20世紀(jì)的有機(jī)化學(xué)，從實(shí)驗(yàn)方法到基礎(chǔ)理論都有了巨大的進(jìn)展，顯示出蓬勃發(fā)展的強(qiáng)勁勢(shì)頭和活力。世界上每年合成的近百萬(wàn)個(gè)新化合物中約70%以上是有機(jī)化合物。其中有些因具有特殊功能而用于材料、能源、醫(yī)藥、生命科學(xué)、農(nóng)業(yè)、營(yíng)養(yǎng)、石油化工、交通、環(huán)境科學(xué)等與人類生活密切相關(guān)的行業(yè)中，直接或間接地為人類提供了大量的必需品。與此同時(shí)，人們也面對(duì)著天然的和合成的大量有機(jī)物對(duì)生態(tài)、環(huán)境、人體的影響問(wèn)題。展望未來(lái)，有機(jī)化學(xué)將使人類優(yōu)化使用有機(jī)物和有機(jī)反應(yīng)過(guò)程，有機(jī)化學(xué)將會(huì)得到更迅速的發(fā)展。
有機(jī)化學(xué)的迅速發(fā)展產(chǎn)生了不少分支學(xué)科，包括有機(jī)合成、金屬有機(jī)、元素有機(jī)、天然有機(jī)、物理有機(jī)、有機(jī)催化、有機(jī)分析、有機(jī)立體化學(xué)等。下面介紹其中的一部分分支學(xué)科，使我們了解有機(jī)化學(xué)的發(fā)展前沿和研究熱點(diǎn)。
（1）有機(jī)合成化學(xué)
這是有機(jī)化學(xué)中最重要的基礎(chǔ)學(xué)科之一，它是創(chuàng)造新有機(jī)分子的主要手段和工具，發(fā)現(xiàn)新反應(yīng)、新試劑、新方法和新理論是有機(jī)合成的創(chuàng)新所在。1828年德國(guó)化學(xué)家維勒用無(wú)機(jī)物氰酸銨的熱分解方法，成功地制備了有機(jī)物尿素，揭開(kāi)了有機(jī)合成的帷幕。100多年來(lái)，有機(jī)合成化學(xué)的發(fā)展非常迅速。
有機(jī)合成發(fā)展的基礎(chǔ)是各類基本合成反應(yīng)，不論合成多么復(fù)雜的化合物，其全合成可用逆合成分析法（Retrosynthesis Analysis）分解為若干基本反應(yīng)，如加成反應(yīng)、重排反應(yīng)等。每個(gè)基本反應(yīng)均有它特殊的反應(yīng)功能。合成時(shí)可以設(shè)計(jì)和選擇不同的起始原料，用不同的基本合成反應(yīng)，獲得同一個(gè)復(fù)雜有機(jī)分子目標(biāo)物，起到異曲同工的作用，這在現(xiàn)代有機(jī)合成中稱為“合成藝術(shù)”。在化學(xué)文獻(xiàn)中經(jīng)?？梢钥吹侥骋挥袡C(jī)化合物的全合成同時(shí)有多個(gè)工作組的報(bào)導(dǎo)，而其合成方法和路線是不同的。那么如何去評(píng)價(jià)這些不同的全合成路線呢?對(duì)一個(gè)全合成路線的評(píng)價(jià)包括：起始原料是否適宜，步驟路線是否簡(jiǎn)短易行，總收率高低以及合成的選擇性高低等。這些對(duì)形成有工業(yè)前景的生產(chǎn)方法和工藝是至關(guān)重要的，也是現(xiàn)代有機(jī)合成的發(fā)展方向。
（2）金屬有機(jī)化學(xué)和有機(jī)催化
金屬有機(jī)化學(xué)在20世紀(jì)有機(jī)化學(xué)中是最活躍的研究領(lǐng)域之一，其中特別是與有機(jī)催化聯(lián)系在一起。均相催化使有機(jī)化學(xué)、高分子化學(xué)、生命科學(xué)及現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)發(fā)展到一個(gè)新的水平。金屬有機(jī)化學(xué)使人們認(rèn)識(shí)到無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)交叉產(chǎn)生的金屬有機(jī)化學(xué)會(huì)產(chǎn)生如此巨大的活力和作用；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)許多金屬有機(jī)化合物在生物體系內(nèi)有重要的生理功能，如維生素B12，引起了生物學(xué)界的關(guān)注。由于金屬有機(jī)化學(xué)的本身結(jié)構(gòu)和功能的特殊性，以及廣泛的應(yīng)用前景，它在21世紀(jì)將有更大的發(fā)展。
