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第一篇 回顾与动向3

前言3

第一章 20世纪化学的回顾5

一、基础研究的重大突破5

1. 放射性和轴裂变的重大发现6

2. 化学键和现代量子化学理论8

3. 创造新分子新结构--合成化学11

4. 高分子科学和材料14

5. 化学动力学与分子反应动态学15

二、在化学基础研究推动下化学工业的大发展23

1. 石油化工23

2. 三大合成材料24

3. 合成氨工业25

4. 医药工业26

第二章 从20世纪末化学基础学科的动向看未来发展趋势29

1. 现代无机合成30

一、无机化学30

2. 配位化学31

3. 原子簇化学31

4. 超导材料32

5. 无机晶体材料33

6. 稀土化学34

7. 生物无机化学34

9. 核化学和放射化学36

8. 无机金属与药物36

二、有机化学38

1. 有机合成化学38

(1) 天然复杂有机分子的全合成40

(2) 不对称合成40

2. 金属有机化学和有机催化40

(1) 金属有机化合物的合成、结构和性能研究41

(2) 金属有机导向的有机反应41

(2) 传统中草药的现代化研究42

3. 天然有机化学42

(1) 天然产物的快速分离和结构分析鉴定42

(3) 天然产物的衍生物和组合化学43

(4) 生物技术43

4. 物理有机化学43

(1) 分子结构测定43

(2) 反应机理44

(3) 分子间的弱相互作用44

5. 生物有机化学44

三、物理化学46

1. 结构化学47

2. 化学热力学47

3. 化学动力学48

4. 催化48

(5) 酶催化和仿酶催化49

(4) 电催化49

(3) 光催化49

(2) 均相催化49

(1) 多相催化49

5. 量子化学50

四、高分子化学50

1. 高分子合成51

2. 高分子高级结构和尺度与性能的关系52

3. 高分子物理53

4. 高分子成型53

5. 功能高分子54

6. 通用高分子材料及合成高分子的原料55

五、分析化学56

1. 光谱分析57

2. 电化学分析57

3. 色谱分析58

(4) 整分子气化和多光子电离技术(LEIM-MUPI)59

(3) 傅立叶变换质谱FT-MS59

5. 核磁共振(NMR)59

(1) 质谱联用59

4. 质谱分析(MS)59

(2) 串联质谱59

(1) 提高磁体的磁场强度60

(2) 发展三维核磁共振技术(3D-NMR)60

(3) 固体NMR和NMR成像技术60

6. 表面分析60

7. 放射化分析61

8. 单分子(原子)检测体系和仪器的研制62

六、化学工程63

1. 化工过程的多尺度效应63

2. 化学反应-催化-反应器64

3. 非传统反应工程65

(1) 超临界反应工程65

(2) 反应-分离过程集成65

4. 生化反应工程66

(3) 人为非定态反应工程66

第三章 交叉学科和热点研究领域67

一、生命科学67

1. 生命的基础物质研究70

2. 遗传物质的作用70

3. 人类基因组计划70

4. 酶结构和催化功能的关系研究71

5. 脑科学72

6. 模拟生命过程和生命体系的合成73

二、材料科学73

1. 新型导电材料75

(1) 半导体材料75

(2) 超导材料76

(3) 有机导体76

(4) 有机磁性材料77

(1) 非线性光学材料78

2. 新型光学材料78

(2) 液晶和有机电致发光材料79

(3) 光开关材料81

3. 新型陶瓷材料81

(3) 超硬陶瓷材料82

(4) 热敏元件陶瓷82

4. 复合材料82

(2) 电气陶瓷82

(1) 工程陶瓷82

(1) 聚合物基复合材料83

(2) 陶瓷基复合材料83

(3) 金属基复合材料83

5. 生物医学材料83

6. 新型合金材料84

(1) 轻质合金84

(2) 贮氢合金84

三、环境化学85

7. 高分子材料85

(3) 超耐热合金85

(4) 形状记忆合金85

1. 什么是环境化学86

2. 环境化学的研究方向87

(1) 环境分析化学87

(2) 大气环境化学88

(3) 水环境化学88

(4) 土壤环境化学89

(5) 元素化学循环89

(6) 控制污染的化学89

(7) 环境计算化学90

四、绿色化学90

1. 什么是绿色化学91

(3) 能源中的绿色化学问题和洁净煤化学技术92

(2) 传统化学过程的绿色化学改造92

(1) 新的化学反应过程研究92

2. 绿色化学的发展方向92

(4) 资源再生和循环使用技术研究93

(5) 综合利用的绿色生化工程93

五、能源化学93

1. 氢能93

2. 燃料电池94

3. 生物质能源95

4. 太阳能电池96

5. 海水盐差发电96

六、计算化学97

1. 什么是计算化学97

(2) 研究化学反应是如何发生的98

(3) 预测化学反应的产物及新化合物具有什么样的化学性质98

(4) 生物大分子的空间结构、取向和形态研究98

