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                合成化學發展規劃概述

                發布時間: 2021-11-04 13:50:49   試劑信息網
                摘要: 合成化學是化學科學的核心, 其根本任務在于創造新物質, 并為其他相關學科的發展提供強大支撐. 本文簡要介紹了國家自然科學基金委員會化學科學部化學科學一處(合成化學)“十四五”及中長期發展規劃、學科布局、申請代碼和研究方向, 供相關人員參考. 新申請代碼于2021年啟用.

                引言

                化學學科為物質科學提供新的研究對象與模型, 同時又為材料科學與工程、生命科學和健康技術、工程科學與應用等提供強大的物質保障與認知工具[1]. 化學對其他學科承前啟后的貢獻, 得益于其創造物質的能力, 源于合成化學的創造力和支撐性. 合成化學在促進人類認識、利用和改造自然、推動國民經濟和社會發展方面具有不可替代的作用.

                合成化學是利用化學反應構筑具有特定結構和功能物質的科學, 為新物質的創制提供方法、技術和工程化原理. 人類已經開啟了綠色、智能、共享與可持續發展的時代, 在包括生命健康、清潔能源、生態環境、人工智能、智能制造等領域存在諸多機遇與挑戰. 這一經濟社會發展新形勢, 不僅對合成化學提出了新的要求, 也為推動合成化學的創新發展提供不竭動力[2]. 為此, 國家自然科學基金委員會(以下簡稱自然科學基金委)化學科學部組織開展了合成化學發展規劃編制和申請代碼優化工作, 引導合成化學相關研究聚焦源頭創新和國家重大需求, 推崇前瞻性、原創性、引領性的科研理念, 避免“盲目追求熱點、同質類比模仿”, 關注“小眾特色領域”, 構建以科學問題為導向的資助方式. 本文將對上述相關情況進行簡要介紹, 供從事相關研究的廣大科研人員參考.

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                合成化學“十四五”及中長期發展規劃

                根據2021~2035年國家中長期科技發展規劃基礎科學發展戰略的總體目標, 遵循習近平總書記向我國廣大科技工作者提出的面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求、面向人民生命健康的“四個面向”科技創新方向[3], 自然科學基金委化學科學部組織編制了合成化學“十四五”及中長期發展規劃, 明確了學科內涵、目標和特征, 分析了學科現狀, 提出了未來學科發展布局和優先發展領域.

                2.1 合成化學的學科內涵、目標與發展邏輯

                作為現代社會發展的重要支撐, 合成化學一直受到廣泛的關注和重視. 合成化學的內涵不再是傳統意義上的無機、有機、高分子和超分子化學, 而是指廣義上的以“改變原子、分子、結構(功能)基元的組成和排布”為手段“創制新物質”, 不僅涉及化學鍵的斷裂和形成, 還包括分子間相互作用及協同機制, 以及不同分子之間的相互作用和反饋的網絡, 因此是跨尺度、跨維度、跨學科、深層次“大交叉”研究領域, 是由具體科學問題和應用需求牽引并相互促進的.

                合成化學以“理性、高效、高選擇性、原子經濟性、環境友好、低能耗、可持續地創造具有無限可能的分子結構和具有豐富功能的新物質”為總體目標, 著重關注前沿科學及技術發展需求, 解決與國計民生相關的重大基礎科學問題, 探索物質結構與性能的關系和內秉規律, 為建立完善的物質科學知識體系提供豐富的研究對象和手段, 為發展變革性與戰略性功能材料提供物質基礎, 為推動我國相關產業升級提供創新原動力.

                合成化學發展的重大挑戰來自于以下方面: 一是精準創制具有新穎結構和先進功能的新物質; 二是拓展高效的合成反應、方法和工藝; 三是發展合成化學中通用性的理論框架.

                2.2 合成化學的研究內容與發展布局

                合成化學圍繞“新物質的創制”、“新反應、新方法與新技術”以及“物質合成的機制、規律和理論”進行布局和展開, 這三條主線有機融合、相互促進(圖1).