含有碳-金屬鍵的化合物種類甚多，至今還有不少元素周期表上的金屬元素尚無(wú)合成的金屬有機(jī)化合物。因此，金屬有機(jī)化合物的合成方法有待進(jìn)一步研究和深入。如1849年就制得乙基鋅〔Zn（C2H5）2〕，發(fā)現(xiàn)它有極好的反應(yīng)性能；以后才相繼制得含鋰、鈉、鉀、鎂、鋁、汞、錫等的金屬有機(jī)化合物。但直到20世紀(jì)50年代才發(fā)展到主族元素和過(guò)渡元素的金屬有機(jī)化合物。金屬有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系是一個(gè)很廣泛和重要的研究領(lǐng)域。如茂金屬催化劑，它是烯烴聚合反應(yīng)的新型催化劑；現(xiàn)在又發(fā)現(xiàn)二茂鐵可做燃燒催化劑。應(yīng)用金屬有機(jī)化合物作為光學(xué)材料、電子材料和醫(yī)藥也是正在開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域。在21世紀(jì)將會(huì)發(fā)現(xiàn)更多具有各種特殊功能、可用作功能材料的金屬有機(jī)化合物。
金屬有機(jī)化合物在有機(jī)合成的均相催化反應(yīng)中起著十分重要的作用。往往在金屬有機(jī)化合物催化下產(chǎn)生一系列的有機(jī)合成反應(yīng)。各種金屬有機(jī)化合物的催化活性是不同的，將其應(yīng)用于有機(jī)合成中將會(huì)產(chǎn)生各種不同的反應(yīng)。有機(jī)反應(yīng)催化劑的研制趨勢(shì)是模擬那些能起催化反應(yīng)的酶。這些模擬酶的選擇性催化劑將在化學(xué)合成中呈現(xiàn)日新月異的新局面，故有的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者稱其為化學(xué)酶。
（3）天然有機(jī)化學(xué)
天然有機(jī)化學(xué)是研究來(lái)自自然界動(dòng)植物的內(nèi)源性有機(jī)化合物的化學(xué)。大自然創(chuàng)造的各種有機(jī)化合物使生物能生存在陸地、高山、海洋、冰雪之中。發(fā)掘和認(rèn)識(shí)自然界的這一豐富資源是世界發(fā)展和人類生存的需要，是有機(jī)化學(xué)主要研究任務(wù)之一，也是認(rèn)識(shí)世界的基礎(chǔ)研究。從事天然產(chǎn)物化學(xué)研究的目的是希望發(fā)現(xiàn)有生理活性的有效成分，或是直接用于臨床藥物和用于農(nóng)業(yè)作為增產(chǎn)劑和農(nóng)藥，或是發(fā)現(xiàn)有效成分的主結(jié)構(gòu)作為先導(dǎo)化合物，進(jìn)一步研究其各種衍生物，從而發(fā)展成一類新藥、新農(nóng)藥和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等。對(duì)于自然界的天然產(chǎn)物，有機(jī)化學(xué)家和藥物化學(xué)家長(zhǎng)期以來(lái)一直對(duì)它具有廣泛的興趣，并從中已經(jīng)獲得了許多新藥和先導(dǎo)化合物。
（4）物理有機(jī)化學(xué)
物理有機(jī)化學(xué)研究有機(jī)分子結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，研究有機(jī)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理及用理論計(jì)算化學(xué)的方法來(lái)理解、預(yù)見(jiàn)和發(fā)現(xiàn)新的有機(jī)化學(xué)現(xiàn)象。對(duì)有機(jī)分子結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系以及對(duì)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的研究，是希望從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中找到其內(nèi)在的規(guī)律，并提高到理論化學(xué)的高度來(lái)理解和認(rèn)識(shí)。
①分子結(jié)構(gòu)測(cè)定目前，有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)測(cè)定所用的波譜（紫外、紅外、核磁共振、質(zhì)譜）和X-射線單晶結(jié)構(gòu)分析等已經(jīng)能測(cè)定大多數(shù)有機(jī)分子的結(jié)構(gòu)，但對(duì)于結(jié)構(gòu)很復(fù)雜的生物大分子或存在量極微的有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的測(cè)定尚有待于分析儀器設(shè)備的不斷發(fā)展。如目前已有800兆核磁共振儀，更高級(jí)的已在研制中。某些新型的顯微鏡也正在發(fā)展之中，例如可以直接觀察單個(gè)分子及其結(jié)構(gòu)的顯微術(shù)。這一領(lǐng)域的發(fā)展可能導(dǎo)致一系列生物大分子的發(fā)現(xiàn)，并測(cè)定它們的一級(jí)結(jié)構(gòu)以及二、三級(jí)結(jié)構(gòu)，了解分子在空間的排列以及分子-分子體系是如何組合的。這是物理有機(jī)化學(xué)研究的基礎(chǔ)工作，只有了解清楚分子結(jié)構(gòu)，才有可能聯(lián)系其性能，研究結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。
