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[转贴]聚焦“十一五”化工科技发展
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聚焦“十一五”化工科技发展———《“十一五”化学工业科技发展纲要》要点 总体目标及重点任务 总体目标 《“十一五”化学工业科技发展纲要》从全面建设小康社会的全局出发，按照化工科技自身发展的特点和规律，以推进行业结构调整和技术升级、推进循环经济、提高行业竞争力为目标。 ———增强科技进步对化学工业发展的推动作用，科技贡献率达到60％，科技投入占销售收入比重达到1．5％，重点骨干企业达到5％，高新技术企业达到8％。 ———通过自主创新与引进技术的消化吸收，进一步突破30项制约行业发展的重大关键、共性技术，自行研制5～8套大型成套化工装备。到2010年，使行业的自主创新能力和国际竞争力有明显提高，使我国化工行业整体技术水平达到本世纪初国际先进水平。 ———经过科技开发和技术攻关，为满足国民经济各领域和人民生活的需要提供一批高性能、高附加值的新产品。精细化工产值率达到48％左右。 ———培育一支较强的行业科技队伍，努力整合科技资源和优化科技配置，加强技术创新服务体系建设，进一步完善行业技术创新体系。到2010年，初步形成以企业为主体，产、学、研有机结合的技术创新格局。 重点任务 《“十一五”化学工业科技发展纲要》以经济和社会发展对行业的需求为着眼点，把提高自主创新能力作为化工科技工作的首要任务。 ———突破关键共性技术，集中精力实施产业化 以大型、成套和实现产业化为目标，以工程技术开发为重点，通过突破制约行业发展的关键、共性技术和技术集成创新，开发若干套大型、成套技术，完成若干套工业化示范装置建设，从而从整体上带动行业的发展。 ———加强自主创新，坚持“两个结合”的原则 要加强自主创新，不断提高技术创新能力，同时要坚持新技术开发与传统产业技术改造相结合，坚持自主创新与引进技术消化吸收再创新相结合；积极采用先进技术改造传统产业，促进产业结构优化、技术升级；要加强对引进技术的消化吸收和创新，争取在高起点上形成拥有自主知识产权的技术、装备；要努力实现传统产业高技术化、高新技术产业化、引进技术国产化。 ———坚持“有所为，有所不为”的方针，实施重点跨越 根据国家、企业的财力状况和已有的技术基础、产业需求的实际，确定重点领域、关键技术和重点产品等目标，集中力量，重点攻关，以取得技术上的超前突破，带动相关行业的跨越式发展。 ———坚持以企业为主体，形成“产、学、研”的有机结合 促进科技与经济结合，实现经济增长方式的转变和产业技术升级，使企业成为技术创新的主体是关键。在实施产业化技术开发过程中，要坚持以企业为主体，认真落实项目的依托工程和配套条件，实行产、学、研联合攻关和开发。 优先发展的六大领域 根据世界化工产业技术发展趋势，“十一五”期间以下六大领域将得以优先发展。 ●农用化学品 化肥工业 氮肥将重点发展具有自主知识产权的新型煤气化技术，新型净化技术，节能型氨合成技术，水溶液全循环尿素改造技术，尿素改性技术，氮肥联产甲醇、二甲醚等能源化工技术等。磷肥将开发大型磷复肥生产技术、磷肥生产过程中的循环经济技术及低品位磷矿石综合利用工业化技术等。钾肥将重点开发大型化的氯化钾、硫酸钾、硝酸钾生产新技术，盐湖提锂等综合利用技术。 化学矿 针对中低品位胶磷矿难采、难选问题，开发先进采矿技术和选矿技术；硫铁矿则重点围绕解决硫铁矿制酸过程中副产大量的烧渣，造成环境污染严重问题，开发硫铁矿制酸烧渣综合利用技术。 农药工业 农药科技创新的重点是加强基于生物合理性原始创新产品的开发与转化，开发农药生产与使用过程中绿色化关键共性技术等。重点发展的品种有：替代高毒有机磷杀虫剂新品种和地下害虫防治剂，用于水果蔬菜的新型杀菌剂和病毒抑制剂以及杀线虫剂，适于水用轻型耕作的除草剂和新型旱田除草剂。 ●新型煤化工及天然气化工 发展新型煤化工和天然气化工，要集中精力突破煤焦化、煤气化、煤液化、天然气转化、净化、催化合成等关键共性技术。 “十一五”重点开发和实施煤的焦化技术、大型煤气化技术和以煤气化为核心的“多联产”技术、大型天然气蒸汽转化成套技术、碳一化工产品的产业化技术、大型煤液化技术。 ●化工新材料 当前我国化工新材料工业相对落后，与国外差距大，主要表现在生产技术落后、规模小、成本高、产品质量波动明显，许多国外已大规模生产的品种国内尚不能工业化。 “十一五”发展的重点是通用塑料的改性技术、工程塑料的产业化技术、工程塑料的高性能化技术、高性能子午线轮胎工业化技术、大型合成橡胶工业化技术、橡胶复合材料及橡胶新型加工助剂产业化技术、功能高分子材料、氟硅新材料、新型无机功能材料等。 ●精细化工 我国精细化工业应强化自主创新，突破核心催化技术、现代反应工程技术和精细加工技术，开发环境友好工艺。 “十一五”技术开发和产业化的重点是功能涂料及水性涂料，染料新品种及其产业化技术，重要化工中间体绿色合成技术及新品种，电子化学品，高性能水处理化学品，造纸化学品，油田化学品，功能型食品添加剂，高性能环保型阻燃剂，表面活性剂，高性能橡塑助剂等。 ●氯碱工业 目前我国氯碱工业发展态势较好，但目前存在的问题仍十分突出。 “十一五”将围绕降低能耗和实施规模化、精细化，重点开发和推广：离子膜法制碱国产化技术；扩张阳极与改性隔膜应用技术；聚氯乙烯改性和聚合工艺优化技术；万吨级三相流蒸发装置开发；高速自然强制循环蒸发器开发；滑片式高压氯气压缩机推广；以氯气、氢气为原料的下游产品的生产技术等。 ●化工装备 我国化工重大技术装备研制亟待解决的问题是：自主创新研制能力不足，技术装备总体水平不高。 “十一五”期间，一是要尽快将具有我国自主知识产权的粉煤气化、甲醇低压羰基合成醋酸等先进技术转化成生产力；二是进一步加大工程子午胎成套装备的研制工作，努力提高我国工程子午胎的生产技术水平；三是研发一批先进化工装备，满足化工生产需求。 重点开发的六项技术 化学工业是技术密集型产业，解决化工生产过程中的诸多问题，需要众多的技术予以支撑。“十一五”乃至今后一段时期，我国化学工业需重点攻克以下六项重大共性、关键技术。 ■新催化技术 催化技术始终是化学工业中最重要的关键共性技术之一。我国催化技术与国外相比尚有一定差距。 “十一五”将重点发展炼油催化技术、精细化工催化技术、合成氨工业催化技术、碳一化工催化技术、高分子聚合物催化技术、纳米催化技术、生物催化技术、光催化技术以及催化新材料等。 ■新分离技术 分离技术是化学工业的一项重要的共性技术。我国分离技术与国外先进国家相比，落后国外10年左右。 “十一五”的重点是开发石油炼制、石油化工、大宗有机化工产品生产过程的精馏技术；酯化、酯交换、皂化、胺化、水解、异构化、烃化、卤化、乙酰化和硝化等过程的催化精馏技术；工业气体净化分离、化工废水处理的膜分离技术；热敏性化工产品分离的分子蒸馏技术；精细化工生产过程的超重力技术；无机盐、化肥、纯碱生产的高效结晶技术等。 ■生物化工技术 我国生物化工技术从上世纪80年代初开始起步，至今已取得一批产业化的成果，但总体上与工业发达国家相比存在较大差距。 “十一五”生物催化技术的发展重点是研究生物反应器、高效生物分离技术与设备、生物反应与分离耦联技术，扩大生物催化剂的来源，扩大酶源等。重点开发的产品有：生物能源、生物材料、有机酸、氨基酸、功能食品添加剂等。 ■自动控制与信息技术 我国信息技术在化学工业中的应用还仅仅是开始，目前发展还不平衡。 “十一五”发展的重点是大型化工、石化企业的ERP技术，将化肥、石化和氯碱等生产过程的自动化科技成果进行推广应用；开发完善、提高各种优化技术。具体内容为：计算机控制、故障诊断、仿真技术；计算机分子设计技术；计算机人工智能技术；发展化工行业的电子商务，开展国内外电子商务网络活动等。 ■纳米技术 与国外相比，我国纳米产品的生产成本高、粉体结构和性能稳定性差；纳米材料应用技术研发尚处于初级阶段。 “十一五”重点开发纳米粉体规模生产的一些关键技术，纳米催化技术，纳米材料在涂料中的应用技术，纳米材料在橡胶、塑料、化学纤维等高分子材料改性中的应用技术，纳米材料在能源、环境、资源和水处理领域的应用技术。 ■清洁生产技术与节能技术 高能耗、高污染仍然是制约我国化学工业发展的“瓶颈”，发展循环经济、建立节约型工业是当前我国化学工业的重点任务之一。 “十一五”优先发展大宗化工产品及精细化学品清洁生产技术，高浓度难降解有机废水处理技术，固体废弃物的资源化技术，工业尾气的净化回收技术；在节能方面重点开发和推广高效燃烧技术、高效蒸发和喷雾干燥技术、蒸汽冷凝水回收技术、热管技术、热泵技术等。 [ Last edited by berlin on 2006-11-14 at 10:10 ] |
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基础化学的新前沿领域
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1．用大量相同的组分作为给定的键合单元或配体的受体的方式来合成化合物。 Create chemical entities made up of many identicalcomponents arranged in away as to serve as receptors for given binding units or ligands． 2．合成出自复制分子和寻找自矫正反应。后者包括催化反应，在催化反应中产物中的 错误能被去除和矫正。 Create self-replicating molecules and self-correctting Chemical react- ions．