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21世紀物理有機化學的展望反應中間體的活性決定了反應的活性和機理，因此在物理有機化學幾十年的發展歷程中，對中間體的研究一直是極其重要的方面，但理論的研究最終要通過應用才得以體現價值，近年來物理有機化學的研究對象正漸漸地從傳統的簡單有機化學反應和純理論轉向具有潛在應用價值的研究，因此物理有機化學呈現與涌現的新興邊緣學科相互滲透的趨勢，這為現代物理有機化學的新發展、新突破創造了的機遇，賦予了現代物理有機化學新的生命力。
3.1 向生命科學滲透，用物理有機化學的理論和方法研究生命過程
3.1.1 直接對生物大分子進行物理有機化學研究
Fersht在大會報告中提出了物理有機分子生物學的概念，他將物理有機化學的動力學和核磁共振方法用于蛋白質工程研究，確定了一些突變體蛋白酶折迭結構的中間體。B．S．
Green將單克隆抗體聯結到蛋白質上，研究了它對蛋白質水解反應的催化作用。A．Minsky研究了多種化學抗癌藥物對脫氧核糖核酸包裝狀態的影響，發現了藥物毒性與它干擾脫氧核糖核酸包裝狀態的能力之間的關系。S．Axelsson通過測定11C/14C動力學同位素效應研究了β-酪氨酸酶和色氨酸酶的酶催化反應[5]。
3.1.2 生物模擬化學
Kluger介紹了以維生素B1二磷酸酯作為 α-酮酸脫羧酶的模型化合物所作的詳細動力學和機理研究，發現了非常新奇的加成一質子轉移-裂解機理。Sakata介紹了在模擬光合作用研究中如何控制電子轉移的方向和速率，他們合成了一系列噗啉-苯醌和噗啉-碳60氧化-還原對，詳細研究了取代基、立體化學及連接給體和受體間的σ-鍵和π-鍵對正向和反向電子轉移速率的影響，并根據這些結果制成了在金表面具有良好的光電性能的自組裝單層膜[6]。
3.1.3 理論計算方法在物理有機分子生物學領域的應用
D．Arad用分子力學計算討論了與乳腺癌有關的抗原的蛋白質構象與其活性之間的關系 W．Aehle用力場及分子力學方法計算了枯草桿菌蛋白酶OPTICLEAN的培構，它與后來由x-衍射得出的結構非常接近。A．Goldblum用量子力學MNDO/H方法計算了HTV-1蛋白酶活性部位的電離能和質子結合能，發現與天然酶構型相同的對映體有較大的結合能中藥對照品研究中心整理提供。
3.2 向材料科學和超分子化學滲透，設計具有潛在應用價值的新化合物
隨著合成化學的不斷發展，組合化學越來越引起各國學者的關注，通過自組裝形成的化合物幾乎涵蓋了所有按化學價規則可以畫出其結構的分子，這些超分子因其在結構和性能上表現出了特殊的性質，具有很大的研究價值。為了強化材料的某種功能以滿足技術上的特殊要求，材料技術正向功能化方向發展，各種功能的新材料正在被研究、被制備、被應用 [3]，通過物理有機化學的研究可以為新材料的發展提供技術支持。
Stang介紹了一類新的大環分子方陣這類以過渡金屬絡合物與聯吡啶、二氮雜芘、l，4-二氰苯等二配位配體通過自組裝形成的超分子顯示許多有趣的主客體相互作用。Stoddart介紹了一種有趣的納米尺寸的分予機械原型rotaxane，它們是由以氫醌或萘酮為基本單元的大環聚醚與以聯吡啶正離子為基本單元兩頭帶有四芳基甲烷的啞鈴型分子通過白組裝形成的套圈型超分子[6]。Grubbs用環辛四烯以CpTi=CH2催化聚合得到了具有導電性的聚乙炔。黃耀曾等用全氟丁炔-2或全氟炔腈以π-二芳烴鉻催化聚合得到了具有金屬光澤的聚全氟丁炔或聚全氟炔腈，它們都具有導電性[3]。
綜上所述，在20世紀，物理有機化學對反應中間體的研究比較深入，對照品研究中心整理提供大量學者對于反應機理及與之相關的理論研究作出了很大的貢獻，這些都為物理有機化學的長足發展打下了基礎。進入21世紀，以前人的研究為依托，更多的學者致力于物理有機化學在現代科學技術中的應用，因此物理有機化學越來越多的與其他學科交叉滲透，這將會給我們現代的社會帶來更多的活力。
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