②反應(yīng)機(jī)理隨著對(duì)反應(yīng)過(guò)渡態(tài)及反應(yīng)活性中間體的研究和確證，往往一個(gè)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)將不單純是某一類反應(yīng)機(jī)理，而是涉及多類有機(jī)反應(yīng)歷程，如自由基反應(yīng)會(huì)涉及電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)?，F(xiàn)有的研究進(jìn)展表明，對(duì)任何一個(gè)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)歷程，最終必須搞清楚反應(yīng)過(guò)程中原子和分子的碰撞及重組情況，不同反應(yīng)步驟的速率及反應(yīng)中能態(tài)和相關(guān)能量。因此在研究有機(jī)反應(yīng)機(jī)理中發(fā)現(xiàn)新的反應(yīng)機(jī)理是一個(gè)方面，而搞清楚已知反應(yīng)歷程的速率、能量也是控制有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的一個(gè)重要方面。
③分子間的弱相互作用分子間的弱相互作用決定參與反應(yīng)的分子間的識(shí)別，因而決定反應(yīng)的選擇性；它還決定分子間的聚集方式。研究分子間弱相互作用及其后果是十分重要的。
（5）生物有機(jī)化學(xué)
生物有機(jī)化學(xué)的主要研究對(duì)象是核酸、蛋白質(zhì)和多糖三種主要生物大分子及參與生命過(guò)程的其他有機(jī)化合物分子。它們是維持生命機(jī)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)的最重要的基礎(chǔ)物質(zhì)。
核酸是信息分子，負(fù)擔(dān)著遺傳信息的儲(chǔ)存、傳遞及表達(dá)功能。近10年來(lái)對(duì)核糖核酸的研究發(fā)現(xiàn)，除上述功能之外，它還顯示出獨(dú)特的催化活性，即有著酶一樣的作用。這大大加深了對(duì)核酸和蛋白質(zhì)這兩類重要生命基礎(chǔ)物質(zhì)的性質(zhì)和相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)。核酸研究的深入發(fā)展，深刻揭示了DNA復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、RNA前體加工、蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程中的相互關(guān)系，從而了解許多疾病的病因與核酸的相關(guān)性，為核酸在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用開(kāi)拓了廣闊的前景。
全新蛋白質(zhì)是蛋白質(zhì)研究中的一個(gè)新領(lǐng)域。國(guó)際上正在嘗試按化學(xué)、生物、催化等性質(zhì)的需要合成新的蛋白質(zhì)分子，對(duì)酶蛋白和膜蛋白的研究和模擬將起到重要作用。
多糖也是生物體內(nèi)的重要信息物質(zhì)。目前多糖研究側(cè)重于分離、純化、化學(xué)組成及生物活性測(cè)定等方面。對(duì)多糖的溶液構(gòu)象、空間結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系都還未深入研究。要深入研究多糖結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)系，必須首先在將其分離、分析和合成方法上有所突破。
模擬酶的研究。模擬酶的主客體分子間的相互識(shí)別與相互作用已取得了可喜的進(jìn)展。此外在酶的模擬方式上最近出現(xiàn)了所謂催化性抗體的新策略，這種設(shè)想有可能創(chuàng)造出新型的高效、高選擇性催化劑。
生物膜化學(xué)和細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)的分子基礎(chǔ)是生物有個(gè)重要研究領(lǐng)域，對(duì)醫(yī)學(xué)、衛(wèi)生、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)均會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。
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