Included in this latter category are catalytic reactions where errors introduced in the product are deleted and corrected． 3．充分理解给定的以及预期的化学反应的本质，以便为这种反应设计出合理的催化剂 Understand the nature of a given or desired new chemicaltransformation sufficiently well that a catalyst for the reaction can be designed in a rational manner． 4．探索表面化学性质(表面化学)，控制以多相催化剂作为体相物种的立体化学。 Explore the chemistry at interfaces and control the stereochemistry of heterogeneous catalysts used as bulk species． 5．利用超分子结构维持化学不稳定物质的完整性。同时保存包含产物释放的化学反应 中的催化位点， Harness supramolecular constructs to preserve the integrity of chemi- cally labile species while conserving sites for the catalysis of chem- ical reactions including product release. 6．用平行的自动的合成方法或组合试探反应来逐步地提高化学反应的转化率。 Use parallel automated synthesis or combinatorial trial-and error reactions to improve on a chemical transformation in an evolutionary manner． 7．对参加反应的两个分子接近时的取向进行控制。 Control the direction and orientation of the approach of one molecule reacting with another． |
7楼2006-07-07 14:18:38
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百名专家指点化工发展方向
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针对我国未来化学工程科学的优先发展战略,国家自然科学基金委员会政策局和化学部于3月3日－5日在北京联合举办了第19次九华论坛。论坛由中国科学院院士袁权和李静海主持，来自国内27个单位的近百名专家参加了论坛，包括16位院士、11位杰出青年基金获得者、17名管理专家。基金委名誉主任张存浩院士亲临会议半天。九华论坛由自然科学基金委创立、专门研讨学科发展的国家战略，用以指导基金委重大、重点基金项目的设置。 基金委化学部主任张礼和院士在开幕式上介绍了九华论坛是基金委开辟的讨论园地，属领域专家为基金发展方向提供咨询意见的场所。化学部曾两次参与九华论坛，讨论“生命科学中的化学问题”和“绿色化学”。他说，九华论坛是起点很高的会议，要求大家站在国家的高度提出如何使我国的基础研究能够瞄准国际的发展趋势和前沿领域。基金委化学部梁文平副主任在开幕式上再一次强调九华论坛是从国家战略高度研讨学科发展的会议，并强调,基金委主要资助基础研究,特别是源头创新，研发则交给科技部支持，产业化则由国家计委支持。论坛第一天以邀请报告为主；第二天为自由讨论。论坛还设计了调查表，请代表在离会前填写化学工程领域的优先发展方向。 两院院士闵恩泽先生在他的报告中通过三个方面论述了新化学反应的工程化在石化催化技术创新中的重要作用，即配合新催化材料应用开发新型反应器——非晶态合金/磁稳定床；绿色催化技术与化学反应工程结合——钛硅分子筛催化环己酮氨氧化制环己酮肟；催化反应与分离相结合——负载型杂多酸/悬浮床催化蒸馏。他特别强调产、学、研相结合，他说，以企业为创新基地是转化新反应工程成果的必由之路。 中科院院士陈俊武阐述了炼油反应工程及其基础研究。对炼油反应工程，他特别强调要更好地结合应用和基础研究，认真研究炼油反应工程中的复杂反应，强化反应过程，要在认真研究反应过程的基础上合理地、由简到繁地研究反应模拟。 工程院院士杨锦宗指出世界化工企业目前正在重组改制，一个动向是发展附加值高的精细化工,通过发展专用化学品，可大幅增值资源/原料的利用，从而提高企业的竞争力。 工程院院士张懿指出化学化工的绿色化是学科发展和社会需求的必然趋势;资源环境－冶金材料－生物工程－计算技术的交叉结合，将是解决过程工业可持续发展的关键科学与工程问题；化学工程应用基础研究应尽快过渡到普适性技术平台与应用工程示范。 