绪论

【学习要求】

1.了解化学发展史。

2.了解中药学发展与无机化学的关系及我国天然无机药物研究的几个领域。

3.了解无机化学课程学习的基本内容和方法。

化学作为自然科学中的一门重要学科，主要是研究物质的组成、结构和性质；研究物质在原子和分子水平的变化规律及变化过程中的能量关系。它是人类认识自然，改造自然的一种重要武器。随着整个社会的不断发展，化学已经深入人类生活的各个领域，并在国民经济中起着越来越大的作用。从古至今，化学伴随着人类社会的进步，其发展经历了哪些时期呢？

一、化学发展史及知名人物

（一）古代及中古化学时期

古代及中古化学时期（远古至17世纪），经历了实用化学、炼丹术和医药化学时期。

化学的历史很悠久。古代（4世纪以前），约公元前50万年原始人开始使用火，人类在最基本的生产活动和生活实践中逐步学会了制陶、冶金、酿酒、染色等工艺，零星积累了不少的化学知识，是化学的萌芽时期。造纸术、制瓷术、火药是我国古代化学工艺的三大发明。

中古时期（4～17世纪），人们最早在炼丹炉中用化学方法提炼金银及合成“长生不老”之药。但由于追求虚幻目的，使这段时期的化学走入了歧途。转而人们开始研究用化学方法提纯制造药剂，许多医生除用草木药治病外，还用药剂成功地医治了一系列疾病，推动了化学的发展。我国本草学在这个时期进入了一个新的发展阶段，1596年我国明代医药学家李时珍著成《本草纲目》，列有中药材（包括矿物药）1892种，附方11000多首，是一部药物学巨著。

（二）近代化学时期

近代化学时期（17世纪后半叶至19世纪末），经历了燃素化学时期（17世纪后半叶至18世纪末）和定量化学时期（19世纪）。

1661年，英国化学家波意耳（Boyle）发表了他的论著《怀疑派化学家》，批判了炼金术士对物质组成的原性说，建立了化学元素的科学概念，成为化学发展中的一个转折点。

1777年，法国化学家拉瓦锡（Lavoisier）提出用定量化学实验阐述燃烧的氧化学说，标志着定量化学时期的到来。

1803年，英国化学家道尔顿（Dalton）提出了原子论，认为一切物质都是由不可再分割的原子组成，标志着近代化学发展时期的开始。

1811年，意大利物理学家阿佛加德罗（Avogadro）建立了阿佛加德罗定律和分子学说，为现代化学的发展和物质结构的研究奠定了坚实的基础。

1869年，俄国化学家门捷列夫（Mendeleev）发表了第一张化学元素周期表，确定了元素周期律，元素周期律的建立是化学近代发展时期在理论上取得的最大成果。

（三）现代化学时期

现代化学时期（20世纪初至今）。20世纪初，量子论的发展使化学和物理学有了共同的语言，解决了化学上许多悬而未决的问题。

1911年，英国物理学家卢瑟福（Rutherford）根据实验提出了原子的“天体行星模型”。

1913年，丹麦物理学家玻尔（Bohr）在经典力学的基础上，建立了玻尔原子模型。这是原子结构理论发展中的一次重大进展。

1926年，奥地利物理学家薛定谔（Schrodinger）与爱因斯坦、玻尔、玻恩、海森堡等一起发展了量子力学。建立了描述微观粒子运动的波动方程——薛定谔方程。

1931年，美国化学家鲍林（Pauling）提出了原子轨道的杂化理论，成功地解释了许多分子的成键和几何构型。

1942年，中国杰出的制碱专家侯德榜发明了举世闻名的联合制碱法，被称为“侯氏制碱法”。该法将世界制碱史推向一个新阶段，并一直延用至今。

最近20多年来，化学有了突飞猛进的发展。尤其是化学与其他学科的交叉渗透所产生的一系列边缘学科，更加拓宽了化学的研究领域。

21世纪是科学相互渗透时期。化学将在与多学科的相互交叉、相互渗透、相互促进中共同发展。展望新世纪现代科学技术的发展，化学一定会在材料、能源、环保、医药卫生等领域中大有作为。在继承祖国药学遗产，发现、创造更安全高效药物的艰巨工作中，化学担负着极为重要的任务，运用化学的原理和方法分析研究中草药，将揭示其有效成分和多组分药物的协同作用机理，从而推动中药走向世界。

