现代化学进展.docx

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现代化学进展

1.数据挖掘

1.1.绿色化学（GreenChemistry）

利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染；反应物的原子全部转化为期望的最终产物。

绿色化学又称“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”，有关化学生产过程和终端均为零排放或零污染。

这是未来化学发展的主要方向。

1.2.反应动态学

反应动态学是研究在分子阶层、非常短时间内的过程。

反应动态学的研究目的是在研究为什么化学反应会发生、如何去预测乃至控制一个基元反应的发生。

实验研究通常需要与光谱学及量子化学理论计算配合才能有全盘的了解。

1.3.理论化学

理论化学是运用非实验的推算来解释或预测各种化学现象或化学性质。

有关内容包括量子化学、计算（机）化学、分子模拟、分子动力学、分子力学等。

1.4.QSAR（定量构效关系）QuantitativeStructure-ActivityRelationship

定量构效关系（QSAR）就是有机小分子的生物活性与其理化性质参数或结构参数的定量关系，即以数学和统计学手段定量研究有机小分子的构效关系。

这种方法广泛应用于药物、农药、化学毒剂等生物活性分子的合理设计。

1.5.超分子化学

1987年诺贝尔化学奖授予了超分子化学研究方面的三位科学家（Pedersen、Cram、Lehn）

超分子化学是研究两种以上的化学物种通过分子间力相互作用缔结而成的具有特定结构和功能的超分子体系的科学。

1.6.纳米化学

纳米化学（nanochemistry）主要研究原子以上、100nm以下的纳米世界中的各种化学问题的科学，是研究纳米体系的化学制备、化学性质及应用的科学。

主要涉及胶体与界面化学、材料化学、催化化学、环境科学等领域。

1.7.“材料基因组工程”内涵阐释

1.通过高通量的第一性原理计算，结合已知的可靠实验数据，用理论模拟去尝试尽可能多的真实或未知材料，建立其化学组分，晶体结构和各种物性的数据库；

2.利用信息学、统计学方法，通过数据挖掘探寻材料结构和性能之间的关系模式，为材料设计师提供更多的信息，拓宽材料筛选范围，集中筛选目标，减少筛选尝试次数，预知材料各项性能，缩短性质优化和测试周期，从而加速材料研究的创新。

1.8.基于数据挖掘的材料设计和优化的解释

运用模式识别、人工神经网络、支持向量机等数据挖掘方法，结合数据库和知识库，总结材料结构与性能（性质）的关系、配方及工艺条件与材料性能或生产技术指标（成品率、能耗等）的关系等规律，用于材料制备和加工的优化。

2.分析化学

2.1.什么是期刊的影响因子（ImpactFactor）？

什么是H指数？

期刊影响因子定义：

 是指该刊前两年发表的论文在第三年的平均被引用次数。

影响因子=该刊前两年发表论文在统计当年被引用的总次数÷该刊前两年发表论文总数。

H指数定义：

一个科学家的分值为h，当且仅当在他/她发表的Np篇论文中有h篇论文每篇获得了不少于h次的引文数，剩下的（Np－h）论文中每篇论文的引文数都小于h次。

2.2.请分别列出你所知道的影响因子排名前10位的5种化学类综合性学术期刊和5种专业专业性期刊的名称（英文全称）。

1.chemicalreviews2.chemicalsocietyreviews3.journaloftheAmericanchemicalsociety4.nature5.science

1.coordinationchemistryreviews2.progressinpolymerscience3.annualreviewofphysicalchemistry

4.journalofphotochemistryandphotobiologyc-photochemistryreviews5.surfacesciencereports

2.3.分析化学是科学技术的眼睛。

随着科学技术的进步，分析化学发展到了“仪器分析”的阶段，请你列出因为10例在仪器分析方面做出贡献而获得诺贝尔奖的事件。

1922年诺贝尔化学奖    

阿斯顿（FrancisWillianAston，英国），研究质谱法，发现整数规划。

1925年，阿斯顿凭借自己发明的质谱仪，发现“质量亏损”现象。

1926年诺贝尔化学奖 

斯维德伯格（（TheodorSvedberg，瑞典），发明超离心机，用于分散体系的研究

1952年诺贝尔化学奖    

马丁（ArcgerMartin，英国）、辛格（RichardSynge，英国），发明分配色谱法，成为色谱法其中一大类别。

1953年诺贝尔物理学奖    

 泽尔尼克（FritsZernike，荷兰），发明相衬显微镜。

1972年诺贝尔化学奖 

穆尔（StanfordMoore，美国）、斯坦（WilliamH.Stein，美国）、安芬林（ChristianBorhmerAnfinsen，美国），研制发明了氨基酸自动分析仪，利用该仪器解决了有关氨基酸、多肽、蛋白质等复杂的生物化学问题。