中科院院士胡英提出了在化学研究中的一条主线——结构、性能与制备的关系，不但要重视分子结构，也要关注聚集态的分子间结构乃至材料的介观结构。化学工程通常面向的是均相或多个均相及其间的相际传递，但现在已愈来愈多地关注宏观层次的结构，如流场结构、湍流结构、界面结构、颗粒分布等。借鉴化学中的研究方法，来研究结构、性能与制备的关系，将成为新世纪化学工程研究的一个重要方向。 工程院院士袁渭康介绍了“产品工程”，并认为它是化学工程的新范畴。产品工程包括产品定义、产品设计、过程设计、生产加工，其中结构与性能的关系(包括分子结构与性能、配方构成与性能)是产品工程的中心问题，模型化是产品设计与过程设计的基础。 中科院院士陈家镛首先通过回顾化学工程的发展史，强调化学工程是唯一研究伴有化学反应的过程、具有独特性的工程学科，发展前景非常光明。工业可粗分为“过程工业”和“(消费品)制造工业”。过程工业一般以大规模、连续性为特征，制造业主要使用过程工业的产品作为原料，通过装配线来生产。化学工程的应用将从过去主要针对过程工业，扩展到(消费品)制造工业。化学工程未来很可能会发展出化学工程师用化学工程方法研究生物系统的化学工程生物学，同时化学工业的全球化将为发展中国家在过程放大、新过程开发方面的发展提供机遇。 中科院院士袁权介绍了近10年来兴起的、顺应可持续发展与高技术发展需要而产生的“微化工技术”。它着重研究特征尺度在数百微米以下的微型设备和系统中的过程特征和规律。微化工技术的基本特征是：线性尺寸减小和物理量梯度提高、高表面积／体积比、体积减小、流动通常为层流。其优点是可通过并行单元来实现柔性生产、快速放大、快速和高通量筛选等。微化工系统包括微传热系统、微反应系统、微分析系统、微分离系统、微制造。袁权院士指出化学工程师在微系统化学工程中的基础研究，微系统的设计、制造、装配，微系统中的测量、控制，以及微系统应用开发等方面前景广阔、大有可为。 工程院院士金涌介绍了“生态过程工程”。生态过程工程要帮助人类实现资源的循环利用，就需要遵循低能耗转化技术规则、低物质化运行规则、产品灵巧化设计原则、过程的工程强化规则等，并坚持环境源头治理的理念——要开发清洁生产工艺与绿色化学工程。因此，人类追求生态过程工程的理想将为化学工程开辟广阔的发展空间。 工程院院士王静康首先指出在国际上“制药工业”是化学工业的一部分，也是发展最快的部分。药物的结构与生物活性之间的关系是制药工业的核心问题。计算机模拟、计算和软件方面的开发对制药工业和化学工业都是至关重要的。她认为，功能物质的分子设计和药物的超分子设计是21世纪的发展方向，缩短药物开发周期的途径就是化学和化工在药物开发的早期就密切合作。 中科院院士郭慕孙主要介绍他和中科院院士汪家鼎共同主持的化学工程发展战略的调研，在1995年形成了题为《发展中中国的化工前沿》的院士咨询报告。郭慕孙院士指出前沿应建立于国内外知识的积累、国内的人力和思想产出、我们拥有的物质条件的基础之上。前沿是动态的，随着工业、经济、社会的需求而不断向前推移，但脱离不了基本国情。选择前沿课题要注重课题的产出，产出∝(选题)×(做题)×(输出)，选题需综合考虑有课题的领域、有思想内容的课题和有人牵头的思想等。郭慕孙院士通过举例对四个方面的化工前沿提出建议：(1)活跃的生长点：交叉边缘技术；(2)接受新产业的推动；(3)发挥我国资源、经济特色；(4)建立我国的学科优势。郭慕孙院士最后把“过程工程”的核心归纳为“三传一反＋X”，确定其中的X就是未来化学工程学科发展的主要任务。 李静海院士介绍了最近十几年来国外化学工程学科发展战略的基本情况，特别是美国的化学工程发展战略的研究成果(例如1988年的Amundson报告和1996年的Vision 2020)对美国化学工程学科和化学工业发展所产生的重大而深远的影响。他分析了化学工程优先发展方向软课题调研的结果以及国家自然科学基金委化工领域近几年中面上基金申请项目和获资助的情况。提出了化学工程领域发展和变化的一些看法。 袁乃驹教授介绍了90年代初国家自然科学基金委组织的关于化学工程学科发展战略的调研；李成岳教授介绍了关于“十五”和2015规划——化学工程学科发展建议书的内容。论坛第一天的“5分钟论坛”的报告和第二天的自由发言均精彩纷呈，气氛热烈，限于篇幅，无法一一详细报道。 会议结束时论坛主持人李静海院士对论坛做了学术性总结。他将代表的报告和自由发言所涉及到的内容(包括学科发展和为经济服务)总结为四个主要方面：(1)纳、微尺度工艺，过程，设备和产品:包括表面与界面，纳米材料与过程(催化剂、反应器、工艺)、嵌段共聚物、微化工系统(传热、反应、分离)、单分子层、生物活性与化学修饰、电极过程；(2)复杂系统/非线性/多尺度: 包括小尺度复杂系统流体(共聚物，油、水乳液，高分子)，化工过程(过程强化，固体颗粒系统，反应器放大);(3)计算机模拟、信息系统和系统集成:包括分子模拟、计算流体力学、多目标优化、分子与超分子设计(药物、精细化学品、材料)、并行计算、系统集成、网上计算、工艺流程模拟;(4)产品、产业等目标导向的化工过程:包括绿色化工、生态过程工程、产品工程、精细化工、重油和石油化工(催化剂、反应器、过程放大)、资源生态化利用(磷、稀土、矿物、煤炭、生物质)、农产品与果品加工。 