生命如何从无到有？化学家出手破译，同时带来

在原子之间形成化学键是化学家的得意之作。但因此造成的一些严重环境问题令人担忧，大量塑料废弃物最终被焚烧、填埋或漂浮在海洋中，塑料垃圾正在污染我们的土地和海洋。化学家们的应对之策是努力开发出可无限次回收的材料。

甲烷是从牲畜体内和下水管道中排放出来的气体，它可与氧化亚氮发生反应，使臭氧气体更接近于地球表面。在接近地球表面的位置上，臭氧会引起人们的呼吸问题，并与全球每年100万人的过早死亡有关。

科技跨国公司IBM也在尝试化学分子合成的自动化。其RoboRXN工具包使用机器学习算法帮助分子合成设计，可在含有300万个化学分子式的训练数据库中进行测试和筛选。IBM研究中心的亚历山德拉·托尼亚托说，这种方法对那些想要制造新分子但缺乏相关设备的人可能有所帮助，“学生们可利用它对大学里接触不到的化学知识进行实践”。

众所周知，二氧化碳捕获技术已存在多年，它通过与溶剂结合的可逆化学反应，捕获发电站烟道中的二氧化碳，并将其深埋于地下。但同样的溶剂用来吸收甲烷并不那么有效，其中一个原因是甲烷的分子形状使得溶剂分子不太容易“包裹”在它们周围。

6 “机器人化学家” 新药合成的最强助手

责任编辑：任荃

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▲化学合成自动化将为人类带来更丰富的物质选择

7 创建人工生命 重现生命起源时刻

现今科学家正在制造和测试更多用途广泛的分子机器。几年前，美国得克萨斯州休斯敦莱斯大学的詹姆斯·图尔和他的同事们发明了一种可以穿透细胞膜的分子机器，这种“钻孔”分子机器可让药物顺利通过细胞膜，以提高药物的针对性和疗效。

后来，科学家意识到，可将人工叶子中的化学与生物学精髓结合起来，研制仿生叶子。仿生叶子的制造通常采用能有效吸收阳光的材料，以及可将燃料分子拼接在一起的天然蛋白质。

▲科学家研发的第一个人工光合作用系统（nano letter 2014年15期）

▲科学家尝试重现无生命分子向生命分子转换的那一刻

十八世纪后期，活塞与棘轮，这些简单的机械装置被结合起来，构成了可代替人工的生产机器，其影响力之广泛，无人能够否认。如今，化学家们开发的分子机器，其开拓性和颠覆性影响堪与蒸汽机比肩。有所不同的是，前者的制造材料是钢铁，而后者则是原子。

清除空气中的甲烷有助于阻止气温上升，为减缓气候变暖赢得时间。根据美国加利福尼亚州斯坦福大学的罗伯·杰克逊及其同事的最新估计，每从大气中去除十亿吨甲烷，地球表面温度可降低约0.2℃。

另一种替代方案是沸石。沸石是一种多孔材料，但其隧孔只有原子大小，其间可充斥大量分子。某些沸石可用来吸收甲烷，然后通过催化反应将其转化为甲醇——一种用于化学工业的有用物质。化学家们已发现了数百种可以实施这一方案的沸石，虽然目前这一技术还不成熟，但其发展前景与潜力都很不错。

停止燃烧化石燃料的关键是风力、太阳能等可再生能源能够保障持续稳定的电力供应。但在没有风或阳光的日子里，我们就需要用到储存的电力，这在许多情况下就要用到电池。

近年来，化学家们一直在不懈努力，以实现化学合成的自动化，从而快速形成药物新分子筛选的大型数据库。英国利物浦大学的安迪·库珀和他的团队开发的机器人化学家，已经能够设计和生产催化剂分子，从而加速利用太阳能从水中提取氢的过程，机器人化学家可以对每种潜在催化剂分子的性能进行测试，还可产生和筛选各种化学物质。

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现代化学最具传奇色彩的成就也许是全合成。这是一种提取简单分子并将它们“缝合”在一起以产生复杂分子的工艺，也是目前新药研发的普遍模式。但通过化学合成发现新药是一个相当艰辛的过程，合成化学家经常需要连续数小时在实验室里对各种分子进行混合、搅拌和纯化。如今，自动化化学合成正在尝试开发代替人类来从事这些辛苦繁琐工作的机器人。

克罗宁还发明了一种叫做chemputer（“化学”和“计算机”的英语合成词）的装置，可自动合成各种分子，当然首先要给机器输入机读语言指令，克罗宁为此建立了一个数字化学配方数据库。2020年，克罗宁公布了一个可以加速这一过程的系统，系统可对公开发表的一些化学文献进行分析摘要，并转化为计算机能够阅读的数字指令。

文章来源：《生命的化学》 网址: http://www.smdhx.cn/zonghexinwen/2022/1013/1730.html