化學(xué)前行 魔幻繼續(xù)
作者：李昂，來源：文匯報第981期 2014年8月27日 星期三 第10版，
主編：邱德青，責(zé)編：張懿
化學(xué)或許是對我們生活影響最大的科學(xué)。《自然》近期推出的《2014，化學(xué)家的選擇》的專題報道，讓大家有機(jī)會一睹化學(xué)領(lǐng)域可能出現(xiàn)的激動人心的變化。
一些關(guān)鍵信息來自兩周前剛結(jié)束的美國化學(xué)會2014年秋季會議，最重頭的與“夢之機(jī)器”有關(guān)——化學(xué)家們正在努力嘗試構(gòu)筑這樣一臺機(jī)器，它能合成任何化合物；其他亮點還包括在實驗室中模擬光合作用的研究，以及利用先進(jìn)技術(shù)對液態(tài)水精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征、一種可以合成形貌單一的納米管的新方法等。
在全球化學(xué)界，美國化學(xué)會會議相當(dāng)于一座風(fēng)向標(biāo)，它的議題往往指向化學(xué)研究和化工產(chǎn)業(yè)的方向。這項盛會每年春秋舉行兩次，通常云集著全美近1.5萬名化學(xué)家、工程師，以及全球一大批化學(xué)精英。在今年的秋季會議上，越來越多跡象表明，機(jī)械、電子等技術(shù)和工藝將更大幅度滲透到化學(xué)的領(lǐng)地，進(jìn)而極大地改觀化學(xué)的面貌。
——編者
“科學(xué)家夢寐以求的目標(biāo)是造出這樣一臺機(jī)器：輸入‘抵御H7N9流感病毒’，它就會將此功能“翻譯”成化學(xué)結(jié)構(gòu)，并自動設(shè)計合成路線、輸出產(chǎn)品。”
有機(jī)合成化學(xué)與日常生活息息相關(guān)，它從醫(yī)藥、材料、能源等方面深刻影響了人們的生活方式。進(jìn)入21世紀(jì)，我們越來越依賴于合成產(chǎn)品。而與此形成強(qiáng)烈反差的是，合成化學(xué)家卻只給人們留下了一個模糊不清的影像——正如《自然》雜志報道中所描繪的“煉金術(shù)士”那樣，一副遠(yuǎn)離世事的樣子。
這種“疏離感”恰好反映了有機(jī)合成研究工作的專業(yè)性。有機(jī)合成化學(xué)家通常要接受長年的職業(yè)學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，很多人需要取得碩士和博士學(xué)位；即便如此，精細(xì)的專業(yè)劃分也使他們局限在自己所擅長的領(lǐng)域，和其他學(xué)科涇渭分明。
然而，有機(jī)合成領(lǐng)域的積累和思考，加上工程科學(xué)、信息科學(xué)、分析科學(xué)等其他學(xué)科的強(qiáng)大助推，可能會使這一學(xué)科及其技術(shù)在不久的將來以全新的面貌為人們提供更好的服務(wù)。
在2014年美國化學(xué)會秋季會議召開之際，《自然》雜志刊發(fā)這組報道，對有機(jī)化學(xué)近年來的深刻變革進(jìn)行了深入淺出的介紹，也帶來了有益的思考。美國化學(xué)會年會是世界上規(guī)模最大、歷史最悠久的化學(xué)界盛會之一，迄今已有100余年歷史。它是全世界化學(xué)家共同的舞臺，不僅展示科研成果，更帶來科學(xué)思維的碰撞。近年來，對于化學(xué)科學(xué)的許多新生長點，例如綠色化學(xué)、能源化學(xué)、可持續(xù)性化學(xué)等，它都起到顯著的推動作用。
“煉金術(shù)士”變革的第一步，是用自動合成機(jī)器代替人工，合成化學(xué)前沿研究所需的分子。如果一個大學(xué)生能替代數(shù)十個“煉金術(shù)士”，那么，從節(jié)約人力和時間的角度，這個方向無疑具有巨大的吸引力。
為此，我們需要一部異常精密、可靠的自動合成機(jī)器。它的任務(wù)比任何一臺數(shù)控機(jī)床都要復(fù)雜得多——它加工的對象，是在由原子組合而成的千變?nèi)f化的有機(jī)分子，而“刀具”則是微觀上操控共價鍵的化學(xué)反應(yīng)。
值得欣喜的是，以美國麻省理工學(xué)院、日本東京大學(xué)，以及英國劍橋大學(xué)和南安普敦大學(xué)的化學(xué)家為代表的研究人員，已在自動合成機(jī)器方面取得了長足進(jìn)步。更重要的是，他們的技術(shù)和理念已對制藥工業(yè)產(chǎn)生立竿見影的影響。
接下來的一步則要困難得多——為自動合成機(jī)器再裝上一個懂得化學(xué)的“智能大腦”，利用大數(shù)據(jù)分析能力，就可以找到幾乎能合成任意有機(jī)分子的最優(yōu)方法，而這正是眾多頂級“煉金術(shù)士”窮其畢生精力試圖獲得的秘方。
這樣，一個粗通化學(xué)基本常識的中學(xué)生，只要輸入一個有機(jī)分子的結(jié)構(gòu)，機(jī)器將很快直接輸出真實的合成產(chǎn)品。
通過麻省理工學(xué)院化學(xué)家的不懈努力，我們看到了造出這種智能機(jī)器的可能性。當(dāng)然，如果這類機(jī)器發(fā)展到較高階段，“煉金術(shù)士”的主要職責(zé)也將從“煉金”轉(zhuǎn)為研制“煉金爐”，而具體的操作任務(wù)將變得極其簡化。
最后一步在目前看來仍舊是遙不可及的夢想。如果我們在機(jī)器上輸入一種功能，例如“抗禽流感病毒H7N9”，那么它就可以將這種功能“翻譯”成化學(xué)結(jié)構(gòu)，并自動設(shè)計合成路線，輸出產(chǎn)品。這是藥物研發(fā)領(lǐng)域夢寐以求的圖景，也將對我們的未來產(chǎn)生巨大而積極的改變。
20世紀(jì)初的化學(xué)大師們根本無法想像今天的化學(xué)所達(dá)到的高度，同樣，我們也無法預(yù)料未來的化學(xué)將以何種神奇的方式改變?nèi)祟??？梢钥隙ǖ氖?，盡管面臨很多挑戰(zhàn)，經(jīng)過化學(xué)家的不斷思考和探索，化學(xué)合成將會更綠色、高效、易懂，也更貼近我們每個人的生活。
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