李静海院士进一步指出，由于时间限制，论坛对前沿的一些热点问题讨论较多，对传统化工的问题关注不够，如能源、矿产和化肥。他说，本次论坛大家基本达成了以下共识，即今后化学工程要拓展应用领域，以进一步获得社会认可，为国家经济发展发挥重要作用。这主要包括三个方面：(1)化学和生物转化为核心的过程工业，(2)化工为主要学科基础的制造业，(3)日常消费品生产的过程和技术。与此同时，他认为，化学工程作为一门学科一定要重视提升学科水平，以满足新的需求。主要应重视以下几个方面：(1)纳、微尺度过程，设备和产品;(2)计算机模拟、信息系统;(3)复杂系统与结构;(4)工艺和系统集成方法。他认为，制定化学工程优先发展方向既不能脱离国际上学科的最新动态、也必须强调我国的具体情况和需求。本次论坛做得不太够的地方是涉及传统产业不够，以及出席本次论坛的工业界的专家太少。 李静海院士在总结中还希望通过我们自身的工作，提请社会对化工予以足够的关注，他相信化工一定会迎来新的蓬勃发展的时期。会议的成果将逐步在Internet上公布，网址为http://pevrc.ipe.ac.cn。最后李静海院士代表论坛主持人感谢各位专家贡献出自己的智慧。 论坛的日程紧凑、气氛活跃、富有效率，代表们一致认为这是化工界近年来少见的一次盛大聚会，也是一次非常成功的会议。《科学时报》 |
2楼2006-07-07 14:12:14
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化学前沿发展的趋势
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化学前沿发展的趋势 “化学前沿”在不同的历史时期有着不同的表现，但就其实质来说是不变的。那就是指在不久的将来，在这些领域可能得到新的发现或突破，从而带动一个学科或几个学科的发展。同时，化学前沿的发展还存在着两种重要趋势，且也是同一的：一方面是分科越来越细；另方面是逐步走向综合、走向统一。这种综合和分化是两个方向相反而又有密切联系的发展过程。综合可导致新的分化，而新的分化又酝酿着新的综合。这可以说是化学前沿形成和发展的基本模式。这种模式在整个化学前沿发展的历史进程中得到了清楚的体现。 一、沿着物质结构层次双向探索 化学科学的基础学科是在19世纪形成的，并导致了化学科学从整体向专业化方向的发展。道尔顿的化学原子论和阿佛加德罗的分子假说是19世纪化学阐述各种问题的基本理论依据。由此可见，化学科学认识的深化是从原子层次开始的——新的化学前沿（或称化学新时代）就这样出现了。 进入20世纪以后，化学一方面沿着物质结构层次的微观方向（如原子核和基本粒子）深入发展，相应地形成了核化学和基本粒子化学等前沿领域。另方面沿着物质结构层次的宏观方向发展，形成了新的前沿（如高分子化学和凝聚态化学、地球化学和宇宙化学等）。凝聚态化学是现代化学前沿的一个重要组成部分，重点研究凝聚态的物理化学性质与化学组成、微观结构和化学反应之间的关系及有关材料的应用。该前沿领域与量子化学、结构化学等密切相关。 上述物质结构层次及其研究各个层次的化学学科，在其发展过程中是相互渗透、互为促进的，进而不断形成许多新的边缘学科和交叉学科。 二、在运动形式交叉领域开拓 在任何物质系统中，物理运动和化学运动是难于截然分开的。可是在19世纪之前、化学研究与物理学研究是互不相谋、各自发展的。从19世纪开始，化学家和物理学家开始认识到：只有把两者辩证地结合起来，才能比较满意地解释化学现象和物理现象。物理化学的诞生就是一个标志。从此以后，化学和物理关系日益密切，两者相互交叉的领域越来越扩大，相继出现了多个化学前沿，如量子化学、分子动力学、催化化学等。与此同时，化学运动与力学运动在橡胶高分子材料的机械加工过程中联系在一起，形成“力化学”。化学运动与生物运动进一步相联系，形成并发展了生物化学和化学仿生学。如今，正在形成中的生命化学，则比生物化学有着更多、更复杂的内容。生命化学需要实现更高度的综合。它不仅研究化学运动、物理运动与生命运动的联系，而且还研究它们与社会行为和思维活动的联系。例如，脑化学就是重点研究思维运动与化学运动的关系和规律，是生命化学这一前沿领域中颇具活力和诱人的一个方向。 此外，化学运动和多个运动形态的联系与渗透，又导致出现综合性非常强的化学前沿学科，如环境化学等。 三、向应用性和综合性方向发展 应用化学架接于基础化学和化学工业之间，是化学理论向生产力转化的中介。