纵观化学科学形成和发展的全过程可知，化学在人类历史进程中有着十分重要的作用和地位。它影响着我们生活的世界，带给人类巨大效益。今天化学已渗入我们的日常生活、能源、信息、材料、国防、环境保护、医药卫生等领域中，正是由于化学技术在这些领域中的应用，极大地促进了社会生产力的发展，成为人类进步的标志。可以说，化学不仅是社会迫切需要的科学，也是一门中心性的、实用性的和创造性的科学。

附：著名科学家

李时珍，湖北蕲春县人，我国明代医药学家。他曾考科举，后弃儒业医，继承家学，曾广泛参阅历代医药文献及其他有关文献800余种，并亲自上山采药，深入民间，亲身服药。经过27年的艰苦实践，1596年著成《本草纲目》（52卷）。《本草纲目》对16世纪以前我国药物学进行了相当全面的总结，是我国药学史上重要的里程碑。有《濒湖脉学》《奇经八脉考》等著作流传于世。对药物学的发展作出了重大贡献，是世界公认的古代著名科学家。

罗伯特·波意耳，1627年1月25日生于爱尔兰利兹莫尔堡的一个贵族家庭，年轻时受到良好的国内外教育，是最早的皇家学会会员之一。

波意耳是一位杰出的实验物理学家和化学家。他一生致力于冶金、医药、制造化学药品、染料及玻璃方面应用的研究。他在前人的基础上，研究气体的体积与压力的关系，1660年总结出了物理学著名的波意耳定律。他一生做过许多化学实验，是第一个发明指示剂的化学家，并首先为酸、碱下了明确的定义。他还是分析化学的先驱，创造了很多定性检验盐类的方法。1661年波意耳发表了他的不朽的化学名著——《怀疑派化学家》，为化学元素作出了明确的科学定义，被称为17世纪最有成就的化学家和近代化学的奠基人。

安托万·洛朗·拉瓦锡，生于巴黎，自幼对自然科学有浓厚的兴趣，受过数学、物理、化学的良好教育，1768年成为科学院院士。

拉瓦锡研究工作的内容是应用定量方法对物质进行系统的定量研究，并做过大量的定量分析和燃烧、焙烧的化学实验。1777年，他发表了《燃烧概论》一文，科学地描述了燃烧过程的本质，建立了科学的氧化理论。1783年，他提出“反燃素学说”代替“燃素学说”，澄清了元素概念的混乱。1789年著成《初等化学概论》。同年，确立了质量守恒定律。从而推动化学走上了科学发展的道路。人们把拉瓦锡氧化理论的建立，称为是一场全面的“化学革命”。

约翰·道尔顿，1766年9月6日出生于坎伯兰科克冒斯的一个乡村，他是英国一个贫苦手织机工的儿子，也是一个自学成才的伟大学者。

道尔顿的卓越成就归结为他的“不屈不挠”和伟大的独立精神。他是位气体分析专家，从21岁起就业余从事气象学研究，坚持57年之久。于1799年发明了露点湿度计，1801年发现气体热膨胀定律和混合气体的分压定律，1804年证实了倍比定律。他在化学上最伟大的功绩是创立了化学原子学说和计算出一些相对原子量。1803年，他在曼彻斯特的文哲学会上第一次宣读了他的原子论及原子量计算的论文，1808年发表了原子学说《化学哲学的新体系》第一卷。他的原子学说使当时的一些化学基本定律得到了统一的解释，使人们对物质结构的认识前进了一大步，开创了化学全面、系统发展的新局面。

