化学的未来*

发布时间：79年03月28日

冈村仁三等编译沈中和

正确地预测未来有益于社会的进步。因此，与历史学相对的未来学在各个领域内盛行。但是，在化学的领域内，关于未来学的讨论比化学史的研究少得多。在把化学说成处于转弯角上的今日，希望在化学家之间活跃地围绕着未来进行研究，总不会只是笔者的愿望吧。

把未来和现在结合起来，现象的推移速度是各各不同的。对其中具有异常迅速的现象，追迹下去，是未来学的一种手法，用来掌握未来的姿态。为此要大胆的思索和细心的考虑。

“化学的未来预测”为题的讨论会，1977年9月12、13日二天，作为国际纯粹与应用化学会（IUPAC）的一部分在东京会馆召开。在第一天开幕式上，会议组织委员长冈村及IUPAC会长Smets教授讲了话。接下来选了六个主题，专家们在二天里围绕着这些主题，进行了活泼的讨论。下面收集的是各个讨论会上最精彩的部分。

一、痕量分析

1. 近年来极谱法用于海洋化学超痕量分析的新方法西德核科学研究所的Nürunberg，论述了在海洋化学上作为超痕量分析的新方法——伏安法的有效性。并且还谈了，对于海洋中有害金属元素的痕量分析，不能仅仅停留在污染水平的测定上，还应当研究这些金属的鉴定及分布，循环与平衡，还有在水环境下与生物的关系。这方面研究，采用水银薄膜电极的微分脉冲阳极溶出伏安法是起了很重要的作用的，特别是海水中铜、铅、镉的定量分析。

2. 食品的痕量分析英国国立化学研究所的Egan，从消费者的健康和幸福的立场，从生产者的交易立场上评论了关于食品纯度和组成痕量分析的重要性。在这一届IUPAC东京会议上尽管作了1200篇的报告，但关于上述领域的几乎没有。不久的将来，不仅要说明添加剂的种类和数量，还强调必须确认这些添加剂的履历。从这样的观点出发，对加工食物中肉和水分的比例，多核芳香化合物的污染量，维生素等有用微S：天然物的含量等都要说明。

二、蛋白质资源

1.作为蛋白质资源的农作物加拿大麦尼托巴大学W. Bushuk指出，人类现在吃的蛋白质中70%是农产物，如果提高这些农产物产量以及蛋白质的含量和质量，就能从农产品里拿到更多的蛋白质。从这个观点出发，他介绍了几个已经获得的成果，其中有崭新的人工谷物，即由黑麦和小麦培育出来的triticale，从它的高产量看，将来是很有用的栽培谷物。此外，还有菲律宾国际水稻研究所培育成的高产量米及经过育种努力而得到的含有高赖氨酸的谷物及含有高蛋氨酸的豆类等。

2. 对谷类豆类蛋白质资源利用可能性的研究美国卡萨斯C. C. Tse指出，谷类及豆类作为人类蛋白质资源来利用时，因为是单一组成，和动物蛋白质相比较，在量和质（氨基酸的组成）上都有缺点，而且每个组成不能充分地利用。他对这些蛋白质在数量上及质量上改进的方针，作为具体的方案，提出了制造强化谷物加工食物的方法，即把大豆粉、精制大豆蛋白质、玉蜀黍及小麦胚芽等加到食品里去。这次会上报告了这些在加工上必需的添加物的作用，从化学分析来判明营养价值的改善效果，白鼠饲养试验的结果等。接下来又报告了在种种条件下制造的馅饼的喂鼠试验结果，并由此提出用蒸、微波加热的方法代替烘的方法，可以改善蛋白质利用效率的尝试。报告者指出，依靠这种种改善方针，各类及豆类原来所有的蛋白质，能够完全得以有效的应用。

这次会议的成果还可以归纳为下列数点：

第一，加深了对于蛋白质资源现状的认识，指出必须从种种方面（微生物，未利用的鱼虾类）求得蛋白质的资源，以解除和减轻现存于某些特定地区，不久将来扩大至全地球的粮食不足，特别是蛋白质的不足。这里最有实现可能性的高明方针恐怕是谷类蛋白质的有效利用吧。指出即使达到土地的高度利用之后，全球上尚未利用的种种农产品进行情况交流，介绍加工利用技术是有益的。今后通过国际机构进行这类情报的交换和收集，就是用现有的技术和知识，也可以供应人类相当量的食物蛋白质。

第二，提出了几个将来研究的课题，如从遗传学、育种学上培育高产量、高蛋白质、高赖氨酸的谷物的必要性，发展提高分离蛋白质能力的各种技术，发展改善加工技术和蛋白质保藏方法的技术研究。

三、化学能

1. 煤液化的现状及问题西德Kavlsruhe大学H. Schulz介绍了将煤转为液体燃料的工艺，指出了经济性、发展现状和将来的问题。抽出加水法是很有希望的。也介绍了高压加水法、用氢气代替合成气及甲醇来利用的情况。

