高分子材料化学基础

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页数:286
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出版时间:2009-5
价格:33.00元
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isbn号码:9787122049278
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  • 高分子化学
  • 高分子材料
  • 材料科学
  • 化学
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具体描述

高分子材料化学基础(二版),ISBN:9787122049278,作者:郭建民 主编

现代有机合成方法学:从基础原理到前沿应用 本书聚焦于当代有机合成化学领域最前沿、最具影响力的合成策略与反应类型。 本书旨在为化学专业学生、研究人员以及致力于复杂分子合成的工程师提供一套系统、深入且高度实用的方法论指南。我们摒弃了传统教科书中对经典反应的冗长叙述,转而将重点完全放在近年来取得突破性进展的催化体系、反应机理的精细调控以及目标导向的分子构建上。 全书内容围绕三大核心板块展开:高效催化策略、立体选择性构建 和 功能化与应用拓展。 --- 第一部分:高效催化策略与反应设计 本部分深入剖析了当前有机合成中对反应效率和原子经济性要求极高的催化体系,重点讲解了如何利用非传统催化剂实现对传统合成路线的颠覆。 第一章:过渡金属催化的交叉偶联反应的深化与拓展 虽然交叉偶联反应已是成熟领域,但本书将重点探讨其在复杂底物和惰性键活化中的最新进展。 1.1 钯催化剂的低负载与无配体体系: 探讨新型纳米级钯催化剂的设计原理及其在空气和水相中的稳定性。详细分析了如何通过精确控制氧化态和配位环境,实现催化剂用量降至ppm级别的案例。 1.2 镍催化的C–O、C–N 键偶联: 针对日益增长的绿色化学需求,本书详细介绍了镍在活化传统上惰性的C–O键(如芳基醚、醇)中的独特优势,并对比了其与钯催化剂在电子效应和反应性上的差异。 1.3 铁催化剂在偶联反应中的复兴: 阐述了利用廉价、低毒的铁盐作为催化剂,实现碳-碳键和碳-杂原子键形成的最新成果,特别是其在还原性偶联中的应用。 第二章:光氧化还原催化(Photoredox Catalysis)的应用 本章是全书的亮点之一,系统介绍了光催化如何将自由基化学引入到温和、可控的反应条件下,极大地拓宽了合成的可能性。 2.1 基于有机小分子和铱/钌配合物的光催化机理: 详细解析了单电子转移(SET)过程、激发态的寿命与量子产率对反应结果的影响。 2.2 C(sp³)-H 键的直接官能团化: 重点讨论了如何利用光氧化还原催化实现对脂肪族化合物中惰性C-H键的选择性活化和自由基捕获,包括烷基化、胺化和羧基化。 2.3 远程官能团化(Remote Functionalization): 介绍了一种高级策略,通过设计合适的导向基团或链转移剂,利用光催化实现远离官能团的C-H键的选择性修饰,这对药物分子骨架的后期修饰至关重要。 第三章:有机小分子催化(Organocatalysis)的精细调控 有机小分子催化剂因其易于分离、环境友好性而备受青睐。本章侧重于不对称有机催化的最新发展。 3.1 烯胺/亚胺离子催化: 深入剖析了Proline衍生物和新型双胺催化剂在Michael加成、Aldol反应和环化反应中的作用,尤其关注反应中间体(烯胺/亚胺离子)的几何构象对其对映选择性的决定性影响。 3.2 氢键供体催化剂(如硫脲、磷酸): 重点研究了多点氢键相互作用如何精确地将反应底物定向到催化剂的特定手性口袋中,实现高对映选择性和非对映选择性控制。 --- 第二部分:复杂分子结构与立体中心的构建 本部分的核心在于如何精确控制新形成的化学键的几何构型,特别是构建具有多个连续手性中心的复杂骨架。 第四章:不对称环加成反应的突破 环状化合物是天然产物和药物活性分子的核心骨架。本章关注高效构建手性环系的新方法。 4.1 [3+2] 环加成的高效实现: 讨论了过渡金属(如铑、铜)和有机催化剂协同作用下,实现烯烃与偶极物(如氮叶立德、叠氮化物)之间的高效、高对映选择性环加成。 4.2 [4+2] 迪尔斯-阿尔德反应的立体控制: 探讨了利用路易斯酸或手性催化剂激活双烯或亲双烯体,如何实现内/外选择性的精确控制,并成功应用于复杂环己烯骨架的构建。 第五章:手性烯烃的构建与转化 手性烯烃是合成砌块中的关键中间体,其几何异构体(顺式/反式)对最终产物活性至关重要。 5.1 不对称烯烃复分解反应(Olefin Metathesis): 详细介绍了第二代和第三代Grubbs和Hoveyda-Grubbs催化剂的结构优势,以及如何利用这些催化剂实现高选择性的交叉复分解(CM)和关环复分解(RCM)。特别关注了环烯烃复分解聚合(ROMP)在功能材料前体合成中的应用。 5.2 立体选择性氢化与硼氢化: 阐述了如何利用手性膦配体(如BINAP、DuPhos)修饰的金属催化剂,对非官能团化的简单烯烃进行高对映选择性的氢化。 --- 第三部分:功能化与应用拓展 本部分将合成方法学与实际的分子构建挑战相结合,展示了如何将前述的先进方法应用于合成复杂功能分子。 第六章:惰性 C–H 键的靶向活化与功能化 C–H 键活化是实现合成效率飞跃的关键技术,本书侧重于如何将无序的C–H键转化为可控的官能团。 6.1 导向基团介导的邻位 C–H 活化: 详细分析了吡啶、酰胺等导向基团如何通过配位作用将过渡金属(如Pd, Ru, Rh)导向特定的C–H键,并实现高区域选择性的官能团化(如芳基化、烯基化)。 6.2 非导向和远程 C–H 活化: 讨论了利用热力学或动力学控制,通过先进的路易斯酸或氧化剂实现对非活化C-H键的选择性修饰。 第七章:多组分反应与复杂骨架的快速构建 多组分反应(MCRs)是高效合成复杂分子的理想工具。 7.1 Ugi 和 Passerini 反应的现代化: 探讨了如何将光催化或不对称催化引入到经典的MCR中,以在一步反应中同时构建多个手性中心或引入复杂结构单元。 7.2 点击化学(Click Chemistry)的迭代: 除了经典的CuAAC,本书重点介绍了无铜的SPAAC(Strain-Promoted Azide–Alkyne Cycloaddition)以及硫醇-烯点击反应在生物分子标记和聚合交联中的应用。 第八章:合成方法在天然产物全合成中的案例分析 本章通过对近期完成的几种复杂天然产物的全合成路线进行深度剖析,展示了如何将本篇所介绍的先进合成工具整合为一个高效的合成策略。分析重点在于选择哪种催化剂解决了哪个关键的立体化学难题,而不是简单的步骤罗列。 --- 总结: 本书并非对现有合成知识的简单复述,而是对“如何更聪明、更高效地合成分子”这一核心命题的深入探索。它要求读者具备扎实的有机化学基础,并期望引导读者将这些前沿方法论转化为解决实际合成挑战的强大工具。

