2010年诺贝尔化学奖简介及在命题中的应用
2010年诺贝尔化学奖
2010年诺贝尔化学奖
2010年诺贝尔化学奖颁发给了理查·弗ェ尔－亨克尔和贝里·修
泽瓦尔德，以表彰他们在金属-有机框架（MOFs）领域的贡献。
理查·弗ェ尔－亨克尔是美国加州理工学院的教授，贝里·修泽
瓦尔德是美国加州大学洛杉矶分校的教授。
他们的研究工作在化学储能和气体储存方面有重要应用。
金属-有机框架（MOFs）是一种由金属离子和有机配体组成的晶体结构。
它们具有高表面积和可调理的孔隙结构，可以用于吸附和储存气体、催化反应和分离等应用。
弗尔－亨克尔和修泽瓦尔德在研究中合成了多种新型MOFs，
并对其性质进行了研究。
他们的工作为MOFs的应用提供了
新的可能性，并促进了该领域的发展。
获得2010年诺贝尔化学奖的理查·弗尔－亨克尔和贝里·修泽
瓦尔德的研究对于开发更高效的储能和气体储存技术具有重要意义，对于推动可持续发展有重要贡献。
2010年诺贝尔化学奖
2010年诺贝尔化学奖2010年诺贝尔化学奖是由瑞典皇家科学院授予了三位科学家的殊荣，他们分别是美国科学家理查德·海克、尤鲁斯·洛夫和尤尔根·科尔德霍夫。
他们因为他们对碳合成的研究而获得了该奖项。
这一研究对于现代化学的发展有着重要的影响，并为制造新的医药品和新材料提供了新的思路和方法。
这三位科学家的研究成果涉及到的是碳合成的领域。
碳素是构成生命体的基本元素，也是地球上大多数化合物的基础。
但在过去，合成碳合物的方法非常有限，仅限于使用高温和高压等条件下的复杂化学反应。
这种方法限制了合成碳素化合物的可行性。
海克、洛夫和科尔德霍夫的研究贡献在于他们开创了一种全新的合成碳素化合物的方法，这种方法被称为交叉偶联反应。
交叉偶联反应可以将两个不同的有机分子连接在一起，形成新的化合物。
这项研究的重要性在于，它极大地扩展了有机合成化学家的合成工具箱，提供了更多合成碳化合物的方法和途径。
交叉偶联反应的突破主要包含两个重要方面：第一是发现了一种有效的催化剂，这种催化剂能够促进有机分子之间的反应，使其在常温下进行；第二是成功地解决了反应中产生副产品的问题。
以往的反应过程中，副产品的产生往往会降低合成产物的纯度，而海克、洛夫和科尔德霍夫成功地开发出了一种催化剂，能够在反应中降低副产物的产生，提高产物的纯度。
交叉偶联反应为制造新的医药品和新材料提供了全新的思路和方法。
许多药物和材料的合成需要将不同分子连接在一起，以形成目标化合物。
交叉偶联反应能够提供灵活多样的合成途径，使得科学家们能够更加高效地合成目标化合物。
这一突破在医药领域具有重要的意义，可以加速新药的研发过程，并为药物治疗的革命提供了先决条件。
交叉偶联反应也为新材料的合成提供了重要的工具。
许多新型材料的合成需要通过将不同分子连接在一起，以形成具有特殊功能和性能的材料。
交叉偶联反应提供了一种快速、高效和可控的合成方法，可以合成一系列的高分子化合物，从而开辟了新的材料研究领域。
1980--2010年诺贝尔化学奖
1980--2010年诺贝尔化学奖1980---2009年1980保罗·伯格 (PauI Berg) 美国人 (1926-- )沃尔特·吉尔伯特 (Walter Gilbert) 美国人（1932--）美国斯坦福大学医学中心的生物化学教授保罗·伯格是世界上第一位操纵基因重组DNA 分子的学者，并由于开创了这一对人类未来极有影响的新领域，而荣获一九八O年诺贝尔化学奖。
此后，吉尔伯特的研究兴趣就完全转到用化学方法决定DNA 上核苷酸的序列，以及利用遗传工程学来制造胰岛素。
经过几年的悉心研究，他终于研制成一种直接决定DNA核苷酸的方法。
吉尔伯特是采用直读法原理来进行的，故又称为化学降解法。
这种方法是先利用化学反应把DNA裁剪成一系列不同长度的核苷酸片断，使它们的一端是相同的，并标明有放射性同位素，然后测定各个片断的长度和另一端的最后一个核苷酸，这样就可弄清楚DNA分子的结构。
