20世纪化学的辉煌成就

20世纪人类对物质需求的日益增加以及科学技术的迅猛发展，极大的推动了化学学科自身的发展。化学不仅形成了完整的理论体系，而且在理论的指导下，化学实践为人类创造了丰富的物质。从19世纪的经典化学到20世纪的现代化学的飞跃，从本质上说是从19世纪的道尔顿原子论、门捷列夫元素周期表等在原子的层次上认识和研究化学，进步到20世纪在分子的层次上认识和研究化学。如对组成分子的化学键的本质、分子的强相互作用和弱相互作用、分子催化、分子的结构与功能关系的认识，以至1900多万种化合物的发现与合成；对生物分子的结构与功能关系的研究促进了生命科学的发展。另一方面，化学过程工业以及与化学相关的国计民生的各个领域，如粮食、能源、材料、医药、交通、国防以及人类的衣食住行用等，在这100年中发生的变化是有目共睹的。过去的100年间化学学科的重大突破性成果可从历届诺贝尔化学奖获得者的重大贡献中获悉
历届诺贝尔化学奖获奖简况
获奖年份获奖者国籍获奖成就
1901J. H. van’t Hoff荷兰溶剂中化学动力学定律和渗透压定律
1902E. Fisher德国糖类和嘌啉化合物的合成
1903S. Arrhenius瑞典电离理论
1904W. Ramsay英国惰性气体的发现及其在元素周期表中位置的确定
1905A. von Baeyer德国有机染料和氢化芳香化合物的研究
1906H. Moissan法国单质氟的制备，高温反射电炉的发明
1907E. Buchner德国发酵的生物化学研究
1908E. Rutherford英国元素嬗变和放射性物质的化学研究
1909W. Ostwald德国催化、电化学和反应动力学研究
1910O.Wallach德国脂环族化合物的开创性研究
1911M.Curie波兰放射性元素钋和镭的发现
1912V. Grignard
P. Sabatier法国
法国格氏试剂的发现
有机化合物的催化加氢
1913A. Werner瑞士金属络合物的配位理论
1914Th. Richards美国精密测定了许多元素的原子量
1915R. Willstatter德国叶绿素和植物色素的研究
1916无
1917无
1918F.Haber德国氨的合成
1919无
1920W. Nernst德国热化学研究
1921F. Soddy英国放射性化学物质的研究及同位素起源和性质的研究
1922F. W. Aston英国质谱仪的发明，许多非放射性同位素及原子量的整数规则的发现
1923F. Pregl奥地利有机微量分析方法的创立
1924无
1925R. Zsigmondy德国胶体化学研究
1926T. Svedberg瑞士发明超速离心机并用于高分散胶体物质研究
1927H. Wieland德国胆酸的发现及其结构的测定
1928A. Windaus法国甾醇结构测定，维生素D3的合成
1929A.Harden
H. von Euler-Chelpin英国
法国糖的发酵以及酶在发酵中作用的研究
1930H. Fischer德国血红素、叶绿素的结构研究，高铁血红素的合成
1931C.Bosch
F. Bergius德国
德国化学高压法
1932J. Langmuir美国表面化学研究
1933无
1934H. C. Urey美国重水和重氢同位素的发现
1935F. Joliot-Curie
I. Joliot-Curie法国
法国新人工放射性元素的合成
1936P. Debye荷兰提出了极性分子理论，确定了分子偶极矩的测定方法
1937W. N. Haworth
P. Karrer英国
瑞士糖类环状结构的发现，维生素A、C和B12、胡萝卜素及核黄素的合成
1938R. Kuhn德国维生素和类胡萝卜素研究
1939A.F. J. Butenandt
L. Ruzicka德国
瑞士性激素研究
聚亚甲基多碳原子大环和多萜烯研究
1940无
1941无
1942无
1943G. Heresy匈牙利利用同位素示踪研究化学反应
1944O. Hahn德国重核裂变的发现
1945A. J. Virtamen荷兰发明了饲料贮存保鲜方法，对农业化学和营养化学做出贡献
1946J. B. Sumner
J. H. Northrop
W. M. Stanley美国
美国
美国发现酶的类结晶法
分离得到纯的酶和病毒蛋白
1947R. Robinson英国生物碱等生物活性植物成分研究
1948A. W. K. Tiselius瑞典电泳和吸附分析的研究，血清蛋白的发现
1949W. F. Giaugue美国化学热力学特别是超低温下物质性质的研究
1950O. Diels
K. Alder德国
德国发现了双烯合成反应，即Diels-Alder反应
1951E.M. Mcmillan
G. Seaborg美国
美国超铀元素的发现
1952A.J. P. Martin
R. L. M. Synge英国
英国分配色谱分析法
1953H. Staudinger德国高分子化学方面的杰出贡献
1954L. Pauling美国化学键本质和复杂物质结构的研究
