鄭企雨

化學(xué)是研究物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)、反應(yīng)與機(jī)制、性質(zhì)與功能的科學(xué)，化學(xué)通過創(chuàng)造新的分子改變世界。作為一門傳統(tǒng)學(xué)科，化學(xué)具有完備和嚴(yán)密的研究體系；在新的世紀(jì)，又與生命、醫(yī)學(xué)、材料、環(huán)境、能源等領(lǐng)域密切交叉、相互滲透，極大地拓展了自身發(fā)展空間。2018年，化學(xué)繼續(xù)在分子的創(chuàng)制、轉(zhuǎn)化、理論、性質(zhì)等方面取得重大進(jìn)展，同時(shí)機(jī)器學(xué)習(xí)等新技術(shù)給化學(xué)研究注入新的活力，生命、能源等領(lǐng)域的科學(xué)問題也吸引了越來越多化學(xué)研究者的興趣。

1 新分子創(chuàng)制

挑戰(zhàn)分子合成的極限是化學(xué)家最樂此不疲的事。從簡單的小分子到復(fù)雜的天然產(chǎn)物，從超穩(wěn)定的高溫陶瓷到只能存在幾飛秒的反應(yīng)中間體，從保障健康的藥物到改變生活的材料等，化學(xué)家發(fā)現(xiàn)、設(shè)計(jì)、合成了數(shù)以千萬計(jì)的分子。

分子創(chuàng)制除了功能導(dǎo)向外，合成不同尋常的結(jié)構(gòu)也受到科學(xué)界的青睞，如配位數(shù)最高的絡(luò)合物、最扭曲的芳香化合物、最長的單個(gè)分子等。2018年日本北海道大學(xué)Ishigaki等在最長的碳—碳單鍵上取得突破，他們利用奇妙的大位阻取代基效應(yīng)，在新設(shè)計(jì)的六芳基乙烷分子上獲得了鍵長可達(dá) 1.806 ?的碳碳單鍵，約為常規(guī)碳碳單鍵鍵長的1.2倍，而分子內(nèi)兩個(gè)碳原子間最短非共價(jià)鍵距離為1.802 ?。兩個(gè)碳上巨大的芳香取代基一方面通過空間排斥作用，使得碳碳單鍵盡可能長，同時(shí)又因?yàn)槿〈钠帘?，使得因太長而脆弱的碳碳單鍵不易受其他活性基團(tuán)的進(jìn)攻發(fā)生斷裂，此外取代基之間的弱相互作用還可以穩(wěn)定分子結(jié)構(gòu)，防止碳碳單鍵自身的斷裂。

石墨烯是近十幾年來最熱門的碳材料，帶動(dòng)了整個(gè)二維材料的發(fā)展。從分子水平“自下而上”的人工合成碳材料（富勒烯、碳納米管、石墨烯等）可以獲得多樣化的、精確的結(jié)構(gòu)，從而具有不同尋常的性質(zhì)，滿足進(jìn)一步功能化、器件化的特定要求。西班牙加泰羅尼亞納米科學(xué)和納米技術(shù)研究所的Moreno與圣地亞哥德孔波斯特拉大學(xué) Pe?a等，從小分子DP-DBBA出發(fā)，在高真空的金表面先通過烏爾曼偶聯(lián)聚合，再在更高溫度下環(huán)化和脫氫芳構(gòu)化形成納米帶，最后經(jīng)脫氫交叉偶聯(lián)，制備了有序納米孔陣列的石墨烯。這種孔狀的石墨烯具有半導(dǎo)體的性質(zhì)，不同于普通石墨烯的零帶隙，可用于制造晶體管器件，也可用于分子篩分和傳感。