(1) 研究分子结构和性能的关系98

2. 计算化学的发展方向98

(5) 研究分子-分子体系的排列和相互作用99

(6) 计算机对化学过程的模拟99

七、纳米化学99

1. 纳米化学合成99

(4) 组装合成纳米相100

(3) 杂化材料100

(2) 相分离嵌段聚合物100

(1) 纳米插层聚合100

2. 纳米检测技术102

3. 纳米材料的异常行为及其用途102

4. 纳米化学研究动向与课题103

八、手性药物和手性技术104

1. 什么是手性药物？104

2. 手性药物分类105

(1) 手性合成106

3. 如何制造手性药物？106

(2) 手性拆分108

第四章 化学工业与国民经济的关系110

一、农业110

1. 肥料110

2. 农药111

3. 植物激素及生长调节剂111

4. 光合作用和固氮112

(1) 光合作用112

(2) 固氮113

5. 优良品种和基因工程113

二、能源114

1. 煤的高效和清洁化燃烧114

2. 天然气的开发和利用115

3. 石油的开采、精练和燃烧115

4. 核能利用116

三、石油化工、天然气化工和煤化工117

1. 石油化工117

2. 天然气化工117

3. 煤化工118

(1) 煤的拔头工艺生产液体燃料119

(2) 煤制合成气(CO+H2)119

四、健康与医药119

1. 基因药物120

2. 酶抑制剂的研究和开发120

3. 受体拮抗剂或阻断剂121

4. 手性药物121

5. 常见病和多发病治疗药物的研制122

6. 中医药现代化122

五、新功能材料123

3. 新型纳米陶瓷124

4. 光纤通讯材料124

2. 超导材料124

1. 微电子材料和器件124

5. 聚合物结构材料125

6. 医用材料125

六、日用化学品和精细化工126

第二篇 展望132

一、20世纪化学的回顾与未来化学学科发展的趋势132

1. 科技发展的基本考虑132

2. 20世纪的化学在推动人类进步和科技发展中起了核心科学的作用134

(1) 为人类进步提供物质基础134

(2) 在相关学科的发展中起了牵头作用135

3. 对20世纪末化学现状和地位的不同估计138

二、未来化学的作用和地位141

1. 化学仍是解决食物短缺问题的主要学科之一141

2. 化学在能源和资源的合理开发和高效安全利用中起关键作用142

3. 化学继续推动材料科学发展143

4. 化学是提高人类生存质量和生存安全的有效保障145

三、21世纪化学科学发展的总趋势147

1. 微观与宏观相结合147

2. 静态与动态(过程)相结合147

3. 由复杂到简单，再由简单到复杂148

四、未来化学研究模式150

(1) 从实际问题中抽出化学基本问题来研究150

(2) 吸收其他学科的新理论和新结果，孕育化学生长点150

(3) 与其他学科融合，开拓化学新领域150

(4) 把握动向和时机，提出新的思路和新的研究方向151

(5) 重视化学学科自身发展与整体科学技术的发展相结合152

五、其他学科中的基本化学问题153

1. 生命科学中的基本化学问题153

(1) 生物大分子之间、生物大分子与小分子之间的各种相互作用154

(2) 生物功能分子的结构与功能关系的研究155

(3) 生命过程复杂性的研究155

2. 材料科学中的基本化学问题156

(2) 合成功能分子与构筑高级结构的理论与方法的研究157

(1) 分子结构-分子聚集体高级结构-材料结构-理化性质-功能之间的关系157

(4) 模拟生物材料形成过程的基础研究158

3. 可持续性发展的基本化学问题--绿色化学和环境化学158

(3) 分子器件的研究158

六、21世纪化学学科的发展方向161

1. 寻求结构多样性的研究与功能研究结合161

(1) 寻求结构复杂性和多样性的目标结构包含高级结构162

(2) 组合化学研究162

(3) 发现和寻找新合成方法163

(4) 结构化学与合成化学结合163

2. 复杂化学体系的研究163

(1) 复杂系统中的多层次结构研究164

(2) 尺度效应和多尺度问题164

(3) 复杂系统过程问题164

3. 化学信息学和高效计算机信息处理165

(1) 功能分子信息处理165

4. 新实验方法的建立和方法学研究166

(2) 与生物衔接的化学信息学166

(3) 与化学反应和化学过程衔接的化学信息学166

5. 跟踪、分析、模拟化学反应过程168

编者附语170

第三篇 发言汇编173

21世纪的高分子化学 王佛松 何天白173

化学研究的空白区和未来发展的前沿 王夔188

微系统与化学 田中群195

化学的新问题：仿生自组装和开发植物能源 朱清时 阎立峰206

21世纪的核化学与放射化学展望 刘元方215

充满希望的新世纪 对21世纪化学学科发展的一些看法 吴毓林225

化工过程中的多尺度效应 李静海232

生命科学进展中的化学机遇 张礼和240

化学计量学与21世纪的化学 俞汝勤 梁逸曾246

展望21世纪的分析科学 黄本立256

后记259