1979年诺贝尔生理学或医学奖    

科马克（AllanM.Cormack，美国）、蒙斯菲尔德（英国），发明X射线断层扫描仪（CT扫描）。

1981年诺贝尔物理学奖     西格巴恩（NicolaasBloembergen，瑞典），开发高分辨率测量仪器以及对光电子和轻元素的定量分析;肖洛（ArthurL.Schawlow，美国），发明高分辨率的激光光谱仪。

1986年诺贝尔物理学奖    

鲁斯卡（ErnstRuska，德国），设计第一台透射电子显微镜;比尼格（德国）、罗雷尔（HeinrichRohrer，瑞士），设计第一台扫描隧道电子显微镜。

1991年诺贝尔化学奖    

 恩斯特（RichardR.Ernst，瑞士），发明了傅立叶变换核磁共振分光法和二维核磁共振技术，使核磁共振技术成为化学的基本和必要的工具。

2002年诺贝尔化学奖    

 芬恩（JohnFenn，美国），田中耕一（日本），发明了对生物大分子的质谱分析法。

其中芬恩发明了电喷雾离子源（ESI）、田中耕一发明了基质辅助激光解析电离源（MALDI）。

诺贝尔生理学或医学奖的历年获奖历程 

3.无机化学

3.1．单晶的培养方法有那些？

晶体的生长和质量主要依赖与晶核的形成和生长的速率。

晶核形成的快就会形成大量微晶，并易出现晶体团聚，生长的速率太快会引起晶体出现缺陷，为了避免这两个问题许摸索各种方法。

（1）溶液里晶体的生长

最常用的方法：

蒸发化合物的饱和溶液，

要点：

缓慢结晶，不让溶剂完全挥发，

措施：

干净光滑的器皿，合适的溶剂，适宜的温度，清洁稳固的环境。

（2）溶液界面扩散法

两种方法：

A，B分别为两种反应物溶于两种不同溶剂所形成的溶液，

A或B为待结晶化合物的溶液，而另一个为惰性溶剂。

（3）蒸汽扩散法

A，B分别为两种对目标物溶解度不同的溶剂，目标物溶解于溶解度大的A中，溶解度小的溶剂B的蒸汽慢慢扩散A中，降低目标物的溶解度，使之不断结晶出来。

（4）凝胶扩散法

将两种反应物制成溶液，从不同方向向凝胶中扩散。

常用凝胶有：

硅酸钠，四甲氧基硅胶，明胶和琼脂等

（5）水热法，溶剂热法

（6）升华法：

能长出好的晶体，但应用较少。

3.2.论述Coordinationpolymer和metal-organicframework的相同点与区别？

配位聚合物：

通过配位键将配位化合物扩展到一维，二维和三维结构。

金属有机框架：

含有开放框架的配位聚合物，其中开放框架含有势能孔。

相同点：

MOF和CP来说，都是具有配位键的聚合物，一般都有孔。

区别：

金属有机骨架化合物（MOFs）原则上要求是晶态的，具有明锐衍射峰，一般是三维结构，会给出吸附性质。

配位聚合物可以是非晶态的，1-3维都可以。

3.3.Coordinationpolymer和metal-organicframework的功能性质有哪些？

它们能够形成磁性材料、催化材料、导电材料、非线性光学材料、光开关和手性分离材料等很多应用型材料，金属有机框架还可以作为储氢材料，能够形成生物大分子的结构具有生物活性并起到关键作用，能够设计成药物分子与生物传感器，金属离子与生物分子相互作用且复杂多样还有许多当前未涉及的领域有待开发。

