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# 生物有機金屬化學

**生物有機金屬化學**是對含有與金屬或類金屬直接鍵合的碳的生物活性分子的研究。 長期以來，人們一直認為主金屬的和過渡金屬的中心的重要性對酶和其他生物分子的功能至關重要。 但是，只有一小部分天然存在的金屬配合物和合成製備的藥物是有機金屬。 也就是說，它們的特徵是在金屬（類金屬）和碳原子之間有直接的共價鍵。 最早的並且很長時間以來，天然存在的生物有機金屬化合物的唯一例子是各種形式的鈷胺素輔因子（維生素B12）。由於最近（21世紀）在生物學中發現了包含碳-金屬鍵的新系統，生物有機金屬化學作為跨越有機金屬化學和生物化學的獨特的生物無機化學子學科而迅速興起。天然存在的生物有機金屬包括酶和傳感器蛋白質。同樣在該領域內，還有合成製備的有機金屬化合物，它們可用作新藥和顯像劑（technetium-99m sestamibi）以及與有機金屬化合物的毒理學有關的原理（例如甲基汞）。 因此，生物有機金屬化學與醫學和藥理學越來越相關。

## 在輔因子和辅基中

維生素B12是卓越的生物有機金屬物。維生素B12其實是相關酵素輔因子的集合，其中一些含有鈷烷基鍵，參與生物甲基化和1,2-碳重排反應。自從霍奇金在1955年闡明其結構以來，長期以來，它被認為是天然存在的生物有機金屬系統的唯一例子。

幾種生物有機金屬酶進行涉及一氧化碳的反應。一氧化碳脱氢酶 (CODH) 催化水煤氣變換反應 (Water–gas shift reaction)，為乙醯輔酶A的生物合成提供CO（透過羧酸鎳中間體）。後一步是由Ni-Fe酶CO甲基化乙醯輔酶A合成酶 (ACS) 實現的。 CODH和ACS通常一起出現在四聚體複合物中，CO透過隧道運輸，甲基由甲基鈷胺素（cobalamin）提供。

氫化酶是生物有機金屬的，因為它們的活性位點具有Fe-CO功能，儘管CO配體只是旁觀者。

產甲烷作用，即甲烷的生物合成，其最後一步是輔因子F430中鎳-甲基鍵的斷裂。

固氮酶的铁钼辅因子 (FeMoco) 含有Fe6C單元，是生​​物學中發現的間隙碳化物的一個例子。

據報導，天然存在的芳基金屬物的第一個例子是含有鎳-芳基鍵的鉗絡合物，可形成乳酸消旋酶的活性位點。

## 在傳感器蛋白質中

已知一些含有[NiFe]的蛋白質能夠感知H2，進而調節轉錄。

已知含銅蛋白質能夠感知乙烯，乙烯是一種與水果成熟相關的荷爾蒙。這個例子說明了有機金屬化學在自然界中的重要作用，因為低價過渡金屬配合物以外的分子很少能可逆地結合烯烴。环丙烯透過與銅 (I) 中心結合來抑製成熟。與銅的結合也與哺乳類對烯烴的嗅覺有關。

一氧化碳天然存在，透過其與以亞鐵卟啉為基礎的傳感器蛋白質的複合物成為轉錄因子。

## 在醫學上

在現代抗生素出現之前，含有汞（例如硫柳汞）和砷（例如灑爾佛散）的有機金屬化合物作為非選擇性抗菌劑在醫學上的使用已有悠久的歷史。

二氯化二茂鈦具有抗癌活性，二氯化雙[(對甲氧基芐基)環戊二烯基]鈦是目前的抗癌候選藥物。芳香烴和環戊二烯基配合物是用來設計新型放射性藥物的動力學惰性平台。

* 有機金屬化學
* 生物无机化学
* 基因化學

## 參考資料

* Peter Gölitz. Editorial. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2009, **63** (1): 26–27.
# 固体化学

**固体化学**是研究固体结构、性质、合成、表征等的一门化学分支，它综合了固体物理学、矿物学、晶体学、冶金学、材料科学等多个学科的知识。

## 历史

固体无机化学与商业产品联系紧密。工业需求与技术发展构成了固体化学发展的主要动力。20世纪材料化学在工业领域有着多项应用，例子包括：50年代用于石油催化裂解的沸石分子筛与铂金属催化剂、60年代为微电子信息技术作出重要贡献的高纯硅以及80年代的高温超导体。20世纪初发明的X射线晶体衍射对材料化学的发展有重要帮助。卡尔·瓦格纳在氧化速率理论方面、离子反向扩散与缺陷化学方面的贡献使人们在原子层面上对化学反应有了更深入的了解。他也因此被称为“固体化学之父”。

## 合成方法

固体材料种类繁多，因而有着各种各样的合成方法。对于有机材料来说，合成在室温附近进行，基本操作与一般的有机合成类似。氧化还原反应有时通过电结晶过程来完成，例如从四硫富瓦烯合成Bechgaard盐。

### 高温反应法

对热稳定的材料来说，常用的方法是高温方法。例如，大块的固体常用英語：管式炉，羅馬化：tube furnace制备，其反应温度可达约 1100 °C。以通有电流的钽管作为反应装置，可以实现在约 2000°C下的反应。这样高的温度有利于反应物的扩散，但是具体条件仍需综合考虑反应体系决定。事实上已经有一些固相反应可以在低至100°C的温度下进行。

#### 熔体反应法

一种经常用到的方法是将反应物共熔然后进行退火。如体系中有挥发性的反应物，常将反应物在液氮冷却下装入真空安瓿瓶中，之后进行熔封，并加热反应。

#### 溶液合成法

固体可以通过沉淀或蒸发溶剂的方法从溶液里得到。这包括溶剂热合成法，即在高压下在高于正常沸点的溶剂中发生反应。另一种形式是在固体反应物中加入少量的低熔点物质，该物质在高温下熔化并作为体系中的溶剂。

* 3.091（页面存档备份，存于互联网档案馆）, 麻省理工大学上的固体化学导论教学视频
# 原子簇化學[编辑]

**原子簇化学**（英語：Cluster Chemistry）是当前化学中最有趣而又极其活跃的领域之一，首先由弗兰克·阿尔伯特·科顿于1966年提出，对研究生命科学、材料科学、有机金属化学等领域都有很重要的意义。

## 原子簇

卢嘉锡将「clusters」译为“原子簇”，将「Cluster Compound」译为「原子簇化合物」，而把「Transition Metal Cluster」译为「过渡金属簇合物」。