                2.2.1 新物質的創制

                新物質創制的內涵是利用原子外層電子排布重組化學鍵或利用分子相互作用來構筑新的分子體系, 其魅力和核心在于新分子構建的無盡可能, 其外延則在于新功能的探索和拓展, 其范疇或可突破人類想象力.

                合成化學不僅需要開發實現各種新反應的強大的化學鍵“工具庫”(如常溫常壓下的惰性體系活化、極端條件或外場調控下的合成、生物合成和仿生合成等), 還需要發展新方法和新技術, 以實現對分子堆積、多級結構及相態結構的精準控制, 進而實現物質性質和功能的可控調節.這既是構效關系研究的基礎, 也是對結構認知極限的探索.

                新物質的創制包括:

                (1) 元素化學(或元素化合物). 以元素的特異物理化學性質為基礎, 探索新的元素與元素之間成鍵、斷鍵反應與控制策略, 實現元素化合物的精準、高效和綠色合成與轉化.

                (2) 金屬配合物. 以構筑新結構與開發新功能為核心, 揭示金屬-碳鍵、金屬-氫鍵和金屬-雜原子鍵的形成與調控規律, 發展金屬配合物, 特別是稀土和錒系金屬配合物的成鍵和基元反應新理論.

                (3) 生物活性分子與天然產物. 發展活性分子與天然產物合成的高效反應和普適的合成策略; 開發具有藥用前景、特別是我國特有來源的、稀缺天然產物和高附加值藥物分子的制備工藝; 促進機器學習、流動化學、生物合成與傳統化學合成的融合, 推動活性分子和天然產物合成向“智能化、自動化、集成化”方向進步.

                (4) 團簇化合物. 開發具有未知結構與性能的新型團簇及其可控、有序組裝和宏量制備方法; 揭示其形成機理、演化過程和穩定性機制, 建立系統、普適性的構效關系, 擴展理論基礎, 推動其在納米、催化、生命、環境等領域的應用.

                (5) 高分子. 精確控制高分子的單體序列、拓撲結構、立構規整度和不同維度結構, 開發新型、可持續聚合物; 通過對聚合反應機理的深入理解和認識, 發展新的聚合方法, 突破傳統單體和聚合物結構與功能的局限和認知邊界.

                (6) 超分子組裝體. 開發具有精確結構、特殊物理化學性質與功能的新型組裝基元; 精準調控非共價相互作用間的協同機制, 可控構筑結構明確的超分子組裝體; 通過非平衡態自組裝構筑具有特殊結構與功能的超分子體系; 完善超分子化學理論體系, 探索新型超分子性質與功能.

                (7) 納米結構. 完善精確可控的納米結構合成方法, 實現具有精密復雜結構和多層級納米結構的構筑, 實現相關體系的多功能、動態化和智能化; 尋求超細、超薄、多組分、高精密、能形變、會運動等結構特征的控制策略; 發展新表征手段, 深化機制認知, 奠定理論基礎; 探索非常規缺陷、晶相的生成和穩定方法, 控制其分布和比例.

                (8) 固體結構. 通過對固體微觀尺度結構的準確認識和精細調控, 實現以功能為導向的固體材料的理性設計及可控合成, 創制具有光、電、磁、熱、聲、力以及相互耦合等新穎功能的固體物質; 發展極端條件化學合成方法, 促進新型功能固體材料的開發和新性能的發現.

                (9) 晶態多孔結構. 設計和發展新的功能基元、化學連接方式和合成手段, 探索復雜組分、等級孔結構的智能設計與高效合成; 構筑以催化、吸附分離、光、電、磁、聲、熱等功能為導向的孔道拓撲結構和化學環境; 拓展原位譜學和顯微表征方法, 結合理論計算, 闡明孔道中的主客體相互作用、電子轉移及物質傳遞機制.

                2.2.2 新反應、新方法與新技術

                高效精準的新反應、新方法和新技術是“理想合成”最核心的基石. 如何發展高效、經濟、安全、綠色的合成新方法是合成化學的永恒主題. 新反應、新方法和新技術的出現往往可以改變合成化學的思路、方式和范疇, 是合成化學創新的源動力. 從物質科學的全局出發, 著力發展原創、獨特的合成方法. 結合大數據分析與人工智能等先進技術, 借助多學科交叉的研究范式, 突破傳統合成化學的局限, 向全新的雜化合成、多元合成、跨尺度合成和智能合成過渡, 引領合成化學的發展潮流.

