2019年是化学范畴非常特别的一年。2019年有两个重要的纪念日:世界朴实与运用化学联盟(IUPAC)建立100周年，以及迪米特里·门捷列夫初次宣布元素周期表150周年。IUPAC是一个全球性的安排，在很多的安排中，它为化学研讨、教育和交易建立了一种一起的言语。在建立100周年纪念日上，IUPAC初次发布了化学范畴十大新式技能名单：纳米农药、对映挑选性有机催化、固态电池、活动化学、反响挤出、用于集水的MOFs和多孔资料、挑选性酶的定向进化、从塑料到单体、自由基聚合反响的可逆失活和3D生物打印。
1、纳 米 农 药
跟着世界人口不断添加，一些猜测标明：到2050年，咱们将有将近100亿人口。为了维护作物可持续开展，需求很多添加农业产值，最大极限地削减土地利用对环境的影响，削减所需的水量，并削减人口数量及农药化肥污染。现在，纳米技能正在招引来自制药和健康职业以外的重视。量身定制的纳米运送体系也可以成为农人的一个很好的东西，由于它将终究处理传统农药的首要问题，如环境污染，生物累积和抗虫灾等。
尽管在大多数情况下，效果的前进非常有限。但是，在某些情况下，研讨人员观察到在试验室条件下效果前进了一个数量级。咱们依然需求在田间条件下对纳米杀虫剂的成效进行恰当的评价。
2、对映挑选性有机催化
化学家一向遭到大天然的启示，几年前，研讨人员愿望有一种新式催化剂，与大多数天然酶相同，且不需求运用贵重的金属。“有机催化”诞生于20世纪90年代后期，从那以后它一向不断开展。依据该范畴的抢先专家之一Paolo Melchiorre的说法，有机催化是成功的，由于“它非常民主，每个人都可以在不需求贵重的试剂或手套箱的情况下运用它，这使得许多年青的研讨人员可以开端他们独立的研讨生计，并敏捷组建了一个世界专家社区，成为没有金属的催化思维的巨大孵化器，“他解说说。
开端，一些化学家批判有机催化不像它宣称的那样绿色。它需求高催化剂负荷，且反响后很难收回催化剂，这好像违反了催化的界说。但是，Melchiorre指出了研讨人员应怎么战胜大多数这些问题，并表明有机催化的开端焦点是“开发新办法而不是下降催化剂负荷”。但是，由于化学家了解下降催化剂用量或许发作的工业影响，他们只运用百万分之几的有机催化剂来拟定手性碳 - 碳键的办法。“这依然无法与金属相媲美，但本钱要低得多，”他弥补道。
3、固 态 电 池
关于许多其他运用，聚合物或许是最好和最经济的处理方案。法国运送公司Bolloré现已在制作和商业化依据聚合物的固态电池，它们首要用于网络连接传感器。
依据聚合物专家Tanja Junkers的说法，“电荷运送聚合物的确令人入神 ，但仍有许多研讨要做，特别是由于固态电池组件如此严密地结合在一起，以至于了解每个组件的行为都非常杂乱。”
学术界和工业研讨人员正在密切合作，开宣布更好的非破坏性操作技能即电子显微镜和核磁共振，以了解固态电池的功能。关于大多数用处，该技能仍需求几年的开发。
4、流 动 化 学
早在2015年，麻省理工学院的化学家就证明了活动化学的潜力，可以创造出经典批次技能难以完成的定制聚合物。据该范畴的专家介绍，其流程更快，更简略，更牢靠，这与联合国可持续开展方针非常共同。
最近的实例乃至现已显示出活动化学可以承受有害试剂（如有机锂化合物）的潜力。化学家完成了100千克规划的verubecestat前体组成，这是一种医治阿尔茨海默病的III期候选药物。最近的其他实例包含环丙沙星（一种必需的抗生素）的活动组成，该体系可以每天剖析多达1500个反响条件，加快了新药和现有药物的最佳组成途径的发现。
5、反 应 挤 出
跟着活动化学的发作，反响性挤出成为一种答应化学反响彻底无溶剂化的技能。但是，它发作了许多工程应战，由于它需求对现有的工业流程进行全面的从头规划。尽管挤出工艺已被聚合物和资料专家广泛运用和研讨，但现在有其他化学家开端研讨它们在制备有机化合物方面的或许性。
生物技能公司Amgen研发了优化的共晶组成技能，可用于医治缓慢痛苦，这也是机械化学组成的第一个比如，可扩大到数百克。此外，英国的科学家们现已运用反响性挤出进行有用的深低共熔溶剂制备。前面的比如都触及分子内相互作用，但不是新共价键的发作。但是，化学家们最近研发了金属有机骨架（MOFs）的构成和螺杆挤出的离散金属组成物，为更清洁，更可持续的无溶剂化学拓荒了新的或许性。
6、用于集水的MOF和多孔资料