这种方法每次可以测定台一百至二百个核苷酸的DNA的顾序。
如果将测过的所有片段再拼接起来，就可知道整个DNA大分子的结构。
这种方法的发明，不仅可使科学家准确测定DNA分子的结构，通过这种结构的测定，还可间接推断蛋白质的一级结构，从而纠正以前某些蛋白质结构分析中的错误。
这一贡献的意义是怎么估价也不会过高的。
因此他赢得了一九八O年诺贝尔化学奖。
1981罗尔德·霍夫曼 (Roald Hofmann) 美籍波兰人（1937--）福井谦一 ( Kenichi Fukin) 日本人（1918--）霍夫曼正是由于在分子轨道理沦上的贡献，光荣地获得一九八一年诺贝尔化学奖。
他是当今年轻有为的科学家之一。
他获奖时只有四十四岁，而他提出这一著名理论时仅二十八岁。
日本京都大学的福井谦一教授和美国康奈尔大学的罗尔德·霍夫曼教授共同获得了一九八一年诺贝尔化学奖。
值得指出的是，这两位获奖者都是运用现代物理学的基石——量子力学来解释分子是如何形成的科学家。
2010诺贝尔化学奖
2010诺贝尔化学奖简介2010年的诺贝尔化学奖于2010年10月6日宣布，该奖项颁发给了三位科学家：理查德·F·海兹、本杰明·E·库贝和阿尔德·A·海利，以表彰他们对偶氮芳烃化合物的重要发现及其应用的贡献。
获奖原因偶氮芳烃化合物的发现海兹、库贝和海利三位科学家的研究工作聚焦在偶氮芳烃化合物的合成和应用上。
他们在20世纪60年代和70年代探索了许多新颖的化学反应，并发现了许多有机合成方法。
然而，他们最重要的发现是实现了偶氮芳烃化合物的合成。
偶氮芳烃化合物在有机化学和生物化学领域具有广泛的应用。
它们是人造DNA和RNA的构成单位，并且在医药领域中也有重要的作用。
例如，许多抗癌药物和抗生素都是以偶氮芳烃化合物为基础合成的。
应用价值和意义这一发现使得科学家们能够合成更多的有机化合物，并深入研究它们在生物体内的作用机制。
由于偶氮芳烃化合物的结构稳定性和生物活性，它们已被广泛应用于医药领域和有机化学合成中。
通过研究偶氮芳烃化合物的生物活性，科学家们可以发现新的药物和化合物，提高现有药物的效果，同时也为新药的研究和开发提供了新的思路和方法。
获奖人简介理查德·F·海兹理查德·F·海兹，生于1941年，美国化学家。
他是斯坦福大学的教授，也是一名企业家。
他以其对合成有机化学的杰出贡献而著名。
他的研究聚焦于有机合成、药物化学和能源科学。
本杰明·E·库贝本杰明·E·库贝，生于1947年，美国化学家。
他毕业于哈佛大学和哥伦比亚大学，曾任教于哈佛大学。
库贝教授的研究兴趣主要集中在有机合成方法学、材料化学和催化反应领域。
阿尔德·A·海利阿尔德·A·海利，生于1955年，美国化学家。
他是宾夕法尼亚大学的教授，也是一名企业家和顾问。
他在完善和推广偶氮芳烃化合物的合成方法方面作出了重大贡献。
2000-2010年诺贝尔化学奖详解
2000年艾伦-J-黑格 (1936-)艾伦-J-黑格，美国公民，64岁，1936年生于依阿华州苏城。
现为加利福尼亚大学的固体聚合物和有机物研究所所长，是一名物理学教授。
获奖理由：他是半导体聚合物和金属聚合物研究领域的先锋，目前主攻能够用作发光材料的半导体聚合物，包括光致发光、发光二极管、发光电气化学电池以及激光等等。
这些产品一旦研制成功，将可以广泛应用在高亮度彩色液晶显示器等许多领域。
艾伦-G-马克迪尔米德 (1929-)艾伦-G-马克迪尔米德，来自美国宾夕法尼亚大学，今年71岁，他出生于新西兰，曾就读于新西兰大学和美国威斯康星大学以及英国的剑桥大学。
1955年，他开始在宾夕法尼亚大学任教。
他是最早从事研究和开发导体塑料的科学家之一。
获奖理由：他从1973年就开始研究能够使聚合材料能够象金属一样导电的技术，并最终研究出了有机聚合导体技术。