1955V. du. Vigneand美国生物化学中重要含硫化合物的研究，多肽激素的合成
1956C. N. Hinchelwood英国
苏联化学反应机理和链式反应的研究
1957A. Todd英国核苷酸及核苷酸辅酶的研究
1958F. Sanger英国蛋白质结构特别是胰岛素结构的测定
1959J. Heyrovsky捷克极谱分析法的发明
1960W. F. Libby美国14C测定地质年代方法的发明
1961M. Calvin美国光合作用研究
1962M. F. Perutz
J. C. Kendrew英国
英国蛋白质结构研究
1963K. Ziegler
G. Natta德国
意大利Ziegler-Natta催化剂的发明，定向有规高聚物的合成
1964D. C. Hodgkin英国重要生物大分子的结构测定
1965R. B. Woodward美国天然有机化合物的合成
1966R. S. Mulliken美国分子轨道理论
1967M. Eigen
R. G. W. Norrish
G. Porter德国
英国
英国用驰豫法、闪光光解法研究快速化学反应
1968L. Onsager美国不可逆过程热力学研究
1969D.H. R. Barton
O. Hassel英国
挪威发展了构象分析概念及其在化学中的应用
1970L. F. Leloir阿根廷从糖的生物合成中发现了糖核苷酸的作用
1971G. Herzberg加拿大分子光谱学和自由基电子结构
1972C .B. Anfinsen
S. Moore
W. H. Stein美国
美国
美国核糖核酸酶分子结构和催化反应活性中心的研究
1973G.Wilkinson
E. O. Fischer英国
德国二茂铁结构研究，发展了金属有机化学和配合物化学
1974P. J. Flory美国高分子物理化学理论和实验研究
1975J. W. Cornforth
V. Prelog英国
瑞士酶催化反应的立体化学研究
有机分子和反应的立体化学研究
1976W. N. Lipscomb, Jr.美国有机硼化合物的结构研究，发展了分子结构学说和有机硼化学
1977I. Prigogine比利时研究非平衡的不可逆过程热力学
1978P. Mitchell英国用化学渗透理论研究生物能的转换
1979H.C. Brown
G. Wittig美国
德国发展了有机硼和有机磷试剂及其在有机合成中的应用
1980P. Berg
F. Sanger
W. Gilbert美国
英国
美国DNA分裂和重组研究，DNA测序，开创了现代基因工程学
1981Kenich Fukui
R. Hoffmann日本
美国提出前线轨道理论
提出分子轨道对称守恒原理
1982A. Klug英国发明了“象重组”技术，利用X-射线衍射法测定了染色体的结构
1983H. Taube美国金属配位化合物电子转移反应机理研究
1984R. B. Merrifield美国固相多肽合成方法的发明
1985H. A. Hauptman
J. Karle美国
美国发明了X-射线衍射确定晶体结构的直接计算方法
1986李远哲
D. R. Herschbach
J. Polanyi美国
美国
加拿大发展了交叉分子束技术、红外线化学发光方法，对微观反应动力学研究作出重要贡献
1987C. J. Pedersen
D. J. Cram
J-M. Lehn美国
美国
法国开创主-客体化学、超分子化学、冠醚化学等新领域
1988J. Deisenhoger
H. Michel
R. Huber德国
德国
德国生物体中光能和电子转移研究，光合成反应中心研究
1989T. Cech
S. Altman美国
美国Ribozyme的发现
1990E. J. Corey美国有机合成特别是发展了逆合成分析法
1991R. R. Ernst瑞士二维核磁共振
1992R. A. Marcus
美国电子转移反应理论
1993M. Smith
K. B. Mullis加拿大
美国寡聚核苷酸定点诱变技术
多聚酶链式反应（PCR）技术
1994G. A. Olah美国碳正离子化学
1995M. Molina
S. Rowland
P. Crutzen墨西哥
美国
荷兰研究大气环境化学，在臭氧的形成和分解研究方面作出重要贡献
1996R. F. Curl
R. E. Smalley
H. W. Kroto美国
美国
英国发现C60
1997J. Skou
P. Boyer
J. Walker丹麦
美国
英国发现了维持细胞中钠离子和钾离子浓度平衡的酶，并阐明其作用机理
发现了能量分子三磷酸腺苷的形成过程
1998W. Kohn
J. A. Pople美国发展了电子密度泛函理论
发展了量子化学计算方法
1999A. H. Zewail美国飞秒技术研究超快化学反应过程和过渡态
1）放射性和铀裂变的重大发现
