21世纪的四大化学难题

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1、21世纪的四大化学难题化学是与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学等八大新兴科学紧密联系、交叉和渗透的中心科学。前不久在杭州召开的中国化学会创建70周年纪念大会上，北京大学化学学院教授、中国科学院院士徐光宪指出，21世纪是信息科学、合成化学和生命科学共同繁荣的世纪，同时化学也面临四大难题。徐光宪说，化学的核心是合成化学，在20世纪的100年中，化学合成和分离了2285万种新物质、新药物、新材料、新分子以满足人类生活和高新技术发展的需要，没有哪一门其它科学能像化学那样，创造出如此众多的新物质，在合成化学领域共获得41项诺贝尔奖。如果没有合成各种抗生素和大量新药物的技术，人类不能控

2、制传染病和缓解心脑血管病，平均寿命要缩短25年；如果没有合成纤维、合成塑料、合成橡胶的技术，人类生活要受到很大影响；信息技术的核心是集成电路芯片，是采用的化学制备的硅单晶片生产的，计算机的存储器等其它部件用了大量的化学合成材料；特别是如果没有哈勃发明的高压合成氨技术和以后的合成尿素技术，世界粮食产量至少要减半，哈勃也因此获诺贝尔奖。此后，C·博施改进了哈勃流程也获诺贝尔奖。所以国外传媒把哈勃流程评为20世纪最重大的发明。loanapprovalandpostcreditapprovalofficer/atalllevelsinaccordancewithcreditapprovalrule

3、s,licensingandeventualexerciseofcreditdecisionpowerofpersonsorinstitutions.Reviewfindingsandreviewcomments,accordingtotheBank'scredit1.合成化学难题-化学反应理论建立严格彻底的微观化学反应理论，是21世纪化学应该解决的第一个难题。如何建立精确有效而又普遍适用的化学反应的含时多体量子理论和统计理论？　　化学是研究化学变化的科学，所以化学反应理论和定律是化学的第一根本规律。应该说，目前的一些理论方法对描述复杂化学体系还有困难。　　因此，建立严格彻底的微观化学反应

4、理论，既要从初始原理出发，又要巧妙地采取近似方法，使之能解决实际问题，包括决定某两个或几个分子之间能否发生化学反应？能否生成预期的分子？需要什么催化剂才能在温和条件下进行反应？如何在理论指导下控制化学反应？如何计算化学反应的速率？如何确定化学反应的途径等，是21世纪化学应该解决的第一个难题。对于这一世纪难题，应予首先研究的课题有：(1)充分了解若干个重要的典型的化学反应的机理，以便设计最好的催化剂，实现在最温和的条件进行反应，控制反应的方向和手性，发现新的反应类型，新的反应试剂。(2)在搞清楚光合作用和生物固氮机理的基础上，设计催化剂和反应途径，以便打断CO2,N2等稳定分子中的惰性化学键

5、。(3)研究其它各种酶催化反应的机理。酶对化学反应的加速可达100亿倍，专一性达100%。如何模拟天然酶，制造人工催化剂，是化学家面临的重大难题。(4)充分了解分子的电子、振动、转动能级，用特定频率的光脉冲来打断选定的化学键——loanapprovalandpostcreditapprovalofficer/atalllevelsinaccordancewithcreditapprovalrules,licensingandeventualexerciseofcreditdecisionpowerofpersonsorinstitutions.Reviewfindingsandreview

6、comments,accordingtotheBank'scredit选键化学的理论和实验技术。　　2.材料化学难题如何确立结构和性能的定量关系？　　这里“结构”和“性能”是广义的，前者包含构型、构象、手性、粒度、形状和形貌等，后者包含物理、化学和功能性质以及生物和生理活性等。这是21世纪化学的第二个重大理论难题。要优先研究的课题有：(1)分子和分子间的非共价键的相互作用的本质和规律。(2)超分子结构的类型，生成和调控的规律。(3)给体-受体作用原理。(4)进一步完善原子价和化学键理论，特别是无机化学中的共价问题。(5)生物大分子的一级结构如何决定高级结构？高级结构又如何决定生物和生理活性

7、？(6)分子自由基的稳定性和结构的关系。(7)掺杂晶体的结构和性能的关系。(8)各种维数的空腔结构和复杂分子体系的构筑原理和规律。(9)如何设计合成具有人们期望的某种性能的材料？(10)如何使宏观材料达到微观化学键的强度？例如“金属胡须”的抗拉强度比通常的金属丝大一个量级，但还远未达到金属-金属键的强度，所以增加金属材料强度的潜力是很大的。以上各方面是化学的第二根本问题，其迫切性可能比第一问题更大，因为它是解决分子设计和