编者按：这里选译四篇文章，目的在于向大家介绍国外对化学的未来所进行的科学预测和展望。就化学领域本身来说，它和能源、物理学、医药、生物学等互相渗透、出现了崭新的局面。所以，有的日本学者认为“新的化学和化学工业的时代将于二十一世纪到来”。这几篇译文从一个角度反映了化学的未来概貌，值得一读。
近来，听说青年中有志于化学或应用化学的人减少了，据了解有这样那样的理由。但是，越了解就越觉得那是只看到现在，充其量只看到几年后的近视的肤浅之见。
我在大学中化学系毕业后，进而学习生物化学。当我学习生物化学时，有志于包括生物化学在内的生物科学的人是很少的；经过了20年，从1950年起生物科学就沐浴于美丽的阳光之中了。
于是，我就想：“现在这一时代将不会那么长了，新的化学和化学工业的时代将于21世纪到来”，所以，我劝告活跃的年轻一代，要选择化学、应用化学来学习。
为什么这样想呢？有一个前景是我们所企求的，也是可能的。这一前景，就是把现在的化学和化学工业的长处和生物体系中化学的长处相结合起来的新的化学和化学工业。
所谓前景，就是要以确保能量、粮食等的供应，保护美丽的大自然为目标，将自然界的能量，尤其是无限丰富的太阳能变为化学能。基于这一原理，以二氧化碳等简单物质合成粮食以及将来人类所需要的其它物质，那就是有关自然、生命和人间本来协调着的这种技术的开发。
在人间蕴藏着极大的可能性
这样讲的话，就是要开发模拟自然界中植物的途径，实际上，植物的光合成是巧妙的。一般的来讲，整个生物圈中化学的特长为：从丰富的太阳能，通过复杂的有秩序的多分子体系的物质 - 能量变换，来实现温和条件下的化学合成。这的确是巧妙的，但我相信，人类智慧所创造的新的化学和化学工业，将有比这更为巧妙的能力。为什么？因为人们有着更大的自由度。
生物是不能利用铑、钯、钼的，这是化学进化、生命起源以来的演变所决定的。作为比学进化、生命起源的早期生物进化是在海洋中进行的，那是因为海洋有比较丰富的元素可以应用。原始的细菌由不满20种元素构成，人类也由不满30种的元素构成，这是从海洋中比较丰富的40种左右的元素中逐步经过演变而进行选择的结果。包括前述铑、钯、铂等在内的其余50种左右的元素，在海洋中的浓度却过分低，不可能拿来利用。换言之，生物体内的反应是受到一定限制的。
自然界由不满20种的元素构成生物，由不到30种元素构成人类。而化学家是有充分自由的，如包括人工元素在内已知道的有100种元素的性质，可以利用这些来为人类服务，不是就会有奇妙的可能性出现吗？
在有机物方面，也有同样的情况，看起来生物体内有多种多样的有机化合物，其原材料其实也受着限制。所有生物的共同原料是几种核酸碱基、20种氨基酸、几种糖、异戊二烯等有限的一些。首先，由于蛋白质是生命最重要的物质之一，让我们来讨论它一下。
所有的酶，所有的抗体，都是蛋白质。又如白喉毒素、蛇的毒素、胰岛素等激素也是蛋白质。这样，实际上蛋白质是具有奇妙机能的。蛋白质的种类是无数多的，实际上却只由20种氨基酸所构成。那倒并不是在无数的单体中选择了最佳的20种，而是在生命起源以前的原始的海洋中，在由于化学进化而偶然蓄积的物质中选择出来的。演变到现在则变成自然界要受“只能使用这20种氨基酸”的限制，由此却构成了无数的奇妙的蛋白质。可以想象：如果能够利用无数多的单体，化学家们、高分子科学家们应该可以为人类制造出远远凌驾于蛋白质之上的高分子来。
自然界在非常有限的原料和条件（温度、压力、环境的化学组成等）下制造了生命，终于出现了人类。不受这些限制的化学、化学工业不一定要以制造生命和人类为目标，由于人类的明智，可以制造为人类服务的各种奇妙的物质。这是21世纪的化学和化学工业。
科学家避开泥坑
那么，过去的化学、化学工业为什么不朝这个方向前进呢？这里必须简单地回顾一下化学、化学工业发展至今的过程。