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我特别赞赏作者在书中对于高分子材料加工成型的探讨。从书籍的某些章节来看,作者并没有将重点局限于高分子本身的化学性质,而是进一步延展到了如何将这些神奇的分子转化为我们触手可及的物品。我对书中关于注塑成型、挤出成型以及吹塑成型的原理和工艺参数的介绍印象深刻。作者通过分析不同加工方式对高分子材料内部结构(如取向、应力等)的影响,以及这些内部结构如何反馈到最终产品的性能上,展现了材料加工的艺术性与科学性的完美结合。例如,在描述注塑成型时,作者详细解释了熔体流动、模具填充、冷却固化等关键步骤,并强调了温度、压力和注射速度等参数的精确控制对于获得高质量制件的重要性。我还被书中关于塑料薄膜的生产工艺所吸引,作者解释了吹膜和流延膜的区别,以及不同工艺如何影响薄膜的强度、透明度和阻隔性。他对高分子在加工过程中可能发生的降解(如热降解、氧化降解)以及如何通过添加剂来解决这些问题的讨论,也为实际生产提供了重要的指导。书中还涉及到一些相对复杂的加工技术,如反应注射成型(RIM)和三维打印,作者对这些技术的原理和应用前景的介绍,让我看到了高分子材料加工领域的无限可能性。我认为,对于希望将理论知识应用于实际生产制造的读者来说,这一部分内容具有极高的参考价值。

