美国化学会年会是世界上规模最大、历史最悠久的化学界盛会之一，每年春秋两季各召开一次，迄今已有100余年的历史。它是全世界化学家共同的舞台，在化学学科发展的过程中充当了重要的交流平台――不仅是科研成果的展示，更带来科学思维的碰撞。近年来它对于化学学科的许多新生长点，例如绿色化学、能源化学、可持续性化学等，也起到推波助澜的作用。在2014年美国化学会秋季会议之际，《自然》的这组报道对化学中的重要分支――有机化学在近年来开始发生的深刻变革，进行了深入浅出的介绍，也带来了有益的思考。
有机合成与我们的日常生活息息相关。它从医药、材料、能源等方面深刻影响人们的生活方式。进入21世纪，我们越来越依赖于合成产品。然而，与此形成强烈反差的是，合成化学家的形象和他们的工作方式却只给了人们一个模糊不清的影像，正如文中所描绘的“炼金术士”一般地穿着白大褂、不谙世事的老者的概念。这种距离恰好反映了有机合成研究工作的专业性：有机合成化学家通常要接受几年至十几年的职业学习和训练，很多人需要取得硕士和博士学位；即便如此，精细的专业划分也使他们所擅长的领域泾渭分明。然而，来自有机合成领域内部的积累和思考，加上来自其他学科包括工程科学、信息科学、分析科学的强大助推，在不久的将来，可能会使这一学科及其技术以全新的面貌为人们提供更好的服务。
变革的第一步是用自动合成机器代替人工，合成化学前沿研究所需要的分子。如果一个大学生能够替代数十个“炼金术士”，无疑从节约人力和时间角度具有巨大的吸引力。当然我们需要借助一部非常精密可靠的自动合成机器。这部机器的任务比任何一台数控机床都要复杂的多――它加工的对象是在由原子组合而成的千变万化的有机分子，而它的“刀具”则是微观上操控共价键的化学反应。值得欣喜的是，以美国麻省理工学院、日本东京大学和英国剑桥大学和南安普敦大学的化学家为代表的科研人员，已经在自动合成机器方面取得了长足的进步。更重要的是，他们的技术和理念已经开始对制药工业界产生了立竿见影的影响。
接下来的一步则要困难得多：如何为自动合成机器装上一个智能的化学大脑。这样的智能合成机器将利用大数据分析能力找到几乎能合成任意有机分子的最优――这正是众多顶级“炼金术士”穷其毕生精力学习和积累试图获得的秘方。当然该机器也完全胜任实际的合成工作，这是它在上一阶段已经获得的能力。这样，一个粗通化学基本常识的中学生，只要输入一个有机分子的结构，机器将很快直接输出真实的合成产品。麻省理工学院化学家的不懈努力让我们看到了这种智能机器的可能性。当然，如果这类机器发展到较高阶段，“炼金术士”的主要职责也将从“炼金”转为研制“炼金机器”，而具体操作任务将变得极其简化。
最后一步在目前看来则是遥不可及的梦想。如果我们在机器上输入一种功能，例如“抗禽流感病毒H7N9”，则机器可以将这种功能“翻译”成化学结构，并自动设计合成路线以及输出产品。这将是药物研发领域梦寐以求的图景，也会对我们的未来产生巨大而积极的改变。
正如20世纪初的化学大师们根本无法想象今天的化学所达到的高度一样，我们也无法预料未来的化学将以何种神奇的方式改变人类的生活。可以肯定地是，尽管面临很多挑战，经过化学家的不断思考和探索，化学合成将会更绿色、更高效、更易懂、更贴近我们每个人的生活。
本文作者李昂是中科院上海有机化学研究所研究员
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