                新反應、新方法與新技術包括:

                (1) 催化合成反應. 創制新型催化劑和催化體系, 開拓催化新思想、新策略和新方法; 發展分子高效催化轉化新途徑, 實現資源高效利用、精準合成和可持續物質循環創制; 闡明(分子)催化機制與規律; 借助大數據分析與人工智能等先進技術, 實現催化劑、催化體系和催化反應的理性設計.

                (2) 聚合、解聚反應與方法. 通過對聚合反應機理的深入理解和認識, 借鑒有機化學、無機化學、生物化學以及超分子化學等領域的知識積累與最新進展, 發展新的聚合方法; 突破傳統單體和聚合物結構的局限及現有聚合方法的應用范圍, 從源頭上促進功能聚合物的精準合成; 師從有機合成方法學和生物化學, 探索用于可持續聚合物的構筑、傳統聚合物的綠色降解與高附加值轉化的新方法.

                (3) 非共價合成. 開發用于精準構筑多級、多層次、多尺度組裝結構的新方法; 發展高時空分辨、可原位監測自組裝過程的新技術; 推動非共價合成與共價合成的協同與耦合, 構筑力學性能可調控的功能超分子體系, 開發其在生物、材料等領域的應用; 建立基于非共價作用的合成新理論; 建立非平衡態自組裝新體系與理論.

                (4) 固體合成. 通過客體引導的骨架設計等策略進行功能單元的可控構筑和高性能材料的精準合成; 發展新型晶態材料和玻璃陶瓷等固體材料的高通量合成, 以及外延薄膜宏量簡便生長等新方法; 開發高穩定性材料的晶體生長、固液不同組成的大晶體生長、非常規溶劑輔助晶體生長等新策略、新方法以及新技術, 解決單晶生長過程中的實時監測、定量控制等技術問題; 探索軟化學合成、無容器接觸合成、表界面合成以及高壓、多外場調控等極端條件下合成新方法及其裝備.

                (5) 表界面合成化學. 研究在液-固、氣-固、氣-液、液-液等表界面成鍵、斷鍵、非共價相互作用的特殊機制, 包括表界面共價合成、表界面非共價合成以及共價與非共價相結合的表界面合成等; 在表界面精準合成新分子、創制新物質、構建新器件; 探索表界面合成的宏量制備方法, 以及材料和器件一體化制備技術.

                (6) 生物合成. 開發綠色、節能、高效的新型酶促反應, 闡明重要天然活性分子的生物合成途徑及相關酶學機制; 設計和構建基于微生物和細胞工廠的高效生物合成新路線; 建立和發展基于生物信息學的相關基因組信息發掘技術.

                (7) 仿生合成. 通過模仿簡單到復雜生命體的結構與功能原理, 創制不同層級、尺度和功能的新物質與材料, 闡明自然、人造資源的循環路徑和規律, 開發高效綠色化學轉化策略, 推動資源的循環、再生與高附加值轉化.

                (8) 非常規條件合成. 開發外場調控及非常規條件下的新反應, 揭示外場調控引發反應的新作用機制; 完善具有時空分辨的反應物種原位測量手段, 構建非常規條件或極端條件下的化學反應新裝置、新體系; 理解極端條件下化學反應對地球化學與生命化學的影響.

                (9) 再生資源與循環利用方法. 揭示自然和人造資源循環路徑的化學轉化機制; 開發高效綠色化學轉化策略, 推動資源的循環利用, 提升再生資源在循環過程中的功能化水平; 推動學界與產業間的深度融合, 助力再生資源化學與循環化學的工業化應用.

                (10) 新技術、新儀器賦能的合成. 基于合成化學大數據的原始積累, 建設我國自主、完備、規范、開放的合成化學數據庫; 利用人工智能等先進技術, 開發可用于分子與物質精準高效合成的深度學習方法與規則算法; 研制集設計、反應、純化、分析、反饋于一體的標準化智能反應體系, 實現合成自動化; 引領合成化學研究范式從“勞動密集型和經驗試錯型”到“自動化、智能化、精細化”的升級.

