新世纪有机化学与可持续发展

中国化工报 2002-12-06

一段时期以来有机化学界已注意到生命科学、材料科学以及环境科学等是今 后有机化学大有发展的领域,而这些领域对有机化学提出的要求又正是有机合成、 有机分析和物理有机化学最具挑战性的课题。在前不久召开的中国化学会七十周 年学术报告会上,中国科学院上海有机化学研究所研究员、中国化学会有机化学 学科委员会主任吴毓林的报告引起与会者的关注,记者随即进行了采访。   据吴毓林介绍,近两年生命科学取得的重大进展是完成了人类基因的测定, 从而开始了后基因组、蛋白质组研究的新时期。有机化学家进行的有机分析、有 机小分子的调控等研究工作正在积极介入到这一领域中。   在材料科学领域,聚乙炔有机导体研究成果获得2000年诺贝尔奖,标志着有 机新材料的研究受到了科技界的特别青睐,同时也激发起更多的有机化学家投入 到这一领域。近几年科学家在这一领域的研究工作也取得了进展,例如 C60衍生 物的合成及其在光、电子器件方面的应用探索等,现已发展了一些高收率合成C60 有机衍生物的方法,开辟了材料学研究的一片新天地。由于C60制备方法的进步, 有人预计未来几年内 C60的生产将达到数千吨的规模,有机化学在这一领域将大 有作为。   有机化学发展的另一个重要领域是环境科学,20世纪90年代有机化学家已 十分关注,尤其是当今生态环境已成为人类社会可持续发展的关键问题。目前应 更深更广地参与环境中的有机化学问题。   吴毓林认为,生态环境问题是一个多学科综合性的大课题,其中化学学科起 着十分关键的作用。当今社会丰富多彩的物质生活都是由化学创造和维持着的, 虽然生态环境问题与化工有关,但将化学和化学品作为污染和有害物的代名词则 纯属偏见。面对生态环境问题提出的挑战,化学界在20世纪90年代提出了“绿 色化学”这一新概念,其含义包括三 个方面:一是提供给社会的化学品应是有益 无害,而且对环境友好的;二是生产这些化学品的原料应可以再生,它们的利用 不应引起生态环境的破坏;第三是绿色化学最重要也是最主要的方面,即化学品 的生产过程应该是环境友好的。   人们对化学的偏见主要是来自于化学生产过程的污染物排放,而要解决环境 污染问题,化学家尤其是有机化学家则可以大有作为。   ---绿色化学品六六六和DDT是很有效的杀虫剂,但是也是不易分解的化合 物,大量的使用之后使它们不仅在土壤中残留,而且也进入了作物、牲畜乃至人 体,因此这些含氯的农药被列入了禁止使用的名单。尽管除虫菊酯类和有机磷农 药应运而生,但这些产品仍然存在污染问题,因此开发绿色农药对有机化学家仍 然是一大挑战。   ---可再生原料“白色污染”是20世纪末凸现的环境问题,添加降解催化剂生 产可降解塑料或者采用纤维为原料生产替代品,为这一问题的解决进行了有益的 探索。最近聚乳酸工艺的改进使这种理想的绿色产品有可能大规模使用。聚乳酸 可生物降解,可以用于生产食品包装材料,它的原料是可再生的,由来自玉米的 葡萄糖发酵而得。   ---绿色工艺环境友好有机合成工艺是绿色化学的主要发展方向,与有机合成 研究所追求的高效、高选择性、简捷、反应条件平和、原子经济性等目标一致, 其涉及领域十分广泛。   环境友好有机合成反应介质的探索是近年绿色化学中的热点,有机合成中大 量有机溶剂的应用,既污染环境又不安全,因此人们试图不用溶剂或采用环境友 好、无毒而又易于回收的介质来代替有机溶剂,如水、超临界二氧化碳、离子液 体等。将化学剂量的有机反应转换成催化反应一直是有机合成追求的目标,也是 绿色工艺的重要方面。绿色化学中通 过改变反应条件使合成工艺环境友好,是常 用和有效的方法。   据吴毓林介绍,为了保证可持续发展,有机化学研究还面临着其他许多课题, 像环境中微量、超微量有机污染物的检测,有机污染物在环境中的反应变化和迁 移等都是对有机化学家极大的挑战。   从20世纪末开始,有机合成研究领域开始发生变化,对药物、农用化学品、 各种功能材料的需求,以及高通量筛选方法的出现,使得大量新型有机分子的合 成成为有机化学家面临的迫切任务,建立分子库、发展分子多样性成了重要的课 题。90年代出现的组合化学正是这方面的一项重要技术,在多肽分子库的建立上 尤其成功,但在结构类型大改变的 多样性上还有很大的局限性,因此在发展分子 多样性上近年出现了多种方式和途径。美国科学家在合成设计上提出了从原料出 发正向合成概念,目标是实现分子多样性;2001年又提出了“点击化学”的名词, 其基本思想是利用碳-杂原子成键反应快速实现分子多样性。   手性纯化合物的合成是近年有机合成中最受关注的领域。2001年不对称合成 获诺贝尔化学奖,又一次标志着手性纯化合物的合成在当今科学界的重要地位。 近两年手性纯化合物合成的报道仍然是有机化学中最突出的部分,诸如近年组合 化学的方法成功地用到了不对称合成催化剂的筛选,对不对称合成中的非线性放 大也有新的说法等。也有报道介绍 了不采用金属催化剂而回归到有机小分子来催 化不对称反应,认为这样更符合绿色化学的要求。传统的用糖作手性模板的方法 近年来也有新的发展。目前手性纯化合物的合成虽然已有了很大的进展,但从理 念到方法上仍期待着新的、革命性的飞跃,而从现在的发展趋势来看,在不久的 将来有可能实现。   吴毓林指出,目前我们可以清楚地看到,有机化学正在接受可持续发展的挑 战,同时也正在与时俱进,迎接新的辉煌百年。

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