2 分子成像

通過X射線單晶衍射獲得分子結(jié)構(gòu)是目前最為準(zhǔn)確、直接的確定分子三維結(jié)構(gòu)的方法，這種方法也廣泛應(yīng)用于生物大分子如蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)測定。冷凍電鏡技術(shù)則是近年來分子成像領(lǐng)域的重大突破，單顆粒冷凍電鏡技術(shù)現(xiàn)已達(dá)到原子分辨率水平。傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)測定，需要獲得高質(zhì)量的單晶，再通過同步輻射來測定結(jié)構(gòu)，單顆粒冷凍電鏡技術(shù)的發(fā)展降低了對(duì)蛋白質(zhì)樣品的處理難度，這一技術(shù)也成為當(dāng)今結(jié)構(gòu)生物學(xué)最強(qiáng)大的研究利器?，F(xiàn)在，同樣的原理也可用于化學(xué)小分子成像，美國加州大學(xué)洛杉磯分校Gonen、加州理工學(xué)院Stoltz團(tuán)隊(duì)與瑞士保羅謝爾研究所Gruene團(tuán)隊(duì)在同一時(shí)間，分別獨(dú)立報(bào)導(dǎo)了利用旋轉(zhuǎn)電子衍射技術(shù)測定小分子的三維結(jié)構(gòu)，分辨率可達(dá) 1 ?以下，測試樣品可達(dá)到亞微米晶級(jí)別，整個(gè)過程可在幾分鐘內(nèi)完成。這是小分子結(jié)構(gòu)測定的重大突破，隨著軟硬件技術(shù)的發(fā)展，冷凍電鏡技術(shù)在未來，必將同光譜、核磁共振、單晶X射線衍射等技術(shù)一樣極大地推動(dòng)化學(xué)的發(fā)展。

成像分辨率的高低對(duì)于表征結(jié)構(gòu)、研究分子性質(zhì)甚為關(guān)鍵，在化學(xué)與材料研究領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的掃描透射電鏡分辨率可達(dá)0.5 ?，這是通過高角度環(huán)形暗場技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。通過疊層成像技術(shù)和電子顯微鏡像素陣列探測器，美國康奈爾大學(xué)Muller團(tuán)隊(duì)獲得了0.39 ?的空間分辨率，這是電鏡分辨率的最高紀(jì)錄，這種技術(shù)還克服了高角度環(huán)形暗場技術(shù)需要高電子束能量的問題（電子束能量過高會(huì)破壞樣品），僅在80 keV下就能獲得二硫化鉬二維材料的高分辨圖像。

3 催化與反應(yīng)

化學(xué)反應(yīng)創(chuàng)造了數(shù)千萬種功能多樣的物質(zhì)，支撐著人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展和文明進(jìn)步。催化是實(shí)現(xiàn)高效轉(zhuǎn)化的最重要途徑。當(dāng)前催化與反應(yīng)研究面臨著許多挑戰(zhàn)，例如新的化學(xué)鍵成鍵方式、廉價(jià)高效催化劑的研制、惰性分子在溫和條件下高附加值的轉(zhuǎn)化、綠色和原子經(jīng)濟(jì)性的合成方法等。

人工固氮是化學(xué)化工領(lǐng)域的重大課題，將氮?dú)廪D(zhuǎn)化為氨的Haber-Bosch法主要采用過渡金屬催化劑。德國維爾茨堡大學(xué)的Braunschweig發(fā)現(xiàn) 1價(jià)硼賓化合物可以結(jié)合氮?dú)夥肿硬?duì)其進(jìn)行還原，首次實(shí)現(xiàn)了非過渡金屬活化氮?dú)獾姆磻?yīng)。硼賓中的硼既含有孤對(duì)電子，也有空余的 p軌道，從而能有效地結(jié)合與活化氮?dú)夥肿?。該工作有望像受阻路易斯酸堿對(duì)一樣，開辟出新的催化體系。

重要化工原料的生產(chǎn)不僅影響下游的材料、電子等行業(yè)，也與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)，重要性甚至可以上升到國家戰(zhàn)略安全的高度。丙烯腈被廣泛應(yīng)用于合成纖維、合成橡膠及合成樹脂等，生產(chǎn)丙烯腈通常是采用丙烯氨氧化的方法。美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的Beckham等以廉價(jià)的TiO2固體酸作為表面催化劑、3-羥基丙酸乙酯為原料，高效制備了丙烯腈。而 3-羥基丙酸乙酯可由木質(zhì)纖維素經(jīng)微生物轉(zhuǎn)化而得，從而建立了一條由可再生原料大規(guī)模生產(chǎn)丙烯腈的新工藝。

