• 实验内容以结构测定和化学合成实验为主

  1. 结构测定实验

结构测定实验源于人们对阴极放电现象微观本质的探讨。早在 1836 年， 法拉第就曾研究过低压气体中的放电现象。1869 年，德国化学家希托夫(J.W.Hittorf，1824—1914)发现真空放电于阴极，并以直线传播。1876 年， 戈尔茨坦(E.Coldstein，1850—1930)将这种射线命名为“阴极射线”。1878 年，英国化学家克鲁克斯(Sir W.Crookes，1832—1919)发现阴极射线能推动小风车，被磁场推斥或牵引，是带电的粒子流。1897 年，克鲁克斯的学生英国物理学家 J.J.汤姆生(J.J.Thomson，1856—1940)对阴极射线作了定性和定量的研究，测定了阴极射线中粒子的荷质比。这种比原子还小的粒子被命名为“电子”。电子的发现，动摇了“原子不可分”的传统化学观。

1895 年，德国物理学家伦琴(W.C.Rönt-gen，1845—1923)在研究阴极射线时发现了 X 射线。1896 年，法国物理学家贝克勒(A.H.Becquerel，1852— 1908)发现了“铀射线”。次年，法国著名化学家玛丽·居里(M.Curie，1867

—1934)又发现了钍也能产生射线，于是她把这种现象称为“放射性”，把具有这种性质的元素称为放射性元素。居里夫妇经过极其艰苦的努力，于 1898 年先后发现了具有更强放射性的新元素钋和镭。随后，又花费了几年时间， 从两吨铀的废矿渣中分离出 0.1 克光谱纯的氯化镭，并测定了镭的原子量。镭曾被称为“伟大的革命家”，克鲁克斯尖锐地评论说：“十分之几克的镭就破坏了化学中的原子论”。可见这一成果意义的重大。为此，居里夫人获得了 1911 年的诺贝尔化学奖。

1898 年，J.J.汤姆生的学生 E.卢瑟福(F.Rutherford，1871—1937)发现铀和铀的化合物发出的射线有两种不同的类型，一种是α射线，一种是β射线；2 年后，法国化学家维拉尔(P.Villard，1860—1934)又发现了第三种射线γ射线。1901 年卢瑟福和英国年青的化学家索迪(F.Soddy，1877—1956) 进行了一系列合作实验研究，发现镭和钍等放射性元素都具有蜕变现象。据此，他们提出了著名的元素蜕变假说，认为放射性的产生是由于一种元素蜕变成另一种元素所引起的。这一成果具有革命意义，打破了“元素不能变” 的传统化学观。卢瑟福也因此荣获 1908 年的诺贝尔化学奖。

电子、放射性和元素蜕变理论奠定了化学结构测定实验的理论基础。1912 年，德国物理学家劳埃(M.von Laue，1879—1960)发现 X 射线通过

硫酸铜、硫化锌、铜、氯化钠、铁和萤石等晶体时可以产生衍射现象。这一发现提供了一种在原子-分子水平上对无机物和有机物结构进行测定的重要实验方法，即 X 射线衍射法。

无机物的结构测定的真正开始是 X 射线衍射线发现以后。在此之前，象氯化钠这样简单的离子化合物的结构问题，对化学家来说都是一个难题，但运用这种方法之后，化学家才恍然大悟，原来其结构是如此简单。本世纪 20

—30 年代，人们运用 X 射线衍射法分析测定了数以百计的无机盐、金属配合

物和一系列硅酸盐的晶体结构。

有机物的晶体结构测定始于 20 年代。在此期间，人们测定了六次甲基四胺、简单的聚苯环系、己链烃、尿素、一些甾族化合物、镍钛菁、纤维素以及一系列天然高分子和人工聚合物的结构。40—50 年代，有机物晶体结构分析工作更加蓬勃发展，最突出的是 1949 年青霉素晶体结构、1952 年二茂铁(金属有机化合物)结构和 1957 年维生素 B12 结构的测定。另外，人们应用 X 射线衍射法还对一系列复杂蛋白质的结构进行了测定，取得了许多重大突破， 为分子生物学理论的建立奠定了坚实的实验基础。

  1. 化学合成实验

化学合成实验是现代化学实验的一个非常活跃的领域。随着现代化学实验仪器、设备和方法的飞速发展，人们创造了很多过去根本无法创设的实验条件，合成了大量结构复杂的化学物质。

制备硼的氢化物，一直是久未攻克的化学难题。1912 年，德国化学家斯托克(A.Stock，1876—1946)对硼烷进行了开创性的工作，发明了一种专门的真空设备，采取低温方法合成了一系列硼的氢化物(从 B2H6 到 B10H14)，并研究了它们的分子量和化学性质。1940 年，斯托克的学生 E.威伯格用氨与硼烷作用制成了结构与苯相似的“无机苯”B3N3H6。1962 年，英国化学家巴特利特(N.Bartlett，1932— )合成了第一种稀有气体化合物六氟铂酸氙，打破了统治化学达 80 年之久的稀有气体“不能参加化学反应”的传统化学观，开辟了新的化学合成领域。

有机合成在本世纪取得了突飞猛进的发展，合成了许多高分子化合物， 如酚醛树脂(1907 年)、丁钠橡胶(1910 年)、尼龙纤维(1934 年)。对有机天然产物合成贡献较大的化学家，应首推美国化学家伍德沃德(R.B.Woodward， 1917—1979)。他先后合成了奎宁(1944 年)、包括胆甾醇(胆固醇)和皮质酮(可的松)在内的甾族化合物(1951 年)、利血平(1956 年)、叶绿素(1960 年) 以及维生素 B12(1972 年)等。为表彰他的杰出贡献，他获得了 1965 年的诺贝尔化学奖，被誉为“当代的有机化学大师”。

1965 年，我国科学家第一次实现了具有生物活性的结晶牛胰岛素蛋白质的人工合成，这对揭示生命奥秘具有重要意义；1972 年美国化学家科勒拉(H.G.Khorana，1922— )等人使用模板技艺合成了具有 77 个核苷酸片断的DNA，其后又合成了含有 207 个碱基对的具有生物活性的大肠杆菌 DNA；1981 年我国科学家又实现了具有生物活性的酵母丙氨酸 tRNA 的首次全合成，取得了又一突破。

现代化学实验除上述两方面以外，还在溶液理论的发展和化学反应动力学的建立等方面发挥了重要作用。