原子簇有多种定义，比较全面的是由徐光宪、江元生等人提出的定义：

凡以3个或3个以上原子直接键合构成的多面体或笼为核心，连接外围原子或基团而形成的结构单元称原子簇。

* 硼烷
* 团簇
# 材料科学

航天飞机外殼是多種材料工程的產物，可以承受回返大氣層時1,500度的高溫。
**材料科學**（英語：materials science）又稱**物质科学**，涉及物質的性質及其在各個科學和工程學領域的整合應用，是一個研究材料的製備或加工工藝、材料的微觀結構與材料宏觀性能三者之間的相互關係的跨領域學科。涉及的理論包括固體物理學、材料化學、應用物理和應用化學，以及化學工程、機械工程、電機工程、電子工程、土木工程和建築工程。與機械結合則衍生出機械材料，與電子結合則衍生出電子材料，與土木建築結合則衍生出結構材料，與生物學結合則衍生出生物材料等等。隨著近年來媒體將注意力大量集中在纳米科學上，材料科學在科學與工程學領域越來越廣為人知。它也是鑑識科學和破壞分析中的一個重要組成部分，以後者為例，它是分析各種飛航意外的關鍵。今日許多科技上的問題受限於材料能夠容許的極限，也因此，在此領域的突破在未來科技具有指標性的影響。材料科學有著廣泛的應用前景。

## 簡史

在各時代上材料的選擇往往決定了該時代的發展，像是石器時代、青銅器時代、鐵器時代和工業革命就是明顯的例子。材料科學是最古老的應用科學及工程學之一，起初被引導來自陶瓷的加工和冶金學的延伸。現代材料科學演進來自於冶金學。在十九世紀晚期一位美國科學家約西亞·吉布斯發現材料在不同相態之間的熱力學性質，使得在理解材料性質上有重大性的突破。材料科學與其他領域的合作發展革命性科技，像是塑膠、半導體和生物材料。

在1960年代前，許多材料科學系都被稱為礦冶系。1960後當時美國高等研究計劃署(Advanced Research Projects Agency)，現為國防高等研究計劃署(Defense Advanced Research Projects Agency)，為了材料科學的基礎研究以及訓練的國家計劃(“to expand the national program of basic research and training in the materials science”)在1960年代創立一系列大學實驗室，建立了材料科學。此領域包含陶瓷材料、聚合物、半導體、磁性材料、生物材料、奈米材料。

## 材料科學理論

* 物理冶金學
* 晶體學
* 固體物理學
* 材料化學（固體化學）
* 材料應用力學
* 材料靜力學
* 材料動力學
* 材料力學
* 材料熱流學
* 材料熱力學
* 材料流體力學
* 材料計算科學

## 材料的分類

* 基本材料分类
	+ 木材
	+ 金屬材料
	+ 陶瓷材料
	+ 玻璃材料
	+ 高分子材料
	+ 複合材料
	+ 半導體材料
* 按化學狀態分類
	+ 木材
	+ 金屬材料
	+ 無極非金屬材料
		- 陶瓷材料
	+ 有機材料
		- 高分子材料
* 按物理性質分類
	+ 高強度材料
	+ 耐高温材料
	+ 超硬材料
	+ 導電材料
	+ 絕緣材料
	+ 磁性材料
	+ 透光材料
	+ 半導體材料
* 按狀態分類
	+ 單晶材料
	+ 多晶質材料
	+ 非晶態材料
	+ 准晶態材料
* 按物理效應分類
	+ 鐵電材料
	+ 壓電材料
	+ 熱電材料
	+ 電磁材料
	+ 雷射材料
* 按用途分類
	+ 土木材料
	+ 建築材料
	+ 結構材料
	+ 研磨材料
	+ 耐火材料
	+ 耐酸材料
	+ 水工材料、配管材料
	+ 機械材料
	+ 電機材料
	+ 電子材料
	+ 電工材料、配線材料
	+ 光學材料
	+ 感光材料
	+ 包裝材料
* 按組成分類
	+ 單組分材料
	+ 複合材料

## 材料工程技術

* 金屬材料成形
	+ 機械加工
	+ 非傳統加工
* 熱處理
	+ 熱加工
* 陶瓷冶金
* 陶瓷工程
* 粉末冶金
* 薄膜生長技術
* 表面處理技術
	+ 表面改性技術
	+ 表面涂覆技術

## 材料的應用

* 結構材料
* 資訊材料
	+ 儲存材料
	+ 半導體材料
* 機械材料
* 電機材料
* 電子材料
* 航行材料
* 航空材料
* 航海材料
* 土木材料
* 建築材料
* 能源材料
* 生物材料
* 環境材料
* 儲能材料和含能材料

## 参見

* 纳米材料
# 生物有机化学[编辑]

**生物有机化学**是有机化学和生物化学的交叉领域，是将有机化学研究的理论和方法向生命科学渗透的学科，负责在分子水平上研究生物过程的化学本质，主要分析生物分子（如蛋白质、核酸）的结构、性质、合成，以及酶和酶促有机反应的具体机理。是目前有机化学研究中最为热门的子领域之一。

生物有机化学与生物无机化学一般是相对的，不过在某些方面，如在研究金属酶和辅因子时，两者亦有很大的重叠。
生物有机化学是生命科学的一个分支，是用化学手段处理生物学过程的学科。

## 與有机合成的竞争

目前生物有机化学的发展，与经典的有机合成方法竞争越来越多，許多有机化合物（原料）可由生物催化剂合成。這亦帶起了一個新的催化方法，稱為“黑盒催化”，以代替從前將酶從分開的溶液中帶進反应的方法。起始材料則称为基材。在工业生产中日益重要的今天，可以通过选择有针对性的酶，而獲取更佳对映体纯度，一个对映体选择性酶促反应通常比非催化反应高。酶催化反应的主要缺点是：因为在疏水性溶剂中绝大多数酶會失去他们的活性。因此，在酶促反应前，必定要先將疏水性有机基质溶解，溶劑通常會選擇清洁剂或环糊精。在反應中，如產生非均相產物，最常用的方法是以有机溶剂萃取。

## 參考資料

* 化学生物学
* 生物化学
* 生物无机化学
* 生物物理有机化学
# 生物正交化学

**生物正交化学**（英語：Bioorthogonal chemistry）指能够在生物系统中发生而且不干扰内源性生物化学过程的化学反应。 该术语是由美国化学家卡罗琳·贝尔托西于2003年创造的反应。生物正交反应使得对生物体内的生物分子（如糖类、蛋白质和脂类等）的实时研究成为可能。在目前，已发展了大量满足生物正交性的化学偶联策略，如叠氮化合物与环炔烃的1,3-偶极环加成反应(又称无铜点击化学)、硝酮与环炔烃的反应、醛或酮形成肟或腙的反应、四嗪与环状烯烃或环状炔烃的狄尔斯-阿尔德反应、基于异氰化物的点击反应，以及四环烷偶联反应。

