千篇一律，學(xué)生學(xué)起來(lái)枯燥乏味，認(rèn)為“無(wú)機(jī)化學(xué)”就是“無(wú)理化學(xué)”，多不感到興趣，因而有志于無(wú)機(jī)化學(xué)的人是寥寥無(wú)幾。,第一節(jié) 無(wú)機(jī)化學(xué)的沿革與復(fù)興,,二次世界大戰(zhàn)及以后 ~ : 無(wú)機(jī)化學(xué)復(fù)興時(shí)期 美國(guó)曼哈頓工程(原子能計(jì)劃 ) 極大地催化了無(wú)機(jī)化學(xué)的發(fā)展，使無(wú)機(jī)化學(xué)進(jìn)入復(fù)興時(shí)期。 原子反應(yīng)堆 ? 新型無(wú)機(jī)材料 同位素工廠 ? 現(xiàn)代分析分離方法 粒子加速器 ? 超鈾元素的合成 無(wú)機(jī)化學(xué)理論：周期

6、律理論、原子分子結(jié)構(gòu)理論 配位化學(xué)理論、無(wú)機(jī)熱力學(xué)動(dòng)力學(xué)理論,第一節(jié) 無(wú)機(jī)化學(xué)的沿革與復(fù)興,,戰(zhàn)后和平時(shí)期，隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的飛躍發(fā)展, 無(wú)機(jī)化學(xué)不僅在原有的天地中迅速發(fā)展, 而且還不斷滲透到其他各種學(xué)科而產(chǎn)生了新的邊緣學(xué)科, 如: 有機(jī)金屬化合物化學(xué) 無(wú)機(jī)固體化學(xué) 物理無(wú)機(jī)化學(xué) 生物無(wú)機(jī)化學(xué)和無(wú)機(jī)生物化學(xué),第一節(jié) 無(wú)機(jī)化學(xué)的沿革與復(fù)興,,截止到2000

7、年，CA中登錄的無(wú)機(jī)化學(xué)物質(zhì)條目近3000萬(wàn)種，且以每年100萬(wàn)種的速度不斷增加。美國(guó)無(wú)機(jī)化學(xué)物質(zhì)的產(chǎn)值為4000億美元。 自戰(zhàn)后至今,無(wú)機(jī)化學(xué)已從停滯蕭條時(shí)期步入了一個(gè)“柳暗花明又一村”的黃金時(shí)期。,第二節(jié) 無(wú)機(jī)化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì),,無(wú)機(jī)化學(xué)發(fā)展趨勢(shì) 與材料科學(xué)和生命科學(xué)的交叉、融合是無(wú)機(jī)化學(xué)當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)。無(wú)機(jī)化學(xué)在合成和制備研究中，力求在發(fā)展新的合成方法及路線上下功夫；強(qiáng)調(diào)運(yùn)用分子設(shè)計(jì)和晶體工程

8、思想，推進(jìn)新型化合物的合成及物質(zhì)聚集狀態(tài)的研究；重視無(wú)機(jī)功能材料的復(fù)合、組裝與雜化；加強(qiáng)功能性無(wú)機(jī)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系研究，開(kāi)展介觀和微觀結(jié)構(gòu)的理論研究；無(wú)機(jī)化學(xué)與生命科學(xué)的交叉要進(jìn)一步深化研究的內(nèi)涵，突出無(wú)機(jī)物生物效應(yīng)的化學(xué)基礎(chǔ)研究；深化金屬生物大分子、無(wú)機(jī)仿生過(guò)程及分子以上層次生物無(wú)機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)研究。,－ 《國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目指南》,第二節(jié) 無(wú)機(jī)化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì),,l 現(xiàn)代無(wú)機(jī)合成l 配位化學(xué)l 有機(jī)金屬化學(xué)l 原子簇化學(xué)

9、l 超分子化學(xué)l 生物無(wú)機(jī)化學(xué)l 稀土元素化學(xué)l 無(wú)機(jī)固體化學(xué)l 核化學(xué)和放射化學(xué),第二節(jié) 無(wú)機(jī)化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì),,2.1 現(xiàn)代無(wú)機(jī)合成化學(xué),無(wú)機(jī)化合物種類甚多，合成方法差別極大，無(wú)機(jī)合成化學(xué)中未開(kāi)拓的領(lǐng)域很多。發(fā)現(xiàn)一種新合成方法或一種新型結(jié)構(gòu)，將就有一系列新的無(wú)機(jī)化合物出現(xiàn)。因此無(wú)機(jī)合成化學(xué)是無(wú)機(jī)化學(xué)的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域之一。 當(dāng)前無(wú)機(jī)合成化學(xué)的研究重點(diǎn)是發(fā)展新合成反應(yīng)、新合成路線和方法、新制備技術(shù)及相關(guān)反

