第一篇:化學感想--
我的感想
原先以為我們選的這個課題”從海帶中提取碘”就只是做幾個實驗,很容易就能完成,過程肯定是枯燥乏味.但我的種種”以為”都是錯的!從我們踏入實驗器材室,準備實驗器材的時候,才發現這個實驗不簡單阿!光是實驗器材就拿了兩個水槽一般大的槽子.進入實驗室,把實驗器材放好后,組長拿出昨晚熬夜擬定了這次化學研究性學習——《從海帶中提取碘》 的實驗計劃,懷著既期待又擔心的心情開始了我們的課題研究.首先,我們把買來的海帶剪好,放進坩堝里,然后燒.過了將近十分鐘,海帶已經燒成灰了,我們把它倒進燒杯里,加了十毫升水,進行加熱.加熱完畢之后進行冷卻,接著過濾,最后向過濾好的清液中滴入稀硫酸和淀粉溶液.滴入淀粉溶液后,燒杯中溶液并沒有變成藍色,也就是說,我們沒有成功!還好只是第一次失敗,我們立馬進行第二,三次實驗,但都失敗了!三次都失敗了,于是我們開始想原因,是海帶燒得不夠徹底嗎?是水加得太多了嗎?是過濾不完全嗎?是稀硫酸加得太多嗎?我們想了許多導致實驗失敗的原因.并吸取前三次的教訓,繼續實驗.為了預防再次失敗而導致的浪費時間,我們一次性燒幾瓶海帶,并準備了幾個過濾的裝置.我們做了好幾個小時的實驗,排除了一個又一個原因.最后,我們懷疑是稀硫酸加得太多了,于是決定不加稀硫酸了.非常失望的我們根本不覺得會成功,但”功夫不負有心人”,我們終于成功了!我們仔細分析之前失敗的原因,我們的結論是:原來加多了濃硫酸會讓碘變成氫氧化碘甚至損失,加濃硫酸后要調節溶液的酸堿度也就是pH值的調節,中和酸性到接近中性.喜出望外的我們馬上把變藍的溶液拍下來,拍下我們的實驗成果,然后就各自分工記錄實驗過程,收拾器材等.通過這次研究性學習,我才明白原來把一個實驗做成功是很不容易的,需要很強的耐心和分析問題的能力.還有,成功的喜悅使我至今都無法忘懷!
研究性學習的心得體會
昨晚熬夜擬定了這次化學研究性學習——《從海帶中提取碘》 的實驗計劃,心里有點期待也有點忐忑,不知道實驗步驟的規劃是不是夠完善,實驗能否成功。
今天在老師的幫助下,器材,材料等都準備好了。看看可真是不簡單,實驗器材把兩個水槽都裝滿了!比起往日的化學實驗真是小巫見大巫。現在可謂是萬事俱備只欠東風啊。我們先把干海帶剪成了小碎片,放入坩堝鉗中灼燒成海帶灰,海帶的香氣彌漫了整個化學室,大家開玩笑說可以做海帶湯了。接著我們往海帶灰中加入10ml的蒸餾水,再將溶液煮沸。這個實驗可真是考驗人的耐心!不僅燒的時間長,過濾的時間也不短。取得濾液后,我們又馬不停蹄地往濾液中加入硫酸,振蕩后再加入淀粉溶液。沒想到溶液沒變藍!
“可能是實驗步驟出現差錯”,有同學說道,“我們再按照計劃的實驗步驟做一遍吧”。也只能如此,望著那棕褐色的溶液,大家都失望得搖了搖頭,起初的興奮一掃而光,取而代之的是迷惑不解。然后事與愿違,再做一次結果還是如此!
“難道要這樣宣布實驗失敗?如果按照實驗步驟應該沒問題才對。得到海帶灰的沸騰的溶液后再滴入酸,因為海帶灰里含有碳酸鉀,酸化使其呈中性或弱酸性,對下一步氧化析出碘有利。然后再滴入淀粉溶液應該就可以提取出碘單質啊!可是為什么會這樣呢?”我這樣想著。還是查一查資料吧,說不定這其中有哪些細節被我們忽略了。
原來濃硫酸加多了則易使碘化氫氧化碘而損失!加濃硫酸要做后處理,溶液的酸堿度即pH的調節,中和酸性到基本中性!看來化學試驗真是一點都不能馬虎!“最后一次了,大家放手一搏,做最后一次的掙扎了”有同學說道,“這次可是必勝啊!”這一次我們調節好了溶液 的PH值,手拿著膠頭滴管往燒杯中滴加淀粉溶液的那一刻,感覺心都要跳出來了!溶液變藍了!實驗成功了!