这里显示的是生物分子 X 和反应伙伴 Y 之间的生物正交连接。为了被认为是生物正交的，这些反应伙伴不能干扰细胞内自然发现的其他化学功能。
生物正交化学的使用通常分两个步骤进行。 第一步，用生物正交官能团（化学报告者）修饰细胞底物并将其引入细胞； 底物包括代谢物、酶抑制剂等。化学报告者分子不得显着改变底物的结构，以免影响其生物活性。 第二步，引入含有互补官能团的探针来反应并标记底物。

尽管已经开发出有效的生物正交反应（例如无铜点击化学），但新反应的开发仍在继续产生正交标记方法，以允许在同一生物系统中使用多种标记方法。 卡罗琳·贝尔托西因其对点击化学和生物正交化学的发展而荣获2022年诺贝尔化学奖。

## 生物正交性的要求

满足生物正交性的化学反应必须满足如下要求：

* **选择性：** 反应必须选择性地与目标分子发生反应，没有副反应
* **生物学惰性：** 反应物与产物不能干扰内源性生物化学过程。
* **化学惰性：**发生偶联的共价键必须足够稳定，不受内源性生物化学反应影响。
* **动力学：** 反应必须快速进行，以满足活体实时研究的需要。
* **反应生物兼容性：**反應必須是無毒的，並且必須在考慮 pH 值、水環境和溫度的生物條件下發揮作用。 隨著生物正交化學擴展到活體動物模型，藥物動力學越來越受到關注。
* **可操作性：** 化学报告分子必须可通过新陈代谢或蛋白质工程等方法引入到生物分子上。通常所引入的官能团要足够小，以免干扰生物分子的生物学功能。

## 施陶丁格偶联反应

施陶丁格偶联反应是由贝尔托西课题组于2000年基于施陶丁格反应发展而来。

### 生物正交性

叠氮化物是一种软亲电试剂，因此更倾向于与软亲核试剂膦反应（与多数生物体内亲核体相比）。该反应有很高的选择性，可在水相进行，生成稳定产物。

由于膦不是天然存在于生物体内的化合物，而且也不会还原二硫键，因此避免了副反应的发生。

有机叠氮化物已被证明具有很好的生物兼容性，比如叠氮胸苷早已是FDA批准的药物。叠氮基团由于分子体积小，易于通过新陈代谢引入到生物分子上。

### 机理

**传统的施陶丁格反应**

亲核性的膦进攻叠氮基团的末端氮原子。通过一个四元环过渡态，N2离去而形成氮杂叶立德。不稳定的叶立德水解成氧化膦和伯胺。该反应不是生物正交反应，因为水解反应破坏了氮杂叶立德。

**施陶丁格偶联反应**

对叠氮基团的亲核进攻是限速步骤，叶立德与亲电性的酯发生分子内成环反应形成五元环，最后经过水解反应形成稳定的酰胺键。

### 局限性

膦试剂在活体内发生缓慢氧化。

该反应的动力学不够迅速，二级反应速率常数约0.0020 M−1•s−1。可以通过在膦上添加供电子基团提高亲核反应速率，但是这同时也加快了其被空气氧化的速率。

为了弥补反应动力学上的不足，常常需要使用高浓度的膦试剂。这往往会导致成像等应用中背景信号（噪音）太高的问题。为了克服背景过高的问题，又发展了基于荧光素和萤光素的荧光膦试剂。

## 无铜（催化的）点击化学

**无铜点击化学**不需要使用有毒的铜离子作为催化剂，同时又具有反应快速的优点，因此成为施陶丁格偶联反应的完美替代反应（第一级反应速率提高60倍）。该反应是一种环张力促进的叠氮-炔基环加成反应(**SPAAC**)。

### 生物正交性

尽管叠氮化物不是活性最高的1,3-偶极体，但其具有分子小、在新陈代谢过程中保持稳定、不是天然存在于生物体中，因此是一种极好的生物正交官能团。

炔基虽没有叠氮基团那么小，但也具有稳定性和生物正交性，常用于活体内标记。

### 反应机理

### 区域选择性

无铜点击化学缺乏区域选择性，反应产生的三唑是立体异构体混合物，但是这并不影响该反应的大多数应用。

### 环辛炔的发展

| 环辛炔
 | 二级反应速率常数 (M−1s−1)
 |
| --- | --- |
| OCT
 | 0.0024
 |
| ALO
 | 0.0013
 |
| MOFO
 | 0.0043
 |
| DIFO
 | 0.076
 |
| DIBO
 | 0.057
 |
| BARAC
 | 0.96
 |
| DIBAC (ADIBO)
 | 0.31
 |
| DIMAC
 | 0.0030
 |

基于SPAAC的无铜点击化学
**OCT** 是首个用于无铜点击化学的环辛炔。环辛炔可在生理条件下与叠氮化物反应，并且没有毒性。但是环辛炔水溶性差，反应速率仅仅略高于施陶丁格反应。

**ALO**是无芳环的环辛炔。与OCT相比水溶性有所提高，但反应动力学仍然不好。

在环辛炔的炔丙位引入吸电子效应的氟原子，可提高反应性，如单氟化的(**MOFO**)和双氟化的(**DIFO**)环辛炔。选氟原子作为吸电子基团的优点还在于合成上的可操作性和生物兼容性的优点。同时，氟取代基不能作为亲电性的麦克尔加成反应受体，避免了与生物体内源性亲核体的副反应。

二苯基环辛炔(**DIBO** )融合了两个芳环，因而具有很大的环张力。虽然理论计算表明单芳环取代物可提供最优的反应空间位阻与环张力的平衡 ，但是单芳环取代物不够稳定，难以实际应用。

### 反应性

### 立体选择性

### 应用

## 其他生物正交反应

### 硝酮类化合物环加成反应

使用硝酮作为1,3-偶极体可用于修饰肽

### 降冰片烯环加成反应

### 氧杂降冰片二烯环加成反应

### 四嗪偶联反应

### [4+1]环加成反应

### 四唑光点击化学

### 四环庚烷偶联反应
# 临床化学[编辑]

临床化学分析仪；手用来表示尺寸
**临床化学**（英語：Clinical chemistry，亦被称为**化学病理学**、**临床生物化学**或**医学生物化学**）是临床病理学的领域之一，主要注重体液的分析。

使用简单化学方法检测血液和尿液的学科是在19世纪晚期发展起来的。在此之后，包括酶活性、分光光度法、电泳与免疫测定等检测技术相继得到应用。

为了适应大工作量的医院检验，现在大多数检验科现在都高度自动化了。测试过程受到严密监视并须通过质控。

所有生化测试属于化学病理学的范畴。任何种类的体液都可以进行生化测试，但主要的测试样本是血清或血浆。血清是血液凝固并将血细胞全部除去后分离出的黄色水样成分。通过离心机可以很容易办到，在离心力的作用下血液里密度大的血细胞和血小板会沉到离心管的底部，剩下的上清液体是血清部分。这一分析前的步骤是包含在“整合系统”仪器的操作中的。血浆在本质上与血清差不多，不过血浆是血液*不经*凝血直接离心而获得。血浆是在血液凝血*前*离心得到。测试种类决定了使用何种样本进行测试。