10、應(yīng)機(jī)理的研究。,第二節(jié) 無(wú)機(jī)化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì),,2.2 配位化學(xué),配位化合物種類龐大，約占無(wú)機(jī)化合物的75％以上，因此配位化學(xué)是無(wú)機(jī)化學(xué)研究中一個(gè)主要方向。 配位化學(xué)從上世紀(jì)60年代起與生命科學(xué)結(jié)合，成為生物無(wú)機(jī)化學(xué)產(chǎn)生的基礎(chǔ)。 配位化學(xué)與材料科學(xué)也形成了最緊密的結(jié)合。配合物的良好催化作用在有機(jī)合成、高分子合成中發(fā)揮了極大作用；在功能材料（如光、電、磁、超導(dǎo)、信息存儲(chǔ)等）領(lǐng)域也展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。,第

11、二節(jié) 無(wú)機(jī)化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì),,2.3 有機(jī)金屬化學(xué),有機(jī)金屬化學(xué)研究金屬與有機(jī)基團(tuán)直接相鍵合的化合物，包括了為數(shù)眾多的一大類化合物，它是有機(jī)和無(wú)機(jī)化學(xué)相互滲透的邊緣領(lǐng)域，同時(shí)又是無(wú)機(jī)化學(xué)極其活躍的新興領(lǐng)域之一。 有機(jī)金屬化合物在催化材料、非線性光學(xué)材料、半導(dǎo)體材料、液晶材料、抗腫瘤藥物等方面展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。,第二節(jié) 無(wú)機(jī)化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì),,2.4 原子簇化學(xué),原子簇化合物的發(fā)現(xiàn)逐漸形成了一門新興的化學(xué)分

12、支學(xué)科——原子簇化學(xué)。 原子簇化合物的基本類型有：硼烷及硼烷陰離子、金屬原子簇、 富勒烯及其衍生物。 20世紀(jì)70年代后由于化學(xué)模擬生物固氮、金屬原子簇化合物的催化功能、生物金屬原子簇、超導(dǎo)及新型材料等方面的研究需要，促使（金屬）原子簇化學(xué)快速發(fā)展。,第二節(jié) 無(wú)機(jī)化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì),,第二節(jié) 無(wú)機(jī)化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì),,2.5 超分子化學(xué),超分子化學(xué)：就是“超越分子概念的化學(xué)”，它是指兩個(gè)以上的分子以

13、分子間作用力所形成的有序聚集體的化學(xué)。 超分子化學(xué)是近年來(lái)在一些交叉學(xué)科中產(chǎn)生的邊緣學(xué)科，從分子化學(xué)到超分子化學(xué)標(biāo)志著化學(xué)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的歷史階段。,分子化學(xué)和超分子化學(xué)間及超分子化學(xué)與分子器件科學(xué)間的關(guān)系：,“分子”和“超分子”的鍵合作用明顯不同。 分子組裝和體現(xiàn)某種特定功能的分子器件和超分子器件是超分子化學(xué)的重要研究方向。,第二節(jié) 無(wú)機(jī)化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì),,2.5 超分子化學(xué),第二節(jié) 無(wú)機(jī)化

14、學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì),,2.6 生物無(wú)機(jī)化學(xué),生物無(wú)機(jī)化學(xué)是最近一二十年才迅速發(fā)展起來(lái)的一門無(wú)機(jī)化學(xué)與生物化學(xué)之間的邊緣學(xué)科。生物無(wú)機(jī)化學(xué)研究的范圍很廣，一方面，它應(yīng)用無(wú)機(jī)化學(xué)（特別是配位化學(xué)）的理論原理和實(shí)驗(yàn)方法研究生物體中無(wú)機(jī)金屬離子的形態(tài)和功能，闡明金屬離子和生物大分子形成的配合物的結(jié)構(gòu)與生物功能的關(guān)系；另一方面，又要研究如何應(yīng)用上述原理和規(guī)律為人類服務(wù)，特別是為人類的健康服務(wù)。,第二節(jié) 無(wú)機(jī)化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì),,2.6 生物無(wú)

15、機(jī)化學(xué),研究金屬離子在生命體中的生理生化行為，是目前十分重要的研究領(lǐng)域。如：血紅素，細(xì)胞色素，葉綠素，維生素，鐵蛋白，鉬鐵蛋白，鋅蛋白，硒蛋白，鈣調(diào)蛋白及幾十種重要的金屬酶的結(jié)構(gòu)與存在形式，生理生化功能，毒副作用等。,高自旋亞鐵脫氧 低自旋正鐵氧合 Fe-N 218pm Fe-N 201pm,血紅蛋白血紅素,第二節(jié) 無(wú)機(jī)化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì),,2.6 生物無(wú)機(jī)化學(xué),應(yīng)用研究方面：抗癌藥物（順鉑）