第二篇:學習綠色化學感想
學習綠色化學感想
班級:09級應化一班 學號:200914120115 姓名:李先輝
綠色化學又稱環境無害化學、環境友好化學、清潔化學。綠色化學是設計研究沒有或只有盡可能少的環境負作用,并在技術上、經濟上可行的化學品和化學過程。包括原料和試劑在反應中的充分利用(原子經濟性),它是實現化學污染防治的基本方法和科學手段,是一門從源頭上阻止污染的化學,綠色化學適用各種化學領域。是用化學的技術和方法去減少或消滅那些對人類健康、社區安全、生態環境有害的原料、催化劑、溶劑、試劑和產物、副產物等的使用和產生。它是實現污染預防的基本的和重要的科學手段,包括許多化學領域,如合成、催化、工藝、分離和分析監測等。
綠色化學是一種理念,它說明了化學對對環境的負面作用是可以避免的。
綠色化學的理想在于不再使用有毒、有害的物質,不再產生廢物,不再處理廢物。它是一門從源頭上阻止污染的化學。這種預防化學污染的新理念和新實踐正日益被人們認識、接受和重視。綠色化學的最大特點在于它是在始端就采用實現污染預防的科學手段,因而過程和終端均為零排放或零污染。它研究污染的根源--污染的本質在哪里,它不是去對終端或過程污染進行控制或進行處理。綠色化學關注在現今科技手段和條件下能降低對人類健康和環境有負面影響的各個方面和各種類型的化學過程。綠色化學主張在通過化學轉換獲取新物質 的過程中充分利用每個原子,具有“原子經濟性”,因此它既能夠充分利用資源,又能夠實現防止污染。很明顯,綠色化學要求負作用盡可能小,它是一種理念,是人們應該傾力追求的目標。在這一次到宇騰的見習可以說是第一次對這個綠色化學理念有了一個具體的概念,整個生產中原料的選擇是盡可能的豐富和多樣并且沒有直接的污染和最后產品的多樣化。同時也感受到從課本上的知識到工業化的生產的距離還有很遙遠,但是也可以體會到當我們從事生產時就要把這種理論變為實際的力量的強大,把綠色化學這個理念同生產完美的結合在一起。宇騰公司在生產過程中經過多步操作采用不同的工藝得到不同的產品,從而實現了原料的最大利用,在得到主產品鉛的同時也得到了金、銀等貴重金屬和工業硫酸。在這個過程中沒有廢氣、廢液的排放,經過處理后又可以重復利用,在冶煉的過程中僅有的一點礦渣也可以用來燒磚。這個一系列的工藝生產可以說基本上實現了綠色化學這個概念。從能源的利用上宇騰公司可以說也是不錯的,他們利用煅燒爐反應后的余熱給辦公室供應暖氣還給需要加熱的原料預熱,在能源上得到了充分的利用。最給力的應該是在技術上的創新了,利用的是富氧底吹技術煅燒原料,可以說是一舉兩得事,一來使得原料反應更完全回收率得到了提高,二來不僅提高了反應爐溫度的穩定而且又節約了燃料。該公司利用這幾項優勢整合到一起基本上就實現了綠色化學生產了,這種方法應該是值得我國新興的化工生產借鑒的。但是對于已經建好的工廠又可用什么方法實現綠色化生產呢?在這次的參觀過程中也感受到要在工業生產中要真正實現綠色化學就必須要