一家大型的檢驗醫學科可接受多种样品大约700种不同的检测项目。即使是最大的检验科也很少自己做所有的检验，一些检验项目会送到其他实验室里完成。

如此多项的检验项目可进一步分类到不同的子专业：

* 常规化学 - 医生经常开的血液化学申请项目（如肝功能和肾功能）。
* 特殊化学 - 使用如蛋白质电泳等精细技术及人工测试方法。
* 临床内分泌学 - 激素研究及内分泌疾病诊断。
* 毒理学 - 对滥用药物及其他化学品进行研究。
* 治療藥物監控 - 测量治疗性药物浓度水平来优化剂量。
* 尿液分析 - 对尿液的化学分析用于诊断多种疾病，其他液体包括CSF和渗出液。
* 粪便分析 - 基本用于检测胃肠道疾病。

## 检测

常用的临床化学检测项目包括：

电解质
* 钠
* 钾
* 氯
* 碳酸氢盐

肾功能
* 肌酐
* 血清胱抑素C
* 尿素氮

肝功能
* 血清总蛋白
	+ 清蛋白
	+ 球蛋白类
	+ A/G比例（清蛋白-球蛋白量之比）
	+ 蛋白質電泳
	+ 尿蛋白
* 胆红素：直胆；间胆；总胆
* 天冬氨酸转氨酶（AST）
* 丙氨酸转氨酶（ALT）
* γ-谷氨酰转肽酶（GGT）
* 碱性磷酸酶（ALP）

心脏标志物
* H-FABP
* 肌钙蛋白
* 肌红蛋白
* CK-MB
* B-型钠尿肽（BNP）

矿物质
* 钙
* 镁
* 磷酸盐
* 钾

血液疾病
* 铁
* 转铁蛋白
* 总铁结合量
* 维生素B12
* 维生素D
* 叶酸

杂项
* 葡萄糖
* C反應蛋白
* 糖化血红蛋白（HbA1c）
* 尿酸
* 动脉血气（[H+]、PCO2、PO2）
* 促腎上腺皮質激素（ACTH）
* 毒理学筛查与法医毒理学（药物与毒素）
* 神经特异性烯醇化酶（NSE）
* 大便隐血测试（FOBT）

## 组合检测

有时医生经常开的一些检验申请项目会组成组合：

* 基本代谢组合（BMP） - 8项检测 - 钠、钾、氯、碳酸氢盐、血尿素氮（BUN）、肌酐、葡萄糖、钙
* 综合代谢组合（CMP） - 14项检测 - 除了BMP之外加上蛋白质、白蛋白、碱性磷酸酶（ALP）、丙氨酸转氨酶（ALT）、天冬氨酸转氨酶（AST）、胆红素

## 另见

* 血液检验项目正常参考值范围
* 医学技术专家

## 注释与参考

* 临床生物化学（期刊）

## 参考书目

* Burtis, Carl A.; Ashwood, Edward R.; Bruns, David E. Tietz textbook of clinical chemistry 4th. Saunders. 2006: 2448. ISBN 978-0-7216-0189-2.

* American Association of Clinical Chemistry（页面存档备份，存于互联网档案馆）
* Association for Mass Spectrometry: Applications to the Clinical Lab (MSACL)（页面存档备份，存于互联网档案馆）
# 生物物理化学

核糖体是一种利用纳米级蛋白质动力学将RNA翻译为蛋白质的分子機器。
**生物物理化学**是物理学的分支，它使用物理学和物理化学的概念来研究生物系统。这门学科的研究最普遍的特征是试图根据构成系统的分子或这些系统的超分子结构来解释生物系统中的各种现象。

## 技术

生物物理化学家采用物理化学中使用的各种技术来检测生物体系的结构。这些技术包括光谱方法，如核磁共振 （NMR）和X射线衍射。例如，2009年诺贝尔化学奖得主的工作是基于核糖体的X射线衍射研究。生物物理化学家研究的领域之一是蛋白质结构和细胞膜的功能结构。例如，研究者根据与底物分子的形状相匹配的蛋白质分子中的口袋形状或其由于金属离子的结合而进行的修饰来解释酶的作用。类似地，研究模型超分子结构，如不同组成和大小的脂质体或磷脂囊泡，可以理解生物膜的结构和功能。

* 生物物理技术
* 生物物理学
* 生物化学

## 参考书目

* Cantor, Charles R.; Schimmel, Paul R. Biophysical Chemistry - Part I: The Conformation of Biological Macromolecules 1st. W.H. Freeman & Co Ltd. 1980. ISBN 0716711885.
* Cantor, Charles R.; Schimmel, Paul R. Biophysical Chemistry - Part II: Techniques for the Study of Biological Structure and Function 1st. W.H. Freeman & Co Ltd. 1980. ISBN 0716711907.
* Cantor, Charles R.; Schimmel, Paul R. Biophysical Chemistry - Part III: The Behavior of Biological Macromolecules 1st. W.H. Freeman & Co Ltd. 1980. ISBN 0716711923.
# 逆合成分析[编辑]

**逆合成分析**，也称作**逆合成法**、**反合成分析**，是解决有机合成路线的重要方法，也是有机合成路线设计的最简单、最基本的方法。其实质是目标分子的分拆，通过分析目标分子结构，逐步将其拆解为更简单、更容易合成的前体和原料，从而完成路线的设计。艾里亚斯·詹姆斯·科里为逆合成分析法做出很大贡献，著有《化学合成的逻辑》一书， 也因此获得了1990年的诺贝尔化学奖。

在从复杂的目标分子出发，逐步推出最佳起始物和合成路线的时候，往往要考虑以下三个因素：

* 要有合适且合理的反应方法和反应机理作保证；
* 原料要简单易得；
* 合成路线尽可能简化，且总产率越高越好。

## 定义

拆解
涉及目标分子断键，生成两个（或更多）合成子的步骤。
反合成子
逆合成分析中考虑的合成子，是确保特定转化可以进行的最小亚结构。
逆合成路线图
含有多条（或所有）目标分子逆合成路线的有向非循环图。
合成子
合成反应中的基本单位，可看作分子拆开后在有机合成中确实有效的碎片。科里给出的定义为：“凡是能用已知的，或合理的操作连接成分子的结构单元均称为合成子”。例如下列合成子就是一个有效的碎片：