4 手性科學(xué)

手性是三維物體的基本屬性，如果一個(gè)物體不能與其鏡像重合，就稱為手性物體，這兩種互成鏡像的形態(tài)被稱為對(duì)映體。手性普遍存在于小分子、大分子及宏觀物質(zhì)，其發(fā)展對(duì)人類社會(huì)的進(jìn)步做出了巨大貢獻(xiàn)。今天人們使用的藥物絕大多數(shù)是手性藥物，因此研究手性分子、獲得或創(chuàng)造手性物質(zhì)具有重要意義，是當(dāng)代化學(xué)最重要的領(lǐng)域之一。2018年是手性研究頻頻取得突破的一年，從發(fā)現(xiàn)新類型的手性異構(gòu)現(xiàn)象、顛覆教科書的手性合成方法、外場調(diào)控的手性分離、新穎的手性材料等，這些突破都給手性化學(xué)帶來重大的發(fā)展機(jī)遇。

上海大學(xué)、悉尼工程大學(xué)的Reimers與悉尼大學(xué)的 Crossley等提出了一種全新的構(gòu)象異構(gòu)類型，他們?cè)诨衔?BF)O(BF)-quinoxalinoporphyrin的 4個(gè)立體異構(gòu)體中，發(fā)現(xiàn)了一種以前未被分類的構(gòu)象異構(gòu)形式，即由于中間橋聯(lián)B—O—B鍵角反轉(zhuǎn)導(dǎo)致的阻彎異構(gòu)（akamptisomerization）。這種異構(gòu)導(dǎo)致該化合物形成兩對(duì)對(duì)映體，二者之間的非對(duì)映轉(zhuǎn)換勢壘為104kJ/mol。類似于取代聯(lián)苯轉(zhuǎn)動(dòng)受阻導(dǎo)致的立體異構(gòu)，阻彎異構(gòu)在剛性的平面大環(huán)體系中可能廣泛存在，其光電、催化等性質(zhì)有待深入發(fā)掘。

絕大多數(shù)的手性化合物是碳中心手性，即飽和碳原子上所連接的4個(gè)基團(tuán)不相同。作為非常經(jīng)典的化學(xué)反應(yīng)，飽和碳原子的親核取代通常會(huì)有兩種機(jī)制：SN1和SN2。前者由于形成平面的碳正離子中間體，被認(rèn)為不可能獲得手性產(chǎn)物。哈佛大學(xué) Jacobsen等利用手性氫鍵給體催化劑與 Lewis酸促進(jìn)劑的協(xié)同作用，在低溫條件下穩(wěn)定了經(jīng)SN1反應(yīng)機(jī)制生成的碳正離子中間體，降低了重排、消除等副產(chǎn)物的生成幾率，通過手性催化劑的控制，成功實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)的高對(duì)映選擇性，獲得手性季碳化合物。該研究打破了教科書上 SN1反應(yīng)不能用于手性合成的定論，巧妙地通過離子對(duì)機(jī)理解決了獲得高對(duì)映選擇性產(chǎn)物的難題，應(yīng)用前景廣闊。

拆分外消旋體是獲得單一立體異構(gòu)體的重要途徑。盡管不對(duì)稱催化技術(shù)發(fā)展迅猛，但實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)多數(shù)仍采用拆分的方法來制備手性化合物。最常用的拆分手段為結(jié)晶拆分方法，價(jià)格便宜且易大量生產(chǎn)。利用手性柱色譜進(jìn)行拆分是實(shí)驗(yàn)室通用的對(duì)映異構(gòu)體分析手段，制備型的手性柱也可以獲得一定規(guī)模量的單一手性化合物，但成本較高。不論是不對(duì)稱催化、還是結(jié)晶和手性柱拆分，這些方法從原理上都是利用對(duì)映異構(gòu)體在空間上的差別來區(qū)分的。以色列魏茨曼研究所Naaman和希伯來大學(xué)Paltiel等則從分子的磁性入手，利用手性誘導(dǎo)的自旋選擇性實(shí)現(xiàn)對(duì)映選擇性識(shí)別。手性分子的電荷再分布使其誘導(dǎo)電子自旋取向表現(xiàn)出對(duì)映選擇性，因此與垂直的磁化基底相互作用，兩個(gè)對(duì)映異構(gòu)體表現(xiàn)出吸附能量的差異，這為手性分子的拆分開辟了一種全新的途徑。