把公司所生產的主打產品的工藝過程中所出現的其他產物了解清楚并且要知道所都得到濃度和質量能不能進一步進行工業生產。而且相應的公司就要引進其他生產線生產,從而實現綠色化并且為公司贏得附加的利潤。這也和我們綠色化學的理念是一致的。但問題是我國現在已經建立了很多單一生產線的化工廠,他們在生產過程中有毒的中間產物要處理就避免不了對環境造成的污染很大,那我們的綠色化學也可以從改變化學反應的機理出發使反應的歷程改變使得不希望的副反應不發生和使得我們不要的物質都留到了礦渣當中。而不是單一的把幾個工廠搬到一起來。我們要真正實現綠色化學這個概念就應該從最基本的原理出發去改變反應機理,實現原料的最大利用。從而可以最大限度的改變我國這么大的環境壓力,還給人們一個碧海然天的地球。
要人們樹立起綠色化學的概念,應該從孩子做起,要讓他們知道是化學改變了我們的世界也是它污染了我們這個原本干凈的世界同時也可以運用化學使他復原就像“可逆反應”一樣,我們都知道地球是圓的,那么也就有理由去相信化學反應也就像一個圓一樣其實是沒有起點和終點之分的,也就沒有污染這個問題。只是我們現在還沒有找到那個入口的鑰匙而已。孩子對新事物的想象是神奇的,他們看事物的角度會多種多樣,現在教育最關鍵的問題應該是從小培養具有環境保護意識的人,學生最早系統地學習化學知識是在中等基礎教育階段,這就需要將綠色化學思想貫穿于中學化學教育的全過程中。使綠色化學成為中學化學教育的一個重要的組成部分,這是中學化學教育 的嶄新課題。要把綠色化學的理念貫穿到整個化學教育之中,首先,綠色化學有利于保護人類賴以生存的環境、實現人類社會的可持續發展。其次,化學教育必須體現綠色化學的新內容,要在課程教材中體現綠色化學的理念,使綠色化學的思想和內容貫穿于從基礎教育到高等教育的始終。要始終貫徹綠色化學的思想;要讓學生了解綠色化學,樹立起綠色意識,培養學生從事綠色化學研究與開發的能力。從綠色化學的角度來看,化學中許多物質的制取反應、化學工藝等等都是值得討論和重新考慮的。這給改革課堂教學、培養學生的創新精神和創新能力提供了良好的契機。綠色化學不但有重大的社會、環境和經濟效益,而且說明化學的負面作用是可以避免的,顯現了人的能動性。綠色化學體現了化學科學、技術與社會的相互聯系和相互作用,是化學科學高度發展以及社會對化學科學發展的作用的產物,對化學本身而言是一個新階段的到來。作為新世紀的一代,不但要有能力去發展新的、對環境更友好的化學,以防止化學污染;而且要讓年輕的一代了解綠色化學、接受綠色化學、為綠色化學作出應有的貢獻,所以我們教育年輕一代時不要用過多的條條框框去限制他們的思維,我們要保留他們從小對科學的向往和心中的神奇的夢想。因為我們知道可以毫不夸張的說要真正意義上實現綠色化學的概念,那么我們現有的化學反應基本要被推翻。那么就需要不同的思想,不同的方法來實現這個改變。
“綠色化學”是當今社會提出的一個新概念。在“綠色化學工藝”中,理想狀態是反應物中原子全部轉化為欲制得的產物,即原子利用
率為100%(原子經濟性)。原子的利用率越高,意味著生產過程中廢物的排放量越少,對環境的影響也越小。“綠色化學”是指從技術、經濟上設計出可行的化學反應,盡可能減少對環境的負作用。20世紀90年代初,國際上提出了“預防污染”這一新概念。綠色化學是“預防污染”的根本手段,它的目標是研究和尋找能充分利用的無毒害原材料,最大限度地節約能源,在化工生產各環節都實現凈化和無污染的反應途徑。綠色化學是“預防污染”的根本手段,而對污染物的處理,最根本的方法就是杜絕污染源。關于化工廠的選址,應充分考慮環境問題,要符合“省資源、節能源,省污染,減成本”的綠色化學要求。