这种技术的发明对于使物理学研究和化学研究具有重大意义，其应用前景非常广泛。
他曾发表过六百多篇学术论文，并拥有二十项专利技术。
白川英树 (1936-)白川英树今年64岁，已经退休，现在是日本筑波大学名誉教授。
白川1961年毕业于东京工业大学理工学部化学专业，曾在该校资源化学研究所任助教，1976年到美国宾夕法尼亚大学留学，1979年回国后到筑波大学任副教授，1982年升为教授。
1983年他的研究论文《关于聚乙炔的研究》获得日本高分子学会奖，他还著有《功能性材料入门》、《物质工学的前沿领域》等书。
获奖理由：白川英树在发现并开发导电聚合物方面作出了引人注目的贡献。
这种聚合物目前已被广泛应用到工业生产上去。
他因此与其他两位美国同行分享了2000年诺贝尔化学奖。
2001年威廉·诺尔斯(W.S.Knowles) (1917-)2001年诺贝尔化学奖授予美国科学家威廉·诺尔斯、日本科学家野依良治和美国科学家巴里·夏普雷斯，以表彰他们在不对称合成方面所取得的成绩，三位化学奖获得者的发现则为合成具有新特性的分子和物质开创了一个全新的研究领域。
2010年诺贝尔奖简介
2010年諾貝爾獎簡介蔡蘊明譯於2010年十月七日(歡迎轉載，但請註明出處)本文譯自諾貝爾化學獎委員會公佈給大眾的新聞稿：/nobel_prizes/chemistry/laureates/2010/info_publ_eng_2010.pdf 若需要進一步的資訊，請至以下網頁點選：/nobel_prizes/chemistry/laureates/2010/Sciback_2010.pdfㄧ個化學家的強力工具對具有複雜結構的化學品之需求越來越高，人類需要新的藥物來治療癌症或阻止致命病毒在人體內的毀滅性破壞，電子產業正在尋找能放光的化學物質，農業則需要能保護作物的化學物質。
2010年的諾貝爾化學獎，賞給了一項工具，它以非常有效率的方式增進了化學家的能力，來滿足上述的需求，這項工具就是：鈀催化的交叉偶合反應。
在1980年代末期，在加勒比海的潛水夫取得了一種名為Discodermia dissoluta 的海綿，那是一種在33公尺的深處所找到的一種沒有眼睛、嘴巴、胃和骨頭的小生物。
頭一眼看去，它很原始，但由於無法躲避敵人，使得Discodermia dissoluta 以及其它的海綿精通了化學，它們具有令人稱奇的能力去製造巨大且複雜的化學分子，這些分子具有毒性而能讓它們避免其它的生物掠食。
研究者發現許多這類的毒物具有醫療效果，它們可作為抗生素、抗病毒或消炎的藥物。
例如初期的一些測試顯示，由Discodermia dissoluta 分離出的discodermolide 有機會在未來成為一個化療的藥物，在它許多的性質中，包括了在試管中可以阻止癌細胞的增生。
移除一個重要的障礙向前推進經過許多深入的研究，科學家已經證實了discodermolide如何與紫杉醇(Taxol，一個現在全球最常使用的抗癌藥物) 以相同的方式打敗癌細胞。
發現一個這麼有潛力的化學物質的確是非常令人雀躍的，但如果沒有2010年的諾貝爾獎所推崇的發現，discodermolide的故事可能就結束在那裡(圖一)，進展可能因為缺乏足夠的物質而停頓，因為不可能從這樣一個從加勒比海的深海中取得的微量物質，來發展成為有效的藥物。
2010诺贝尔化学奖简介
2010诺贝尔化学奖：“焊接”碳原子的艺术根岸英一、铃木章和理查德•海克像拼接玩具那样拼接碳原子75岁的根岸英一(Ei-ichi Negishi)、79岁的理查德•海克(Richard F. Heck)和80岁的铃木章(Akira Suzuki)。
他们在“钯催化交叉偶联有机合成反应”方面做出了创造性的贡献。
该研究成果已广泛应用于制药和电子元件制造领域。
美国特拉华大学退休教授理查德•海克是美国公民；在美国普渡大学任教的根岸英一和已从日本北海道大学退休的铃木章都是日本公民。