目标分子
需要合成的化合物。
起始物
相对简单易得的原料物质。
转化
由产物推出起始物的过程，是合成反应的逆过程。
逆合成最重要的就是：切断

## 例子

以下是一个逆合成分析的例子：

在设计苯乙酸的合成时可发现两个合成子：一个亲核的“−COOH”基及一个亲电的“PhCH2+”基团。显然它们本质上都是不存在的，需要通过**合成子等价物**来合成它们。此例中氰离子是−COOH合成子的等价物，而溴化苄则是苄基阳离子合成子的等价物。

因此通过逆合成分析，得到的苯乙酸合成路线为：

1. PhCH2Br + NaCN → PhCH2CN + NaBr
2. PhCH2CN + 2 H2O → PhCH2COOH + NH3

## 策略

科里根据他的有机合成经验，将有关有机合成设计的策略分为5个方面，称为“五大策略”。即：

基于官能团的策略

根据目标分子所含有的官能团，选择恰当的合成路线将分子拆解。

立体化学的策略

在拆解含立体中心的目标分子时，考虑立体的关联性，逐个去除立体中心，并要注意立体选择性反应如克莱森重排反应和光延反應的使用。

基于结构目标的策略

从目标分子的结构出发，考虑引向有效的前体及起始物。可以比较多条逆合成路线，并从其中选出最佳；也可进行双向探索，即从目标和已有原料同时出发推导某中间体。

基于转化方式的策略

尽管转化方式的应用对减小“分子复杂性”十分有效，但复杂分子中有效的转化反合成子十分少见，常需要通过附加步骤来合成它们。

拓扑学的策略

抓住一个或多个关键的键结方式分析，确定较合适的断键位置，且要特别注意任何重排反应的特征。此外还要注意以下两点：

* 尽量保持环结构。
* 避免大环化合物（大于7元）的合成。

* 有机合成
* 全合成
* 极性转换

## 参考资料

## 延伸阅读

* 巨勇，席婵娟，赵国辉编著。《有机合成化学与路线设计》第二版。北京：清华大学出版社，2007年。ISBN 978-7-302-15095-4

* 分子和细胞分子信息学中心 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
# 有机反应[编辑]

克莱森重排反应，有機反應的一種
**有机反应**即涉及有机化合物的化学反应，是有机合成的基础。几种基本反应类型为：加成反应、消除反应、取代反应、周环反应、重排反应和氧化还原反应。在有机合成当中，有机反应被广泛的应用于各种人造分子的合成。比如药物、塑料、食品添加剂和合成纤维等等。

早期的有机反应，包括有机燃料的燃烧反应，以及制造肥皂所用的皂化反应。当今有机反应已愈发复杂，其中几个获得诺贝尔化学奖的反应为：1912年的格氏反应、1950年的狄尔斯-阿尔德反应、1979年的维蒂希反应、2005年的烯烃复分解反应、2010年的赫克反应和2021年的不对称有机催化反应。

## 命名及试剂

绝大多数的有机反应都以发现者的名字命名，因此很多有机反应也被称为**人名反应**，数目最少有1000个，可参见有關的**列表**。除含有发现者的名字外，有机反应的名称中可能还包括反应类型（如重排反应、还原反应、合成），及反应底物的名称（如吲哚），例如Fischer吲哚合成和安息香缩合。早期的人名反应如克莱森重排反应（1912），較新的反应则如Bingel反应（1993）。当反应名称繁冗时，常以简写称呼，如狄尔斯-阿尔德反应则变为DA反应，由三名化學家共同合成研究的Corey-Bakshi-Shibata还原反应，就可以以首字母来簡化命名為CBS反应。

有机反应中所使用的试剂也是研究的热点。它们常被用于特定的反应中，比如：

* 氧化剂，如四氧化锇、高锰酸钾、间氯过氧苯甲酸；
* 还原剂，如氢化铝锂、雷尼镍、硼氢化钠；
* 碱，如二异丙基氨基锂、氢化钠；
* 酸，如硫酸；
* 各種的催化剂等。

## 基础知识

决定有机反应反应性的因素与其他化学反应的类似，特别之处涉及：

* 反应物和产物的稳定性——因素包括共轭效应、超共轭效应和芳香性等
* 活性中间体的产生及稳定性——如自由基、碳负离子和碳正离子

有机化学中普遍存在同分异构现象，因此为了合成具有某一特定结构的目标分子，需要引入区域选择性、非对映异构选择性和对映异构选择性的概念。用伍德沃德-霍夫曼规则可以判断周环反应能否发生，而马氏规则和扎伊采夫规则则分别可作为亲电加成反应和消除反应的参考规则。

有机反应是药物合成的基础。根据2006年的一份回顾，有机反应中，大约有20%涉及氮和氧原子上的烷基化反应，20%涉及保护基的引入和脱去，11%涉及新碳-碳键的生成，10%涉及官能团的互相转化。

## 机理

虽然有机反应的数目和反应机理数可以有无限个，但这些反应和反应机理都符合一些规律。因此，可根据反应机理的类型，将各种有机反应进一步细分：

* 加成反应涵盖卤化反应、水合反应、氢化反应和氢卤化反应等反应，主要的类型包括：

1. 亲电加成反应（EA）
2. 亲核加成反应（NA）
3. 自由基加成反应（RA）

* 消除反应涵盖失水反应等反应，主要的机理有：E1、E2和E1cB反应机理。

* 取代反应可细分为：

1. 亲核取代反应
	1. 亲核取代反应，SN1、SN2和SNi机理
	2. 亲核芳香取代反应（NAS）
	3. 亲核酰基取代反应
2. 亲电取代反应（ES）
	1. 亲电芳香取代反应（EAS）
3. 自由基取代反应（RS）

* 有机氧化还原反应

* 重排反应可细分为：

1. 1,2-重排反应
2. 周环反应
3. 复分解反应

* 聚合反应包括：

1. 加成聚合反应
2. 逐步聚合反应

缩合反应是两个反应物结合，同时生成一个小分子如水的反应。逆过程称作水解。

## 依官能团分类

|  |  |  |
| --- | --- | --- |
| **官能团** | **制备** | **反应** |
| 酰卤 | 制备 | 反应
 |
| 醛 | 制备 | 反应
 |
| 醇酮 | 制备 | 反应
 |
| 烷烃 | 制备 | 反应
 |
| 烯烃 | 制备 | 反应
 |
| 炔烃 | 制备 | 反应
 |
| 卤代烃 | 制备 | 反应
 |
| 醇 | 制备 | 反应
 |
| 芳香烃 | 制备 | 反应
 |
| 叠氮化合物 | 制备 | 反应
 |
| 吖丙啶 | 制备 | 反应
 |
| 酰胺 | 制备 | 反应
 |
| 胺 | 制备 | 反应
 |
| 羧酸 | 制备 | 反应
 |
| 环丙烷 | 制备 | 反应
 |
| 二醇 | 制备 | 反应
 |
| 酯 | 制备 | 反应
 |
| 醚 | 制备 | 反应
 |
| 环氧化合物 | 制备 | 反应
 |
| 卤代酮 | 制备 | 反应
 |
| 亚胺 | 制备 | 反应
 |
| 异氰酸酯 | 制备 | 反应
 |
| 酮 | 制备 | 反应
 |
| 内酰胺 | 制备 | 反应
 |
| 腈 | 制备 | 反应
 |
| 亚硝酸酯 | 制备 | 反应
 |
| 酚 | 制备 | 反应
 |