除了藥物之外，手性材料是手性科學(xué)研究的一個(gè)新的生長點(diǎn)。隨著在分子層次的手性控制取得突破性進(jìn)展，科學(xué)家們開始關(guān)注超越分子層次的手性控制。其中最為突出的是手性液晶材料，尤其是藍(lán)相液晶材料。韓國首爾大學(xué)Nam和浦項(xiàng)工程大學(xué) Rho等利用手性氨基酸和肽控制金納米顆粒的生長，由于納米顆粒表面與手性氨基酸和肽的界面相互作用具有對(duì)映選擇性，導(dǎo)致了納米顆粒不同手性的高指數(shù)晶面具有不同的生長速率，最終能夠得到單一手性三維金納米顆粒。這種方法本質(zhì)上是將有機(jī)小分子的手性轉(zhuǎn)移到數(shù)百納米尺寸的無機(jī)顆粒上，所制備的金納米顆粒具有很強(qiáng)的手性等離子基元光學(xué)活性，可望用于制造等離子超材料。

5 機(jī)器學(xué)習(xí)與人工智能化學(xué)

機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能成為今天科學(xué)家和技術(shù)開發(fā)人員津津樂道的話題，其來勢兇猛，影響深遠(yuǎn)，不僅能方便人們的生活，還有可能改變整個(gè)人類社會(huì)數(shù)千年來的整體架構(gòu)和道德倫理。在化學(xué)領(lǐng)域，機(jī)器學(xué)習(xí)的影響力也逐漸在顯現(xiàn)。利用機(jī)器學(xué)習(xí)，化學(xué)家能預(yù)測分子的性質(zhì)、探索新的反應(yīng)、優(yōu)化合成的路線，從而擺脫枯燥乏味、“危險(xiǎn)的”實(shí)驗(yàn)室工作，更加有目的、有效地創(chuàng)制新物質(zhì)。

默克公司的 Dreher與美國普林斯頓大學(xué)的Doyle等利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法——隨機(jī)森林算法，通過高通量試驗(yàn)獲得的大量Buchwald-Hartwig反應(yīng)數(shù)據(jù)訓(xùn)練后，能準(zhǔn)確預(yù)測具有多維變量的碳氮鍵偶聯(lián)反應(yīng)表現(xiàn)。比起常規(guī)的線性回歸分析，這種算法具有更高的預(yù)測準(zhǔn)確性，而且還能適用于較少樣本的訓(xùn)練或樣本之外的預(yù)測，因此對(duì)于合成化學(xué)家來說非常實(shí)用。

合成化學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室通常將不同的反應(yīng)物混在一起，在一定條件下轉(zhuǎn)化后，分析所得到的產(chǎn)物，看看有沒有自己所期望的東西，然后再優(yōu)化條件或是把原來的想法扔進(jìn)“廢紙簍”。英國格拉斯哥大學(xué)Cronin等設(shè)計(jì)的機(jī)器人可以替代合成化學(xué)家們進(jìn)行這種常識(shí)性的操作，通過開發(fā)的新的機(jī)器學(xué)習(xí)算法控制有機(jī)合成機(jī)器人，并將之與質(zhì)譜、核磁、紅外等分析工具相連，在完成實(shí)驗(yàn)后，機(jī)器人對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行“思考”，再?zèng)Q定下一步將如何進(jìn)行。這種機(jī)器人已經(jīng)初步具備了自己發(fā)現(xiàn)新反應(yīng)、合成新分子的能力，其發(fā)展勢必給傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室合成研究帶來沖擊。

