一种可能治愈哮喘的核心分子通常需要四个步骤来合成。Chematica软件却能够展示如何一步完成该分子的合成，同时还能够显示如何一步制造同族的其他分子。
由不同电脑连接而成的巨大的全球网络，改变了计算机的使用甚至整个世界。现在，由伊利诺州西北大学的化学工程师巴托茨·克利波斯奇（Bartosz Grzybowski）带头的一个小组通过把近250年的化学知识整合到软件包中，创造了一个名为Chematica的化学网络。该网络涵盖了各种物质的知识，其中包括药物、燃料和塑料。
这个化学网络并非是用电线将各个电脑连接起来，而是以七百多万种不同的物质为节点，以化学反应的知识为连接。比如说A通过反应可以得到B，这便是A和B之间的一种连接。克利波斯奇说：“你可以把它看成一个综合的装满了化学知识的大脑。”
这种化学知识的重组整合，不仅能够探索更加低成本或更高效的制造已有药物的方法，而且还具有在罪犯之前发现制备有潜在危害的化学药品的简单方法的能力。如果该软件能够具有接受新规则和已有知识的调整的能力，它甚至可能提出实用的制造全新化合物的方法。
那么这个化学网络拥有哪些“异能”呢？在某种程度上，化学就像是做菜――将几种不同的成分混合，然后得到新的东西。正如做饭有千种方式，而化学家们也有万种选择。
“一锅法”的奇迹
制造一种特定分子或者是药物的通常途径是将其拆分成简单的分子，然后想办法得到这些简单分子。由于每一步都有多种执行方法，因而可选方案急速增加。这样的结果就是，人们通过一系列试验过的方法，相互拼接整合，来确定化学品的生产方式。但是，这种方式并不是最佳选择。
英国格拉斯哥大学的化学家李·克罗宁（Lee Cronin）说：“人们都会用一些用烂了的方法（来生产化学药品），他们没办法。”克利波斯奇补充说：“没有人能够一直想着哪种方法更好，如果一个人以这种方式来思考问题，这也是荒唐的。”
然而，克利波斯奇说，新创造的Chematica软件能够通过算法来发现更多的理想方法。克利波斯奇和他的小组花了约10年的时间建立了这个巨大的联通的数据库。可想而知，他们收集的信息量有多么巨大。“我们从不同的来源、期刊、数据库整合了这些信息，”克利波斯奇说，“前五年的时间我们都在编辑数据库。”
他们还同时为Chematica编入了86 000余条规则，比如有水还是无水条件，所需的酸碱平衡，不同溶剂的互溶度，以及一些物质的还原性和氧化性。这些规则的编写又花了两年时间。克利波斯奇将这个过程比喻成将五个人的大脑的容量综合到大的算术表中。
克利波斯奇和他的小组的工作很快得到了回报。该软件已经发现了许多“一锅法反应”。这些倍受欢迎的化学反应相当于在一开始把所有原料都加在一起，直接获得美味的新物质，却不需要经历化合物被隔离纯化这些中间过程。这样一比较，化学家们“做菜”就太慢了。克利波斯奇说，在全世界的化学品生产中，80%的花费都用在了中间产品的纯化上。
克利波斯奇发现，Chematica能够发现至少一百万种从前不知道的“一锅法”反应，尤其是一组能够治疗哮喘的化合物。过去，这些药品只能通过一系列单独的步骤来生产。每个步骤都需要在下一步开始前对产品进行耗时耗力的纯化工作。
克利波斯奇小组在这些“一锅法”反应中，对最突出的一个，原先是四步的反应进行了试验。他们发现几乎50%的原料都转化成了最终产品，约略是四步法产出率的两倍。（发表于AngewandteChemie，DOI:10.1002/anie.201202155）
“这个结果让人振奋，它表明了化学品生产还有巨大的提升空间。”克罗宁说，同时他想知道，该软件的算法是否适用于有上百步的反应。
Chematica除了能够提供“一锅法”反应外，还有别的用途。它可以根据随着地点而改变的人力和原料成本等条件，来确定生产同一物质的成本较少的方法。
该软件探索多种途径的能力，让它能够找出许多对于人类化学家来说算得上非直观的方法。比如说，使用贵一些的原料，但是却降低生产成本的生产方法。
克利波斯奇用Chematica软件对51种产品做了实验。这些产品由他自己所拥有的波兰化学公司ProChimia Surfaces生产。结果是该软件通过综合分析条件，能够将产品的生产成本由平均39.6美金/克，降低到21.5美金/克，相当于节约了45%的成本（见Angewandte Chemie杂志,DOI:10.1002/ange.201202209）。同时该软件还能用于消除其他因素，如对环境有害的化学物质的产生。
克利波斯奇说，他已经把Chematica卖给一家制药公司，并且正在和其他两家公司洽谈。“人类在选择途径中所起到的作用是无法替代的。但是Chematica软件明显可以提供更多选择，多到超过一个人甚至是一整个公司能想到的。”牛津大学化学家罗伯特·帕特（Robert Paton）这样说道。
克罗宁说，由于改变化学途径并不简单，实现这些理论积蓄（指Chematica发现的“一锅法”反应等）会十分困难。他说：“化学工业反应迟缓。如果你已经在一个工厂里投资了三千万美金，你肯定不会拆掉它。”
Chematica的功能远不止综合条件分析确定方案。克利波斯奇还在探讨如何使用Chematica来发现采用看似无害的物质来制造化学武器的潜在恐怖分子。
他建议，当局在监视嫌疑分子时，可以使用Chematica算出嫌疑分子可能拥有的危险化学品的各种组合。忽略掉这些化学品的潜能对于普通人来说是很正常的事。
为了证明这一点，克利波斯奇与其小组试图用超市里都能买得到的物品来制造致命的VX神经毒气。Chematica显示，九种常见的材料，包括水、盐和氨，通过相对较短的化学途径能够产生这种气体（见Angewandte Chemie,DOI:10.1002/anie.201202210）。“我不知道本拉登是否知道这个，但是我是不知道这种方法的。”克利波斯奇说。同时他补充说，他正在和政府机构合作，开发利用Chematica保护国家安全的功能。
恐怖分子很有可能利用Chematica来帮助他们生产化学武器。但克罗宁认为把知识公开更好，他说：“如果有人现在想造化学武器，这变得空前的简单了。但这种方法也让我们能够开放而聪明地关注这个问题。”
资料来源 Newscientist
责任编辑 粒 灰