有机反应可大致依据反应物和产物中官能团的种类而加以分类。例如，Fries重排反应中，反应物为酯，而产物为醇。

右表中列出了常见官能团的合成方法和一般反应：

## 其他

涉及杂环化合物的有机反应常以杂环的元数及杂原子类型分类。此外，也可以反应物含有的碳-元素键类型来对有机反应进行分类，由此衍生出的有机化学重要分支如有机硫化学、有机硅化学、有机磷化学和有机氟化学。由此得到的很多内容与有机金属化学有相当程度的重叠。

* 有机反应—OSU
* 人名反应列表—UConn
* 有机反应
* 有机化学

* 有機化學反應
* 无机反应、生化反应、有机金属反应、聚合反应
* 化学出版物列表
# 不对称合成

在Sharpless双羟化反应中，产物的手性可以通过AD-混合物来控制，上图是使用不对称诱导进行不对称合成的例子。 图中：RL=最大取代基，RM=中等取代基，RS=最小取代基。
α-氨基酸的两个光学异构体。
按照IUPAC金皮书的定义，**不对称合成**（enantioselective synthesis、asymmetric synthesis），也称**手性合成**、**立体选择性合成**、**对映选择性合成**，是研究向反应物引入一个或多个具手性元素的化学反应的有机合成分支。按照Morrison和Mosher的定义，不对称合成是“一个有机反应，其中底物分子整体中的非手性单元由反应剂以不等量地生成立体异构产物的途径转化为手性单元”。这里，反应剂可以是化学试剂、催化剂、溶剂或物理因素。

不对称合成目前在药物合成和天然产物全合成中都有十分重要的地位。但无疑，现在最完善的不对称合成技术，要数存在于生物体内的酶。能否实现像酶一样高效的催化体系，是对人类智慧的挑战。

氟氯溴甲烷的两个光学异构体。
一般地讲，一个不对称合成可以算作成功的标准是：

* 高的*ee*（对映体过量百分数）；
* 手性试剂易得，最好可以循环使用；
* *R*与*S*异构体都可以分别制得；
* 最好是催化性的合成。

立体化学控制有三种方法：

* 底物控制（手性库）：手性的底物与非手性的试剂反应；
* 试剂控制：非手性的底物与手性试剂反应—手性辅助剂、不对称催化；
* **双不对称反应**：对映体纯底物与对映体纯试剂发生反应。

有时手性拆分也被算作不对称合成的一种。

此外，针对手性的来源，有人把不对称合成分为普通不对称合成和绝对不对称合成。

普通不对称合成是指依靠直接或间接有天然获得的手性化合物衍生的基团诱导产生手性化合物的合成。而绝对不对称合成是指绝对脱离天然产物来源而通过物理方法（比如说通过圆偏光的照射）诱导产生手性的合成。后者相当吃功夫，所以目前只有非常有限的几个反应能做到绝对不对称合成。

## 概要

A energy profile of an enantioselective addition reaction.
## 参考资料
# 富勒烯化学[编辑]

Fullerene C60
**富勒烯化学** 是一专门讨论富勒烯特性的有机化学领域。 在这一领域的研究，是因为对富勒烯衍生物和调整其特性的需要。例如，富勒烯难溶于水而增加一个合适的官能团能够增强其溶解性。 通过增加一个能够发生聚合反应的官能团，可以获得富勒烯聚合物。富勒烯衍生物分为两类： 外取代富勒烯即在碳笼外有取代基团和富勒烯包合物即在碳笼内束缚一些分子或原子等。

## 富勒烯的化学性质

## 富勒烯的反应

### 亲核加成反应

在亲核加成中富勒烯作为一个亲电试剂与亲核试剂反应，它形成碳负离子被格利雅试剂或有机锂试剂等亲核试剂捕获。例如，氯化甲基镁与C60在定量形成甲基位于的环戊二烯中间的五加成产物后，质子化形成(CH3)5HC60。宾格反应也是重要的富勒烯环加成反应，形成亚甲基富勒烯。富勒烯在氯苯和三氯化铝的作用下可以发生富氏烷基化反应，该氢化芳化作用的产物是1，2加成的(Ar-CC-H)。

### 周环反应

富勒烯的[6,6]键可以与双烯体或亲双烯体反应，如D-A反应。[2+2]环加成可以形成四元环，如苯炔。1,3-偶极环加成反应可以生成五元环，被称作Prato反应。富勒烯与卡宾反应形成亚甲基富勒烯。

### 加氢（还原）反应

氢化富勒烯产物如C60H18、C60H36。然而，完全氢化的C60H60仅仅是假设产物，因为分子张力过大。高度氢化后的富勒烯不稳定，而富勒烯与氢气直接在高温条件下反应会导致笼结构崩溃，而形成多环芳烃。

### 氧化反应

富勒烯及衍生物在空气中会被慢慢的氧化，这也是通常情况下富勒烯需要在避光或低温中保存的原因。富勒烯与三氧化锇和臭氧等反应；与臭氧的反应很快很剧烈，可以生成羟基多加成的富勒醇混合物，因为加成数和加成位置有很宽的分布。

### 羟基化反应

富勒烯可以通过羟基化反应得到富勒醇，其水溶性取决于分子中羟基数的多少。一种方法是富勒烯与稀硫酸和硝酸钾反应可生成C60(OH)15，另一种方法是在稀氢氧化钠溶液的催化下反应由TBAH增加24到26个羟基。羟基化反应也有过用无溶剂氢氧化钠与过氧化氢和富勒烯反应的报道。用过氧化氢与富勒烯的反应合成C60(OH)8，羟基的最大数量,可以达到36至40个。

### 亲电加成反应

富勒烯也可以发生亲电反应，比如在富勒烯球外加成24个溴原子，最多亲电加成纪录保持者是C60F48。

### 与卡宾的加成反应

### 自由基加成反应

## 富勒烯的配位化学

## 富勒烯的多步合成

## 开孔富勒烯

## 杂原子富勒烯

## 富勒烯二聚体

## 碳纳米管化学

## 富勒烯的提纯
# 高分子化学[编辑]

**高分子化学**，（英語：Polymer chemistry）又稱“聚合物化學”，是研究高分子的结构、合成和反应的科學，是化学的分科。

通常高分子根据生成它单体的名称，如乙烯聚合生成的高分子称为聚乙烯，丙烯聚合生成的高分子称为聚丙烯。聚合反应过程可分为均相、多相聚合，多相聚合分为乳液、分散、沉淀聚合。