2. 高密度高温电池的发展美国Argonne国立研究所的Shimotake谈了以美国为中心的，以公路上应用为目标的高密度电池的发展现状及问题。用熔盐作电介质的锂- 硫化铁电池，用β- 氧化铝固体电介质的钠 - 硫电池，作为高输出高能量密度的电池很有希望。伊腾靖彦谈了日本的高温电池发展现状，如由剩余电力电解水，氢气的转换和贮存工艺，电池和电解槽大型化最合适的方法等。

考察将来的能源问题，未利用资源的有效灵活利用，能量的有效利用，都是重要而迫切的问题。在这里，化学反应所起的作用是很大的，其中有煤液体燃料的有效应用、电力贮能有效利用工艺等问题。对于这些问题，国外活跃在第一线的学者都投入了。

四、医用材料

1. 对于血管有生体亲和性的、高分子的物理、化学、机械性质的效果美国Utah大学的Lyman是关于高分子材料移植的世界权威，他综合介绍了最近的成果。生体内高分子材料与血液接触时，第一步是蛋白质在材料表面上吸附，接着血小板附着在覆盖有蛋白质的表面上。据他的研究，覆有清蛋白的表面妨碍了血小板的附着。这就赋予高分子材料以非凝血性。但覆有纤维蛋白朊或Γ-球蛋白的材料表面上，血小板的附着很明显，结果生成血栓。他作了高分子材料表面的化学及物理结构与蛋白质的选择吸附关系的报告。用覆有纤维蛋白朊及Γ-球蛋白的作为研究材料；血小板的可逆吸附、非可逆吸附、血小板的凝聚与脱离、纤维蛋白的形成等都依次发生，最后形成血栓。照他的研究，为了得到凝血性的表面，高分子材料表面上必须有70%以上附着清蛋白。用硅橡胶不合适。以多聚丙二醇为成分的聚氨酯。或以多聚了二醇为组成的聚氨脂，可以生成优良的抗凝血性表面。将这二种高分子用作人工心脏，人工血管材料的研究得到了优良的结果。现在所用的人工血管补缀材料具有生体血管10倍的弹性，在接合处产生了柔量上的不协调。他发展了上述聚氨酯成型的新方法，调节到具有与生体血管等同程度的柔量，进行生体内实验，得到极满意的成果。

2. 以医药为目标的高分子及补缀用的具有生体相容性的高分子美国佛罗里达大学的E. P. Goldberg讨论了下列二个项目：一是为了处理癌、心脏血管、泌尿系等新的医学的概念。二是为避免由于短期接触而引起组织损伤及增进长时间的生体相容性，而改良亲水性高分子材料的表面。

我们知道高分子医药可分为称之为聚合物亲和的药的可溶物及注射化学疗法用的、结合

了细胞毒素的不溶性高分子。他发表对于固形癌的模型是极有希望的高分子医药的研究。对于第二个项目，特别论证了对眼的补缀材料的相互作用，检查证明了用亲水性高分子后表面的修正效果。

五、应用量子化学

1. 分子光谱及光化学从头计算法西德Bonn大学的S. D. Peyerimhoff从电子论的见解出发，介绍了有机分子的激发状态及光谱的详细研究结果。近年来，根据量子化学的方法，对分子、分子络合物、反应体系等的物理化学性质已在尝试作极精密的计算。所谓非经验的分子轨道法就是这样的方法，它已成为随着高速大型计算机的进步而急速成长起来的一个领域。精度提高并且扩展到作为研究对象的分子中各原子的基本函数，收取数千个乃至几万个这种函数的相互作用，用这种方法已有可能得到比实验具有更高正确性的各种物理量。他是这个领域中的带头人之一。

2. 理论有机金属化学美国Cornell大学的Hoffmann用量子化学的方法，对有机金属络合物，特别是双- 环戊二烯 - 过渡金属络合物的电子状态及结合形式作了报告。他以发现Woodward-Hoffmann法则而著名，此后一直以量子化学为基础，结合有机化学、无机化学来发展其研究工作。他的演讲是从上述络合物分子结构的许多实验结果中把事实抽出来，又从量子化学的方法进行计算，使二方面巧妙的对应起来，从而使其结论普遍化。特别是对双 - 环戊二烯 - 过渡金属络合物的电子状态及结构，分阶段地采用从分子片组合为全分子的方法，进行很平易的考察，使得量子化学的方法在金属有机化学的领域里的有用性给人以深刻的印象。

六、极限条件下的化学

1. 极低温下的化学用光化学反应，将生成物在1.8~4.2°K的液氦温度里，用氩等惰性溶剂捕集，将迄今为止属于假定其存在的，或是用一般方法得不到的，或是只有特殊的化学过程下才存在的粒子捕捉到了。这些不稳定的短暂的活性粒子有单个原子、分子碎片、激发态分子、自由基等。这其中多数是自由基。ESR是非常有效的检出手段。用这种方法在许多光反应中发现新的活性粒子，又从计算机的模拟求出理论上的光谱，进行生成的鉴定。作为研究的反应例子如下：