一是原子层次的化学,其中包括核化学,放射化学,同位素化学,s、p区元素化学,d区元素化学,4f区元素化学,5f区元素化学,超5f元素化学,单原子操纵和检测化学等。

第二是分子片层次的化学。原子只有余种,但分子数已超过万种。因此有必要在原子和分子之间引入一个“分子片”的新层次。分子片(molecularfragment)这一名词是由霍夫曼(Hoffmann)首先提到的。卢嘉锡教授提出的“活性元件”和“元件组装”理论,柯瑞(Corey)在计算机辅助有机合成中提出的“合成子”的概念,也是分子片的一种形式。高分子化学中的单体,蛋白质中的氨基酸,DNA中的4种碱基,也可认为是一种分子片。

在21世纪,应该开展分子片化学的研究,其内容应包括:分子片的定义,分子片的价(valence),分子片的高精度从头计算,分子片接轨成分子的理论算法,分子片的电负性、酸碱性、亲电和亲核性、氧化还原活性序列,分子片的周期律,分子片的实验组装法,分子片试剂,分子片的自组装,功能分子片(如染料分子的生色团,药物分子的活性基团)的发现和基本规律的研究等。这些研究对于分子设计会有很大帮助。

第三是分子层次的化学。分子是一个可以独立存在,具有一定化学特性的物质微粒。惰性气体原子He、Ne,Ar,Kr、Xe、Rn可以生成单原子分子。其他元素的分子则是由2个或多个原子通过共价键或共价配键连接起来的。高分子,生物大分子,自由基,准分子(即分子的激发态,过渡态,吸附态等)和带电荷的分子离子都属于分子的范畴。现已合成多万种分子和化合物。通常把它们分为无机、有机和高分子化合物。但近年来合成的众多化合物,如金属有机化合物,元素有机化合物,原子簇化合物,金属酶,金属硫蛋白,富勒烯,团簇,配位高分子等很难适应老的分类法。21世纪将研究分子的多元分类法,如按照分子片结合方式和生成的分子结构类型分类,先分为0维,1维,2维,3维分子,0维分子再用(nxcπ)来分类,其中n表示分子片数,x与价电子数有关,c是分子内成环的数目,π是π键的数目。

第四是超分子层次的化学。超分子是2个或2个以上分子通过非共价键的分子间作用力结合起来的物质微粒。这些分子间作用力包括范德华引力,各种不同类型的氢键,疏水一疏水基团相互作用,疏水一亲水基团相互作用,亲水一亲水基团相互作用,静电引力,极化作用,电荷迁移,分子的堆积和组装,位阻和空间效应,等等。相对于共价键而言,分子间作用力研究得很不够,是今后要重视的方向。

因此,高分子如聚乙烯等是分子,因为他们是以共价键结合起来的。DNA、蛋白质等生物大分子也是分子,配位化合物、簇合物、C60、碳纳米管等都是分子。但通常的液态水是聚合体(H2O)n,它是超分子,因为HO与H2O之间,是以氢键结合的。环糊精(y-CD)是一个分子,形似花盆,它的尺度略大于C6的直径,可以把C包进去,生成1:1和2:1的超分子。艾滋病毒HIVP是一个生物大分子,其活性部位形似环糊精,大小与C60十分接近,它们可以形成超分子,达到抑制HIVP的目的。这就是在生命科学中非常重要的受体和给体化学,抗体和抗原化学,锁和钥匙化学。

第五是生物分子层次的化学,其中包括生物化学,分子生物学,化学生物学,酶化学,脑化学,神经化学,基因化学,生命调控化学,药物化学,手性化学,环境化学,生命起源,认知化学,从生物分子到分子生物的飞跃等。

第六是宏观聚集态的化学,其中包括固体化学,晶体化学,非晶态化学,流体和溶液化学,等离子体化学,胶体化学,界面化学等。

第七是介观聚集态的化学,其中包括纳米化学,微乳化学,溶胶一凝胶化学,软物质化学,胶团一胶束化学,气溶胶化学等。

第八是复杂分子体系的化学,其中包括分子材料,分子器件(如分子开关,分子探针),分子芯片,分子机器(如分子计算机)等。

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