算上这两位新科获奖者，过去十年中已有9位日本籍科学家荣获诺贝尔奖，其中绝大部分是在日本本土完成获奖研究。
“曾经在这个领域耕耘并仍然健在的科学家中，这三位获得诺贝尔奖是众望所归的。
”北京大学教授施章杰对本刊记者说，“另外还有一些科学家也做出了杰出贡献，如熊田诚(Makoto Kumada)，遗憾的是他已经逝世。
”“这项研究成果最大的意义在于，只要涉及有机化学中含有苯环或双键化合物的合成，就可以使用这个方法，所以其适用范围非常广泛。
”湖南大学教授谭泽告诉本刊记者。
谭泽于1996年至2002年间在普渡大学攻读博士，导师正是根岸英一。
此后，他又以博士后的身份在根岸英一的团队里工作了四年。
施章杰也解释说，任何一个涉及有机合成的领域，必然会遇到碳原子相互连接问题。
要想制造出更多种类、具有更多功能的有机物，必须寻求更加方便、高效的碳碳构建新方法。
但这种偶联反应的原料本身都比较稳定，要想使之发生反应，连在一起形成碳碳单键是相当困难的。
施章杰说：“这就好比爬珠穆朗玛峰，显然珠峰之高超过一般人的体力范围，你要么打个隧道过去，要么有什么东西把珠峰变成几个类似香山的小山峰—在偶联反应中，钯催化剂恰好能做到后者。
”1972年，熊田诚在这方面的研究已经有所突破。
之后几年中，前述三位获奖者相继发表论文，报告了他们的突破性进展。
而他们也都有一个以各自名字命名的化学反应。
2010 诺贝尔 化学奖 graphene 石墨烯介绍
graphene知识扫盲ABC墨烯控制制备、结构表征与物性研究系列进展1. 石墨烯（graphene）是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是构建其它维度碳质材料（如零维富勒烯、一维碳纳米管、三维石墨）的基本单元。
石墨烯具有优异的电学、热学和力学性能，可望在高性能纳电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器及能量存储等领域获得广泛应用。
由于其独特的二维结构和优异的晶体学质量，石墨烯蕴含了丰富而新奇的物理现象，为量子电动力学现象的研究提供了理想的平台，具有重要的理论研究价值。
因此，石墨烯迅速成为材料科学和凝聚态物理领域近年来的研究热点。
最近，中科院金属所沈阳材料科学国家（联合）实验室先进炭材料研究部成会明、任文才带领研究生在石墨烯的控制制备、结构表征与物性的研究方面取得了一系列新的进展，主要包括：（一） 可控制备出高质量石墨烯。
根据层数不同，石墨烯的电子结构会发生显著变化，因此实现石墨烯层数的可控制备十分关键。
与微机械剥离和外延生长方法相比，化学剥离是一种有望实现石墨烯低成本宏量制备的有效方法，但所制备的石墨烯大多为单层、双层和多层石墨烯的混合物。
基于对化学剥离方法制备石墨烯过程的分析，他们提出了利用石墨原料的尺寸与结晶度不同来控制石墨烯层数的策略，宏量控制制备出单层、双层和三层占优的高质量石墨烯（图1，Carbon（47 ( 2009) 493），被审稿人认为是“石墨烯研究和应用的重大进展”。
为了进一步提高化学剥离方法制备的石墨烯的质量，他们根据氢电弧放电反应温度高、可实现快速加热及原位还原的特点，采用电弧加热膨胀解理石墨以去除含氧官能团和愈合结构缺陷，进而提高了石墨烯的质量。
较普通快速加热方法，采用氢电弧方法制备的石墨烯的抗氧化温度提高了近100°C，导电率提高了近2个数量级，可达2*103S/cm2. 提出了表征石墨烯结构的新方法。
石墨烯表征方法的建立是对其结构进行快速有效表征、控制制备及应用的前提和基础。
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2010年诺贝尔化学奖简介及在命题中的应用科学前沿
在劳力上劳心，是一切发明之母.事事在劳力上劳心，变可得事物之
真理.