它具有明显的应用性和综合性。也正是这两点使得化学前沿更具丰富多采。从其应用性来看，应用化学同国民经济和人类生活的各个方面有关。而且关系越密切的领域，越易被重视而成为重要的化学前沿。众所周知，不少化学前沿是属于应用化学的范围，诸如能源化学、材料化学、海洋化学等。另外，从综合性角度来看，应用化学研究对象都是较复杂的物质客体或较复杂的物质系统，往往需要多种学科的结合以及多种理论与技术的结合。可见，应用化学的发展既能促进方法的交叉和理论的交叉，同时又能加速化学科学前沿的分化和综合。 总之，化学前沿发展规律是多层次、多元化的。人们对它的规律性探讨，目前还只是初步的，有的看法也不尽一致或有待深化。但有一点可视为共识，即普遍认为对于化学前沿发展规律的探讨是重要的，决不能忽视。因为它有助于我们不失时机地抓住化学前沿而大有作为，否则会坐失良机而陷入长期徘徊不前的境地。抓住前沿，可以明确主攻方向、加快化学科学研究的步伐，达到后来居上的目的；抓住前沿，可以培育出一批第一流的化学人才；抓住前沿，可以研究并学会使用大量先进的科研设备，掌握新的实验手段和运用大量新技术，有力地带动整体化学的发展。 |
3楼2006-07-07 14:13:04
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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，从实验方法到基础理论都有了巨大的进展，显示出蓬勃发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。其中有些因具有特殊功能而用于材料、能源、医药、生命科学、农业、营养、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需品。与此同时，人们也面对着天然的和合成的大量有机物对生态、环境、人体的影响问题。展望未来，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迅速的发展。 有机化学的迅速发展产生了不少分支学科，包括有机合成、金属有机、元素有机、天然有机、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发展前沿和研究热点。 （1）有机合成化学 这是有机化学中最重要的基础学科之一，它是创造新有机分子的主要手段和工具，发现新反应、新试剂、新方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方法，成功地制备了有机物尿素，揭开了有机合成的帷幕。100多年来，有机合成化学的发展非常迅速。 有机合成发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（Retrosynthesis Analysis）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殊的反应功能。合成时可以设计和选择不同的起始原料，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”。在化学文献中经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，而其合成方法和路线是不同的。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：起始原料是否适宜，步骤路线是否简短易行，总收率高低以及合成的选择性高低等。这些对形成有工业前景的生产方法和工艺是至关重要的，也是现代有机合成的发展方向。 （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研究领域之一，其中特别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发展到一个新的水平。金属有机化学使人们认识到无机化学和有机化学交叉产生的金属有机化学会产生如此巨大的活力和作用；同时还发现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。由于金属有机化学的本身结构和功能的特殊性，以及广泛的应用前景，它在21世纪将有更大的发展。 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方法有待进一步研究和深入。如1849年就制得乙基锌〔Zn（C2H5）2〕，发现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年代才发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研究领域。