                2.2.3 物質合成的機制、規律與理論

                結合人工智能、計算模擬和高時空分辨等原位表征技術, 深入理解反應機制, 揭示化學鍵斷裂和形成的規律以及多重分子間相互作用力協同構筑多層次結構形成的規律, 進而指導新物質的設計與制備.

                基于對化學鍵和分子間作用力本質的深入認識, 淡化無機、有機、高分子和超分子化學的邊界, 以科學問題為引導, 通過交互融合, 將合成化學的共性問題提升到規律提煉的高度. 結合計算模擬和原位表征技術, 深入理解反應機制, 建立相應的數據庫, 借助大數據分析與機器學習等技術, 揭示物質合成的普遍規律, 闡明物質功能的構效關系, 推動合成化學從“試錯性和經驗性探索”到“理性和智能創制”的發展.

                物質合成的機制、規律與理論包括:

                (1) 小分子活化與轉化. 重點研究氮氣、氫氣、氧氣、二氧化碳等氣體小分子活化與轉化的反應機理; 闡明小分子的成鍵、斷鍵過程中的關鍵中間體與電子轉移機制, 揭示小分子定向轉化的調控機制, 建立對小分子活化普適反應機制的認知; 拓展小分子轉化反應的類型, 實現轉化產物的多樣性.

                (2) 有機合成機制. 針對重要有機轉化反應, 通過對重要中間體的檢測與解析, 以及反應動力學及理論計算等方面的研究, 揭示化學鍵的活化、斷裂和重組的反應機制; 闡明活性物種的結構與反應活性及選擇性之間的構效關系, 研究高活性有機物種反應的選擇性調控機制, 為發展新型高效的有機轉化新反應提供指導.

                (3) 聚合反應機制. 充分考慮鏈纏結、黏彈性、擴散性、鏈構象等高分子特征理化性質的影響; 對引發、鏈增長、鏈交換、解聚、后修飾、網絡化等基元反應進行理論描述、理性設計和機理闡述, 為發展新聚合反應、實現聚合物精準合成與降解提供理論基礎與指導.

                (4) 超分子組裝機制. 關注自組裝過程中各種非共價相互作用的協同規律; 發展在線測量技術與瞬時組裝手段; 捕捉及檢測自組裝中間過程及其非線性動力學特征; 建立能量耗散體系組裝過程的精確理論模型; 探索快速多尺度的動力學模擬方法.

                (5) 固體中的反應與相變機制. 闡述動力學控制固相產物的形成原理及其特征結構單元在反應過程中的分解和重組機理; 拓展固體材料在溫度、壓力、電場等外場作用下結構相變的追蹤方法; 厘清離子嵌入脫出過程中基本結構穩定性差異的機制; 開展多尺度(離子、分子、團簇、顆粒)固體材料的合成機理研究; 實現相變界面結構特征的表征和計算模擬.

                2.3 合成化學的學科優先發展領域

                合成化學正進入一個嶄新的時代, 充滿了機遇與挑戰. 中國合成化學應致力于提升學術品味, 打破原有的學科界限, 勇于開拓新領域, 探索“無人區”, 形成特色研究方向; 既要針對重大需求, 解決實際問題, 又要推進機制研究, 提升理論和科學高度.基于這些考慮, 建議合成化學學科優先發展領域如下:

                (1) 生物活性分子構建的策略、方法與技術;

                (2) 新型功能物質的合成;

                (3) 再生資源化學與循環化學;

                (4) 新試劑、新方法和新技術;

                (5) 原位、實時、多元的表征方法和機制研究;

                (6) 多級結構與化學鍵協同構筑的合成化學;

                (7) 多外場協同驅動的合成化學;

                (8) 非常規條件或遠離平衡態的合成化學;

                (9) 晶態體相物質的理性設計與合成化學;

                (10) 基于大數據分析和人工智能的合成方法學及合成策略;

                (11) 化學合成與生物合成的耦合;

                (12) 面向國家重大需求的合成化學基礎研究.

