■第三只眼

　　絕大多數(shù)食物、藥品、燃料、塑料和合成纖維缺少了催化劑根本就不會存在，催化劑能為化學反應開啟一段快樂的旅程。然而，化學家還沒有完全搞清楚大多數(shù)催化劑是如何工作的，開發(fā)新型催化劑通常仍然依靠在實驗室中進行的反復試驗來完成。

　　但美國猶他大學的化學家獲取了在關鍵化學反應步驟上的足夠數(shù)據(jù)，可以精確地預測大多數(shù)有效催化劑的結(jié)構(gòu)，在產(chǎn)生極少量副產(chǎn)品的情況下，加速試驗過程。

　　找到關鍵規(guī)律，支撐全球化工

　　“我們能在反應空間內(nèi)很好地預測任何催化劑及其基質(zhì)的形成?！豹q他大學化學系教授馬修·西格曼說。

　　西格曼表示，新的路徑能幫助化學家設計催化劑，不僅僅能夠在增量上讓新的催化劑更好，還能制造全新的產(chǎn)品。當分子之間相互依附和進行形狀轉(zhuǎn)換的時候，借助于這種更清晰的認識，化學家或許能夠進一步掌控現(xiàn)在被認為不重要或者不可行的化學反應。

　　“現(xiàn)在我們能夠找出來究竟什么對我們是重要的，這是事情的規(guī)律所在?！辈┦亢笱芯咳藛T阿奈特·米洛說，“這對于開發(fā)下一代催化劑具有絕對重要的意義?！?/p>

　　催化劑的價值很難準確衡量。有一種估計認為，超過三分之一的全球經(jīng)濟產(chǎn)值依靠催化劑參與的生產(chǎn)過程。

　　從化學制造業(yè)減少廢物流的努力取決于這項技術帶來的新型催化劑，可再生能源技術如燃料電池和人工光合作用也同樣如此。

　　避免“伸錯手”，杜絕大量浪費

　　在新的研究中，研究人員專注于在很多有潛在強大藥理作用的化合物中構(gòu)建一個碳環(huán)結(jié)構(gòu)的反應。他們選擇這個實驗是因為在實踐中它很重要，但同時由于它還是一個復雜的反應，所以使用標準的技術手段并不能將這種反應檢測出來。

　　“對于這些反應人們知之甚少，所以設計起來異常困難?！蔽鞲衤f。

　　最戲劇性的部分是用被設計過的“左右手性質(zhì)”來操控反應以產(chǎn)生不同的結(jié)構(gòu)?；谔嫉幕衔锟梢越M裝成鏡像圖像或映射形式。它們都有相同的原子，但是原子空間排列的變化會改變?nèi)S結(jié)構(gòu)。

　　這種形式的不同很大程度上像人類的左手和右手。一般而言只有其中一種形式會擁有被設計的化學活性?！澳憧梢韵胂笤谝粋€分子和它的目標之間進行的一種握手?！泵茁逭f，“你不能伸錯手?！?/p>

　　一個完美的催化劑能夠讓化學反應只產(chǎn)生一種被設計過的鏡像形式，原始材料不應該被浪費在無效對應異構(gòu)體的合成上，研究人員的努力也是在試圖杜絕這種浪費。

　　他們生成了一系列催化劑，在分子的特定位置上，用一系列不同的原子或者原子團來替換進而改變大小和電子屬性，在一整套催化劑所作用的化學基質(zhì)中也可以采取同樣的手段。

　　使用上述整套實踐方式，可以讓研究人員測量選擇性的給定催化劑如何生產(chǎn)出經(jīng)過設計的產(chǎn)品。

　　數(shù)據(jù)庫巨大，可精確預測方案

　　這些實踐也催生了一個巨大的測量數(shù)據(jù)，重要的是，研究人員并沒有放棄任何結(jié)果。

　　“這是大數(shù)據(jù)的前提?！蔽鞲衤f，“沒有所謂的‘壞’結(jié)果，每個結(jié)果都很重要。”研究人員使用這個數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)分析，來辨別催化劑和基質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征。

　　他們發(fā)表在《科學》雜志的論文聲稱，他們已經(jīng)開發(fā)出一個能預測結(jié)果的計算機模型。用20種不同的催化劑和基質(zhì)進行配對的另一種試驗結(jié)果顯示，這個模型可以精確地預測選擇性。

　　為了繼續(xù)跟蹤完善這個強大的數(shù)據(jù)庫，研究人員需要搜集所有有關的信息。在其中一個實例中，他們根據(jù)分子被修改的位置，繪制出每種催化劑在與不同基質(zhì)匹配時候變化的選擇性?！斑@是最有趣的部分?！泵茁逭f。

　　西格曼說：“我們的計劃是將之輔助應用并尋找新的問題。”