陶行知
福建江合佩
2010年10月6日，瑞典皇家科学院授予美国科学家理查德F赫克、
日本科学家根岸英一和铃木章2010年度诺贝尔化学奖，表彰他们在有机
物合成过程中钯催化交叉偶联取得的巨大成就.化学奖评审委员会说，三
人的研究成果向化学家们提供精致工具，大大提升合成复杂化学物质的可
能性.1972年赫克率先发现借助钯催化，不用高温和高压，碳原子间可以
相互接近至可以发生反应的距离,1977年根岸英一和1979年铃木章分别
对这一理论作出补充，把研究范围扩大到更多有机分子，三位科学家创制
了迄今所能使用的最复杂工具之一.
碳原子化学性质不活泼，不愿相互结合.怎么让这些懒洋洋的碳原子
活跃起来，好将它们凑作一堆?一百多年前人们已经想到办法，法国科学
家格林尼亚发明了一种试剂，利用镁原子强行塞给碳原子2个电子，使碳
原子变得活跃.但这样的方法在合成复杂大分子的时候有很大局限，人们
不能控制活跃的碳原子的行为，反应会产生一些无用的副产物.在制造大
分子的过程中，副产物生成得非常多，反应效率低下.赫克、根岸英一和
铃木章通过实验发现，用钯作为催化剂可以解决这个问题.钯原子就像媒
人一样，把不同的碳原子吸引到自己身边，使碳原子之间的距离变得很近，容易结合也就是偶联，而钯原子本身不参与结合.这样的反应不需要把碳
原子激活到很活跃的程度，副产物比较少，更加精确而高效.这一技术让化学家们能够精确有效地制造他们需要的复杂化合物.目前钯催化交叉偶联反应技术已在全球的科研、医药生产和电子工业等领域得到广泛应用.
作为一个发展中的大国，我们必须清醒地认识到:21世纪国与国之间的竞争说到底还是人才之间的竞争，而对于一个国家来说创新人才的培养至关重要.因此应该好好抓住诺贝尔化学奖这个非常好的教学资源，帮助学生拓宽视野，开阔思路，激发学生的创造愿望，培养学生的创新能力.基于此，设计了如下几。
道习题:
1考查化学反应速率和化学平衡
例1美国科学家理查德F赫克、日本科学家根岸英一和铃木章获得2010年度诺贝尔化学奖，表彰他们在有机物合成过程中钯催化交叉偶联利用做出的杰出贡献.我国清华大学李耀华教授利用其原理发现如下有机反应:。
CHC3
CH3
OH
C
CH+
BrX
Pd(PPh2)2Cl2/PPh2/CuI
N(C2H5)3
CHC
C
C
X
CH3
OH
(该反应为放热反应，且所有反应物和产物都为液态)
下列措施可以提高反应速率的是().升温,增大压强,增大生成物的浓度,增加催化剂的活性,减小反应物的浓度,增大反应物接触面积.
A!
;B!;C!;
D!
本题主要是考查影响化学反应速率的因素.
升温、增加催化剂的活性的实质都是增加单
位体积活化分子百分数，增加碰撞几率，可以提高化学反应速率；增大反应物接触面积既可以增加活化分子的碰撞几率，也可以提高化学反应速率；增大压强，主要针对的是气体参加的反应，对液体和固态反应没有任何影响.
答案B.
例2 日本科学家Suzuki 因为发现有机物合成过程中钯催化交叉偶联利用获得2010年度诺贝尔化学奖，其反应方程式为:
Sucuki 偶联反应:
63
科学前沿
人生的旅途，前途很远，也很暗.然而不要怕，不怕的人的面前才有路.