第三篇:化學大師選修課感想
化學大師選修課感想 作為一個2系電子信息工程系的學生,化學對于我來說,可能已經伴隨著高考結束了。但是,在這個學期選課的時候,當我第一眼看到化學大師這門課的時候,我突然覺得如果到大學就把化學這門課放掉了,實在太可惜,我第一次認識到自己還是多么的喜歡化學的。化學是研究物質的組成、結構、性質、以及變化規律的科學。化學能幫助我們認知事理變化,就沒有現代文明的起步。
在楊青林老師的化學大師選修課上,他給我們大家講述好多知名化學家的故事,讓我增長見識,感觸頗深,同時通過這些事例讓我感受到了化學發現其實就在我們的身邊。在許許多多杰出的化學大師中,最讓我印象深刻的便是李比希與他的吉森學派。
當時有機物的分析技術還相當落后,李比希改進并完善了由蓋呂薩克和泰納爾提出的有機物燃燒分析法,使之根據產生的二氧化碳和水的量能夠精確的確定碳和氫的含量。后來杜馬又發明測定有機氮的好方法,這樣就形成了完整的有機分析體系。吉森這個小地方也成為當時世界的化學中心,對19世紀德國成為化學強國起著重要作用。然而對發酵過程的理解卻和貝采利烏斯犯了同樣的錯誤。在對農業化學方面,他也是成功和失敗并存。首先他正確地指出:土地肥力喪失的主要原因是,植物消耗了土壤里的生命所必需的礦物成分,諸如鈉、鈣、磷等。他還是第一個主張用化肥代替天然肥料進行施肥的人。不過,他錯誤的認為植物所必需的氮是從大氣中直接吸收的,所以在他的化肥配料表中沒有加入氮化物。這一點后來被糾正了,從而使農業生產發生了巨大的飛躍。
李比希從巴黎回國擔任了吉森大學的化學教授,立即著手實施一項前所未聞的計劃,那就是改革德國的傳統化學教育體制與教學方式,探索造就新一代化學家的方法。當時德國大學中的化學教育,通常是把化學知識混雜在自然哲學中講授,而且沒有專門的化學教學實驗室,學生得不到實驗操作的訓練。李比希深知,作為一個真正的化學家僅有哲學思辨是不夠的,化學知識只有從實驗中獲得。而這種實驗訓練在那時的德國大學中還得不到。于是李比希下決心借鑒國外化學實驗室的經驗,在吉森建立一個現代化的實驗室,讓一批又一批的青年人在那里得到訓練,從中培養出一代化學家。吉森實驗室是一座供化學教學使用的實驗室,它向全體學生開放,并在化學實驗過程的同時進行講授。
李比希為實驗室教學編制了一個全新的教學大綱,它規定:開始,學生在學習講義的同時還要做實驗,先使用已知化合物進行定性分析和定量分析,然后從天然物質中提純和鑒定新化合物以及進行無機合成和有機合成;學完這一課程后,在導師指導下進行獨立的研究作為畢業論文項目;最后通過鑒定獲得博士學位。李比希這種讓學生在實驗室中從系統訓練逐步轉入獨立研究的教學體制,在他之前并未被人們認識到,而它為近代化學教育體制奠定了基礎。
一個真正的化學大師必然應該在化學領域有著卓越的貢獻,但是只有言傳身教,將自己的學識傳給自己的學生,培養出自己之后的對化學有貢獻的人,才能使化學事業不斷壯大發展。所以,李比希無疑是當之無愧的化學大師!無論我們以后是否以化學為專業,李比希都是我們學習的榜樣!