                3

                優化學科布局與申請代碼調整


                《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建設》中提出了通過優化學科布局等強化國家戰略科技力量的措施. 為構建理念先進、制度規范、公正高效的新時代科學基金體系, 自然科學基金委提出了明確的改革任務, 其中包括: 堅持把支持源頭創新作為基礎研究的根本出發點, 把創新性和系統性作為項目評審的兩把尺子, 從而明確資助導向; 著眼于解決與國計民生相關的重大基礎科學問題, 堅持以開放和交互的視角分析和研究各個分支的特色, 從而優化學科布局; 進一步改進評審方式來提高評審質量, 完善專家遴選原則和評審標準, 從而完善評審機制[4~7]. 為此, 化學科學部設立了守正出新、面向未來、兼容并包的“合成化學”領域(申請代碼: B01)[8, 9]. 申請代碼不僅是開展科學基金項目申請、評審、資助和管理的工具, 還對學科發展起到重要的引導作用.

                3.1 原學科申請代碼介紹

                2018年啟動的以科學問題為導向構建的合成化學領域共包括7個二級代碼以及39個三級代碼(表1)[10], 基本涵蓋了合成化學領域的研究內容, 在三年來的項目申請和管理中發揮了積極作用.

                表1  2018~2020年期間自然科學基金委化學學部所使用的合成化學申請代碼


                根據合成化學“十四五”及中長期發展規劃的指導, 遵循基金管理服務與優化學科布局的原則, 2018~2020年的申請代碼結構仍面臨一些挑戰, 存在以下問題:

                (1) 原有7個二級申請代碼之間的內在邏輯關系有待進一步梳理與厘清;

                (2) 原有代碼體系對學科方向的覆蓋仍需擴充, 面向物質功能、理論基礎等研究方向未充分體現, 如“功能分子/材料的合成”與“結構與反應機制”等尚未囊括;

                (3) 原有部分申請代碼的內涵有待優化, 如“B0102無機合成”與“B0103有機合成”包含的研究方向較多, 需要進一步細分;

                (4) 原有代碼的項目申請量分布有待優化, 存在個別代碼申請量過多或太少, 如“B0103有機合成”的申請量尤為突出, 而“B010704原子與步驟經濟性反應”申請量較低.

                3.2 申請代碼調整情況介紹

                圍繞合成化學發展的三條主線, 化學科學部進一步優化了合成化學領域的申請代碼(B01). 新的申請代碼下設13個二級代碼, 70個研究方向(表2). 下面就申請代碼的調整情況進行簡要說明, 供相關人員參考.

                表2  自然科學基金委化學學部于2021年啟用的合成化學申請代碼及研究方向

                (1) 元素化學(B0101)

                本申請代碼繼承了原二級申請代碼“B0101元素化學”及相應的三級申請代碼, 對應于規劃中2.2.1部分中的“元素化學(或元素化合物)”.

                研究方向具體包括: d、f區元素化學、主族元素化學、有機磷化學、有機硅化學、有機硼化學、有機氟化學、其他元素有機化學.

                (2) 配位化學(B0102)

                本申請代碼繼承了原二級申請代碼“B0105配位合成化學”及相應的三級申請代碼, 將“配位聚合物”(原B010505)調整為“配位聚合物與金屬有機框架”, 新增“模擬酶與仿生合成”. 對應于規劃中2.2.1部分中的“金屬配合物”.

                具體研究方向包括: 金屬有機化學、配位聚合物和金屬有機框架、溶液配位化學、配位反應(過程)、模擬酶與仿生合成、功能配合物化學.

                (3) 團簇與納米化學(B0103)

                本申請代碼繼承了原三級申請代碼“B010205納米與團簇化學”, 并進一步豐富了該代碼下的具體研究內容. 對應于規劃中2.2.1部分中的“團簇化合物”與“納米結構”.

                具體研究方向: 金屬團簇、金屬有機簇、多酸和金屬氧簇、非金屬團簇、其他團簇、納米碳材料、納米材料的合成及機理、納米材料的表界面化學、納米材料的相態和晶相、納米材料的缺陷化學、納米材料的組裝及集成、納米復合材料、納米多孔材料、納米薄膜材料、納米及單原子催化材料、納米生物醫學材料、納米光催化和電催化材料、納米功能材料.

