——中国科学院院士、中国化学会理事长姚建年一席谈
编者按 化学在支持人类科技进步与美好生活方面发挥着不可替代的重要作用。不管是过去、现在，还是未来，莫不如此。神奇的化学在人类日常生活和社会发展中已经作出了什么样的贡献？化学小故事为您娓娓道来。面对人类共同面临的能源、资源和环境等重大挑战，化学能发挥什么作用？中国科学院院士为读者进行详尽讲解。本期《国际化学年专辑》主题：直面未来挑战
化学为人类文明和社会发展作出了重要贡献。21世纪，人口增长、资源短缺、生态环境破坏已成为人类共同面临的三大挑战，非常肯定的是，在挑战面前，化学依然将发挥其不可替代的作用。精准化合成是值得我们进一步探讨的应对方式之一。
提高生命质量
当今社会，人们的衣食住行、生命、健康、环境等等都和化学密切相关。化学的作用体现在人类生活的各个领域，没有化学的世界难以想象。
联合国人口司近日发布报告，今年下半年地球人口将达到70亿。到2050年，地球总人数将达80亿～105亿。
要养活越来越多的人口，必须生产出足够的粮食。当前粮食、蔬菜供应1/3是化学肥料和农药的贡献。据联合国粮农组织(FAO)统计，化肥对农作物增产的作用占40％～60％。
不可否认，农药和化肥的长期大量使用，已经给环境、生物安全和人体健康带来了不利影响，如何最大程度地消除化学的负面作用成为化学家不容回避的问题。但这既是化学的挑战，也是化学的机遇。化学家在这方面已经做了大量研究工作。农药已经由过去的杀生、高毒、广谱向着控制、低毒、选择性发展，缓释肥、控释肥等新型肥料正在得到推广应用。
如果说农药和化肥只是帮助人类解决“吃饱”问题，化学合成药物则是让人类生活得更健康、更长寿。20世纪，青霉素、链霉素及磺胺等一系列人工合成药物的发明及应用，挽救了无数人的生命，宣告了合成药物时代的来临。当下，化学和生命科学紧密结合、相互促进，并借助信息技术的迅猛发展，使药物的化学合成更具针对性，更加有效，这也是今后药物合成的大趋势。
引领可持续发展
能源短缺问题不容回避，化石能源和生物质资源是大自然对人类的最大馈赠。但化石类能源终是有限资源，人类也正在面临资源枯竭的威胁，这势必与人类追求先进文明产生矛盾，由此引发的全球冲突也越来越频繁。
社会的可持续发展要求人们从依赖有限的矿物储备转变为寻找和使用可持续、可替代资源，这也是化学和化学家的使命。现在，世界上许多化学家正致力于研究新的可持续能源转换和存储技术，以期实现太阳能、生物质能、风能、氢能等新的可持续能源的充分利用。
环境污染已成为全球共性问题。从上世纪90年代开始，绿色化学和可持续化学的概念被化学家们提出并被广泛接受，其核心理念就是在合成过程中提高反应的效率和选择性，主要包括对反应的原子经济性、步骤经济性以及反应精准性的要求。绿色化学旨在从物质产生的源头控制废物的产生，减少对环境的污染，以无害、可持续的方式满足人类对能源、材料和水的需求。
精准缔造完美未来
化学如何才能承担起社会可持续发展的责任？要想从根本解决这些问题，需要什么长久、有效的方法？这些问题值得大家深思。化学通过化学键的剪裁和重组，创造和构建了一个全新的物质世界。但化学“双刃剑”的副作用不容忽视。随着社会的发展，人们对化学提出了更加严格，甚至近乎苛刻的要求，力求实现高效、精确、低污染甚至零污染的合成。如今，资源有效利用、生态环境友好和社会可持续发展的绿色理念已经深刻影响了化学学科的发展。未来，化学只有走向精准化，才能最终解决人类社会发展与所面临挑战之间的现实问题。联合国将2011年定为“国际化学年”，也充分说明了国际上对化学发展的重视和寻求解决问题新渠道的决心。
精准化要求化学合成在选择性控制上更加精准。现代合成对化学家的要求不再只是拿到目标分子，还要更加注重反应效率。美国著名有机化学家Barry M. Trost 1991年提出了原子经济性的概念，就是要让原料100％转化为产物。这种通过精准控制来实现目标化合物的定向合成的方式，可以从根源上减少由化学产生的污染。
精准化已经成为一种趋势。2000年以来，有3次诺贝尔化学奖颁给了合成化学，这三个获奖成果的创新性都体现出了高效控制和精准合成。此外，这三届诺贝尔奖成果实现了原来从理论上认为不可能，或者是很难发生的化学过程，而这些方法在药物、材料等不同的领域发挥了不可替代的作用。
此外，研究人员还在探索将单分子和单原子直接“拼成”想要的产品。迄今为止，通过该方法实现的化学反应仅限于几种简单的小分子反应，要使它成为化学家控制化学反应的有效工具，还有待进一步发展和突破。
精准化学未来在促进人类与自然和谐共处、提高人民生活质量等方面将会有更加极致的表现。
能源、环境和资源的挑战，让以化学成果为重要支撑的电动车辆成为国际汽车业发展的热点。“十一五”期间，我国燃料电池、动力电池、驱动电机等电动汽车关键零部件的技术水平达到国际先进水平，高性能锂离子动力电池得到了规模化应用，燃料电池关键性能显著提升。左图为3月8～14日在北京举行的“十一五”国家重大科技成就展上展出的电动汽车和充电站。 （本报记者 张育 摄）
