化学与其他学科的交叉前沿和突破口的思考

第三节　化学与其他学科的交叉前沿和突破口的思考

从目前国际化学发展的形势来看，化学科学的前沿和热点集中在①以可持续发展为目标的绿色化学；②化学反应动态学和理论化学；③在研究生物活性及光电磁物理功能与结构和化学性质的关系的基础上合成功能化合物；④生命体系中的化学过程；⑤非常规条件下的化学行为；⑥人类健康相关的分析方法和超快速、超微量、在位、活体分析和检测手段；⑦分子以上层次化学与纳米化学以及化学反应中的尺度效应等七个方面。

有三个领域的内容值得研究，第一，什么是化学信息学，是否应该使化学信息学发展成为一个新的二级学科。第二，最新出现的化学生物学，它与生物化学有何不同。第三，关于化学中的理论问题，值得注意的有相干控制的化学，化学中的非线性问题和手性（类手段）对称性问题，分子自复制中的理论问题，遗产密码如何控制自复制化学过程的问题以及纳米凝聚相的化学活性问题等。香山会议认为，理论化学和化学生物学可能是化学发展将要出现的新突破口，而绿色化学将成为21世纪人类安全、生态经济和工业的关键。

在对化学反应的理解方面，现代科学技术的发展使我们有可能阐明化学反应的全过程，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，阐明决定化学反应速度的各种因素和各种反应机理。现在化学科学已具有新的研究手段，能够及时地观察最快的化学反应过程，对反应的位能面进行理论计算，在微观的水平上考察化学变化，追踪分子内和分子间的能量转移。

21世纪化学科学的研究层次将会拓宽，分子间在不同层次上的相互作用将会成为化学家关注的重点之一。虽然分子间的作用力如氢键和范德结力等是化学中的基本概念，但这些弱作用力的本质，这些弱作用力对分子聚焦的影响等问题，还有待解决。在化学界，已经有了一个基本的共识，注重分子间的弱相互作用研究，将会开辟一个全新的化学研究空间，给化学科学带来新的发展机遇，同时对材料科学和生命科学的发展有重要意义。

生命体系中的化学问题研究仍将是科学研究的前沿。值得注意的是，以利用化学理论、研究方法和手段来探索生物医学问题的化学生物学正在形成。可以预测，化学生物学将成为未来20年或更长一些时间内的重要前沿学科方向之一。

近年来，纳米化学和分子纳米技术越来越受到世界各国科技界的关注。纳米化学的发展使人们对纳米物质本性的认识有了深入了解的可能，这将对发现新的纳米材料，开发具有特殊性能的纳米材料，如纳米磁性材料、纳米陶瓷材料、纳米催化剂、纳米信息材料、纳米润滑材料等，以及开辟新的应用途径起到巨大的推动作用。

自20世纪90年代以来，绿色化学得到普遍关注。绿色化学的主体思想是采用无毒、无害的原料和溶剂，利用新化学反应建立新合成路线和工艺，达到高选择性、生产环境友好的产品，并且经济合理。绿色化学是与生态环境协调发展的、更高境界的化学，它要求化学家重新考虑化学问题，从源泉头上消除任何污染。这是21世纪赋予化学家们的一项重要任务。