6 化學(xué)與生命科學(xué)交叉

生命本質(zhì)上是由一個(gè)個(gè)功能分子組裝而成的，因此化學(xué)與生命科學(xué)密不可分。不論是生物化學(xué)這樣的傳統(tǒng)學(xué)科，還是近20年發(fā)展迅猛的化學(xué)生物學(xué)，都是化學(xué)與生命科學(xué)交叉的重要地帶。從化學(xué)的角度來看，與生命科學(xué)交叉，一方面可以通過外源的化學(xué)物質(zhì)、化學(xué)方法或途徑，在分子層面上對(duì)生命體系進(jìn)行精準(zhǔn)和動(dòng)態(tài)的修飾、調(diào)控和闡釋；另一方面，也可以通過對(duì)生物體系的理解和駕馭來推動(dòng)化學(xué)學(xué)科自身的發(fā)展與創(chuàng)新。

2018年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)咧?、美國加州理工學(xué)院的 Arnold長期從事的酶定向進(jìn)化就屬于化學(xué)與生命科學(xué)的交叉前沿領(lǐng)域。通過對(duì)含血紅素輔基的蛋白質(zhì)的定向進(jìn)化方法改造，他們實(shí)現(xiàn)了自然界酶不能發(fā)生的碳硅鍵和碳硼鍵形成反應(yīng)。2018年，該團(tuán)隊(duì)利用對(duì)細(xì)胞色素P450的酶的定向進(jìn)化，又實(shí)現(xiàn)了高張力雙環(huán)丁烷和環(huán)丙烯的合成，這對(duì)傳統(tǒng)的有機(jī)合成來說是很困難的。此外，針對(duì)廉價(jià)金屬鐵催化卡賓的碳?xì)洳迦敕磻?yīng)，他們對(duì)不同的血紅素蛋白及突變體進(jìn)行篩選，再經(jīng)過多輪定向進(jìn)化，獲得了具有較好催化活性、高產(chǎn)率和高立體選擇性的酶，還能直接利用表達(dá)此突變蛋白的細(xì)胞作為催化劑進(jìn)行卡賓的碳?xì)洳迦敕磻?yīng)。定向進(jìn)化作為合成生物學(xué)的重要技術(shù)，將對(duì)綠色化學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生重大推動(dòng)作用。

美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校Lu同樣關(guān)注酶的改造，采用的是體外重構(gòu)的方法，他們將鐵硫簇基團(tuán)引入細(xì)胞色素 C過氧化物酶，構(gòu)造了亞硫酸鹽還原酶的結(jié)構(gòu)與功能模擬物，其具有天然酶的光譜和結(jié)合性質(zhì)，并且亞硫酸鹽的還原能力比天然酶高。他們利用人工合成的金屬蛋白酶實(shí)現(xiàn)了化學(xué)催化劑難以完成的多電子氧化還原反應(yīng)。

雖然生命個(gè)體的演化主要取決于遺傳基因的序列，但其復(fù)雜性和多樣性無法僅由“中心法則”解釋。蛋白質(zhì)的翻譯后修飾就是生命過程中一種普遍存在的調(diào)控方式，其重要的生理價(jià)值和病理意義已得到了人們的廣泛認(rèn)同和重視。在特定的位點(diǎn)對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行人工修飾和標(biāo)記，就可以原位研究和調(diào)控蛋白質(zhì)的功能。蛋白質(zhì)修飾的化學(xué)反應(yīng)需要具有很好的生物兼容性、反應(yīng)快、選擇性和產(chǎn)率高，“點(diǎn)擊化學(xué)”就是這樣一類被廣泛應(yīng)用的反應(yīng)。與通常在活性的氨基酸上修飾或者通過基因密碼子拓展引入非天然氨基酸的方法不同，劍橋大學(xué)Gaunt等報(bào)道了一種在蛋氨酸上的標(biāo)記方法，通過蛋氨酸上的硫醚與高價(jià)碘試劑的親核反應(yīng)，得到重氮锍結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物再進(jìn)行二次修飾，該方法具有很好的拓展空間。