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阅读完这本书的某一部分,我深切感受到作者在传达高分子科学的魅力时,所展现出的非凡的洞察力。他没有将高分子材料仅仅看作是一堆原子和分子的集合,而是将其视为一种能够通过巧妙设计来解决现实世界复杂问题的“解决方案”。书中关于“智能高分子材料”的章节,更是让我看到了高分子材料的无限未来。作者详细介绍了响应性高分子,即能够对外界刺激(如温度、pH值、光、电场等)做出可逆变化的材料,以及它们在药物控释、传感器、自修复材料等领域的潜在应用。例如,文中提及的温度响应性聚合物,在温度变化时能够改变其亲疏水性,这为实现药物的定时定量释放提供了可能。作者还对形状记忆高分子进行了介绍,这种材料能够在特定条件下恢复到预先设定的形状,这在软体机器人和可穿戴设备领域具有巨大的应用潜力。此外,书中对于自修复高分子材料的讨论也让我印象深刻,这些材料能够在损伤发生后自主地进行修复,极大地延长了材料的使用寿命。作者在分析这些前沿技术时,不仅仅是列举概念,更重要的是深入剖析了驱动这些“智能”行为背后的分子机制,并展望了这些材料未来的发展趋势。我认为,这本书在激发读者对高分子材料创新和未来发展的想象力方面,起到了非常积极的作用。

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我发现这本书在讲述高分子材料的表征方法时,采用了非常系统和全面的视角。作者清晰地介绍了各种表征技术背后的科学原理,以及它们在分析高分子结构、性能和分子量等方面的应用。我尤其对书中关于凝胶渗透色谱(GPC)、差示扫描量热法(DSC)和热重分析(TGA)的讲解印象深刻。GPC部分,作者详细解释了如何通过高分子在特定溶剂中的排除体积效应来测定其分子量分布,这对于理解聚合物批次间的差异至关重要。DSC部分,作者不仅介绍了如何通过测量材料的吸放热来确定玻璃化转变温度(Tg)、熔点(Tm)和结晶温度(Tc),还结合实例说明了这些参数如何影响材料的使用性能,例如聚合物的加工窗口和使用温度范围。TGA部分,作者则解释了如何通过加热高分子材料并测量其质量损失来评估其热稳定性,这对于选择在高温环境下使用的材料至关重要。此外,书中还介绍了扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)在观察高分子材料形貌和微观结构方面的应用,以及X射线衍射(XRD)在分析高分子结晶度和晶体结构方面的作用。作者在介绍这些技术时,不仅仅是罗列原理,更重要的是强调了如何根据具体的表征目的来选择合适的技术,以及如何解读表征结果,这对于读者培养科学研究的严谨态度非常有益。我认为,这本书在“如何认识高分子”这件事上,提供了非常扎实的工具和方法论。

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这本书的封面设计简洁大方,主色调采用了沉静的蓝色,配合白色的书名和作者信息,整体给人一种专业、严谨的感觉。当我第一次拿到这本书时,就被它厚实的纸张和精美的装帧所吸引。翻开扉页,作者的序言也写得十分诚恳,透露出作者在这一领域深耕多年的心血与热情。尽管我并非高分子材料化学的专业人士,但作为一名对科学研究充满好奇心的读者,我一直对材料科学领域有着浓厚的兴趣。这本书的名字——“高分子材料化学基础”,听起来就有一种深入浅出的感觉,仿佛能带领我走进一个充满奇妙分子世界的大门。我特别期待它能够清晰地解释高分子材料的基本概念、分类以及它们在我们日常生活中的广泛应用。例如,我们每天使用的塑料制品、衣物纤维、甚至药品缓释系统,都离不开高分子材料的贡献。我希望这本书能够为我揭示这些日常用品背后蕴含的科学原理,让我对这些看似平凡的物质产生新的认识和理解。更重要的是,我希望它能激发我对更前沿的高分子材料研究的兴趣,比如生物可降解高分子、智能高分子材料等等。这本书的出版,无疑为许多像我一样希望了解高分子材料科学的读者提供了一个宝贵的学习资源。它的内容是否能够达到我预期的深度和广度,是否能以一种易于理解的方式呈现复杂的科学知识,是接下来我最想探究的部分。总而言之,这本书的初步印象非常积极,它承载了我对知识的渴求和对材料世界的好奇心。