现在的有机化学工业能制备六六六、滴滴涕等与生命无关的性质，我们每天接触的、对人类容易熟识的像蔗糖那样的东西则做得很少。即使进步到现在的化学工业，要经济地合成蔗糖还没法考虑。现在还是从甘蔗或甜菜（甜菜糖）来制造的。怎样才能实现这些物质的合成呢？
维生素B12的合成，可以算是近年来合成有机化学的最大成果。那是由最有名的合成有机化学家R. B. Woodward（1965年Nobel化学奖获得者）及包括日本在内的许多国家的优秀年轻有机化学家的协同努力，自1961年以来经过十年的岁月而成功的。我衷心认为这是奇妙的成果，然而在生物中即使最低等的细菌，细菌中最原始的，接近生命起源的，所谓Clostridium，也能容易地制造维生素B12，想到这一点，人们不由地有些觉得害羞。究竟怎么样才这样的呢？专门的化学史家或有机化学家也许是了解得较多的，我作为非专门的一个生化学家认为“学者一般不喜欢泥坑，喜欢用容易的方法，得到明确的结果”。这是所谓“正统的”研究。我认为所以会造成今天的局面，这至少是重要的理由之一。
不论是谁对生物都有兴趣，化学家中从拉瓦锡以来就对生物有兴趣。但是化学史上把有机化学整理成为体系的应该推柏赞列斯，他那个时代（1820年）的有机化学研究生物体内的成分，也研究生物体内的化学反应，那就是现在的生物化学。
其后，有机化学逐渐从生物体的化学离开了，1860年左右，开库勒的时代，已把有机化学给以同现在一样的碳化合物化学的定义了。因而柏赞列斯时代的有机化学实质上是生理化学，有机化学内容的这种变化，是因为19世纪前半叶的化学家避开泥坑，希望在研究中容易地得到明确的结果之故。他们以生物体内成分中容易结晶的物质为对象，对用有机溶剂萃取后除去溶剂能析出结晶的东西是欢喜的，于是这类物质在有机溶剂中的反应就成为有机化学的主流，其中70%以上是和水中的生物体系的化学不相关的异种物质。于是有机化学工业就以这样的传统发展了，发展成今天那样容易制备六六六、DDT，而不易合成蔗糖的有机化学工业。
能量消费型的化学
“生体内包括着各种各样物质，将是一个泥坑”。大多数化学家都是这样看的。实际上，一个小的细胞中有数百种以上物质，相互之间有反应。化学家欢喜有明确解释的简单的反应。典型的型式为A+B→产物。其中有溶剂，有时有催化剂（一般为一种）。这是“正统的”研究。把数十种物质放在烧瓶内使其反应的事，化学家却没有做过，因为那将发生不能解释的混乱现象。如果A+B→产物为热力学上需要能量的反应，一般必须给予活化能才能发生，因而在简单的反应体系中，就可以应用那些能促进反应的简易的方法（如高温、高压等和生命不相容的条件，同时又是消费很多能量的条件），这样的做法，其性质属能量化学。在大的化学工厂中，并列着进行A+B→产物的反应器，连接起来，由中央操纵。这是大型的体系。总而言之，是能量反应的累积，整个来说，是大能量的化学。
分子水平的系统化学
今后的化学工业将力求和自然及生命相适应，力求能量的节约，要做到这一点，非学习生物体系的化学的本质不可。
生物体系的化学为信息化学，分子水平的系统化学。从遗传信息提供了酶（生物体内的催化剂）的生产，根据环境信息而控制这一生产。所生成的酶，遵循这一分子所具的信息而识别物质，或成为适当的排列，以使在适合于生命的温和条件下使反应正常进行。这的确是分子水平的系统化学。
作为简单的例子，试看糖的醇发酵，整个过程为：
C6H12O16+2ADP+2Pi→2C2H5OH+2CO2+2ATP
