化學前行 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，責編：張懿
化學或許是對我們生活影響最大的科學。《自然》近期推出的《2014，化學家的選擇》的專題報道，讓大家有機會一睹化學領域可能出現的激動人心的變化。
一些關鍵信息來自兩周前剛結束的美國化學會2014年秋季會議，最重頭的與“夢之機器”有關——化學家們正在努力嘗試構筑這樣一臺機器，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，以及利用先進技術對液態(tài)水精細結構進行表征、一種可以合成形貌單一的納米管的新方法等。
在全球化學界，美國化學會會議相當于一座風向標，它的議題往往指向化學研究和化工產業(yè)的方向。這項盛會每年春秋舉行兩次，通常云集著全美近1.5萬名化學家、工程師，以及全球一大批化學精英。在今年的秋季會議上，越來越多跡象表明，機械、電子等技術和工藝將更大幅度滲透到化學的領地，進而極大地改觀化學的面貌。
——編者
“科學家夢寐以求的目標是造出這樣一臺機器：輸入‘抵御H7N9流感病毒’，它就會將此功能“翻譯”成化學結構，并自動設計合成路線、輸出產品。”
有機合成化學與日常生活息息相關，它從醫(yī)藥、材料、能源等方面深刻影響了人們的生活方式。進入21世紀，我們越來越依賴于合成產品。而與此形成強烈反差的是，合成化學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“煉金術士”那樣，一副遠離世事的樣子。
這種“疏離感”恰好反映了有機合成研究工作的專業(yè)性。有機合成化學家通常要接受長年的職業(yè)學習和訓練，很多人需要取得碩士和博士學位；即便如此，精細的專業(yè)劃分也使他們局限在自己所擅長的領域，和其他學科涇渭分明。
然而，有機合成領域的積累和思考，加上工程科學、信息科學、分析科學等其他學科的強大助推，可能會使這一學科及其技術在不久的將來以全新的面貌為人們提供更好的服務。
在2014年美國化學會秋季會議召開之際，《自然》雜志刊發(fā)這組報道，對有機化學近年來的深刻變革進行了深入淺出的介紹，也帶來了有益的思考。美國化學會年會是世界上規(guī)模最大、歷史最悠久的化學界盛會之一，迄今已有100余年歷史。它是全世界化學家共同的舞臺，不僅展示科研成果，更帶來科學思維的碰撞。近年來，對于化學科學的許多新生長點，例如綠色化學、能源化學、可持續(xù)性化學等，它都起到顯著的推動作用。
“煉金術士”變革的第一步，是用自動合成機器代替人工，合成化學前沿研究所需的分子。如果一個大學生能替代數十個“煉金術士”，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、可靠的自動合成機器。它的任務比任何一臺數控機床都要復雜得多——它加工的對象，是在由原子組合而成的千變萬化的有機分子，而“刀具”則是微觀上操控共價鍵的化學反應。
值得欣喜的是，以美國麻省理工學院、日本東京大學，以及英國劍橋大學和南安普敦大學的化學家為代表的研究人員，已在自動合成機器方面取得了長足進步。更重要的是，他們的技術和理念已對制藥工業(yè)產生立竿見影的影響。
接下來的一步則要困難得多——為自動合成機器再裝上一個懂得化學的“智能大腦”，利用大數據分析能力，就可以找到幾乎能合成任意有機分子的最優(yōu)方法，而這正是眾多頂級“煉金術士”窮其畢生精力試圖獲得的秘方。
這樣，一個粗通化學基本常識的中學生，只要輸入一個有機分子的結構，機器將很快直接輸出真實的合成產品。
通過麻省理工學院化學家的不懈努力，我們看到了造出這種智能機器的可能性。當然，如果這類機器發(fā)展到較高階段，“煉金術士”的主要職責也將從“煉金”轉為研制“煉金爐”，而具體的操作任務將變得極其簡化。
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”成化學結構，并自動設計合成路線，輸出產品。這是藥物研發(fā)領域夢寐以求的圖景，也將對我們的未來產生巨大而積極的改變。
20世紀初的化學大師們根本無法想像今天的化學所達到的高度，同樣，我們也無法預料未來的化學將以何種神奇的方式改變人類。可以肯定的是，盡管面臨很多挑戰(zhàn)，經過化學家的不斷思考和探索，化學合成將會更綠色、高效、易懂，也更貼近我們每個人的生活。
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