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这本书对于高分子材料的改性与功能化部分的阐述,可以说是让我大开眼界。作者没有仅仅满足于介绍天然高分子材料的固有属性,而是深入挖掘了如何通过各种手段来“武装”高分子,赋予它们更强大的能力。我对书中关于物理改性、化学改性以及复合材料方面的介绍尤为着迷。在物理改性方面,作者详细介绍了通过共混、填充、增塑等方法来改善高分子材料的力学性能、热稳定性或加工性能。我特别留意了关于高分子合金的章节,书中解释了不同聚合物共混后如何通过相容剂的添加来改善界面相容性,从而获得性能互补的材料。在化学改性方面,作者深入探讨了接枝、交联、官能团化等技术,这些技术能够从根本上改变高分子的化学结构,赋予其新的功能。例如,书中关于对聚丙烯进行接枝马来酸酐以改善其与玻璃纤维的相容性,从而制备增强复合材料的案例,生动地说明了化学改性的重要作用。此外,作者对于高分子复合材料的论述也十分详尽,他不仅介绍了纤维增强、颗粒增强等多种增强方式,还探讨了如何通过纳米材料(如碳纳米管、石蜡)来制备高性能复合材料。书中关于导电高分子、生物医用高分子以及智能高分子材料的介绍,更是让我感受到了高分子材料的无穷魅力和广阔的应用前景。我认为,这本书在探索高分子材料的“潜能”方面,做得非常出色。

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在我仔细阅读了这本书的某个章节后,我发现作者在阐述高分子聚合反应机理时,采取了一种非常巧妙的切入点。他没有一开始就直接抛出复杂的数学公式和化学方程式,而是从一个生动形象的比喻开始,将高分子链的生长过程类比为一串串糖葫芦的制作过程。这个比喻瞬间就拉近了抽象的化学概念与我们生活经验之间的距离,让我更容易理解单体如何通过特定的化学键连接,形成长链结构。作者随后循序渐进地介绍了自由基聚合、离子聚合和配位聚合等几种主要的聚合方式,并对每种方式的引发剂、链增长、链终止等关键步骤进行了详细的讲解。我特别欣赏作者在讲解过程中插入的案例分析,比如聚乙烯的生产过程,以及不同聚合方式对聚合物性能的影响,例如分子量、支化度以及立体规整性等等。这些实际应用案例的引入,让理论知识不再是枯燥的文字,而是与实际生产紧密相连。我之前一直对聚乙烯的密度差异感到困惑,这本书通过解释不同聚合催化剂的使用如何影响链的排列方式,从而导致低密度聚乙烯(LDPE)和高密度聚乙烯(HDPE)的性能差异,让我豁然开朗。作者对于聚合动力学和反应热力学的讨论也十分深入,虽然其中涉及了一些微积分的计算,但作者通过图示和解释,将其与聚合速率和转化率等宏观性质联系起来,使得理解变得更加直观。我认为,对于想要深入了解高分子合成过程的读者来说,这一部分的讲解是极其有价值的。

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这本书在介绍高分子材料的结构与性能关系方面,做得尤为出色。作者不仅仅停留在宏观的描述,而是深入到了分子层面的细致分析。我特别关注了关于高分子链的构象和聚集态结构这一章节。作者通过生动的插图,展示了高分子链的卷曲、伸展以及在溶液和固态中的不同排列方式。他详细解释了什么是玻璃化转变温度(Tg)以及它对高分子材料力学性能的影响。通过对比聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的Tg值,并解释其分子结构上的差异(如侧基的大小和柔顺性),让我深刻理解了分子结构如何决定宏观性能。此外,书中关于高分子结晶的部分也给我留下了深刻的印象。作者不仅介绍了结晶的驱动力,还详述了球晶、取向和结晶度等概念,以及这些因素如何影响材料的强度、韧性和光学性能。我对书中关于尼龙和聚酯纤维结晶度的讨论特别感兴趣,这解释了为何这些材料能够被制成坚韧耐用的纺织品。作者还引入了高分子链的相互作用力,如范德华力、氢键等,并解释了这些作用力如何影响聚合物的溶解性、粘度和熔点。书中对于嵌段共聚物的相分离现象的讲解,以及这种现象如何用于制备具有特殊性能的材料(如热塑性弹性体)的案例,让我对高分子材料的设计有了全新的认识。我认为,这本书在连接微观分子结构与宏观性能之间架起了一座坚实的桥梁。