阿梅代奥·阿佛加德罗，1776年8月9日生于意大利都灵市一个著名律师家庭。他16岁取得了法学学士学位，20岁时获得法学博士学位，1819年正式被选为都灵科学院院士，1820年被聘为都灵大学数学、物理教授。

从24岁起，阿佛加德罗的兴趣转到数学和物理学方面。1811年，阿佛加德罗以盖-吕萨克的气体化合体积定律为基础，进行了合理的概括和推理，建立了“分子学说”，提出了“同体积的气体，在温度相同、压力相同时，含有同数目的分子”的阿佛加德罗理论。阿佛加德罗的分子学说为化学和物理学的发展作出了重要的贡献。直到今天，阿佛加德罗常数仍然是科学上的基本常数之一，并且随着科学的发展，常数的值必然更准确。

德米特里·伊凡诺维奇·门捷列夫，1834年2月8日出生于西伯利亚，为了献身科学，他远离家乡来到圣彼得堡学习，1867年成为圣彼得堡大学的教授。

门捷列夫对化学最著名的贡献是确定了元素周期律。他在总结前人工作的基础上，对无机化学进行了一次大综合。1869年发表了《元素性质和原子关系》的论文，同时公布了他的第一张化学元素周期表，同年出版教科书《化学原理》，被国际化学界公认为标准著作；1871年又发表了论文《化学元素周期性依赖关系》，同时发表了第二张元素周期表，确定了元素“周期律”。周期律的确定，使化学研究进入了系统化阶段，从对个别元素的零散事实作无规则的罗列中摆脱出来。

厄内斯特·卢瑟福，英国人，1889年考入坎特伯雷学院，1893年获得数学和物理学硕士学位，1895年成为剑桥大学卡文迪许实验室的第一位研究生。

他有过三项基本的发现：第一，为J.J.汤姆生证实了电子的存在。第二，放射性的研究，1919年首次成功地进行元素的蜕变，用人工方法从铀中造出超铀元素。第三，指导他的学生莫斯莱英发现了元素的原子序数与它产生的X射线波长之间的关系。他一生中最大的贡献是以α粒子的散射实验为基础建立了“行星系式”的原子模型。因在化学领域的卓越贡献，于1908年获得了诺贝尔化学奖；1922年获得英国皇家学会的最高奖赏——科柏莱奖章；1925年当选为英国皇家学会主席。

尼尔斯·玻尔，1885年10月7日出生于丹麦哥本哈根的一个知识分子家庭中，1911年到英国剑桥，从英国回到丹麦后，创建了著名的理论物理研究所，并任所长。

玻尔对于原子结构理论的重大贡献是在1913年提出玻尔理论。他综合了普朗克的量子理论、爱因斯坦的光子理论和卢瑟福的原子模型，提出了新的玻尔原子模型。玻尔研究原子中电子排布以及大量的元素化学性质之后，排出了一张新周期表，并对于化学研究产生了有益的影响。1922年，由于玻尔对于原子结构理论的重大贡献，他获得了诺贝尔物理奖。玻尔一生得到过很多荣誉，除了诺贝尔物理奖以外，还获得过英国、挪威、意大利、美国、德国、丹麦给予科学家的最高奖赏。

埃尔温·薛定谔，1887年8月12日生于维也纳，1910年在维也纳大学获博士学位。1926年创立了波动力学理论，提出了著名的描述微观粒子运动的波动方程——薛定谔方程，并因此获得1933年诺贝尔物理学奖。他对自然科学史中的物理学和哲学的研究，颇有建树。特别是1944年写下的《生命是什么——活细胞的物理学观》一书，在20世纪生物学革命中的作用非同凡响。由于他非凡的天赋，一生中几乎对自然科学和哲学的所有分支都做出过重大贡献，他是20世纪物理学革命中涌现出来的集杰出的科学家和思想家于一身的风云人物。