                (4) 無機合成(B0104)

                本申請代碼繼承了原二級申請代碼“B0102無機合成”及三級申請代碼“B010201無機固相合成”、“B010203非常規條件下無機合成”和“B010204晶體生長化學”, 新增“無機合成新方法”和“表界面合成化學”. 對應于規劃中2.2.1部分中的“固體結構”與2.2.2部分中的“固體合成”、“表界面合成化學”以及2.2.3部分的“固體中的反應與相變機制”.

                具體研究方向包括: 無機固相合成、晶體生長化學、無機合成新方法、表界面合成化學、非常規條件下合成.

                (5) 催化合成反應(B0105)

                本申請代碼繼承了原三級申請代碼“B010303金屬催化合成反應”和“B010304有機小分子催化”. 對應于規劃中2.2.2部分中的“催化合成反應”.

                具體研究方向包括: 金屬催化合成反應、有機小分子催化.

                (6) 不對稱合成(B0106)

                本申請代碼繼承了原三級申請代碼“B010305不對稱合成”, 新增了“不對稱金屬催化合成反應”和“不對稱有機小分子催化”. 對應于規劃中2.2.2部分中的“催化合成反應”.

                具體研究方向包括: 不對稱金屬催化合成反應、不對稱有機小分子催化、不對稱合成.

                (7) 天然產物全合成(B0107)

                本申請代碼繼承了原三級申請代碼“B010306天然產物全合成”. 對應于規劃中2.2.1部分中的“生物活性分子與天然產物”.

                具體研究方向包括: 天然產物全合成.

                (8) 新反應與新試劑(B0108)

                本申請代碼為新增申請代碼, 新增研究方向包括“新型有機試劑”和“有機合成新反應”.

                具體研究方向包括: 新型有機試劑、有機合成新反應.

                (9) 高分子合成(B0109)

                本申請代碼繼承了原二級申請代碼“B0104高分子合成”及三級申請代碼“聚合反應與方法”與“高分子精準合成”, 新增“高分子合成”、“聚合物拓撲結構”與“聚合物的化學反應”. 對應于規劃中2.2.1部分的“高分子”、2.2.2部分的“聚合、解聚反應與方法”與2.2.3部分的“聚合物反應機制”.

                具體研究方向包括: 高分子合成、聚合反應與方法、高分子精準合成、聚合物拓撲結構、聚合物的化學反應.

                (10) 超分子化學(B0110)

                本申請代碼繼承并調整了原二級申請代碼“B0106超分子化學與組裝”, 保留了“B010601組裝基元”, 將原三級申請代碼“B010602非共價相互作用于組裝方法”與“B010603動態共價鍵化學”合并為研究方向“非共價相互作用和動態共價鍵”, 將原三級申請代碼“B010604組裝過程的動態調整”調整為“組裝方法與機制”, 將原三級申請代碼“B010605超分子復合物與聚合物”調整為“超分子組裝結構”, 將原三級申請代碼“B010606生命功能體系的組裝”調整為研究方向“生物超分子體系”, 新增“功能超分子體系”. 對應于規劃中2.2.1部分的“超分子組裝結構”、2.2.2部分的“表界面合成化學”與2.2.3部分的“超分子組裝機制”.

                具體研究方向包括: 組裝基元、非共價相互作用和動態共價鍵、組裝方法與機制、超分子組裝結構、功能超分子體系、生物超分子體系.

                (11) 仿生與綠色合成(B0111)

                將原二級申請代碼“B0107綠色合成”調整為新的申請代碼“仿生與綠色合成”, 繼承了原三級申請代碼“B010701生物催化與生物轉化”、“B010702模擬酶與仿生合成”、“B010705可再生資源化學”、“B010706溫和條件下的化學轉化”, 將原三級申請代碼“B010703光化學合成”調整為“光化學與電化學合成”, 將原三級申請代碼“B010704原子與步驟經濟性反應”作為關鍵字并入“溫和條件下的化學轉化”. 對應于規劃中2.2.2部分的“生物合成”、“仿生合成”與“再生資源化學與循環化學”.