所以,再次感謝楊老師給我們介紹那么多的化學大家,讓我們能夠從他們身上汲取精華,感受他們的精神,這對我們今后的發展有極大的幫助。
但是我發現上化學課的人每次都很少,位子空了許多。我想老師以后是否可以多點一下名,給予那些態度不認真的同學一些警告。
第四篇:化學研究進展講座感想
化學研究進展講座感想
經過本課程的學習,我充分了解了前沿化學的一些發展狀況,這在很大程度上激起了我無限的好奇心以及追求科學的興趣。8次講座的內容都與人類的發展息息相關,我的感受頗深。
回顧化學的發展史,曲折而充滿了奇趣。從遠古的工藝化學時期,煉丹術和醫藥化學時期,燃素化學時期到近代的定量化學時期,再到現代的前沿化學,化學研究在漸漸深入,也漸漸地越來越深入地影響到了人們的日常生活。不僅如此,現代的化學也滲透到了其它領域。多方面的發展,解決了許多懸而未決的問題,但又遇到了許多新的問題。接下來,我想就有關方面談談我的感想。
一 現代化學促進了人類的發展
化學作為一門自然科學,在發展的過程中不僅加深了人們對自然的認識,還對人們的生活,科技產業的發展造成了深刻的影響。隨著社會的發展,化學已成為一門滿足 社會需要的中心科學,創造著現代物質文明和精神文明,不 斷地影響著人類社會的發展和進步。
1.提 供 糧 食 和 控 制 人 口
現代社會人口的增長以及人們生活質量的提高,對糧食生產提出了更高的要求,以滿足人類的需求。在發展生物技術的同時,化學殺蟲劑和滅鼠劑對糧食增產起了很大的作用。同時,化學家和生物學家極力配合,利 用 現 代 激 光 光 譜 等 先 進 技 術,有 效 地 揭 示了 光 合 作 用 的 復 雜 的 化 學 反 應 機 制。這 不 僅 有 利 于 農 業 增 產,而且對工業發展也產生了很大的推動作用。除此之外,化學生長調節劑的研究也對農作物的發育改良產生了不可估摸的作用,農業經濟意義巨大。
化 學 也 為 糧 食 儲 藏 和 食 品 加 工 提 供 豐
富 多 樣 的 保 護 劑、防 腐 劑、呈 味 劑、助 味 劑、著 色 劑 以 及 各 種 補 增 營 養 的 添 加 劑。天 然 有 機 物 化 學、味 道 化 學、食 品 化 學 等 正 在 發 揮 著 越 來 越 大 的 作 用,極大地改善了人們的生活質量。
2.提 供 現 代 化 的 材 料 和 新 能 源
化學材料的發展為人類的生活提供了各種可能性,實現了人們很久以來夢寐以求的愿望。其中最引人注目的就是高分子材料的發展。化學纖維工業的發展提高了棉花的產量;塑料在建筑,通訊,包裝方面發揮了廣泛的用途;交通工具對合成橡膠的需求量日益增加。高分子材料顯示出了它無窮的魅力。
無機材料也有很大的發展前景。催 化 劑 的 開 發、分 子 剪 裁 剪 技 術 的 采 用,有可能制 成 各 種 得 心 應 手 的 材 料。集成電路的加工,光導通訊材料等都有賴于化學功能材料的發展。還有一個重要而緊迫的問題,就是能源問題。能源緊缺已經成為威脅人類生存的一個大問題。而這一問題的解決,很大程度上依賴于化學的發展。煤 的 氣 化 和 液 化 離 不 開 化 學,太 陽 能 的 開 發 利 用 需 要 化 學,核 能 的 開 發 利 用 也 必 須 有 化 學 工 作 者 參 加。氫 能 已 被 人 們 認 為 是 最 理 想 的 能 源,可 是 氫 的 制 取 方 法 盡 管 已 有 很 多,但 在 經 濟 性 上 都 不 夠 理 想,所 以 仍 有 難 度 很 大 的 化 學 問 題 等 待 人 們 去 解 決。
另外,目 前 解 決 水 資源緊缺的 辦 法,基 本 上 都 與 化 學 有 關,保 護 天 然 的 淡 水 不 受 污 染 關 系 到 化 學 廢 物 的 排 放 問 題 ; 人 工 降 雨 用 的 干 冰 也 是 化 學 物 質 ; 海 水 淡 化 越 來 越 引 起 人 們 的 注 意,也有賴于化學的發展。
二 化學對環境和人類安全造成了影響
1.化學發展不當造成了環境污染