16、，稀土放療，艾茲?。s多酸），營(yíng)養(yǎng)滋補(bǔ)品（各類補(bǔ)鈣、鐵、鋅、鍺、硒制劑）。生物無(wú)機(jī)化學(xué)是配位化學(xué)、生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)、營(yíng)養(yǎng)化學(xué)、環(huán)境科學(xué)等學(xué)科相互滲透互相融合的產(chǎn)物。,第二節(jié) 無(wú)機(jī)化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì),,2.7 稀土元素化學(xué),稀土是中國(guó)的豐產(chǎn)元素，世界稀土資源的 80％在中國(guó)。 稀土在光、電、磁、催化等方面具有獨(dú)特的功能。如:含稀土的分子篩在石油催化裂化中可使汽油產(chǎn)率大大提高；硫氧釔銪在電子轟擊下產(chǎn)生鮮艷的紅色熒光，可使

17、彩電的亮度提高1倍；稀土永磁材料用于電機(jī)制造，可縮小體積，做到微型化和高效化；在高溫超導(dǎo)材料中也缺不了稀土元素。,第二節(jié) 無(wú)機(jī)化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì),,2.8 無(wú)機(jī)固體化學(xué),無(wú)機(jī)固體化學(xué)是研究固體物質(zhì)(包括材料)的制備、組成結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的科學(xué)。是一門涉及物理、化學(xué)、晶體學(xué)和多種技術(shù)學(xué)科的邊緣學(xué)科。 無(wú)機(jī)固體材料是當(dāng)今社會(huì)的三大支柱－材料、能源、信息的基礎(chǔ)。無(wú)機(jī)固體化學(xué)與無(wú)機(jī)固體材料密切相關(guān)，是無(wú)機(jī)固體材料研究開(kāi)發(fā)的理論基

18、礎(chǔ)。,第二節(jié) 無(wú)機(jī)化學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì),,2.9 核化學(xué)和放射化學(xué),20世紀(jì)上半葉，從發(fā)現(xiàn)放射性元素、核裂變、人工放射性，到核反應(yīng)堆的建立，核爆炸的毀滅性破壞等，核化學(xué)和放射化學(xué)一直是十分活躍和開(kāi)創(chuàng)性的前沿領(lǐng)域。 到后半個(gè)世紀(jì)，放射性同位素和核技術(shù)在分析化學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、醫(yī)學(xué)等方面緊密結(jié)合，使其應(yīng)用和交叉研究蓬勃發(fā)展起來(lái)。,第三節(jié) 現(xiàn)代無(wú)機(jī)化學(xué)發(fā)展特點(diǎn),,l 從宏觀到微觀l 從定性描述到定量化方向發(fā)展l

19、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)（過(guò)程）相結(jié)合l 既分化又綜合，出現(xiàn)許多邊緣學(xué)科,第三節(jié) 現(xiàn)代無(wú)機(jī)化學(xué)發(fā)展特點(diǎn),,3.1 從宏觀到微觀,20世紀(jì)的無(wú)機(jī)化學(xué)進(jìn)入到物質(zhì)內(nèi)部深層次的研究階段，也即進(jìn)入了微觀水平的研究階段。人們現(xiàn)在不只研究無(wú)機(jī)化合物的宏觀性質(zhì)，而且更重視物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)的研究，即原子、分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)特別是原子、分子中電子的行為和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的研究，從而建立了以現(xiàn)代化學(xué)鍵理論為基礎(chǔ)的化學(xué)結(jié)構(gòu)理論體系。,第三節(jié) 現(xiàn)代無(wú)機(jī)化學(xué)發(fā)展特點(diǎn),,3.1 從宏觀到微

20、觀,與此要求相適應(yīng)，現(xiàn)代的許多新的研究方法，例如光譜學(xué)的、能譜學(xué)的、磁學(xué)的以及射線晶體學(xué)的方法也都是在分子水平上進(jìn)行研究工作的。現(xiàn)代無(wú)機(jī)化學(xué)不再是“無(wú)理”化學(xué)，而是既有翔實(shí)的實(shí)驗(yàn)資料又有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)的完全的科學(xué)。,第三節(jié) 現(xiàn)代無(wú)機(jī)化學(xué)發(fā)展特點(diǎn),,3.2 從定性描述到定量化方向發(fā)展,現(xiàn)代無(wú)機(jī)化學(xué)尤其是理論無(wú)機(jī)化學(xué)和結(jié)構(gòu)無(wú)機(jī)化學(xué)，已普遍應(yīng)用線性代數(shù)、群論、矢量分析、拓?fù)鋵W(xué)、數(shù)學(xué)物理等現(xiàn)代的數(shù)學(xué)理論和方法，并且應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，