3.4.国内有哪几个国家重点实验室主要从事Coordinationpolymer和metal-organicframework的研究工作？

中科院福建结构化学国家重点实验室、北京大学稀土材料化学及应用国家重点实验室、南京大学配位化学国家重点实验室

4.有机化学

4.1.不对称催化反应，按照催化剂类型可以分成哪几种？

金属催化、小分子催化、酶催化

4.2.请解释不对称催化反应中的TON和TOF两概念。

金属中心决定催化剂的反应活性，用催化剂的周转数（TON）表示一个催化剂分子能催化多少个底物分子；用周转频率（TOF）表示催化剂的反应速度。

4.3.如何获得对映体纯的化合物，是对化学家和制药企业的极大挑战，目前，获得对映体纯化合物主要有哪几种途径？

（1）拆分法，这个方法产生50%无用的对映体，除非有办法将它再循环

（2）转化，用不改变原有手性的反应把原料转化为手性产物

（3）分子内手性传递，例如樟脑原来有2个手性中心，在它们的诱导下，还原后新产生的手性中心的某一种构型会占多数。

第二和第三种方法中产物的结构和原料相似，因此应用的范围受到了限制。

（4）分子间手性传递，在手性催化剂的作用下，从同一种原料化合物分子可以产生多种

产物手性化合物分子，它们的结构和原料化合物完全不同。

4.4.试举出3个人名的多组分反应（以化学式表示）

（1）streckerreaction

（2）Mannichreaction

（3）Ugireaction

4.5.试通过化学反应式描述Ugi反应机理。

5.结构化学

5.1.晶系与布拉菲点阵（CrystalSystemandBravaisLattice）七个晶系，14个布拉菲点阵

在晶体学中，常按“晶系”对晶体进行分类，这是根据其晶胞外形即棱边长度之间的关系和晶轴夹角情况而加以归类的，故只考虑a,b,c是否相等，α，β，γ是否相等和他们是否呈直角等因素，而不涉及晶胞中原子的具体排列情况。

在这种情况下，晶系只有7种类型。

晶系

布拉菲点阵

晶系

布拉菲点阵

三斜Triclinic

a≠b≠c，α≠β≠γ

单斜Monoclinic

a≠b≠c，α=γ=90º≠β

正交

a≠b≠c，α=β=γ＝90º

简单三斜

简单单斜

底心单斜

简单正交

底心正交

体心正交

面心正交

六方Hexagonal

a1=a2＝a3≠c，α=β＝90º，γ=120º

菱方Rhombohedral

a=b=c,α=β=γ≠90º

四方（正方）Tetragonal

a=b≠c,α=β=γ＝90º

立方Cubic

a=b=c，α=β=γ＝90º

简单六方

简单菱方

简单四方

体心四方

简单立方

体心立方

面心立方

5.2.晶向指数和晶面指数

在分析研究有关晶体的生长、变形、相变以及性能等各方面的问题时，常需涉及晶体某些方向（称为晶向）和原子所构成的平面（称为晶面）。

为了便于表示各种晶向和晶面，需要确定一种统一的标号，称为晶向指数和晶面指数。

国际上通用的是密勒（Miller）指数，其标号方法如下。

5.2.1.晶向指数

点阵中一维方向结点连线－晶向（如：

晶棱方向）

（1）建立坐标系，原点在待标晶向上

（2）选取该晶向上原点

以外的任一点P（xa，yb，zc）

（3）将xa，yb，zc化简为互质

整数比u，v，w，且

u∶v∶w=xa∶yb∶zc

（4）将u，v，w加方括号内就得到晶向指数[uvw]