据联合国（UN）称，水资源缺少影响了全球40％以上的人口，最重要的是，非常之三的人无法取得安全办理的饮用水服务。像MOF这样的多孔资料具有海绵状化学结构，具有微观空间，可以挑选性地捕获分子，从气体，水，到更杂乱的物质，如药物和酶等。尽管一些研讨人员专心于MOF在药物运送和气体净化中的运用，但Omar Yaghi偶尔发现了它们从大气中捕获水的巨大潜力。“当咱们研讨将焚烧后气体吸收到MOF中时，咱们注意到一些MOF与水分子发作了共同的相互作用，”Yaghi解说道。他们想知道是否有相同的资料可以用于在干旱气候中从大气中捕获水分，然后很简单被开释用于搜集。“这种技能是绝无仅有的，由于它可以从枯燥的沙漠空气中获取可饮用量的纯净水，除了天然阳光之外不需求其他能量，”Yaghi说。
只需一公斤的MOF就能在湿度低至20％的情况下每天收成2.8升水。在开发更高容量，且更廉价的集水资料时，Yaghi在工业规划上测验了他们的MOF水收割机，及其他具有相似才能的多孔资料，如硅基、无机多孔固体及模仿仙人掌刺结构的仿生多孔外表资料。Yaghi认为，他们在从低湿度空气中吸收水的才能不如MOF。
7、挑选性酶的定向进化
酶的定向进化取得了2018年诺贝尔化学奖。经过定向进化发作的酶可用于制作从生物燃料到药物的全部物质。“定向进化需求对数万种变体进行试验测验，终究供给高活性酶，”研讨人员Sílvia Osuna解说说，他经过先进的计算办法研讨酶。她认为，与试验中人工进化的天然酶比较，经过合理规划发作的最活泼的酶“依然体现得相当差。”
定向进化的局限性尚待发现。近来，研讨人员运用定向进化“破解”植物酶细胞色素P450。现在，它们可以很简单地将碳 - 氢键转化为更杂乱的不对称碳 - 碳键。
8、从塑料到单体
“循环经济无疑是方针，”Tanja Junkers说。化学家应该再次遭到大天然的启示。在那里，“全部都被重复运用，咱们应该对咱们的组成资料做相同的工作。”这种战略将一箭双雕，“它将处理长时间可收回性的问题，并且找到适宜的首要聚合物构件的来历。”
一些聚合物，如聚乳酸（PLA），只需运用热量就可以很简单地再循环到其他的单体中。其他如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）可以有用分解成它们最基本的单体。首要，用乙二醇处理聚合物，乙二醇将长聚合物链断裂成低聚物。这些较小的碎片在较低温度下熔化，因而可以过滤以除掉任何杂质。然后，一旦资料被净化，它就彻底分解成单体，然后经过蒸馏再次纯化。
9、自由基聚合的可逆失活
“自由基聚合反响失活（RDRP）是二十多年前创造的，它彻底改变了聚合物世界，”Junkers解说道。“这些办法都依赖于对其他简直无法操控的链式反响施行操控的机制，使咱们可以规划出与天然界挨近的高精确度的聚合物，”她说。RDRP聚合物已在各种范畴中得到运用：修建，印刷，动力，轿车，航空航天和生物医学设备仅仅其间的一些比如。“大多数时分，咱们运用这些聚合物却没有意识到这一点”。
研讨人员表明RDRP聚合物仍有很大的开展空间，特别是在寻觅更环保的聚合处理方案方面。现在有许多办法只运用光来操控RDRP进程，该办法可用于活动体系，这将使它们朝着愈加绿色的聚合物和塑料组成方向开展。
10、三维生物打印
生物打印是当今最风趣的技能之一。运用由活细胞以及生物资料和生长因子制成的3D打印机和墨水，化学家和生物学家现已设法制作出与其天然版别简直无法区别的人工安排和器官。3D生物打印可以彻底改变确诊和医治办法，因而人工安排和器官可以很简单地用于药物挑选和毒理学研讨。这项技能乃至可以为不需求捐赠者的抱负移植创造条件。现在，科学家们现已可以对管状安排（心脏，尿道，血管），粘性器官（胰腺）和固体体系（骨骼）进行3D打印。最近，剑桥研讨人员乃至设法对视网膜进行三维打印，细心堆积不同类型的活细胞层，以发作一种在结构上相似于原生眼安排的结构。
凭仗“化学十大新式技能”方案，IUPAC不只庆祝其曩昔100年，并且还展望了化学的未来。这些前进中的每一项都具有促进社会福祉和地球可持续性的巨大潜力。因而，IUPAC将持续在化学世界的未来运用中展现这些新式的化学、资料和工程技能。咱们的方针是促进和杰出化学在日常日子中无处不在的奉献，并鼓励新一代年青科学家无畏地承受咱们所面对的应战，使他们可以经过研讨、创业和创造力找到处理方案。
来历：ChemSciHub
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