林纳·鲍林，俄勒冈州波特兰市人，曾于1954年获得诺贝尔化学奖，1962年获得诺贝尔和平奖。是世界上至今唯一一人单独两次获得诺贝尔奖的科学家。

他对价键理论的研究被世人所公认。1931年鲍林和斯莱特（J.C.Slater）发展了价键理论，提出了原子轨道杂化理论及元素电负性标度，成功地解释了许多分子的成键和几何构型问题。为了解决臭氧、苯这类不能用单一价键结构来满意说明性质的分子的问题，1937年鲍林等人提出了共振论。共振论作为一种假说，出现在从经典结构理论向现代结构理论的过渡时期，是一个合理的发展阶段，具有很高的科学价值。

侯德榜，中国福建省闽侯县人，杰出的化工专家，我国重化学工业的开拓者。

侯德榜在制碱工业的研究誉满全球。20世纪20年代突破氨碱法制碱技术的奥秘，主持建成亚洲第一座纯碱厂；30年代组织建成了我国第一座兼产合成氨、硝酸、硫酸和硫酸铵的联合企业；40～50年代又发明了连续生产纯碱与氯化铵的联合制碱新工艺，以及碳化法合成氨流程制碳酸氢铵化肥新工艺，并使之在60年代实现了工业化和大面积推广。1932年侯德榜用英文撰写的《制碱》（Manufacture of soda）一书在美国纽约出版，在学术界和工业界产生了深远影响，是当时世界上唯一的制碱工业的权威英文专著。1942年他发明的举世闻名的联合制碱法是制碱技术的重大突破，世界一致公认并称为“侯氏制碱法”，此法一直沿用至今。

二、无机化学与天然药物学

（一）无机化学简介

无机化学是化学学科中最古老的一个分支学科。它承担着研究所有元素及其化合物（除碳氢化合物及其衍生物外）的组成、结构、性质和反应变化规律的重大任务。19世纪中叶以后，无机化学处于停滞落后的状态。20世纪40年代以来，无机化学得到很快的发展。50年代无机化学开始“复兴”。近三十多年来，无机化学研究有了新的进展，主要是新型化合物的合成和应用。当前，无机化学是一个非常活跃的研究领域，科学研究的新兴领域及交叉学科如材料科学、生命科学等几乎都涉及无机化学，无机化学开始向新的边缘学科开拓和发展，一个比较完整的、理论化的、定量化的和微观化的现代无机化学新体系正在迅速地建立起来。无机化学研究的主要内容是原子结构、分子结构、化学平衡理论、元素性质及其周期律，各种无机化合物的性质、制备和应用。鉴于无机化学本身的发展，它又被精细地划分为许多分支，例如普通元素化学、稀有元素化学、稀土元素化学、配位化学、无机高分子化学、无机合成化学、同位素化学、金属间化合物化学等。随着现代化学的发展，对无机化合物的研究领域逐渐拓宽，无机化学同其他学科相互渗透，产生了不少新的边缘学科，例如生物无机化学、固体无机化学、金属有机化学、药物无机化学、金属配合物化学等。当前无机化学的迫切任务是发展对生物体系中无机化学研究、有机金属化学、无机材料科学、发展无机合成化学以及对配位化学的研究。

（二）中药学发展中的无机化学

公元前1世纪，医药简牍中记载了16种矿物药的炮制、剂型及用药方法等。

汉代矿物药发展到了46种。我国汉代著名药学专著《神农本草经》将矿物药列在各品首位，并对这些药材的药性做了较详细的记载。其中还对部分元素及其化合物的化学变化和性质做了论述。

南北朝梁代陶弘景的《本草经集注》把矿物药列入“玉石部”中，所载化学知识较先前更为丰富，确定了部分矿物药的化学成分。

唐代对矿物药的应用获得了进一步发展。《唐本草》在对109种矿物药的陈述中，包括了不少新的化学内容。

两宋时期唐慎微的《证类本草》中矿物药增至253种。初步采用定性分析方法鉴别矿物药。

明代李时珍的巨著《本草纲目》记载的矿物药达266种之多。对其名称、炮制、药性、功效及组方配伍等方面进行了全面系统的阐述。他将矿物药归纳分为四部七类，还记载了一些较为复杂的人造无机药物的制备及合成反应，将无机矿物药的应用推向了全盛时期。