这里，有几点是生物体内反应的特长。首先，这里除底物外有十三种酶、各种辅酶、无机的辅因子等多分子体系，根据酶的底物专一性的信息，秩序不会混乱，而且通过许多反应中间体 - 能量的代谢，结果2ADP+2Pi→2ATP那样热力学难于发生的反应也发生了，即根据分子水平的系统化学可以使热力学不稳定的物质也能生成。生物体系内的蔗糖或维生素B12的产生，也是由具信息（专一性）的许多酶的协力，而在分子水平的系统综合下进行的。作为能量化学而发展的有机化学，要在像蔗糖那样有许多相同的反应基团中，识别特别的基团，使其在特定的空间构型下反应，是颇为棘手的事。当然，发展至今天的合成有机化学，由于积累了经验，已克服了这一点。对于有机合成化学的进展，说成不外是在这方面做工作，也绝非言之过分。那就是在要反应的地方敞开着，而其余地方则用合适的锁锁住的办法，这即是所谓保护反应基。合成蔗糖时，将葡萄糖、果糖的不参与反应的OH基，用例如乙酰基来保护，反应完毕后必须将这一锁去掉。总而言之，在各种场合，要用合适的锁锁住。这就是现在有机化学的面貌。要成功这一点有许多困难，而且是不经济的。这方面的事实，如蔗糖、维生素B12的合成所示。
这里还举一个象征着化学工业的能量化学和生物体系的分子系统化学的例子，那就是空气中氮固定。化学工业上约在200大气压、数百度下用铁为化剂，这真不愧是能量化学。而固氮菌则在常温常压下，在含钼、铁等的酶的协力下进行，这种酶分子根据其所具的信息而排列，在分子水平的系统综合下，以高效率进行反应，是非常先进的分子系统化学。
二条道路
那么，今后的化学、化学工业将以何种形式发展呢？这将是循着过去化学所积累的大量知识和巧妙的理论体系、过去化学工业的经验加上对生物范围的化学特长的本质的理解而产生的。换言之，利用自然和生命的适应，应用丰富的能量，将具有能量消费少这一特长的生体化学，和原料及反应等远为自由度大的过去的化学、化学工业的特长统一起来，以此为目标，最终一定能完成原料自由度大的分子水平的系统化学，这是21世纪化学的真正技术革新。具体来说，太阳能利用的开发就是一个例子。
这里，我就特别关心的二种途径作简单介绍，作为本文之结束。
第一，开发从生物化学讲是专一性的，一般说来选择性高的化剂，这方面工作可以拿酶为模型作为参数，材料的选择是远为自由的，从这一点看，姑且不谈活性，从反应的多样性讲应远驾于酶之上。这方面的研究已可看出有相当地发展，总结很多，这里不再多说。但我要说的是这一方向的下一阶段，开发了专一性的化剂后，将其组合就可能成为分子水平的系统化学。在一个反应槽中，可以并列或依次进行各个反应，在那里进行物质 - 能量的交换。那时将发展像醇发酵中那样有秩序地进行许多反应，以成为ATP合成那样的合成化学方法。
第二个方法是学习化学进化及初期生物进化。当然，在这里，打破生物所不能具有的自由度是要的。比起天然化学的进化来说，将能实现为人类服务的更完善的化学的进化。这是我们在三年左右前开始的方面。首先，和生命起源最接近的Clostridium能合成维生素B12，这种奇妙的合成能力，不是突然一下子产生的，而是在生命起源以前的化学进化过程中逐渐形成，接着向着效率高的方向进化，然后导致生命的起源。学习这一方向，是学习分子系统化学的形成过程，在学习的基础上，以简单的系统化学可以开发高级的系统化学的技术，并开辟合成纤维素B12那样的分子系统化学。
分子体系化学的萌芽
我们的研究还完全是初步的，但是已经显示出将来的明显希望。原始的海洋中，由于化学进化而作为催化剂作用的Fe+++、Zn++、MoO4-、Cu++、Mn++、CO++等离子以比较高的浓度共存（多化剂），可以使CH2O、NH2OH等简单的原料，在水溶液中得到多种氨基酸（甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸、门冬氨酸、丝氨酸、脯氨酸），也得到甘氨酰甘氨酸等氨基酸的缩聚物，这样简单的多化剂体系已可从水溶液中得到甘氨酰甘氨酸，这样使热力学上难于生成的物质能够生成而受到注意。这可以认为是分子化学的萌芽，其发展前途是可以乐观的。
了解生物体系的化学本质，将其长处和原来的化学及化学工业的长处结合而成的新的化学和化学工业，这是现在所企求的，这一步已开始了，预期21世纪一定是化学和化学工业的时代。
（陆熙炎译）
________________
本文摘自《现代化学》（日文）1978年4期12页。