化學(xué)在生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用主要是分析和檢測。隨著新技術(shù)的發(fā)展，原位、實(shí)時(shí)、快速、精準(zhǔn)地獲取分子信息成為理解生命過程的重要手段，并對(duì)疾病的早期診斷帶來極大的促進(jìn)，造福人類健康。日本國立長壽醫(yī)療研究中心Yanagisawa等以血液中的 Aβ相關(guān)肽作為生物標(biāo)志物，通過免疫沉淀-質(zhì)譜聯(lián)用方法測定多個(gè)Aβ相關(guān)肽的水平，高達(dá) 90%的準(zhǔn)確率預(yù)測大腦中的Aβ負(fù)擔(dān)，從而實(shí)現(xiàn)阿爾茨海默病的診斷。

7 化學(xué)與材料科學(xué)交叉

多孔材料在催化、分離、能源等領(lǐng)域具有重要的用途，從無機(jī)的分子篩到有機(jī)-無機(jī)雜化的框架結(jié)構(gòu)（金屬有機(jī)框架材料 MOF/沸石咪唑酯骨架結(jié)構(gòu)材料ZIF），再到純有機(jī)的框架結(jié)構(gòu)（共價(jià)有機(jī)骨架材料COF），這些有著固定孔尺寸、確定晶體結(jié)構(gòu)的多孔材料，構(gòu)效關(guān)系清楚，性能易于調(diào)控和拓展，受到化學(xué)和材料學(xué)家的青睞。自2005年第一例利用可逆的硼氧鍵合成晶態(tài)有機(jī)框架結(jié)構(gòu)以來，COF發(fā)展迅猛，被用于催化、傳感、吸附分離、光電能源等領(lǐng)域。盡管絕大多數(shù)的COF通過粉末X射線衍射證明了具有較好的晶態(tài)和規(guī)整的孔結(jié)構(gòu)，獲得足夠大的單晶仍然是艱巨的挑戰(zhàn)。蘭州大學(xué)王為、北京大學(xué)孫俊良、加州大學(xué)伯克利分校Yaghi等，采用輔助試劑交換的方法控制亞胺鍵的成鍵速度，增加成鍵的可逆性，使得晶體生長時(shí)有足夠的時(shí)間來自我糾正缺陷，獲得了滿足單晶X射線衍射測試要求的大尺寸高質(zhì)量單晶，首次實(shí)現(xiàn)了基于亞胺鍵的三維COF單晶生長和解析。該方法不僅解決了結(jié)構(gòu)問題，更為獲得可重復(fù)、高質(zhì)量的COF材料提供了重要的思路，有助于COF研究拓展到其他化學(xué)鍵體系中。

化學(xué)在創(chuàng)造了新物質(zhì)改善人們生存條件的同時(shí)，也給地球帶來新的麻煩?！鞍咨本褪亲畹湫偷膯栴}。大量的高分子材料難以被自然降解，嚴(yán)重污染水源、土壤和大氣。化學(xué)家既然打開了“潘多拉的盒子”，就有責(zé)任去解決這些問題。美國科羅拉多州立大學(xué)Chen等通過設(shè)計(jì)特定的單體，制備了在容易實(shí)現(xiàn)的條件下可降解的塑料。他們?cè)O(shè)計(jì)的單體為在α和β位具有反式環(huán)稠合的 γ-丁內(nèi)酯衍生物，使用極少量的催化劑，就能在室溫、無溶劑條件下高效地發(fā)生聚合反應(yīng)。合成的高分子塑料不僅性能優(yōu)良，還可以熱解或化學(xué)降解為原始單體，并進(jìn)行多次的循環(huán)利用。

8 中國化學(xué)的2018年

化學(xué)是中國基礎(chǔ)研究的優(yōu)勢學(xué)科，2013年以來每年發(fā)表的論文數(shù)已居世界第一，且與其他國家的差距還在擴(kuò)大，這主要得益于科研經(jīng)費(fèi)的穩(wěn)定增長和一支龐大的從事化學(xué)基礎(chǔ)研究隊(duì)伍。中國化學(xué)家提出的聚集誘導(dǎo)發(fā)光、單原子催化概念、合成的石墨炔二維碳材料、構(gòu)建的非富勒烯有機(jī)太陽電池等極具特色，發(fā)展的煤制油、合成氣催化轉(zhuǎn)化等技術(shù)在能源領(lǐng)域也有重大戰(zhàn)略意義。