## 历史

人类很早就一直使用天然高分子。比如丝绸、木材、天然橡胶等都是天然高分子材料。19世纪晚期，一些发明家製出了一些人造高分子，比如酚醛树脂，聚甲醛等，发现高分子是一种很重要的材料。

20世纪初赫尔曼·施陶丁格提出了现代的高分子观念，即高分子是由很多重复单元通过化学键连接成的高分子量化合物，指明了高分子的内部结构。在当时很少有人接受，后来随着实验技术的进展，这一结构得到了公认。反过来，对结构的认识也推进了高分子合成、化学反应的研究。在高分子合成方面，1940年代，華萊士·卡羅瑟斯合成了尼龙，并将聚合反应机理分为链式聚合、逐步聚合两类。1950年代卡尔·齐格勒、居里奥·纳塔发明齐格勒-纳塔催化剂开始对催化聚合进行研究。1960年代卡罗泽斯的助手保罗·弗洛里对逐步聚合反应动力学进行研究，并因发展了研究长链分子的方法获1974年诺贝尔奖。

## 结构

高分子（macromolecule）也常称聚合物（polymer），指由许多单元组成的大分子，这些单元可以是具有相似或完全相同的结构，或是由完全不同但能互相生成共價鍵的有機化合物相互之间连接形成长链结构。高分子由小分子经聚合反应生成，聚合生成高分子的小分子被称为单体（monomer）。从链的形状，分三类：

* 直链高分子：结构最简单，由许多单体分子一个接一个连接而成的长链分子；
* 支化高分子：长链带有与其相比较短的分枝；
* 交联高分子：高分子链之间由支链连接起来，形成网状。

## 合成

高分子合成的主要任务是研究单体生成高分子的聚合反应过程。聚合反应可分为两类：

* 链式聚合：单体经引发后形成具有反应活性中心的链，而后该活性中心攻击其它单体将其结合，链经反应不断增长，至一定长度后被终止。
* 逐步聚合：单体转变成聚合物的反应是逐步进行的。主要包括两大类：第一类是逐步缩合聚合反应；第二类是逐步加成聚合。

## 反应

高分子虽然分子量很高，但它们具有的官能团，反应性能受两种因素影响：

* 高分子是长链结构，这个长链是曲折的蜷曲形。有规则的蜷曲（折叠）成晶态；无规则的蜷曲成非晶态。
* 高分子的分子之间堆砌在一起。有规则堆砌成规整的晶态；无规则的堆砌成非晶态。规整结构中分子紧密，试剂不易侵入，官能团不易起反应；不规整结构中分子疏松，试剂易侵入，官能团易起反应。

## 溶液

多数线型高分子，可在相应溶剂中溶解。高分子溶液是真溶液，不是以前认为的胶体溶液。高分子是长链结构，在流动时相互阻滞，是粘稠的。一般分子链愈长，粘度愈大。当光束通过溶液时，由于高分子比较大，可发生散射。高分子远比溶剂分子重。在超高速离心下，高分子移动比溶剂分子快，扩散比溶剂分子慢。利用这些性能，可测定其分子量。研究高分子溶液，还可推测高分子的形态、结构等。
# 錒系化學[编辑]

鈽是在原子能領域中非常重要的一個錒系元素
**錒系化學**（Actinide chemistry）是核化学的一個主要分支領域，研究錒系元素的化學反應以及其分子系統。錒系元素共包含15個放射性金屬元素，分別是原子序89的錒至103的鐒。錒系元素的名稱得名自此列元素之首錒（Ac），而錒系元素常會用非正式的化學符號An來表示。錒系元素中除了d區的鐒外都是f區元素，最高能量的電子是在5f電子層。與同在f區的鑭系元素相比，錒系元素的價態變化較多，化學性質也較為多變，不像鑭系元素清一色都以+3為最穩定氧化態。

## 相關條目

* 核化学

## 參考資料
# 地球化学[编辑]

**地球化学**是使用化学原理和工具来解释主要地质系统，如地壳及其海洋背后机制的科学。地球化学领域扩展到了地球以外，涵盖整个太阳系，并且对于一些过程的理解做出了重要贡献，包括地幔对流，行星的形成，和花岗岩和玄武岩的起源。

地球化学是主要研究地球各组成部分的化学成分及其变化规律，化学过程及其制约因素，化学演化及其成因与机理的学科。是地质学和化学相互融合的边缘学科，并涉及与自然过程有关的所有学科中的化学研究。化学元素和同位素是其基本的研究对象。

## 延伸阅读

* Holland, H.D., & Turekian, K.K. (2004). *Treatise on Geochemistry*（页面存档备份，存于互联网档案馆）. 9 Volumes. Elsevier
* Marshall, C., & Fairbridge, R. (2006). *Encyclopedia of Geochemistry*（页面存档备份，存于互联网档案馆）. ISBN 978-1-4020-4496-0. Berlin: Springer.
* Bernard Gunn: *The Geochemistry of Igneous Rocks*（页面存档备份，存于互联网档案馆）
* Gunter Faure (1998), *Principles and Applications of Geochemistry*, 2nd edition, Prentice Hall.
* H.R. Rollinson (1993), *Using Geochemical Data: evaluation, presentation, interpretation* (Longman). ISBN 978-0-582-06701-1
* W.M. White: *Geochemistry* (Free Download （页面存档备份，存于互联网档案馆）)
* EarthDataModels library contains a logical data model and physical implementation of a Geochemistry database (Free Download（页面存档备份，存于互联网档案馆）)

* 勘查地球化学
* 岩石学
* 宇宙化学
# 环境化学[编辑]

芬蘭拉赫的工業漏油事件附近的海岸上堆滿了裝滿受污染石頭的白色袋子。
**环境化学**是研究化学物质在环境中迁移、转化、降解规律，研究化学物质在环境中的作用的学科。它不应与绿色化学，即探求如何减少潜在的污染源头的学科搞混。它可以定义为研究源头、反应、物质运动、作用效果、以及化学元素在空气、土壤和水利环境的生存和人类活动对其的影响。
环境化学是在各个学科之间的科学，包括大气、水生以及土壤化学，也减轻在分析化学和使环境与其他有关科学的部分发生关系起到很大作用。
环境化学重要的研究成果是发现DDT在环境中很难降解，并会在通过食物链在动物体内蓄积，导致在全世界禁止生产、使用DDT；另外发现氟里昂在环境中不降解，会消耗、破坏臭氧层，导致对氟里昂使用、生产的限制和无氟冰箱的出现，