鲁迅
(已知在某反应中R为CH3,R为CH2CH3,X为
Cl，该反应为放热反应,150时放出热量为Q)
该工艺中，其主反应在超声波并有催化剂存在下进行:
(1)该反应所用的催化剂是(填写名称)，该反应150时的平衡常数200时
的平衡常数(填大于小于或等于).
(2)已知CH 3Cl(g)+CH 3CH 2B(OH )2(l) CH 3CH 2CH
3(g )+BCl(OH )2(l); H =-Q kJ mol -1，该热化学反应方程式的意义是.
(3)该反应达到平衡的标志是().
Av(CH3Cl)正=v(CH3CH2CH3)逆;
B容器中气体的平均分子量不随时间而变化;
C容器中气体的密度不随时间而变化;
D 容器中气体的分子总数不随时间而变化(4)在一个固定容积为10L
的密闭容器中充入0 20m ol CH 3Cl 和0 20mo l CH 3CH 2B (OH )2,1m
in 后达到平衡，测得容器中含CH 3CH 2CH 30 18mol，则v (CH 3Cl)=。
mo l L -1 m in -1.
若继续通入0 20m ol CH 3Cl 和0 20mo l CH 3CH 2B(OH )2，则平
衡移动(填向正反应方向、向逆反应方向
或不).
(1)通过题目提供的信息可知，该反应所用的催化剂是钯；该反应为
放热反应，因此升
高温度，平衡向吸热反应方向移动即逆反应方向移动，平衡常数K
减小，因此150 时的平衡常数大于200 时的平衡常数;(2)在本题中热化
学方程式表示的意义是在150 时,1mo l CH 3Cl 气体和1mo l CH 3CH 2B (OH )2液体完全反应生成1mo l CH 3CH 2CH 3气体和1mo l BCl(OH )2
液体时放出的热量为Q kJ;(3)对于一个反应，判断其是否达到化学平衡，主要看各组分的浓度是否变化,B 、D 就是其具体表现形式;(4)本题可以
通过3步法求出CH 3CI 达到平衡时的浓度，然后根据单位时间的浓度变
化求出其反应速率，因此本题答案为3 3 10-5；判断平衡向哪个方向移动，可以通过比较Q 与K 的大小来做。
出评价，通过计算可知Q<K，因此平衡向正反应方向移动.
答案 (1)钯，大于;(2)在150 时,1mol CH 3Cl 气体和1mol CH 3CH
2B(OH )2液体完全反应生成1mo l CH 3CH 2CH 3气体和1m ol
BCl(OH )2液体时放出的热量为Q kJ;(3)B 、D;(4)3 3 10-5，向正反应方向.2 考查有机化学知识。
例3我国清华大学教授李耀华根据2010年诺贝尔化学奖获得者美国科学家理查德F赫克、日本科学家根岸英一和铃木章的钯催化交叉偶联发现了一种重要的有机化合物分子M,M的结构为:
HO(CH3)2CCC
OCH3
有关该有机物的下列说法中，不正确的是().
AM的分子式为C12H14O2;
B 1mo l M 可以和1m ol 金属钠反应产生22 4
L氢气;
C 1m ol M 可以和6mol
氢气发生加成反应;DM可以和乙酸发生酯化反应
本题考查的是有机物分子式的书写以及官
能团的反应特点.M只有1个羟基，因此
1m ol M 可以和1m ol 金属钠反应生成0 5mol 氢气.
答案B.
例4美国科学家理查德F赫克、日本科学家根岸英一和铃木章获得2010年度诺贝尔化学奖，表彰他们在有机物合成过程中钯催化交叉偶联利用作出的杰出贡献，利用其原理可合成M，结构为:
HO(CH3)2CCC
F
下列叙述正确的是().
AM的相对分子质量是179;
B 1m ol M 最多能与2mo l Br 2发生反应;
CM与足量的乙酸溶液发生反应时，所得有机产物的化学式为
C13H14O2F;
D 1mo l M 中C 、H 、O 质量比为
1321116
本题主要考查有机化学基础知识.通过分析
可知,M 的相对分子质量为190;M 有1个碳碳三键和4个邻位，因此可以和6m ol 发生反应;M 与足量的乙酸溶液发生反应时，所得有机产物的化学式为C 14H 14O 2F;1m ol M 中C 、H 、O 质量比为132 11 16.
答案D.。