21、對(duì)許多反映結(jié)構(gòu)信息及物理化學(xué)性能的物理量進(jìn)行數(shù)學(xué)處理。這種數(shù)學(xué)計(jì)算又與高靈敏度、高精確度和多功能的定量實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法相結(jié)合，使對(duì)無(wú)機(jī)化合物性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的研究達(dá)到了精確定量的水平。,第三節(jié) 現(xiàn)代無(wú)機(jī)化學(xué)發(fā)展特點(diǎn),,3.3 靜態(tài)與動(dòng)態(tài)（過(guò)程）相結(jié)合,合成－結(jié)構(gòu)表征和測(cè)定的研究模式屬于靜態(tài)結(jié)構(gòu)研究模式，為人們留下一大批新的化學(xué)物質(zhì)的資料，是化學(xué)界的重要財(cái)富。 化學(xué)作為研究物質(zhì)化學(xué)變化的科學(xué)，也重視化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的研究，但由于方法和

22、思路的限制，化學(xué)反應(yīng)歷程的早期研究?jī)H限于小分子參與的宏觀動(dòng)力學(xué)研究，且只能研究速率較慢的簡(jiǎn)單反應(yīng)。 停留技術(shù)及各種快速檢測(cè)和收集數(shù)據(jù)的手段才使人們有可能研究快速反應(yīng)過(guò)程。近年來(lái)把微觀概念引進(jìn)反應(yīng)過(guò)程研究的微觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)有了重大突破。形成現(xiàn)代化學(xué)的一個(gè)熱點(diǎn)。,第三節(jié) 現(xiàn)代無(wú)機(jī)化學(xué)發(fā)展特點(diǎn),,3.4 既分化又綜合，出現(xiàn)許多邊緣學(xué)科,20世紀(jì)的無(wú)機(jī)化學(xué)一方面是加速分化，另一方面卻又是各分支學(xué)科之間的相互綜合、相互滲透，形成了

23、許多新興的邊緣學(xué)科。如： 無(wú)機(jī)化學(xué) ＋ 有機(jī)化學(xué) ＝ 有機(jī)金屬化合物化學(xué) 生物化學(xué) ＋ 無(wú)機(jī)化學(xué)（配位化學(xué)） ＝ 生物無(wú)機(jī)化學(xué) 固體物理 ＋ 無(wú)機(jī)化學(xué) ＝ 無(wú)機(jī)固體化學(xué) 無(wú)機(jī)化學(xué) ＋ 高分子化學(xué) ＝ 無(wú)機(jī)高分子化學(xué),現(xiàn)代無(wú)機(jī)化學(xué)既有理論又有事實(shí),它把最新的量子力學(xué)成就作為自己闡述元素和化合物性質(zhì)的理論基礎(chǔ), 也力圖用熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)的知識(shí)去揭示無(wú)機(jī)反應(yīng)的方向和歷程。無(wú)機(jī)化學(xué)家

24、不是單純地提供實(shí)驗(yàn)結(jié)果而是也在不遺余力地進(jìn)行理論探索。他們擅長(zhǎng)于實(shí)驗(yàn)合成，也勝任于對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)作出理論說(shuō)明。無(wú)機(jī)化學(xué)涉獵的范圍很寬,周期表中的100多種元素以及除烴和烴衍生物以外的所有化合物都是無(wú)機(jī)化學(xué)的研究對(duì)象。因此無(wú)機(jī)化學(xué)的研究任務(wù)異常繁重, 但同時(shí)也說(shuō)明:無(wú)機(jī)化學(xué)是一門豐富多彩具有無(wú)限發(fā)展前途的學(xué)科。,小 結(jié),第四節(jié) 本課程內(nèi)容及具體要求,,4.1 課程主要內(nèi)容,《高等無(wú)機(jī)化學(xué)》課程報(bào)告,內(nèi)容：無(wú)機(jī)化學(xué)前沿領(lǐng)域研究進(jìn)展

25、 (參考2009年及以后相關(guān)領(lǐng)域Top文獻(xiàn)1~2篇)要求：準(zhǔn)備PPT，報(bào)告時(shí)間10分鐘以內(nèi) 1~3人一組時(shí)間：每章內(nèi)容結(jié)束后,第四節(jié) 本課程內(nèi)容及具體要求,,4.2 課程具體要求,化學(xué)類,材料類,《高等無(wú)機(jī)化學(xué)》課程論文,內(nèi)容：無(wú)機(jī)化學(xué)前沿領(lǐng)域研究進(jìn)展要求：從研究生院網(wǎng)站上下載課程論文封面 將PPT以講稿形式每6頁(yè)打印在一張紙上時(shí)間：做報(bào)告時(shí)交PPT