中华人民共和国成立后，《中药志》《中药大辞典》等药学专著有了更多矿物药的记载。《中华人民共和国药典》收录了矿物药的质量标准。科学家们对无机药物的研究领域由矿物药拓宽到应用无机化学中配位化学的理论和方法研究金属配合物在医药中的应用，生物金属配合物和人体微量元素与人类健康的关系，药物质量控制中重金属离子的检查和含量测定，与金属有关的新型药物的合成以及纳米技术在中药开发中的应用等。

（三）新药中的无机化学

1.铂类金属抗癌药物

1967年人们发现顺铂（顺式-二氯二氨合铂）有抗肿瘤活性以来，铂类金属抗癌药物的应用和研究得到了迅速的发展。目前已研制和开发出第二代及第三代铂类抗癌药物，如卡铂（顺-环丁二羧二氨基合铂）、奥沙利铂（环己烷二氢基络铂类化合物）。

2.非铂系配合物的抗癌药物

合成的非铂系配合物的抗癌药物是临床上治疗生殖泌尿系统及头颈部、食道、结肠等癌症有效的广谱抗癌药物。如有机锗、有机锡等。这些药物是科学家们应用无机配位法，把金属离子与有机体或无机体配合形成的金属配合物。

3.金属配合物解毒剂

金属配合物在重金属及放射性元素解毒方面显示出其强大的生命力。依地酸二钠钙是临床上治疗铅中毒及某些放射性元素中毒的高效解毒剂。二巯基丁二酸钠是我国创制的解毒剂，用于锑、汞、铅、砷和镉等中毒。

4.纳米中药

20世纪90年代纳米中药的问世，又为应用无机化学开辟了一个新领域。将矿物药制成纳米颗粒（0.1～100nm）、微囊、贴剂等多种剂型，大大提高了临床疗效。我国已成功研制出纳米级新一代抗菌药物，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等致病微生物均有强烈的抑制和杀灭作用。以这种抗菌颗粒为原料药，已成功地开发出创伤贴、溃疡贴等纳米医药类产品。纳米技术在中药上的应用大大提高了中药现代化和标准化。

21世纪的医药将是天然药物为主的时代，随着人们对无机化学在中药中重要作用认识的深化，无机药将以其特有的中医药理论优势、丰富的微量元素、肯定的药理作用和临床疗效，为人类健康事业作出更大的贡献。

三、无机化学课程基本内容和学习方法

（一）无机化学课程基本内容

本课程分为四部分：

1.基本结构理论

主要讲述原子结构和分子结构理论，配位化合物的化学键理论。

2.化学平衡原理

主要讲述化学平衡与四大平衡原理。四大平衡包括酸碱电离平衡、难溶强电解质的沉淀-溶解平衡、氧化还原反应平衡和配合平衡。

3.元素重要化合物性质

按周期系分s区元素、p区元素、d区元素、ds区元素、f区元素，讲述除f区元素外其他各区元素的通性及重要化合物的性质与在医药中的应用。

4.拓展内容

主要包括矿物药的研究展望、生物无机化学的基础知识、微量元素与人体健康和纳米技术在中医药领域的发展前景。

5.实验

无机化学实验是无机化学学科的重要组成部分。实验包括基本操作，验证理论和某些平衡常数的测定及重要化合物的性质等内容。

（二）无机化学课程学习方法

1.灵活学习理论内容，力求融会贯通。四大平衡和基本理论是无机化学课程的精髓，熟练掌握它们非常重要。在学习这部分知识时，不要单纯地死记硬背，而要在理解的基础上掌握之。对每一个化学理论的来龙去脉要有清晰思路，应了解理论提出的背景、解释实验现象的方法、实际意义以及局限性等。这样既便于巩固记忆，也有利于深入了解和掌握所学的内容，使学到的知识更加系统化。