2018年中國化學(xué)研究再上新臺(tái)階，在多個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)出了重大的成果，改變了過去零星出現(xiàn)的狀況。代表性的成果包括：在化學(xué)反應(yīng)機(jī)制與理論領(lǐng)域，北京大學(xué)江穎、徐莉梅、高毅勤、北京大學(xué)/中國科學(xué)院王恩哥等首次得到了水合鈉離子的原子級(jí)分辨圖像，并發(fā)現(xiàn)了一種水合離子輸運(yùn)的幻數(shù)效應(yīng)，復(fù)旦大學(xué)周鳴飛、德國馬德堡大學(xué) Frenking等觀察到類似過渡金屬的堿土金屬八羰基化合物，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)王興安、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所孫志剛、張東輝和楊學(xué)明等首次觀測到化學(xué)反應(yīng)中的“幾何相位”效應(yīng)；在合成化學(xué)領(lǐng)域，上海師范大學(xué)趙寶國、中國科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)研究所袁偉成等利用羰基催化的策略實(shí)現(xiàn)了仿生的不對(duì)稱曼尼希反應(yīng)，南方科技大學(xué)譚斌、美國加州大學(xué)洛杉磯分校 Houk等首次實(shí)現(xiàn)了催化不對(duì)稱的四組分Ugi反應(yīng)，上?？萍即髮W(xué)左智偉等發(fā)展了可用于光促進(jìn)甲烷轉(zhuǎn)化的廉價(jià)、高效的鈰基催化劑和醇催化劑的協(xié)同催化體系；在材料化學(xué)領(lǐng)域，北京科技大學(xué)邢獻(xiàn)然、陳駿等通過相界面應(yīng)變制備出巨大極化的超四方薄膜，中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所樊春海、美國亞利桑那州立大學(xué)顏顥等利用框架核酸誘導(dǎo)策略實(shí)現(xiàn)了精確可控的 DNA-二氧化硅固態(tài)納米結(jié)構(gòu)制備，東南大學(xué)游雨蒙和南昌大學(xué)/東南大學(xué)熊仁根等發(fā)現(xiàn)了一類17種新型全有機(jī)鈣鈦礦鐵電體；在環(huán)境化學(xué)領(lǐng)域，復(fù)旦大學(xué)王琳等在城市大氣環(huán)境大氣新粒子形成研究方面取得重要進(jìn)展；在化學(xué)工程領(lǐng)域，華南理工大學(xué)李映偉、美國德克薩斯大學(xué)圣安東尼奧分校陳邦林等制備了高度有序、大孔、單晶的穩(wěn)定 MOFs材料，太原理工大學(xué)李晉平、美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院Zhou W、美國德克薩斯大學(xué)圣安東尼奧分校陳邦林等利用Fe-MOF實(shí)現(xiàn)了乙烷/乙烯分離。

2018年中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所馬大為、南開大學(xué)周其林和四川大學(xué)馮曉明，因在發(fā)明新催化劑和新反應(yīng)方面的創(chuàng)造性貢獻(xiàn)，獲得了2018未來科學(xué)大獎(jiǎng)物質(zhì)科學(xué)獎(jiǎng)。

9 結(jié)論

化學(xué)的核心任務(wù)是實(shí)現(xiàn)化學(xué)合成、過程及功能的精準(zhǔn)控制和規(guī)律認(rèn)知。通過與其他學(xué)科的交叉融合，化學(xué)不斷發(fā)現(xiàn)新問題、發(fā)展新方法、開辟新方向。此外化學(xué)研究還需要面向社會(huì)，服務(wù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國家安全。2018年化學(xué)的重要進(jìn)展很多，本文主要集中在分子的性質(zhì)、創(chuàng)造和轉(zhuǎn)化等方面，難免掛一漏萬；其他如納米、光電功能材料等因篇幅所限更是未著墨太多，甚為遺憾。2019年化學(xué)一定會(huì)有更多令人眼前一亮的成果出現(xiàn)，也期待中國化學(xué)更大的原創(chuàng)性突破。

（摘自《科技導(dǎo)報(bào)》2019年第1期）