化學資源的過量開采不緊加快了能源枯竭,而且由于技術和資金方面的影響,人類對污染物質的排放得不到有效的處理,這嚴重地影響了環境的自然發展,引起了溫室效應,臭氧層破壞,酸雨,白色污染等各種對環境有害的現象。
人 們 在 認 識 世 界 和 改 造 世 界 的 實 踐 中 越 來 越 認 識
到,人 類 得 到 滿 足 的 程 度 愈 高,所 要 付 出 的 代 價 也 愈 大。人 類 要 想 長 久 存 在 下 去,需 抉 擇 是 只 利 用 自 然 界 甚 至 野 蠻 地 征 服 自 然 界,還 是 重 視 保 護 自 然 界、使 自 然 界 和 社 會 協 調 發 展。
要 解 決 化 學 工 業 造 成 的 環 境 污 染 問 題,還 得 靠 化 學 自 身 的 進 步。要加強對化學生產過程的改造,走綠色化學發展之路,進行統籌規劃,實現化學排放物的無毒,無污染,可循環利用的經濟效益。化學用品對食品安全造成了威脅
化學用品在改善人們生活的同時,也對人類生活造成了潛在的威脅。食品添加劑改善了食物的味道,增加了食品的保存期,但也增加了癌癥等其他疾病的發病率。工業用水排放到水里,造成水質污染,水生生物中毒,進而危害人類。農作物中殘留的農藥也使人類健康受到影響。之前發生的三鹿奶粉事件,蒙牛事件也引起了社會各界人士的關注。食品安全問題已經提到議事日程。化學與食品安全問題確實應該受到有關生產部門,政府部門以及我們的極力重視。三
對化學發展的期望及憧憬
化學著實給我們的生活帶來了質的改變,但不可否認,它也對我們的生活造成一些消極影響。在接下來的發展中,化學不一定居于核心地位,但也是一個非常重要的角色。我們期望的只是,化學能給我們帶來無限的驚喜,無窮的福利,而不是給我們帶來越來越多的困擾。相信聰明的化學家也可以解決人類面臨的種種困境,未來的化學也會有各個方面的突破,取得傲人的成果,推動其它科學領域的發展。四 小結
總的來說,在這門課程的學習中,我充分體驗到了當年化學家所經歷的艱難險阻,在近代化學史峰回路轉的曲折歷程中不倦跋涉的辛勞,領略了他們撥開重重迷霧建立新理論、發現新元素、提出新方法時的無限風光,以至于有了現在的精美的相對完備的化學理論。化學前沿有著無限的魅力,不僅僅是現在所體現出來的這樣,而是有著無限的發展前景。而在接下來的發展中,就是要靠我們這些年輕的,對化學有著極大興趣的青年。科學的未來是屬于我們的。相信,化學在我們新一代的有志為科學做出貢獻的奮青手中,會演繹出更加絢麗的色彩。
第五篇:超分子化學感想
題 目 淺談對超分子化學的認識
科
目
超分子化學
教師姓名
吳安心
學生姓名
李翠華
學
號
2011210411
專
業
化學師范
隨著科學不斷發展,各個學科的新領域也不斷增多,學科之間的分支也越來越明顯。就化學而言,最初我們根據交叉學科產生了物理化學、生物化學,后來,僅針對化學這門學科,就分為了有機化學、無機化學、高分子化學、分析化學等多個分支,相應學科分支的學科帶頭人必然對其從事的領域了如指掌,但是其它方面呢?正如王梅祥在報告中指出:很多有機的機理或者數據是可以根據無機化學知識或儀器檢測出來的,在無機化學家看來顯而易見的事情,到了有機化學家卻成為了天大的難題;吳安心老師在課堂上以敦煌莫高窟的壁畫為例,強調了由面到點容易,但是由點到面卻很難。化學作為一個大的領域,是作為整體而存在的,其各個分支之間有緊密的聯系,將某個分支從其他分支中剝離開單獨研究是很片面的,正如只關注于敦煌莫高窟的某個點,就會忽視掉整幅壁畫的整體美,但是若只關注整體,就會忽略細節,很多重要的信息會被遺漏。可見,在學術科研的過程中,如何在點與面之間尋求平衡變得很關鍵。現代化學與18、19世紀的經典化學相比較,其顯著特點是從宏觀進入微觀,從靜態研究進入動態研究,從個別、細致研究發展到相互滲透、相互聯系的研究,從分子內的原子排列發展到分子間的相互作用。從某種意義上講,超分子化學淡化了有機化學、無機化學、生物化學和材料化學之間的界限,著重強調了具有特定結構和功能的超分子體系,將四大基礎化學(有機化學、無機化學、分析化學和物理化學)有機地融合為一個整體,從而為分子器件、材料科學和生命科學的發展開辟了一條嶄新的道路,且為21世紀化學發展提供了一個重要方向。此外,超分子也是化學與哲學的有機結合體。
