——中國科學院院士、中國化學會理事長姚建年一席談
 
 
 

    
      編者按 化學在支持人類科技進步與美好生活方面發揮著不可替代的重要作用。不管是過去、現在，還是未來，莫不如此。神奇的化學在人類日常生活和社會發展中已經作出了什么樣的貢獻？化學小故事為您娓娓道來。面對人類共同面臨的能源、資源和環境等重大挑戰，化學能發揮什么作用？中國科學院院士為讀者進行詳盡講解。本期《國際化學年專輯》主題：直面未來挑戰

    化學為人類文明和社會發展作出了重要貢獻。21世紀，人口增長、資源短缺、生態環境破壞已成為人類共同面臨的三大挑戰，非常肯定的是，在挑戰面前，化學依然將發揮其不可替代的作用。精準化合成是值得我們進一步探討的應對方式之一。

    提高生命質量

    當今社會，人們的衣食住行、生命、健康、環境等等都和化學密切相關。化學的作用體現在人類生活的各個領域，沒有化學的世界難以想象。

    聯合國人口司近日發布報告，今年下半年地球人口將達到70億。到2050年，地球總人數將達80億～105億。

    要養活越來越多的人口，必須生產出足夠的糧食。當前糧食、蔬菜供應1/3是化學肥料和農藥的貢獻。據聯合國糧農組織(FAO)統計，化肥對農作物增產的作用占40％～60％。

    不可否認，農藥和化肥的長期大量使用，已經給環境、生物安全和人體健康帶來了不利影響，如何最大程度地消除化學的負面作用成為化學家不容回避的問題。但這既是化學的挑戰，也是化學的機遇。化學家在這方面已經做了大量研究工作。農藥已經由過去的殺生、高毒、廣譜向著控制、低毒、選擇性發展，緩釋肥、控釋肥等新型肥料正在得到推廣應用。

    如果說農藥和化肥只是幫助人類解決“吃飽”問題，化學合成藥物則是讓人類生活得更健康、更長壽。20世紀，青霉素、鏈霉素及磺胺等一系列人工合成藥物的發明及應用，挽救了無數人的生命，宣告了合成藥物時代的來臨。當下，化學和生命科學緊密結合、相互促進，并借助信息技術的迅猛發展，使藥物的化學合成更具針對性，更加有效，這也是今后藥物合成的大趨勢。

    引領可持續發展

    能源短缺問題不容回避，化石能源和生物質資源是大自然對人類的最大饋贈。但化石類能源終是有限資源，人類也正在面臨資源枯竭的威脅，這勢必與人類追求先進文明產生矛盾，由此引發的全球沖突也越來越頻繁。

    社會的可持續發展要求人們從依賴有限的礦物儲備轉變為尋找和使用可持續、可替代資源，這也是化學和化學家的使命。現在，世界上許多化學家正致力于研究新的可持續能源轉換和存儲技術，以期實現太陽能、生物質能、風能、氫能等新的可持續能源的充分利用。

    環境污染已成為全球共性問題。從上世紀90年代開始，綠色化學和可持續化學的概念被化學家們提出并被廣泛接受，其核心理念就是在合成過程中提高反應的效率和選擇性，主要包括對反應的原子經濟性、步驟經濟性以及反應精準性的要求。綠色化學旨在從物質產生的源頭控制廢物的產生，減少對環境的污染，以無害、可持續的方式滿足人類對能源、材料和水的需求。

    精準締造完美未來

    化學如何才能承擔起社會可持續發展的責任？要想從根本解決這些問題，需要什么長久、有效的方法？這些問題值得大家深思。化學通過化學鍵的剪裁和重組，創造和構建了一個全新的物質世界。但化學“雙刃劍”的副作用不容忽視。隨著社會的發展，人們對化學提出了更加嚴格，甚至近乎苛刻的要求，力求實現高效、精確、低污染甚至零污染的合成。如今，資源有效利用、生態環境友好和社會可持續發展的綠色理念已經深刻影響了化學學科的發展。未來，化學只有走向精準化，才能最終解決人類社會發展與所面臨挑戰之間的現實問題。聯合國將2011年定為“國際化學年”，也充分說明了國際上對化學發展的重視和尋求解決問題新渠道的決心。

    精準化要求化學合成在選擇性控制上更加精準。現代合成對化學家的要求不再只是拿到目標分子，還要更加注重反應效率。美國著名有機化學家Barry M. Trost 1991年提出了原子經濟性的概念，就是要讓原料100％轉化為產物。這種通過精準控制來實現目標化合物的定向合成的方式，可以從根源上減少由化學產生的污染。

    精準化已經成為一種趨勢。2000年以來，有3次諾貝爾化學獎頒給了合成化學，這三個獲獎成果的創新性都體現出了高效控制和精準合成。此外，這三屆諾貝爾獎成果實現了原來從理論上認為不可能，或者是很難發生的化學過程，而這些方法在藥物、材料等不同的領域發揮了不可替代的作用。

    此外，研究人員還在探索將單分子和單原子直接“拼成”想要的產品。迄今為止，通過該方法實現的化學反應僅限于幾種簡單的小分子反應，要使它成為化學家控制化學反應的有效工具，還有待進一步發展和突破。

    精準化學未來在促進人類與自然和諧共處、提高人民生活質量等方面將會有更加極致的表現。

能源、環境和資源的挑戰，讓以化學成果為重要支撐的電動車輛成為國際汽車業發展的熱點。“十一五”期間，我國燃料電池、動力電池、驅動電機等電動汽車關鍵零部件的技術水平達到國際先進水平，高性能鋰離子動力電池得到了規模化應用，燃料電池關鍵性能顯著提升。左圖為3月8～14日在北京舉行的“十一五”國家重大科技成就展上展出的電動汽車和充電站。  （本報記者 張育 攝）