                具體研究方向包括: 生物催化與生物轉化、模擬酶與仿生合成、光化學與電化學合成、可再生資源化學、溫和條件下的化學轉化.

                (12) 功能分子/材料的合成(B0112)

                本申請代碼為新增代碼, 并繼承了原三級申請代碼“B010206功能無機分子的設計與合成”、“B010307功能有機分子的設計與合成”. 合成化學的重要價值之一在于創制具有特殊物理化學性質與材料功能的分子和物質, 該新增代碼的主旨在于發展先進、高效、精確的合成方法與策略, 在分子、超分子水平上構筑具有光、電、磁、熱、聲、力、超導、分離、催化、生物醫用等特殊功能的分子基材料, 認識與理解功能分子從分子尺度到宏觀尺度的性能演變和關聯, 因此該新增代碼對應于規劃中2.2部分中的所有相關研究內容.

                具體研究方向包括: 電功能導向分子/材料合成、光功能導向分子/材料合成、磁功能導向分子/材料合成、儲能導向分子/材料合成、薄膜及分離功能分子/材料合成、生物及醫用分子/材料合成、智能及特種功能材料.

                (13) 結構與反應機制(B0113)

                本申請代碼為新增代碼, 將原三級申請代碼“B010302活性中間體”調整為“反應活性中間體的結構及反應性”, 新增“結構表征方法與理論”、“反應機制及表征方法”. 由于合成化學的結構表征與機制的目的是揭示合成化學反應基元反應步驟的機制——包括反應過程中的電子轉移和化學鍵斷裂與形成機制, 總結規律并建立合成化學的科學理論, 為化學合成反應的精準調控、新化學反應的理性設計提供實驗依據和理論基礎, 因此該新增代碼對應于規劃中2.2.3部分中所有相關研究內容.

                具體研究方向包括: 結構表征方法與理論、反應機制及表征方法、反應活性中間體的結構及反應性.

                4

                總結與展望

                合成化學的成就是衡量各國化學科學研究水平的重要標尺. “十三五”期間, 根據合成化學的跨學科“大交叉”特點, 自然科學基金委化學科學部取消了原有二級學科設置, 設立合成化學這一領域, 將分散在各二級學科中的合成化學相關問題整合在一起, 促進各分支的交匯融通, 推進對合成化學中共性問題的研究.

                然而, 我國合成化學還存在以下不足: (1) 合成方法的原創研究尚不多見, “中國牌”的合成方法較少; (2) 合成方法未能上升到理論高度, 各分支之間的交叉融合仍顯不足, 距離理性設計和可控合成還有較大的提升空間; (3) 反應機制研究還未被廣泛開展, 大多數反應機制工作仍然停留在自圓其說和邏輯自恰的層面, 未能揭示其本征規律; (4) 對先進科學方法的響應不夠機敏和迅捷, 例如, 尚缺乏合成化學領域的大數據分析與人工智能方法研究, 缺乏相關技術對合成反應發現與方法開發的指導, 人工智能對合成設計的賦能不足; (5) 基礎研究與產業化結合不夠緊密, “卡脖子”的合成技術少有進展, 尤其缺少面向國家重大戰略需求的精細化學品合成方法, 在品質提升等工藝細節方面離精益求精還有很大的發展空間.

                建議合成化學領域學者能夠更加系統地掌握相關研究分支(包括無機合成、有機合成、高分子合成、超分子合成等)的發展過程與演化邏輯, 進一步夯實理論基礎, 引導變革性突破, 建立原創性和標志性的新型物質建構體系, 推動合成化學領域形成系統性、通用性理論認知.

                致謝   在自然科學基金委和化學科學部的領導下, 化學一處堅持發揚民主、開門問策, 廣泛聽取相關領域專家學者的意見建議, 認真組織了合成化學“十四五”及中長期發展規劃起草工作和申請代碼調整工作. 我們謹向參與討論和起草工作的所有人員表示誠摯的謝意! 向提出意見建議、親自撰寫、審讀規劃草案的所有專家學者表示誠摯的感謝! 向所有關心、指導這項工作的領導和同事表示誠摯的感謝!


                【參考文獻】

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                來源:中國科學雜志社





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