主题:新世纪化学发展战略思考![转自《中国基础科学》](可下载)

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新实验方法的建立和方法学研究
  测试和分析是人们获得各种物质的化学组成和结构信息的必要手段。它渗透到化学的各个学科,并对环境科学、材料科学、生命科学、能源、医疗卫生的发展具有十分重要的作用。从现在学科发展趋势和实际应用看,研究复杂体系的结构和变化过程需要方法。如生命体系和生态环境体系在结构上是非常复杂的,而且结构和性质的变化也是复杂的。首先要发展新的研究思路、研究方法以及相关技术,以便从各个层次研究分子的结构、性质和变化。当今国际上科学研究的领先权,在很大程度上取决于研究方法和研究手段的先进程度。著名的人类基因组计划,就是首先重视了方法学尤其是DNA高速测序方法的发展,才走上了成功之路。在生态环境中往往有种类繁多、形态复杂、性质各异、含量极微的化学物质或活性化合物。这些化合物的相互作用错综复杂,既有线性变化,也有非线性变化,或介乎于线性与非线性之间的变化;既有化学变化,也有生物变化。要对这些微乎其微物质的组成和含量进行分析和检测,要对其复杂的结构或形态、生物活性及其动态变化过程等进行有效和灵敏的追踪或监测,就必需充分利用并大力发展现代分析科学方法和检测技术。为此,应该注意建立时间、空间(能够分辨作用位点和变化位点)的动态、原位、实时跟踪监测技术。要发展研究各层次结构和各个尺度的物质的物理化学特性的测试技术。为了适应各种复杂混合物(如中药复方、天然水、食物、生物材料等)成分分析的需要,今后要研究分离-活性检测联机技术,以实现高效高选择性的分离、高灵敏度分析鉴定和结构分析与功能筛选一体化的技术。为了研究复杂系统的真实情况不能单单靠分析测定的方法和仪器,必须充分注意总结和建立新分析原理,特别是建立自己的方法学。
  化学分析仪器的小型化、微型化及智能化也是应该注意的方向。如今刚刚发展的微流动分析技术可以与集成电路连接,可以用于活体及活细胞对外来物质应答的测定及毒素和细菌检测。它在快速筛选和生物测定方面有很大用处,特别是和组合化学连接起来。
化学还应该建立方法和仪器去研究微小尺寸复杂系统中的化学过程(如扫描显微技术),也要积极引进生物学和物理学方法为我所用。例如用流式细胞计、共聚焦显微技术等都可以用来在细胞层次研究化学反应过程。
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跟踪、分析、模拟化学反应过程


  化学有三个基本武器: 用分析手段测定物质的组成和结构;用合成手段制造物质;用对化学过程的认识去控制化学过程。 在生活、生产、环境、气象等现实问题中,化学过程随时随地地会遇到过程问题。 化学反应过程也是人类与环境相互作用的基础。
  目前,现代科学技术的发展使我们有可能阐明基元化学反应的全过程,包括介于反应物与生成物之间的不稳定结构排列。化学将会利用现代科学技术手段揭示化学变化的瞬态面貌,及时地观察最快的化学反应过程和其中的各种效应,阐明决定化学反应速度的各种因素和各种反应机理。对于实验结果的理论处理能够在最接近实际的水平(态~态)上考察化学变化,追踪分子内和分子间的能量转移,最终建立和构画出基元反应的真实历程。
  但是更多的过程是相对慢的过程,而且在真实系统和实际问题中可能极快的反应和极慢的过程互为因果或互相牵制。这在生命系统和环境系统中是不可回避的对象。小到细胞大到环境,都会遇到因为瞬间的突变(物质的和能量的)引起极快的反应,这些第一批反应经过传递、放大有引起了更多的慢反应,反应之间的交错构成一个即使在引发因子早已不存在之后相当长时间内继续进行的极慢过程。建筑和工程与环境物质与能量的相互作用导致的腐蚀和损坏也是一个极慢的过程。但是其中每分每秒都在进行着快反应。这些现象中出现的事件都是以化学反应为基础的,以反应间的相互作用为基本特征的。随着人们对自然科学规律认识的不断发展,在揭示化学事件的产生和相互作用方面正朝着更加接近实际的方向发展。
  以上我们只能讨论今后较短期间的化学发展趋势和战略。或许在10~20年后,还有新的发现、新的技术和新的问题使我们重新考虑化学学科发展方向和战略问题。正象赵翼在一首诗中所说的:“满眼生机转化钧,天工人巧日争新;预支五百年新意,到了千年又觉陈”(《瓯北集.论诗》卷28)。
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参考文献
1.    G. C. Pimentel, “Opportunities in Chemistry”, National Academy Press. Washington DC, 1985. (中译本“化学中的机会”,中国化学会, 1986)
2.    R. Breslow, “Chemistry Today and Tomorrow – The central, useful and creative science”, American Chemical Society, 1997.(中译本“化学的今天和明天-----一门中心的、实用的和创造性的科学”,1998)
3.    第128次香山会议《化学学科发展战略研讨会》纪要,1999
4.    徐光宪,“建议重组化学分支学科”,科学时报,1999年11月14日
5.    Science Watch, 1998-1999
6.    World Science Report 1998, UNISCO publishing, p.22-30
7.    中国科学院《1999科学发展报告》,科学出版社,1999
8.    中国科学院《2000年科学发展报告》,科学出版社,2000
9.    P. T. Anastas and T. C. Williamson, Green Chemistry: Theory and Practice , London, Oxford Science Publications,1998
10.    《香港二十一世纪的化学发展前景讨论会》材料,1999
11.    王佛松,王夔,陈新滋,彭旭明 (主编),《展望21世纪的化学》,化学工业出版社 2000
On the Strategy of Development of Chemistry in New Century
Liang Wenping1 Tang Jin1 Wang Kui2
1Department of Chemical Science, National Natural Science Foundation of China, Beijing 100083;
2 School of Pharmaceutical Science, Peking University, Beijing 100083
ABSTRACT The pivotal role of chemistry in modern society has been reviewed. The predicament of current chemistry, the opportunity and possible break-through in chemistry aspects has been analyzed. The relationship between chemistry and human security has been described. Innovation as a core in basic research has been emphasized. The re-organization of chemical disciplines and the strategic think of chemistry advance in new century have been proposed.
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znconi
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顶,好文章。
对化学的回顾与展望,只为了让它更好地为人类服务。
colossal
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xuzuyin
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