一、超分子化學定義
Lehn在獲獎演說提到:超分子化學是研究兩種以上的化學物種通過分子間 2 力的相互作用締結成為具有特定結構和功能的超分子體系的科學,簡言之,超分子化學是研究多個分子通過非共價鍵作用而形成的功能體系的學科,其研究包括分子識別、分子自組裝、分子自組織和超分子機器。所謂非共價鍵作用,區別于共價鍵作用,原子和原子相互堆積形成分子,其作用力是強的鍵的作用力,而分子和分子堆積,其作用力均為弱的非鍵作用力,大致有12種,包括氫鍵、偶極-偶極、陽離子-偶極、陰離子-偶極、共軛等相互作用;所謂功能體系,是指其研究對象是具有識別、組裝等功能的分子。值得一提的是,在歐洲北部,學術界對這樣的一種學科并不稱作超分子化學,而叫做主客體化學,因為超分子研究最初,主要是將分子識別作為核心研究內容,主要是研究主體(受體)對客體(底物)選擇結合并產生某種特定功能的過程,主客體由此得名。
分子識別可以定義為某給定受體對作用物選擇性結合并產生某種特定功能的過程分子識別是在超分子水平上進行信息處理的基礎。分子識別有內外之分,分別可由凹形或凸形受體來完成。由大環穴狀配體進行的內識別表面上與配位化學相似,但超分子識別的范圍要廣的多,它包括對所有陽離子、陰離子及中性有機、無機或生物分子的識別。目前最受關注的受體分子主要有冠醚、環糊精、杯芳烴、索烴、輪烴等。
自組裝為分子在不受人類外力之介入下,自行聚集、組織成規則結構的現象。超分子機器方面,現在研究停留在機器組件上,并未拼接成為超分子機器。目前主要有剎車、插座等模型的超分子機器組件。
二、超分子的發展歷史
“超分子”一詞早在20世紀30年代已經出現,但在科學界受到重視卻是50年之后了。1967年C.J.Pederson等第一次發現冠醚并發表了關于冠醚合成和選 3 擇性絡合堿金屬的報告,揭示了分子和分子聚集體的形態對化學反應的選擇性起著重要作用;這可以說是第一個發現的在人工合成中的自組裝作用。其后,洛杉磯加州大學的D.J.Cram教授基于在大環配體與金屬或有機分子的絡合化學方面的研究,提出了以配體(受體)為客體,以絡合物(底物)為主體的主客體化學;法國Louis Pasteur大學的J.M.Lehn教授模擬蛋白質螺旋結構的自組裝體的研究內容,在一定程度上超越了大環與主客體化學而進入了所謂“分子工程”領域,即在分子水平上,制造有一定結構的分子聚集體而起到一定特殊性質的工程。1987年,J.M.Lehn、D.J.Cram和C.J.Perterson三位化學家以其對發展和應用具有特殊結構的高分子的巨大貢獻而獲得諾貝爾化學獎。在獲獎演講中首次提出了“超分子化學”的概念。此后,超分子化學更加引起了全球的關注和重視,以“超分子化學”為名稱的新的化學學科蓬蓬勃勃地發展起來,有人這樣說到:如果說二十世紀是共價鍵的世紀,那么二十一世紀必將是研究分子間非共價鍵相互作用的超分子化學世紀。
超分子化學與配位化學有著千絲萬縷的聯系,或者說起源于配位化學。Cram從大環配位化學角度把現代配合物定義為主客體配合物,也就是與中心原子相應的部分叫做客體,與配體相應的叫做主體。Lehn強調分子之間的相互作用---超分子作用,叫做配位超分子化學,又被稱作廣義配位化學,與中心原子相應的部分被叫做底物,與配體相應的則稱作受體。不論是配合物分子內的配體間弱相互作用,還是分子間的配體間弱相互作用都是由配位化合物形成超分子體系的重要基礎。因此,徐光憲院士指出,21世紀的配位化學是研究廣義配體與廣義中心原子結合的---配位分子片斷及由分子片組成的單核、多核配合物、簇合物、功能復合配合物及其組裝器件、超分子、LockandKey復合物,一維、二維、三維配位空腔及其 4 組裝器件等的合成和反應,制備、剪裁和組裝,分離和分析,結構和構象,粒度和形貌,物理和化學性能,各種功能性質,生理和生物活性及其輸運和調控的作用機制,以及上述各方面的規律,相互關系和應用的化學。