如茂金属催化剂，它是烯烃聚合反应的新型催化剂；现在又发现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世纪将会发现更多具有各种特殊功能、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十分重要的作用。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。这些模拟酶的选择性催化剂将在化学合成中呈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）天然有机化学 天然有机化学是研究来自自然界动植物的内源性有机化合物的化学。大自然创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。发掘和认识自然界的这一丰富资源是世界发展和人类生存的需要，是有机化学主要研究任务之一，也是认识世界的基础研究。从事天然产物化学研究的目的是希望发现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，或是发现有效成分的主结构作为先导化合物，进一步研究其各种衍生物，从而发展成一类新药、新农药和植物生长调节剂等。对于自然界的天然产物，有机化学家和药物化学家长期以来一直对它具有广泛的兴趣，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 物理有机化学研究有机分子结构与性能的关系，研究有机化学反应机理及用理论计算化学的方法来理解、预见和发现新的有机化学现象。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研究，是希望从实验数据中找到其内在的规律，并提高到理论化学的高度来理解和认识。 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发展。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发展之中，例如可以直接观察单个分子及其结构的显微术。这一领域的发展可能导致一系列生物大分子的发现，并测定它们的一级结构以及二、三级结构，了解分子在空间的排列以及分子-分子体系是如何组合的。这是物理有机化学研究的基础工作，只有了解清楚分子结构，才有可能联系其性能，研究结构与性质的关系。 ②反应机理随着对反应过渡态及反应活性中间体的研究和确证，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。现有的研究进展表明，对任何一个有机化学反应历程，最终必须搞清楚反应过程中原子和分子的碰撞及重组情况，不同反应步骤的速率及反应中能态和相关能量。因此在研究有机反应机理中发现新的反应机理是一个方面，而搞清楚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分子间的弱相互作用分子间的弱相互作用决定参与反应的分子间的识别，因而决定反应的选择性；它还决定分子间的聚集方式。研究分子间弱相互作用及其后果是十分重要的。 （5）生物有机化学 生物有机化学的主要研究对象是核酸、蛋白质和多糖三种主要生物大分子及参与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年来对核糖核酸的研究发现，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相互关系的认识。核酸研究的深入发展，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相互关系，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拓了广阔的前景。 全新蛋白质是蛋白质研究中的一个新领域。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研究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。目前多糖研究侧重于分离、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入研究。要深入研究多糖结构和功能的关系，必须首先在将其分离、分析和合成方法上有所突破。 模拟酶的研究。模拟酶的主客体分子间的相互识别与相互作用已取得了可喜的进展。此外在酶的模拟方式上最近出现了所谓催化性抗体的新策略，这种设想有可能创造出新型的高效、高选择性催化剂。 生物膜化学和细胞信号传导的分子基础是生物有机化学的另一个重要研究领域，对医学、卫生、农业生产均会产生深远的影响 |
4楼2006-07-07 14:14:42