2.学习元素部分时，要抓住教材的主要内容，去理解和掌握教材的次要内容。在这部分中，掌握元素的性质及其变化规律是主要的，因为性质决定物质的存在、制备和用途。要以物质结构理论及物质性质为主线，从认识物质结构的微观本质入手继而掌握元素及其化合物性质变化的宏观规律。在深刻了解物质结构与性质内在联系的基础上，善于学会运用周期律的理论来进行归类。

3.学习化学必须重视实验。化学是一门以实验为基础的科学，许多化学的理论和规律是从实验总结出来的。因此，我们在进行化学实验时，要保持严谨的学风和科学的态度。认真观察现象，对实验结果做切实的分析。既要注意观察能说明和证实学过理论和反应的实验现象，更要注意实验中发生的“反常”现象。针对这些问题，再翻阅一定资料或设计做一些实验后，得出正确的答案，使学习深化一步。

4.拓宽化学视野，了解学科发展的新成果。学生除可阅读教材中的拓宽内容外，还可选读一些课外参考读物辅助学习。通过阅读，了解近年来本学科出现的新概念、新理论、新方法和新型结构的化合物；了解无机化学的发展前景；了解无机化学与其他学科的融合与交叉，用现代视野拓宽化学知识面。

5.将学习化学与学习本专业知识相结合。学习无机化学要与现代中药高科技发展相适应，我们应在学习中努力把握中药学科发展的最新进展，努力用所学的化学知识、概念、原理和理论理解新的事实，设计并参与新型药物的科研实践，为中医药的继承发扬提供必要的现代化学基础。

青蒿素

中医药文化在人类探索自然的历史进程中熠熠生辉。我国药学专家屠呦呦从东晋葛洪《肘后备急方》关于青蒿用药记录：“青蒿一握，以水二升渍，绞取汁，尽服之”中获得启发，基于相似相溶原理，采用低沸点乙醚法从中草药青蒿中提取青蒿素，突破科研瓶颈，创造性地研制出抗疟新药——青蒿素，对恶性疟疾有很好的治疗效果；进一步对青蒿素进行结构改性，1973年合成出疗效增强10倍的双氢青蒿素，并把双氢青蒿素及其片剂开发成为新一代拥有自主知识产权的“一类新药”。以双氢青蒿素、青蒿琥酯等衍生物为基础的联合用药疗法（ACT）是国际抗疟第一用药，挽救了全球数百万患者的生命。2015年屠呦呦获得诺贝尔生理学或医学奖。

小结

化学的发展经历了古代及中古化学、近代化学和现代化学三个时期。

在化学发展史中，李时珍、波意耳、拉瓦锡、道尔顿、阿佛加德罗、门捷列夫、卢瑟福、玻尔、薛定谔、鲍林、侯德榜等知名科学家对化学的发展起到了极大的推动作用。

我国对天然药物中无机化学的研究始于公元前1世纪，历经汉、唐、宋、元、明、清等朝代，一直持续至今。随着现代中药学的发展，无机化学被广泛应用到中药新药的研制开发之中。

无机化学课程的基本内容为：基本结构理论、化学平衡原理、元素重要化合物性质、拓展内容及实验部分。

科学的学习方法是：灵活学习理论内容，力求融会贯通，以物质结构理论及物质性质为主线学习元素部分，重视实验，拓宽化学视野，将化学的学习与现代中药的发展及应用相结合。

思考题

1.化学的发展经历了几个时期？在化学发展史中哪些有代表性的科学家对化学的发展起了重要的推动作用？

2.无机化学与天然药物学有什么联系？我国对天然无机药物的研究主要包括哪几个领域？

3.中国古代对天然药物学中无机化学的研究始于何时？经历了哪几个朝代？