上海師范大學(xué)無(wú)機(jī)合成化學(xué)第1章緒論.ppt

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1,無(wú)機(jī)合成化學(xué),第一章緒論,2,StephenJLippard：化學(xué)最重要的是制造新物質(zhì)?；瘜W(xué)不但研究自然界的本質(zhì)，而且創(chuàng)造出新分子、新催化劑以及具有特殊反應(yīng)性的新化合物?；瘜W(xué)學(xué)科通過合成優(yōu)美而對(duì)稱的分子，賦予人們創(chuàng)造的藝術(shù)；化學(xué)以新方式重排原子的能力，賦予我們從事創(chuàng)造性勞動(dòng)的機(jī)會(huì)，而這正是其它學(xué)科所不能媲美的。,3,,化學(xué),合成化學(xué)：無(wú)機(jī)合成有機(jī)合成高分子合成……,4,合成化學(xué)帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)革命19世紀(jì)----染料工業(yè)的開創(chuàng)20世紀(jì)----非金屬合成材料工業(yè)的建立20世紀(jì)50年代----分子篩催化劑的開發(fā)21世紀(jì)----納米態(tài)及團(tuán)簇的合成與組裝,5,發(fā)展合成化學(xué)，不斷地創(chuàng)造與開發(fā)新的物種，將為研究結(jié)構(gòu)、性能（或功能）與反應(yīng)以及它們間的關(guān)系，揭示新規(guī)律與原理提供基礎(chǔ)，是推動(dòng)化學(xué)學(xué)科與相鄰學(xué)科發(fā)展的主要?jiǎng)恿Α＜{米制備與合成技術(shù)的發(fā)展為建立納米物理與納米化學(xué)提供了基礎(chǔ)C60及復(fù)合氧化物型超導(dǎo)體的合成推動(dòng)了團(tuán)簇化學(xué)與物理的建立和超導(dǎo)科學(xué)的發(fā)展,,,6,無(wú)機(jī)合成的發(fā)展：其內(nèi)涵大大擴(kuò)充，它已不僅只局限于昔日傳統(tǒng)的合成，且包括了制備與組裝科學(xué)。新型無(wú)機(jī)材料已廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)和科學(xué)領(lǐng)域。其內(nèi)容已從常規(guī)經(jīng)典合成進(jìn)入到大量特種實(shí)驗(yàn)技術(shù)與方法下的合成，以至發(fā)展到開始研究特定結(jié)構(gòu)與性能無(wú)機(jī)材料的定向設(shè)計(jì)合成與仿生合成等。其涉及面更為廣闊。,7,1無(wú)機(jī)合成基本問題,1.1無(wú)機(jī)合成化學(xué)與反應(yīng)規(guī)律問題具有一定結(jié)構(gòu)、性能的新型無(wú)機(jī)化合物或無(wú)機(jī)材料合成路線的設(shè)計(jì)和選擇，化合物或材料合成途徑和方法的改進(jìn)及創(chuàng)新是無(wú)機(jī)合成研究的主要對(duì)象。,8,為了開展深入研究，必須具備堅(jiān)實(shí)、廣闊的合成化學(xué)基礎(chǔ)：化合物的物理和化學(xué)性能、反應(yīng)性、反應(yīng)規(guī)律和特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)化學(xué)間的關(guān)系熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)等基本化學(xué)原理和規(guī)律的運(yùn)用……,9,催化領(lǐng)域----硅鋁酸鹽（沸石分子篩）,如何合成出具有規(guī)整孔道結(jié)構(gòu)的晶體？研究天然沸石總結(jié)合成規(guī)律、探索其生成機(jī)理能否合成出孔徑更大而孔道更適應(yīng)催化的？……,無(wú)定形硅鋁膠,,A型、X與Y型、絲光沸石等,,ZSM、純硅沸石、鋁磷體系等,,VPI-5型、JDF-20型、Cloverite等,10,1.2無(wú)機(jī)合成中的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法問題,大部分特種結(jié)構(gòu)和特種性能的無(wú)機(jī)物材料以及某些反應(yīng)路線的合成只能在特殊實(shí)驗(yàn)技術(shù)條件下才能完成。由于特種合成技術(shù)和操作的應(yīng)用，使大量新的合成路線和方法應(yīng)運(yùn)而生。,特種合成技術(shù)和操作,特種合成路線和方法,,,11,研究重點(diǎn)：1、對(duì)特種合成技術(shù)和方法以及相關(guān)的反應(yīng)規(guī)律和原理的了解與掌握。2、研究與合成各種各樣的新型無(wú)機(jī)物和物相，特別是對(duì)大量與生物等有關(guān)的特殊配合物和金屬有機(jī)物，從而開拓邊緣學(xué)科的發(fā)展。3、半微量甚至微量合成技術(shù)問題。,12,1.3無(wú)機(jī)合成中的分離問題,合成和分離是兩個(gè)緊密相連的問題。無(wú)機(jī)材料既對(duì)組成（包括微量摻雜）又對(duì)結(jié)構(gòu)有特定要求，因而使用的分離方法更多更復(fù)雜一些。,13,常規(guī)分離：重結(jié)晶、分級(jí)結(jié)晶和分級(jí)沉淀、升華、分餾、離子交換和色譜分離、萃取分離等特種分離：低溫分餾、低溫分級(jí)蒸發(fā)冷凝、低溫吸附分離、高溫區(qū)域熔融、晶體生長(zhǎng)中的分離技術(shù)、特殊的色譜分離、電化學(xué)分離、滲析、擴(kuò)散分離等,14,1.4無(wú)機(jī)合成中的結(jié)構(gòu)鑒定和表征問題,由于無(wú)機(jī)材料和化合物的合成對(duì)組成和結(jié)構(gòu)有嚴(yán)格的要求，因而結(jié)構(gòu)的鑒定和表征在無(wú)機(jī)合成中是具有指導(dǎo)作用的。