若干化学前沿领域和热点问题

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1、化学的若干前沿领域和热点问题陆文聪上海大学化学系1若干化学前沿领域以可持续发展为目标的绿色化学化学反应动态学和理论化学在QSAR和QSPR基础上合成功能分子生命化学快速、超微量、在位、活体分析和检测手段超分子化学和纳米化学2若干化学热点问题环境问题：治理空气污染（汽车尾气处理）、抑制全球变暖（二氧化碳的化学）能源问题：燃料电池、氢能、太阳能生活问题：塑料、药物、食品与营养3若干化学相关前沿课题蛋白质的结构和功能问题纳米材料化学问题节能减排问题3.1蛋白质的结构和功能问题蛋白质的结构：一级结构：构成蛋白质的单元氨基酸通过肽键连接形成的线性序列，为多肽链。二级结构：一级结构中部分肽链的弯曲

2、或折叠产生二级结构。多肽链的某些部分氨基酸残基周期性的空间排列。现已报道的蛋白质中二级结构共有四种:α-螺旋，β-折叠，β-转角，无规卷曲。三维结构：特有的空间结构，蛋白质的构象。3.1蛋白质的结构和功能问题蛋白质的功能：（1）结构蛋白质：角蛋白，胶原蛋白，弹性蛋白（2）有生物活性的蛋白质：酶，激素，免疫球蛋白（3）食品蛋白质：凡可供食用，易消化，无毒和可供人类利用的蛋白质实例：蛋白质结构类型的预测蛋白质四种结构类型：all-all-/+数据集和变量描述训练集498个，作5份交叉验证（5-CV）测试集277个，检验模型的泛化能力组成蛋白质多肽链的20种基本氨基酸的含量每个样

3、本计算其氨基酸组分含量,得到20维的特征向量,并对其进行归一化处理,用此特征向量表征相应的样本DatasetAlgorithmRateofcorrectpredictionforeachclassOverallRateofCorrectPredictionall-all-/+TestsetN=277Componentcoupled84.3%82.0%81.5%67.7%79.1%Neuralnetworks68.6%85.2%86.4%56.9%74.7%SVMs74.3%82.0%87.7%72.3%79.4%AdaBoost87.14%95.08%98.77%81.54

4、%90.97%5-CVN=498Componentcoupled93.5%88.9%90.4%84.5%89.2%Neuralnetworks86.0%96.0%88.2%86.0%89.2%SVMs88.8%95.2%96.3%91.5%93.2%AdaBoostalgorithm96.26%92.06%98.53%89.92%94.18%结果和讨论3.2纳米材料化学问题纳米氧化铝产业化的绿色化学问题：3.3节能减排问题在“硬件”（生产设备）一定的条件下，能否通过改变“软件”（生产控制或操作条件）达到优化生产（节能减排）的目的？以合成氨生产为例说明这个问题。氨合成指合成氨原料气（氮氢

5、混合气）在高温、高压和催化剂存在下直接合成为氨的工艺过程。反应是放热、缩小体积的可逆反应，温度、压力对此反应的化学平衡有影响。合成氨的化学反应压强大有利于反应，但太大的压强需要的动力就大，对材料要求也会增高，这就增加了生产成本。在实际生产中，压力选用30MPa氨的合成在较低温度下进行有利，但温度过低，反应速率会很小。采用铁触媒（以铁为主，混合的催化剂），铁触媒在500°C时活性最大。基于数据挖掘的优化系统——DMOS（DataMiningOptimizedSystem）直接利用生产数据建立优化目标（产品质量更好、生产效率更高、能量消耗更低）与生产操作条件的关系模型，进而设计和定制计算机

6、软件系统，供用户在线或离线进行生产优化操作指导，从而达到优化生产的目的。节能减排的实现途径DMOS优化控制系统软件结构数据采集建模与模型维护诊断与预测操作指导公用程序生产数据简易方法库数据库模型库实例：合成氨产量优化建模总样本区优类样本约占49.45%，优类样本区中优类样本约占95.38%。项目实施后的经济效益合成氨增产效益：月平均增产1717.13吨，月增产合成氨取得的利税值为68万元。降低消耗效益：每吨氨所耗新鲜气下降了41立方米，电耗下降76.1Kwh，直接效益125.41万元。岗位操作人员由8人减至5人，节约人工成本取得的效益为0.60万元/月。综合经济效益为194.01万元/

7、月。展望随着现代科学技术的发展，化学的研究与应用领域也不断扩大，它不仅与化学化工直接衔接，而且实现与生命、医学、药物、能源、材料、环境、农学、信息等学科领域的交叉和渗透，化学前沿领域的不断发展和热点问题逐步解决必将进一步发挥化学基础学科对相关学科的支撑和促进作用。20Thankyou绿色化学（GreenChemistry）利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染；反应物的原子全部转化为期望的最终产物。绿色化学又称“环境无害化学”、“环