環境化學家利用化學和各種環境科學的一系列概念來幫助他們研究環境中化學物質的變化。 化學中重要的一般概念包括理解化學反應和方程式、溶液、單位、抽樣和分析技術。

## 过程危险分析

过程危险分析（Process Hazard Analysis-PHA），也称预先危险分析，即将事故过程模拟分析，也就是在一个系列的假设前提下按理想的情况建立模型，将复杂的问题或现象用数学模型来描述，对事故的危险类别、出现条件、后果等进行概略地分析，尽可能评价出潜在的危险性。过程危险分主要用来分析在泄漏，火灾、爆炸、中毒等常见的重大事故造成的热辐射、爆炸波、中毒等不同的化学危害。

过程危险分析包括以下内容：

1. 识别危险和安全问题的关键部位
2. 提高安全专业人员对潜在危险的了解
3. 风险管理规划
4. 紧急事故响应规划
5. 适用的环保及安全法规监管
6. 做出事故反应的相应决策

目前，过程危险分析已经列入安全评价师考试项目。分析方式主要包括定性分析和定量分析。 定性分析包括审查相关历史资料，对危害中相关的能源和化学品类型，来源和反应条件做出分析。定量分析是将定性分析的内容进一步模拟数字化，以达到精准的反应危险大小的目的，常用的过程危险分析软件包括SAFER CEAS™等。

* 绿色化学
* 点击化学

## 參考資料
# 大气化学[编辑]

**大气化学**是研究大气组成和化学过程的学科，是大气科学的一个重要分支学科。大气化学研究的空间范围从城市、区城向全球扩展，研究的时间尺度从几天到几年，以至几十年。大气化学研究的对象包括大气微量氣體、气溶胶、大气放射性物质和降水化学等:研究的空间范围主要是对流层和平流层；研究的手段有现场观测、实验室模拟和数值模拟等。研究大气化学要涉及与光化学、均相非均相反应动力学、大气扩散理论、痕量分析化学等领域；不仅研究大气的化学反应，还要研究大气的复杂物理化学过程的数值模拟。大气化学的主要分支有：大气痕量组成化学、对流层化学、平流层化学，如臭氧层的破坏、气溶胶化学、降水化学、大气放射性物质化学。

B. J. Finlayson-Pitts and J. N. Pitts, Jr., *Atmospheric Chemistry: Fundamentals and Experimental Techniques*, John Wiley & Sons, 1986, NewYork
# 海洋化學[编辑]

**海水的总摩尔成分（盐度=35）**
| 组成部分 | 浓度（摩尔/千克）
 |
| --- | --- |
| **H 2O** | 53.6
 |
| **Cl−**  | 0.546
 |
| **Na+**  | 0.469
 |
| **Mg2+**  | 0.0528
 |
| **SO2− 4** | 0.0282
 |
| **Ca2+**  | 0.0103
 |
| **K+**  | 0.0102
 |
| **CT** | 0.00206
 |
| **Br−**  | 0.000844
 |
| **BT** | 0.000416
 |
| **Sr2+**  | 0.000091
 |
| **F−**  | 0.000068
 |

**海洋化学**又称**化学海洋学**，受板块构造和海底扩张、浊度的影响。海流、沉积物、pH水平、大气层成分、变质活动和生态学。化学海洋学领域研究海洋环境的化学，包括不同变量的影响。海洋生物已经适应了地球上的海洋所特有的化学成分，海洋生态系统对海洋化学的变化很敏感。

随着时间的推移，人类活动对地球海洋化学的影响越来越大，工业污染和各种土地使用方式对海洋产生了很大影响。此外，地球大气中的二氧化碳含量的增加导致了海洋酸化，对海洋生态系统产生了负面影响。国际社会已经同意，恢复海洋的化学性质是一个优先事项，并作为可持续发展目标14的一部分，对实现这一目标的努力进行了跟踪。

海洋化学是对地球海洋的化学的研究。作为一个跨学科领域，化学海洋学家研究自然发生的和人为的的分布和反应。从分子到全球规模的化学。

由于海洋的相互关联性，化学海洋学家经常研究与物理海洋学、地质学和地球化学、生物学和生物化学以及大气科学有关的问题。许多化学海洋学家研究生物地球化学循环，特别是海洋碳循环，由于其在碳截存和海洋酸化中的作用，引起了人们的极大兴趣。 其他感兴趣的主要议题包括海洋的分析化学、海洋污染和全球变暖。

* 全球海洋数据分析项目（GLODAP）
* 海洋学
* 物理海洋学
* 世界海洋地图集（WOA）
* 海水
* RISE项目
# 煤化学

**煤化学**兴起于18世纪产业革命之后。随着蒸汽机的广泛使用，作为蒸汽机重要动力来源的煤受到了科学界的广泛重视和研究。18世纪后，煤成为了世界范围内最主要的能源物质，也成为了一个庞大的工业产业体系；煤在世界能源消费中所占的比重由1860年的24%猛增到1900年的95%。

## 研究范围

煤化学是煤科学的一个重要分支，煤化学主要研究的内容有煤的生成、组成、结构、性质、分类、转化过程与合理利用。

## 发展历程

煤科学的发展大致可分为三个阶段

### 开创阶段

1813年-1913年
此阶段人们迫于现实的需求开始了对于煤的研究。主要研究成果如下

| 时间 | 研究成果
 |
| --- | --- |
| 19世纪30年代 | 煤的植物起源学说
 |
| 19世纪40年代 | 煤的微观研究、热解、溶剂分离、煤的可塑性
 |
| 1873年 | 煤的分类系统
 |

1873年Regnault根据大量元素分析提出的煤的分类系统标志着煤化学学科的开创

### 鼎盛阶段

1913年-1963年
此时期煤占据着世界能源的垄断地位，煤化学的研究蓬勃发展。美国、德国、英国、法国、日本、苏联、波兰等国家相继建立了很多高水平的煤科学研究所，并在大学中开设相关的专业。这极大的促进了学科的发展，这段时间的研究成果包括焦化技术、液化技术、成焦机理与煤的物理和化学结构等组成了现代煤化学。1931年Friedrich Berguis凭借其于1913年左右开发的《煤在高温高压下直接加氢液化技术》获得了煤化学科技史上唯一的诺贝尔奖。

### 衰落与复兴

1963年-今
二十世纪六十年代由于廉价石油和天然气的大量开发利用，能源领域的注意力和研究重点纷纷转向了石油天然气工业和石油化工，煤炭工业逐渐衰落，有关煤的科学研究几乎停滞不前。但70年代中期的几次石油危机，石油价格猛涨，使得人们产生了对石油工业的担忧，煤化学的研究重新得到了人们的重视。1990年来由于环境问题，煤化学面对了很多新的亟待解决的问题。目前，煤化学的主要研究方向是煤的组成结构、污染组分及有害元素的认识、煤的高效清洁利用、煤的定向转化等