鑒定與表征：常規(guī)的組成分析、X射線、各類光譜、LEED（低能電子衍射）等一些特種的近代檢測(cè)方法。,15,,,,,,合成反應(yīng)與反應(yīng)規(guī)律指導(dǎo)合成路線的設(shè)計(jì)、方法分離實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法結(jié)構(gòu)鑒定與表征,,,,,,16,本課程主要內(nèi)容：1、特殊條件下的合成與制備反應(yīng)。2、重要類型的無(wú)機(jī)化合物與材料的合成與制備化學(xué)。3、適當(dāng)穿插關(guān)于分離方法和技術(shù)問題、結(jié)構(gòu)鑒定和表征問題。,17,2有關(guān)專著和文獻(xiàn),2.1主要無(wú)機(jī)化學(xué)大型叢書及有關(guān)專著1.DictionaryofInorganicandOrganometallicCompounds.MacDonaldF(Editor).ChapmanandHall,19962.GmelinHandbookofInorganicChemistry.DahleburgLandWinterM(Editor).Springer-verlag3.HandbookofInorganicCompounds.DaleLPerryandSidneyL.Phillips(Editor).1995CRCPr4.InorganicChemicalsHandbook.JohnJMcketta(Editor).19935.AdvancesinInorganicChemistryVol1~46.SykesAG(Editor)andothers,AcademicPr,19986.ProgressinInorganicChemistryVol1~47.KennethDKarlin(Editor),StephenJLippard(Editor)andothers.JohnWileyandSons,19977.InorganicReactionsandMethods.ZuckermanJJ(Editor).VCHPub,1994,18,8.ComprehensiveInorganicChemistryVol1~5.BailarJr,JC.PergamonPressLtd.19739.InorganicChemistry.ShriverDF,AtkinsPWandLangfordCH.2nded.OxfordUniversityPress,199410.BasicInorganicChemistry.CottonFA,WilkinsonGandGausPaulL.3rdEd.JohnWileyandSons,199511.AdvancedInorganicChemistry.CottonFA.JohnWileyandSons,199812.StructuralInorganicChemistry.5thEdition.OxfordUnivPress,198413.CoordinationChemistry.BanerjeaDNewDelhi;Tokyo:TataMcGraw-Hill,199314.戴安邦等.無(wú)機(jī)化學(xué)叢書第12卷：配位化學(xué).北京：科學(xué)出版社，198715.TheOrganometallicChemistryoftheTransitionMetals.RobertHCrabtree.2ndEd.NewYork:JohnWileyandSons,199416.OrganometallicChemistry.GaryOSpessard,GaryLMiessler,UpperSaddleRiverNJ.Prentice-Hall,1997,19,17.InorganicBiochemistry:anIntroduction.CowanJA.2ndEd.NewYork:Wiley-VCH,199718.Bioinorganicchemistry:TransitionMetalsinBiologyandTheirCoordinationChemistry,DeutscheForschungsgemeinschaft;editedbyalfredX,TrautweinWeinheim;NewYork:Wiley-VCH,199719.SolidStateChemistry:andIntroduction.LesleysmartandElaineMoore.2ndEd.London;Tokyo:ChapmanTokyo:VCH,19959.ExperimentalMethodInorganicchemistry.JohnTanaka,StevenLSuib.PrenticeHall,CollegeDiv,199810.SynthesisandTechniqueinInorganicChemistry.RobertJ,Angelici,GS,GirolamiTB.Rauchfuss,UniversityScienceBooks,199911.AnorganischeSynthesechemie.HeynbandHiplerG.Berlin:Heidelberg(USW)Springer-Verlag,198612.MicroscaleInorganicChemistry:AComprehensiveLaboratoryExperience.ZviSzafranetal.John-WileyandSons,199113.PrepatativeMethodsinSolidStateChemistry.HagenmullerPAcademicPress,197214.PurificationofLaboratoryChemicals.4thEd.ArmaregoWLF,PerrinDR.Butterworth-Heineman,199715.ChemicalApproachestotheSynthesisofInorganicMaterials.RaoCNRJohnWileyandSons,1995,22,16.PreparationandCharacterizationofMaterials.HonigJMandRaoCNR.AcademicPress,198117.ElectrochemicalSynthesisofInorganicCompounds:ABibliograph.ZoltanNagy.PlenumPress,1985,23,2.3無(wú)機(jī)化學(xué)重要期刊1.SynthesisandReactivityinInorganicandMetalorganicChemistry（美）2.AnnualReportsontheProgressofChemistry,SectionA-InorganicChemistry（英）3.InorganicChemistry（美）4.InorginicChimActa（意大利）5.JournalofChemicalSociety(London)DaltonTrans;ChemicalCommunications（英）6.Polyhedron(TheInternationalJournalforInorganicandOrganometallicChemi-stry（英）)7.InorganicChemistryCommunication(Elsevier)8.JournalofCoordinationChemistry（英）9.CoordinationChemistryReviews(Elsevier)10.AngewandteChemie（國(guó)際版）（德）32,24,11.ZeitschriftFurAnorganischeundAllgemeineChemie（德）12.JournalofOrganometallicChemistry（美）13.JournalofSolidStateChemistry（美）14.ChemistryofMaterials（美）15.JournalofMaterialsChemistry（英）16.JournalofInagamicBiochemistry(Elsevier)17.無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)（中國(guó)）,25,3若干前沿課題,3.1新合成反應(yīng)、路線與技術(shù)的開發(fā)以及相關(guān)基礎(chǔ)理論的研究三類主要研究對(duì)象：1、特殊結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)化合物和材料2、特殊聚集態(tài)的無(wú)機(jī)化合物和材料3、無(wú)機(jī)功能材料的復(fù)合、組裝與雜化,26,3.2極端條件下的合成路線、反應(yīng)方法與制備技術(shù)的基礎(chǔ)性研究高真空、無(wú)重力可能合成出沒有位錯(cuò)的高純度晶體超高壓許多物質(zhì)的禁帶寬度及內(nèi)外層軌道的距離均會(huì)發(fā)生變化中溫中壓水熱可晶化出具有特定價(jià)態(tài)、特殊構(gòu)型與晶貌的晶體……32,,,,27,3.3仿生與無(wú)機(jī)合成中生物技術(shù)的應(yīng)用模擬生物礦化非常復(fù)雜高效、有序自動(dòng)進(jìn)行所謂生物礦化是指在生物體內(nèi)形成礦物質(zhì)（無(wú)機(jī)生物礦物）的過程。,精密、復(fù)雜的合成過程,仿生合成,,28,生物礦化過程：先形成有機(jī)物的自組裝體，無(wú)機(jī)先驅(qū)物在自組聚集體與溶液相的界面處發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在自組裝體的模板作用下，形成無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合體，將有機(jī)模板去除后即得到有組織的具有一定形狀的無(wú)機(jī)材料。32,有機(jī)大分子預(yù)組織,,界面分子識(shí)別,,生長(zhǎng)調(diào)制,,細(xì)胞加工,29,3.4綠色合成反應(yīng)與工藝的基礎(chǔ)性研究綠色合成的目標(biāo)----理想合成，即用簡(jiǎn)單的、安全的、環(huán)境友好的、資源有效的操作，快速、定量地把價(jià)廉、易得的起始原料轉(zhuǎn)化為天然或設(shè)計(jì)的目標(biāo)分子。原子經(jīng)濟(jì)性、零污染、高選擇性32,30,3.5特種結(jié)構(gòu)無(wú)機(jī)物或特種功能材料的分子設(shè)計(jì)、裁剪及分子（晶體）工程學(xué)傳統(tǒng)方法依靠篩選，使化合物從200萬(wàn)種增到2000萬(wàn)種。分子工程學(xué)逆向而行，根據(jù)所需性能對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。性質(zhì)----結(jié)構(gòu)----合成與制備。,,,3231,微孔晶體功能體系性能要求，計(jì)算機(jī)輔助借結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)的幫助借合成反應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)的指導(dǎo),設(shè)計(jì)晶體的孔道模型,,選擇與制定理想模型及其穩(wěn)定存在的條件,,選擇合成方案和修飾途徑,3232,為此，目前亟須開展以下工作：1、完善結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)2、建立與完善造孔合成反應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)3、在計(jì)算機(jī)輔助下進(jìn)行理想結(jié)構(gòu)模型的設(shè)計(jì)工作4、根據(jù)性能或功能的要求進(jìn)行微孔結(jié)構(gòu)修飾,