此外,超分子的出現也有其必然性。傳統化學研究模式主要關注物質的組成、結構以及在此基礎上的物質反應,這構成了兩個世紀以來化學研究的主線,然而在上個世紀,當科學家們想要實現微觀(分子)到宏觀的關聯時,卻久久沒有進展,原因是真正影響物質宏觀性質的并不是分子,而是分子的聚集態,這打破了分子是保持物質化學性質最小單位的觀念。可見,從微觀到宏觀必然經過亞微觀--分子堆積而成的超分子這個過渡態,正如托馬斯·曼所說: “雖然(超分子)仍是組構而不是組織,但是超分子在生命秩序和純粹化學之間形成了過渡。”
三、超分子的發展現狀和前景
由于超分子的特異性識別及自組裝、自修復等性能,目前它在很多方面都有應用。在靶向給藥方面,第三軍醫大學的李鵬熙等人在研究中,利用雙氨基聚乙二醇、葉酸修飾的焦脫鎂葉綠酸a設計合成了靶向性光敏劑目標化合物以期治療癌癥。此外西南大學的黎青霞設計合成的新型雙甲硝唑超分子受體化合物,發現該化合物易于細菌真菌的DNA相互作用形成超分子絡合物,從而導致細菌復制受阻而顯示抗菌能力;在光化學上,研究發現4,4-二甲基聯吡啶能很好地配合到卟啉與冠醚形成的空穴中去,可以形成良好的光開關模型;在超分子催化及模擬酶方面,慈云祥等將氨基酸、蛋白質、核算、對某些金屬卟啉的模擬酶活性影響加以應用,并結合免疫分析技術,建立模擬酶示蹤物的酶免疫分析方法。此外,超分子化學在稀土金屬、分子器件、分析化學等多方面具有應用。
超分子化學是化學和多門學科的交叉領域,它涵蓋了傳統化學、物理學、材 5 料科學、信息科學、環境科學,同時它的興起與發展促進了許多相關學科的發展也為他們提供了新的機遇,對超分子體系的深入研究,實際上已超出了化學范疇,形成了超分子科學。超分子功能材料及智能器件、分子器件與機器、DNA芯片、導向及程控藥物釋放與催化抗體、高選擇催化劑等等,將逐一成為現實。可以確信,超分子科學已成為21世紀新思想、新概念和高新技術的重要源頭,且作為超分子化學起源的主客體化學將與有機合成化學、配位化學和生物化學互相促進,為生命科學、材料科學、能源科學、環境科學等共同發展作出巨大貢獻。
四、超分子與哲學的聯系
超分子化學看似遙不可及,但是其很多模型都來源于生活實物,比如分子機器中的電風扇、剎車等,明星分子索烴像舞池中的一對舞伴,輪烷好像中國的算盤,這不僅給很多超分子化學家提供了靈感,也讓超分子更加容易理解。然而,超分子化學和形而上學的哲學有什么聯系呢?超分子是由很多分子個體相互組成的整體,此外整體具有有機組織((生物、社會、經濟)才具有的自我演化特征,可見超分子化學是一種分子社會學。微觀層次上,化學家研究超分子形成的機理及應用,而在宏觀層次上,哲學家也將試圖利用一些橫斷科學方法對超分子體系的自組裝、分子相互匹配、識別、分子之間的組裝和自組裝給予哲學上的宏觀解釋,試圖發現隱藏在現象背后事物所固有的本質解釋。
李曉春在其文章中闡述了超分子化學中存在辯證法思想。他認為自然科學的發展以及探究其發展變化的方向性,離不開哲學原理做指導;自然科學的發展也為哲學提供了客觀事實依據、證實了其原理的正確性,而主客體化學中的辯證聯系和發展規律也證實了這點。由于接受體和底物之間以分子間各種作用力完成配位作用,形成了兩個或更多物種的有序體,即超分子,進而實現超分子的識別、6 變換、易位。可見,物質世界的普遍聯系是運動發展的終極原因,由于普遍聯系形成了相互作用。吳安心老師也曾將有的化學分子的行為類比為人類的離婚、再結婚的行為,將自分類現象形象地聯系到“物以類聚,人以群分”,主客體化學類似于鳥巢裝蛋等等,可見自然科學如超分子化學與宏觀世界是有普遍聯系的。因此我們要學會運用普遍聯系和永恒發展的思想觀點,處理科學研究中的問題,從而獲得更多的發明和創造。