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令我感到惊喜的是,这本书并没有局限于基础理论的讲解,而是对高分子材料在各个领域的应用进行了广泛而深入的探讨。从书中对不同应用领域的梳理来看,作者展现了高分子材料作为“材料之母”的强大生命力。我特别被书中关于高分子在汽车工业、航空航天、电子信息以及医疗健康等领域的应用案例所吸引。例如,在汽车工业方面,书中介绍了如何利用高强度、轻质化的工程塑料来替代金属零部件,从而实现汽车的轻量化,降低燃油消耗。在航空航天领域,书中则重点探讨了高性能纤维增强高分子复合材料在飞机结构件和发动机部件中的应用,以及它们在提高安全性、降低重量方面的重要作用。我对于书中关于电子信息领域的高分子材料,如封装材料、介电材料以及导电高分子在柔性电子器件中的应用,也进行了细致的阅读,这些都让我看到了高分子材料在推动科技发展中的关键地位。在医疗健康方面,书中关于生物可降解高分子在药物缓释、组织工程支架以及人工器官等方面的应用,更是展现了高分子材料改善人类生活质量的巨大潜力。作者在介绍这些应用时,不仅阐述了材料的性能特点,还分析了不同应用场景对材料性能的特定要求,以及材料设计和制备如何满足这些要求。我认为,这本书在“高分子材料从实验室走向现实”的这一过程的展示上,做得非常到位。

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在阅读了书中关于高分子材料老化与降解的章节后,我深刻认识到材料的“生命周期”并非一成不变。作者详细剖析了高分子材料在光、热、氧、水等环境因素作用下发生的化学和物理变化,以及这些变化如何导致材料性能的劣化。我特别关注了书中关于紫外线老化对高分子材料的影响,以及如何通过添加紫外线吸收剂和光稳定剂来延长材料的使用寿命。作者还对高分子材料的生物降解机理进行了深入的介绍,这对于我们理解环境友好型材料的开发具有重要的指导意义。书中关于聚乳酸(PLA)等生物可降解高分子在堆肥或自然环境中的降解过程,以及降解产物,都提供了清晰的解释。我还了解到,高分子材料的降解速率受到多种因素的影响,包括材料本身的化学结构、分子量以及外部环境条件等。作者在书中还探讨了如何通过结构设计和添加剂来控制高分子材料的降解行为,例如用于药物释放的缓释材料,其降解速率需要被精确控制以达到预期的治疗效果。书中关于高分子材料回收利用的讨论也十分有价值,它强调了在设计材料时就应考虑到其生命周期结束后的处理方式,以实现可持续发展。我认为,这本书在引导读者关注材料的“终结”和“再生”方面,提供了深刻的思考。

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我特别欣赏作者在书中对高分子材料的分类和命名体系的详细阐述。这部分内容虽然看似基础,但却为理解整个高分子领域奠定了坚实的基础。作者从单体的种类出发,将高分子材料分为天然高分子、合成高分子以及半合成高分子,并对每种类别下的典型代表进行了介绍。例如,在天然高分子部分,作者不仅提及了蛋白质、核酸、多糖等生物大分子,还对纤维素、淀粉等聚合物在不同应用领域中的作用进行了说明。在合成高分子部分,作者则按照单体结构和聚合方式,将聚合物划分为聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、环氧树脂等大家族,并对每个家族的代表性品种,如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等,进行了详细的描述,包括它们的分子结构、基本性能以及主要应用。此外,书中还介绍了高分子链的结构特征,如线性、支化、交联、星形等,以及这些结构对材料性能的影响。作者对于高分子命名规则的讲解也非常清晰,从 IUPAC 命名法到习惯命名法,都进行了详细的说明,这有助于读者在阅读文献和产品信息时准确理解各种高分子材料。我认为,这本书在建立读者对高分子材料整体认知框架方面,提供了非常重要的帮助。

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