如何实现绿色化学 创造清洁环境

人类社会的进步与发展离不开新物质的发现与创造，而合成化学则是创造新物质的主要手段。对《美国化学会志》自创刊115年以来的文章标题关键字进行统计分析发现，“合成”一词几乎见证了人类整个化学的发展史，时至今日依然是一个热点，受到广泛的关注。针对“新物质的创造和转化”的问题，合成化学发展面临的新形势和新问题是目前化学的研究热点。主要包含以下几个方面：

（一）化学合成

顾名思义，化学合成就是利用化学反应合成我们想要的物质，在此合成过程中效率尤为重要。目前的研究主要是从反应物的理化状态、催化剂、反应外界条件、设备等方面加以控制调节。

由于反应物自身的性质决定了化学反应进行的快慢，反应物的理化状态历来备受关注。研究经历了从粉末反应物到现在的纳米科技的过程，通过改变物质的尺寸、形状来改变化学反应的速率。纳米粒子如石墨烯、碳纳米管、足球烯、贵金属纳米粒子、过渡金属及其氧化物纳米粒子等，凭借其各自优异的性能在各个领域受到广泛关注。例如，自2004年英国科学家用胶带对石墨进行反复拨离，最终得到单层的石墨烯，在扫描电镜的镜头下，石墨烯似薄纱般轻盈，具有极好的电子传输能力和柔性，利用其优势将石墨烯和其他材料进行复合，得到新型高效在电化学传感器（血糖检测仪是其中的一种）、新能源材料等。例如，最新的“充电五分钟通话两小时”的手机，是由于在手机电池的材料当中加入了石墨烯等纳米材料。

除了反应物的性质以外，加催化剂是众多化学反应得以有效进行的重要方法。比如，大家所熟知的从过氧化氢分解制备氧气，需要加入二氧化锰作为催化剂。很多化学反应需要在催化剂的作用下才能在常温、常压下进行，从而降低成本。在众多催化剂中贵金属纳米粒子最典型的代表，包括纳米金、纳米铂、纳米钯等。

（二）绿色化学

绿色化学又称“环境无害化学”“环境友好化学”“清洁化学”。绿色化学是近二十几年才产生和发展起来的，是一个“新化学婴儿”。它涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科，内容广泛。绿色化学的核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。按照绿色化学的原则。最理想的化工生产方式是：反应物的原子全部转化为期望的最终产物。1991年，美国化学会（ACS）提出“绿色化学”，把其作为美国环保署（EPA）的中心口号，并立即得到了全世界的积极响应。1995年，中国科学院化学部确定了《绿色化学与技术》的院士咨询课题。1996年，美国设立了“绿色化学挑战奖”，以表彰那些在绿色化学领域中做出杰出成绩的企业和科学家。

绿色化学示意图(www.xing528.com)

在现今社会中，一提起“化学”，很多人都要紧皱双眉，因为他们大多认为“化学”是引起环境污染的源泉。其实，这完全是因为人们对“化学”这门学科缺乏全面认识而形成的一种误解。只要你留心观察和仔细思考，比如在我们的衣食住行以及战胜疾病等方面，人类样样都离不开化学的发展。相信化学家能够利用绿色化学和绿色生产以及防止污染、治理污染的方法来消除环境污染，相信绿色化学将改变化学工业面貌，为子孙后代造福。绿色化学的研究已成为国外企业、政府和学术界的重要研究与开发方向。这对我国既是严峻的挑战，也是难得的发展机遇。

（三）药物化学与其他学科的交叉

药物化学（Medicinal Chemistry）是建立在化学和生物学基础上，对药物结构和活性进行研究的一门学科。研究内容主要有：基于生命科学研究揭示的药物作用靶点（受体、酶、离子通道、核酸等），参考天然配体或底物的结构特征设计药物新分子，以期发现选择性地作用于耙点的新药；通过各种途径和技术寻找先导物，如内源性活性物质的发掘、天然有效成分或现有药物的结构改造和优化、活性代谢物的发现等。在此基础上，随着计算机在药物研究中的应用日益广泛，计算机辅助药物设计（CADD）和构效关系也是药物化学的研究内容。如今随着信息科学迅猛发展，利用各种数据库和信息技术，比如Reaxys，可广泛收集药物化学的文献资料，有利于扩展思路、开拓视野、丰富药物化学的内容。

另外，分子力学和量子化学与药学科学的渗透，X衍射、生物核磁共振、数据库、分子图形学的应用，为研究药物与生物大分子三维结构、药效构象以及二者作用模式，探索构效关系提供了理论依据和先进手段，现认为SD-QSAR与基于结构的设计方法相结合，将使药物设计更趋于合理化。对受体的深入研究，尤其对许多受体亚型的发现，促进了受体激动剂和秸抗剂的发展，寻找特异性地仅作用某一受体亚型的药物，可提高其选择性。如β和α肾上腺素受体及其亚型阻滞剂是治疗心血管疾病的常用药物；组胺H2受体阻滞剂能治疗胃及十二指肠溃疡。内源性脑啡酞类对阿片受体有激动作用，因而呈现镇痛活性，如今阿片受体有多种亚型（如δεγηκ等）为设计特异性镇痛药开拓了途径。

本世纪中、后期药物化学的进展和大量新药上市，归纳为三方面主要原因：一是生命科学如结构生物学、分子生物学、分子遗传学、基因学和生物技术的进展，为发现新药提供理论依据和技术支撑；二是随着信息科学技术突飞猛进的发展，如生物信息学的建立、生物芯片的研制、各种信息效据库和信息技术的应用，可便捷地检索和搜寻所需要的文献资料，研究水平和效率大为提高；三是制药企业为了争取进入国际市场，投入大量资金用于新药研究和开发，新药品种不断增加，促进了医药工业快速发展。

不久我们将迈入知识经济的新纪元。知识创新，技术创新，生命科学和信息科学将日益发展成为下世纪的活跃领域，这将为防病治病、新药研究提供重要的基础。药物化学与生物学科、生物技术紧密结合，相互促进，仍是今后发展的大趋势。