显然，晶向指数表示了所有相互平行、方向一致的晶向。

若所指的方向相反，则晶向指数的数字相同，但符号相反。

5.2.2.晶面指数的确定

（1）对晶胞作晶轴X,Y,Z,以晶胞的边长作为晶轴上的单位长度。

（2）求出待定晶面在三个晶轴上的截距（如该晶面与某轴平行，则截距为∞），例如，1，1，∞；1，1，1；1，1，1/2等

（3）求这些截距数的倒数。

例如：

110，111，112等。

（4）将上述倒数化为最小的简单整数，并加上圆括号，即表示该晶面的指数，一般记为（hkl）。

例如，（110），（111），（112）等。

如果所求晶面在晶轴上的截距为负值，则在对应的指数上方加一负号，如（110），（111），（112）

●如右图所示晶面。

a1b1c1相应的截距为1/2，1/3，2/3，其倒数为2，3，3/2，化为简单整数为4，6，3，所以晶面a1b1c1的晶面指数为（463）。

●所有相互平行的晶面在三个晶轴上的截距虽然不同，但他们是成比例的，其倒数仍然是呈比例的，经简化得到相同的最小整数。

因此，所有相互平行的晶面，其晶面指数相同，或者最多相差一负号。

即晶面指数代表的不仅仅是一个晶面，而是代表着一组相互平行的晶面。

5.2.3.晶面间距

两相邻平行晶面间的垂直距离—晶面间距，用dhkl表示从原点作（hkl）晶面的法线，则法线被最近的（hkl）面所交截的距离即是

上述公式仅适用于简单晶胞,对于复杂晶胞则要考虑附加面的影响

1不同的{hkl}晶面，其面间距（即相邻的两个平行平面之间的距离）各不相同。

2低指数的晶面其晶面间距较大，而高指数的晶面晶面间距较小。

但与点阵类型有关。

3晶面间距最大的面总是阵点最密排晶面，晶面间距越小，则晶面上的阵点排列越稀疏。

4如右图所示的简单立方点阵，可以看到{100}面的晶面间距最大，{120}面的间距较小，而{320}面的间距就更小。

而对于体心立方或面心立方点阵，最大晶面间距的面分别是{110}，{111}，而不是{100}。

5.3.缺陷化学

5.3.1.缺陷的概念

缺陷产生的原因——热震动，杂质，非化学计量结构缺陷（电荷缺陷）。

缺陷定义——实际晶体与理想晶体相比有一定程度的偏离或不完美性，把两种结构发生偏离的区域叫缺陷。

研究缺陷的意义——导电、半导体、发色（色心）、发光、扩散、烧结、固相反应………。

5.3.2.缺陷的表示符号

▪空位缺陷用符号V表示；

▪杂质缺陷（A）则用该杂质的元素符号表示;

▪电子缺陷用e表示，空穴缺陷用h表示;

▪用被取代原子（B）的元素符号表示缺陷是处于该原子所在的点阵格位上;

▪用字母i表示缺陷是处于晶格点阵中的间隙位置；

▪有效电荷相当于缺陷及其四周的总电荷减去理想晶体中同一区域处的电荷之差

5.3.3本征缺陷

具有本征缺陷的晶体是指那些不含外来杂质但其结构并不完善的晶体

（1）晶体中各组分偏离化学整比性；

（2）点阵格位上缺少某些原子/离子（空位缺陷）；

（3）在格位的间隙处存在原子/离子（间隙缺陷）；

（4）一类原子/离子占据了另一类原子/离子本该占据的格位（错位缺陷）。

5.3.4.肖特基缺陷和弗伦克尔缺陷

▪由等量的正离子和负离子空位所构成的缺陷称之为肖特基（Schottky）缺陷

▪晶体中同时产生的一对间隙原子/离子和空位称之为弗伦克尔（Frenkel）缺陷

弗伦克尔缺陷浓度：

nF:

弗伦克尔缺陷数目，N:

格位数，Ni:

间隙数，F:

形成一对空位和间隙原子/离子所需要能量

肖特基缺陷浓度：

▪nS:

肖特基缺陷数目，N:

格位数，S:

空位生成能

▪一般来说形成空位缺陷生成能比间隙缺陷生成能要小一些

5.3.5.杂质缺陷

▪杂质缺陷为非本征缺陷，是由杂质原子/离子进入晶格带来的缺陷。

▪杂质原子/离子能否进入某种物质的晶体中或者取代某个原子/离子，取决于能量效应是否有利。

▪能量效应包括：

离子之间的静电作用能、键合能以及相应的体积效应等因素。

▪对于取代

▪离子型晶体：

正负离子电负性差别较大，杂质离子应进入与其电负性相近的离子的位置上。

▪当化合物组成元素电负性相差不大，或杂质元素的电负性介于它们的电负性之间时，则原子的大小等几何因素决定取代过程能否进行的主要因素。

▪对于生成间隙

▪杂质原子/离子能否进入晶体的间隙位置，主要决定于体积效应。

只有那些半径较小的原子或离子才有可能成为间隙杂质缺陷。

5.3.6.写缺陷反应举例

（1）CaCl2溶解在KCl中

1-3比较合理

（2）MgO溶解到Al2O3晶格中

1-5不合理，因为镁离子进入间隙不容易

阳离子空位：

阴离子空位：