20世纪在能源利用方面一个重大突破是核能的释放和可控利用。仅此领域就产生了6项诺贝尔奖。首先是居里夫妇从19世纪末到20世纪初先后发现了放射性比铀强400倍的钋，以及放射性比铀强200多万倍的镭，这项艰巨的化学研究打开了20世纪原子物理学的大门，居里夫妇为此而获得了1903年诺贝尔物理学奖。1906年居里不幸遇车祸身亡，居里夫人继续专心于镭的研究与应用，测定了镭的原子量，建立了镭的放射性标准，同时制备了20克镭存放于巴黎国际度量衡中心作为标准，并积极提倡把镭用于医疗，使放射治疗得到了广泛应用，造福人类。为表彰居里夫人在发现钋和镭、开拓放射化学新领域以及发展放射性元素的应用方面的贡献，1911年被授予了诺贝尔化学奖。20世纪初，卢瑟福从事关于元素衰变和放射性物质的研究,提出了原子的有核结构模型和放射性元素的衰变理论,研究了人工核反应，因此而获得了1908年的诺贝尔化学奖。居里夫人的女儿和女婿约里奥-居里夫妇用钋的?射线轰击硼、吕、镁时发现产生了带有放射性的原子核，这是第一次用人工方法创造出放射性元素，为此约里奥-居里夫妇荣获了1935年的诺贝尔化学奖。在约里奥-居里夫妇的基础上，费米用曼中子轰击各种元素获得了60种新的放射性元素，并发现中子轰击原子核后，就被原子核捕获得到一个新原子核，且不稳定，核中的一个中子将放出一次?衰变，生成原子序数增加1的元素。这一原理和方法的发现，使人工放射性元素的研究迅速成为当时的热点。物理学介入化学，用物理方法在元素周期表上增加新元素成为可能。费米的这一成就使他获得了1938年的诺贝尔物理学奖。1939年哈恩发现了核裂变现象，震撼了当时的科学界，成为原子能利用的基础，为此，哈恩获得了1944年诺贝尔化学奖。
1939年费里施在裂变现象中观察到伴随着碎片有巨大的能量，同时约里奥-居里夫妇和费米都测定了铀裂变时还放出中子，这使链式反应成为可能。至此释放原子能的前期基础研究已经完成。从放射性的发现开始，然后发现了人工放射性，再后又发现了铀裂变伴随能量和中子的释放，以至核裂变的可控链式反应。于是，1942年费米领导下成功的建造了第一座原子反应堆，1945年美国在日本投下了原子弹。核裂变和原子能的利用是20世纪初至中叶化学和物理界具有里程碑意义的重大突破。
（2）化学键和现代量子化学理论
在分子结构和化学键理论方面，鲍林（L.Pauling, 1901-1994）的贡献最大。他长期从事X-射线晶体结构研究，寻求分子内部的结构信息，把量子力学应用于分子结构，把原子价理论扩展到金属和金属间化合物，提出了电负性概念和计算方法，创立了价键学说和杂化轨道理论。1954年由于他在化学键本质研究和用化学键理论阐明物质结构方面的重大贡献而荣获了诺贝尔化学奖。此后，莫利肯运用量子力学方法，创立了原子轨道线性组合分子轨道的理论，阐明了分子的共价键本质和电子结构，1966年荣获诺贝尔化学奖。另外，1952年福井谦一提出了前线轨道理论，用于研究分子动态化学反应。1965年R.B.Woodward,和R.Hoffman提出了分子轨道对称守恒原理，用于解释和预测一系列反应的难易程度和产物的立体构型。这些理论被认为是认识化学反应发展史上的一个里程碑，为此，福井谦一和Hoffman共获1981年诺贝尔化学奖。1998年科恩因发展了电子密度泛函理论，以及波普尔因发展了量子化学计算方法而共获了诺贝尔化学奖。
化学键和量子化学理论的发展足足花了半个世纪的时间，让化学家由浅入深，认识分子的本质及其相互作用的基本原理，从而让人们进入分子的理性设计的高层次领域，创造新的功能分子，如药物设计、新材料设计等，这也是20世纪化学的一个重大突破。
（3）合成化学的发展
创造新物质是化学家的首要任务。100年来合成化学发展迅速，许多新技术被用于无机和有机化合物的合成，例如，超低温合成、高温合成、高压合成、电解合成、光合成、声合成、微波合成、等离子体合成、固相合成、仿生合成等等；发现和创造的新反应、新合成方法数不胜数。现在，几乎所有的已知天然化合物以及化学家感兴趣的具有特定功能的非天然化合物都能够通过化学合成的方法来获得。在人类已拥有的1900多万种化合物中，绝大多数是化学家合成的，几乎又创造出了一个新的自然界。合成化学为满足人类对物质的需求作出了极为重要的贡献。纵观20世纪，合成化学领域共获得10项诺贝尔化学奖。
1912年格林亚德因发明格氏试剂，开创了有机金属在各种官能团反应中的新领域而获得诺贝尔化学奖。1928年狄尔斯和阿尔德因发现双烯合成反应而获得1950年诺贝尔化学奖。1953年齐格勒和纳塔发现了有机金属催化烯烃定向聚合，实现了乙烯的常压聚合而荣获1963年诺贝尔化学奖。人工合成生物分子一直是有机合成化学的研究重点。从最早的甾体（A.Windaus，1928年诺贝尔化学奖）、抗坏血酸（W.N.Haworth, 1937年诺贝尔化学奖）、生物碱（R.Robinson,1947年诺贝尔化学奖）到多肽（V.du.Vigneand,1955年诺贝尔化学奖）逐渐深入。到1965年有机合成大师Woodward由于其有机合成的独创思维和高超技艺，先后合成了奎宁、胆固醇、可的松、叶绿素和利血平等一系列复杂有机化合物而荣获诺贝尔