前言

分子合成是分子科学的核心，分子组装是创造新物质和产生新功能的重要手段。分子合成与组装分别从分子及分子以上层次创造新物质，揭示物质的形成规律与功能化途径，推动了分子科学的发展。一方面，自从人们在原子、离子、分子层次对化学键的本质有了深刻认识，化学的发展突飞猛进，通过不同化学键的选择性断裂、形成及重组，化学家创造了数千万种分子。人们不断探索新的合成方法，创制新的分子，开发新的功能，实现了分子合成科学的繁荣。另一方面，随着大量天然小分子、大分子的发现，以及大量人工分子的合成，人们对由分子构建的微观物质世界有了更深刻的认识，意识到了分子间的非共价相互作用也是创造新物质的重要手段。以分子间非共价相互作用为核心的分子组装化学，在过去几十年间得到了蓬勃发展。

在分子合成与组装领域，人们仍面临诸多挑战。在分子合成领域，常见的金属有机合成试剂包括有机锂试剂、格氏试剂、有机铜试剂、有机锌试剂、有机铝试剂等，其通常是单金属试剂，与之相比，分子中存在两个碳-金属键的双金属有机试剂由于分子内或分子间的协同作用而表现出不同于单金属试剂的反应性，甚至表现出全新的反应模式，但目前对于双金属有机试剂的制备、结构和反应性的相关研究较少；后过渡金属催化剂在均相催化领域一直占据主导地位，但贵金属存在成本高、毒性大、储量少等缺点，寻找和开发廉价低毒的丰产金属催化剂，已成为近年来学术界和工业界持续关注的热点方向；过渡金属催化的卡宾化学已得到很大发展，自由卡宾与金属配位后形成的金属卡宾在一定程度上稳定了卡宾物种，但多数金属卡宾中间体在室温下依然非常活泼，反应过程中金属卡宾中间体的分离、表征及反应性控制依然存在很大的挑战，高效的卡宾催化剂种类还很有限；过渡金属催化的不对称氢化是目前研究得最深入的一类反应，并已实现工业上的规模化应用，但与前手性烯烃、酮和亚胺底物不同，具有芳香稳定化能的芳香杂环化合物的不对称氢化发展相对缓慢，全碳芳香化合物的不对称氢化还未取得实质性进展；天然产物分子是新药开发的重要来源，得益于新的合成策略和方法学的发展，天然产物的全合成近年来取得了重要进展，但大多数有重要生物活性的天然产物小分子面临来源受限、深度结构修饰困难等问题，快速高效和大量合成依然是该领域存在的挑战；反应机理研究帮助人们从分子水平上理解有机反应发生的详细历程，计算化学可以阐明反应中间体及过渡态的结构和相对能量，但如何更好地指导新反应和新催化剂的设计依然存在挑战。在分子组装领域，国际前沿研究开始从简单组装、静态和平衡态组装逐渐过渡到多级组装、动态和非平衡态组装，从不可控组装发展到可控组装，创制具有动态响应、自适应和自修复等特点的新型自组装体系成为目前该领域的研究热点。在此背景下，如何加深对超分子化学基本问题的理解、设计合成新的大环分子和新的组装基元，以及更好地描述和利用非共价键之间的协同作用显得尤为重要。此外，关于序列型的超分子组装体系或者超分子聚合物的报道至今还很少，如何关联各个组分之间的相互作用、各层次结构等仍然十分困难。解决上述这些具有挑战性的问题，实现分子合成与组装过程的精准化、绿色化和高通量化，就需要对分子合成与组装所涉及的相关知识有深刻和系统的理解，这是编著本书的出发点和目的之一。

近年来，国内外报道了大量的优秀研究成果，极大地推动了分子合成与组装领域的发展。由于篇幅限制，我们仅从这些启发性的研究报道中主要选取了北京分子科学国家研究中心取得的一些系统性的创新成果来进行介绍。因此，本书围绕合成化学的最新进展，聚焦双金属有机试剂化学、锰金属有机化学、金属卡宾化学、氮杂环卡宾化学、杂芳烃化合物的不对称催化氢化、复杂天然产物全合成、过渡金属催化反应机理研究、大环主体的识别与组装以及超分子自组装化学等领域，对相关基础概念进行了详细阐述，介绍了这些领域的发展现状及代表性的研究工作。希望本书能为初涉该领域的学生和科研人员提供知识储备，为相关科技工作者展示合成化学的研究现状，并为有志于从事该领域研究的青年同行提供一定的指导。

本书第1章双金属有机合成试剂化学由张永亮、魏俊年、张文雄、席振峰编写；第2章锰金属有机催化由杨芸辉、王从洋编写；第3章基于金属卡宾的合成化学由周奇、王剑波编写；第4章氮杂环卡宾催化由高中华、叶松编写；第5章芳香杂环化合物的不对称催化氢化反应由冯宇、冯向青、杜海峰、范青华编写；第6章复杂天然产物全合成由杨震、雷晓光、罗佗平编写；第7章有机化学反应机理研究进展由崔琦、樊星、李晨龙、李俊、杨昱升、王熠、张攀、周艺、余志祥编写；第8章新型合成大环主体的分子识别与组装由韩莹、陈传峰编写；第9章超分子自组装及其应用由刘鸣华、张莉、汪含笑、欧阳光辉编写。

由于撰写时间仓促、涉及人员较多，书中难免存在诸多不足，欢迎广大读者批评指正。

范青华张文雄
2021年12月28日