化學前景如何？ (1)

化學前景如何？ (1)
知識通訊評論第100期

隨著要解決問題的日益複雜，需要分子化思維的化學來竟其功。現在有九位化學家，發表他們對於化學思維和挑戰的看法 。

化學常常被稱為「中心科學」

化學常常被稱為「中心科學」。在我看來，它更準確地說是「普遍的科學」。它涉及分子結構、功能和合成，這些是橫跨整個科學的重要領域。現代和未來的問題並不局限於單一學科。事實上，我們研究以及思考問題的方法愈來愈「分子化」，因為解決問題需要理解原子層次的結構和功能，並具備設計和製造出新的分子和系統的能力——無論是藥物、診斷方法、新材料，甚至細胞的運作。從分子人類學到分子動物學（甚至分子美食），我們已進入了一個探索的時代，這將導致變革式的創新。

能以分子的眼光看待問題的人，很有希望能解決一些現代的主要問題。例如，若不將焦點轉移到早期檢測和預防疾病，就不能期待改善公共衛生。這反過來又需要了解疾病的分子起源，並設計分子，以檢測導致病情惡化的早期分子事例。

無論是關於能源收集、儲存或轉換的議題，我們的能源未來也都不可避免地與「結構」和「功能」的問題交織。智能材料與反應裝置則需要能偵測特定事件，以及因此而來結構變化的分子或分子系統。我們身處於一場分子革命之中，這將深刻改變我們的世界。

康明斯 （Christopher C. Cummins）
以化學創造更好的生活

麻省理工學院

化學並不總是被一個簡化的「大問題」公式涵括。解決各種各樣的問題，諸如資源管理、全球碳、氮、磷循環、以節能的方式及廉價豐富的元素製造催化劑等，都需要化學的進展。若要在未來為全人類實現優質生活，而不犧牲我們的環境和棲息地，化學必將扮演一個不可或缺的角色。

我極為欽佩居里夫人（Marie Curie），因為她絕對、不懈的決心，達成了「鐳的分離」這項極度繁瑣的研究。她聰明想法的後盾，實是不畏艱鉅的工作態度。所有新秀科學家都應一讀她的傳記。

波力亞可夫（Martyn Poliakoff）
讓化學製程更綠
英國諾丁漢大學

未來十年，綠色化學家和製程工程師面臨的關鍵問題，是如何設計具有特殊性質和功能的分子，以及如何以最少的廢物和危害性製造出這些分子。近年來化學在這方面已有長足的進步，但我們依然常常只能試著操弄分子並觀察其性質變化，就像探測一套陌生的軟體的電腦駭客一樣。

展望未來，我們所製作和使用的東西都涉及到化學元素；而且，在過去的一百年中，我們浪費了許多地球上的資源，以應付現代生活之所需。富集礦脈已被開採，其中的元素散布全球。現在，這些元素有許多已變得稀缺到「瀕臨耗盡」的程度。除非我們能夠創造可持續的替代品，眾多支持當前社會的產品（從筆記本電腦到化肥）都會消失。化學家是最能夠發明這些替代品的人選。

門德列夫於1869年在聖彼得堡提出元素週期表

對化學最重要的一年，如果不談人物，是一八六九年。門德列夫（Dmitri Mendeleev）在聖彼得堡提出元素週期表、安德魯斯（Thomas Andrews）在貝爾法斯特（Belfast）發明了術語「臨界點」，描述液體和氣體的區別消失的溫度壓力。超臨界流體的一直是我在過去二十五年來的研究焦點，也帶領我進入綠色化學的領域。元素週期表從高中就開始影響我，最近還讓我在YouTube亮相：http://www.periodicvideos.com。

基斯琳（Laura Kiessling）
模仿自然界製造聚合物
威斯康辛大學麥迪遜分校

我們必須回答的一個非常基本的問題，是生物系統在沒有模板下，如何控制聚合物的序列和長度。碳水化合物聚合物是地球上最豐富的有機物質，我們卻不知道它們如何產生，以及如何控制它們的長度。這些資訊可以讓我們更有效的收成纖維素以獲取能源、針對病原體設計出更好的疫苗，控制腫瘤或生長發展中的生長因子信號通路，並設計新類型的抗生素。了解大自然如何製造多醣，能帶來寶貴洞見，使我們了解範圍廣泛的聚合反應，包括端粒（染色體上的保護帽）形成背後的原理，及其在癌症中的角色。

我欣賞許多的化學家，包括尚在人世及已逝者。若非得選擇一個，我會選費雪（一八五二～一九一九），理由是他富有想像力的應用有機合成，以解決生物學的問題。他也許是第一個化學生物學家。

梅哲 （E. W. ‘Bert’ Meijer）
孕育合成自組裝
荷蘭埃因霍溫理工大學

「我們可以將化學自組裝作到什麼程度？」無疑是科學家們在未來十年最有趣的挑戰。合成化學家能夠製備目前地球上幾乎所有的分子，但我們現在需要複雜的方法，將這些分子組裝和組織成具功能的分子物件。新的方法、機制性的見解、非平衡和動力學控制的組裝僅僅是此跨領域的科學裡，眾多重要議題中的幾個。

我們可以將化學自組裝作到什麼程度？

我景仰的是凡霍夫（Jacobus van’t Hoff，一八五二～一九一一）和溫貝赫（Hans Wynberg）的完美交融。首位諾貝爾化學獎得主凡霍夫（一九○一年）提出原子在三維空間排列的開創性見解，從而引出了立體化學的領域。值得注意的是，他二十二歲就想出這個點子，顯示了對科學的熱情與原創性思想的結合威力無窮。我也很景仰我的博士論文指導教授溫貝赫（Hans Wynberg）；他帶領我進入迷人的手性分子世界，他的幹勁也刺激了年輕一代進行尖端科學的研究。