信息化學(xué)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)論

前言

從科學(xué)史看，科學(xué)數(shù)據(jù)的大量積累往往導(dǎo)致重大科學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)。19世紀(jì)60年代，化學(xué)積累了數(shù)十種元素和上萬(wàn)種化合物數(shù)據(jù)，門(mén)捷列夫（1834-1907）把這些元素按相對(duì)原子質(zhì)量大小次序排列，發(fā)現(xiàn)其化合物性質(zhì)發(fā)生周期性的變化，于1869年提出元素周期律（信息化學(xué)史上的重大里程碑），為發(fā)現(xiàn)新元素和玻爾（Niels-Ienrik David Bohr，1885-1962）建立原子模型指明了方向。20世紀(jì)30年代，人們積累了100多萬(wàn)種化合物數(shù)據(jù)，結(jié)合量子化學(xué)成就，導(dǎo)致鮑林（L. Pauling，1901-1994）提出共價(jià)、電價(jià)和氧化值概念，以及d鍵、7c鍵、雜化軌道、電負(fù)性、共振結(jié)構(gòu)等概念，總結(jié)出化學(xué)鍵理論，對(duì)20世紀(jì)化學(xué)的發(fā)展起了重要作用。因此，有理由相信，當(dāng)今海量化學(xué)數(shù)據(jù)的積累，也將導(dǎo)致重大化學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)（徐光憲，2001）。如果說(shuō)數(shù)據(jù)挖掘是繼網(wǎng)絡(luò)之后新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，生物信息學(xué)是繼IT技術(shù)之后新的投資點(diǎn)，那么，信息化學(xué)將會(huì)繼生物信息學(xué)之后，成為科學(xué)研究領(lǐng)域的新?tīng)款^學(xué)科。組合化學(xué)和高通量篩選為藥物研制提供了新技術(shù)支持，同時(shí)也給信息化學(xué)的發(fā)展提供了良機(jī)。藥物設(shè)計(jì)上，信息化學(xué)至少面臨兩方面挑戰(zhàn)：①如何更好地識(shí)別與表達(dá)有機(jī)小分子的化學(xué)信息，尤其是與生物活性、毒性相關(guān)的立體結(jié)構(gòu)信息，更有效地發(fā)掘構(gòu)效關(guān)系、選出類(lèi)先導(dǎo)（1eadlike）或類(lèi)藥（druglike）結(jié)構(gòu)，將其用作配體進(jìn)行組合化學(xué)衍生與高通量篩選；②開(kāi)放式研究機(jī)制，包括采用開(kāi)源軟件與建設(shè)公共數(shù)據(jù)庫(kù)。藥物與受體相互作用過(guò)程，首先是分子識(shí)別問(wèn)題。人類(lèi)若想延長(zhǎng)生命，就要奇跡般地控制人體組織中的分子，但弄清這個(gè)問(wèn)題比控制分子更重要。計(jì)算機(jī)技術(shù)是目前信息化學(xué)的基本實(shí)驗(yàn)工具，原屬于計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)理論領(lǐng)域的諸多抽象概念和先進(jìn)模型已成為實(shí)用的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，并成為與生物、化學(xué)和藥學(xué)等領(lǐng)域相互交叉、影響和促進(jìn)的高新技術(shù)增長(zhǎng)點(diǎn)和前沿應(yīng)用領(lǐng)域。當(dāng)前，信息化學(xué)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展基本上都處于起步階段，各國(guó)所擁有的條件也大體相同。在條件具備的大學(xué)里建立信息化學(xué)專(zhuān)業(yè)或化學(xué)系開(kāi)設(shè)信息化學(xué)課，培養(yǎng)跨學(xué)科的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才，以滿(mǎn)足我國(guó)將出現(xiàn)的對(duì)信息化學(xué)專(zhuān)業(yè)人才不斷增長(zhǎng)的就業(yè)市場(chǎng)需求。通過(guò)對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（包括計(jì)算化學(xué)數(shù)據(jù)）的獲取、加工、存儲(chǔ)、檢索與分析，進(jìn)而揭示數(shù)據(jù)所蘊(yùn)含的化學(xué)意義。化學(xué)信息已然深入到化學(xué)、化工的方方面面，超分子化學(xué)、蛋白質(zhì)工程、藥物化學(xué)、綠色化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、腦化學(xué)、材料化學(xué)為信息化學(xué)提供了蓬勃發(fā)展的契機(jī)，創(chuàng)造了施展身手的空間。

內(nèi)容概要

信息化學(xué)學(xué)科的建立得益于化學(xué)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期積累與近代數(shù)學(xué)的進(jìn)步以及計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)整合化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)資源與CPU計(jì)算資源，旨在探索與揭示化學(xué)現(xiàn)象傳遞出的復(fù)雜性信息。信息化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)包括系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)，J2SE、XML與J2EE編程，網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)及其挖掘技術(shù)和并網(wǎng)集群計(jì)算等。本書(shū)涉及的信息化學(xué)實(shí)驗(yàn)有化學(xué)模擬計(jì)算、化學(xué)結(jié)構(gòu)可視化編程、化學(xué)數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)發(fā)現(xiàn)及分子動(dòng)漫與高分子信息化學(xué)實(shí)踐。21世紀(jì)，化學(xué)的諸多領(lǐng)域，如生命工程、藥物開(kāi)發(fā)、綠色農(nóng)藥、環(huán)境化學(xué)、腦科學(xué)、碳計(jì)算機(jī)化學(xué)合成與材料分子工程等，會(huì)因?yàn)樾畔⒒瘜W(xué)的參與而多姿多彩。    本書(shū)可供高等學(xué)?；瘜W(xué)專(zhuān)業(yè)和應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)使用，也可供從事與化學(xué)研發(fā)有關(guān)的IT人士參考。

書(shū)籍目錄

前言引言  化學(xué)現(xiàn)象傳遞的復(fù)雜性信息技術(shù)篇　第1章  系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)　第2章  Java編程語(yǔ)言　第3章  網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器操作系統(tǒng)　第4章  可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言：XML　第5章  J2EE網(wǎng)絡(luò)框架　第6章  數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)　第7章  數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)及其挖掘技術(shù)　第8章  集群計(jì)算實(shí)踐篇　第9章  計(jì)算化學(xué)　第10章  化學(xué)結(jié)構(gòu)可視化編碼技術(shù)　第11章  化學(xué)數(shù)據(jù)挖掘　第12章  分子動(dòng)漫與高分子信息化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)展主要參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：純度是化學(xué)家追求的目標(biāo)之一，然而不純所造成的復(fù)雜性卻為實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)了廣闊前景。半導(dǎo)體及1986年以來(lái)的高溫超導(dǎo)體都是在純度上做文章，由于不純“連續(xù)”變化，有可能在性能上出現(xiàn)新的“大起大落”。這樣一來(lái)，在新材料開(kāi)發(fā)方面，不純比純更成為研究的方向。當(dāng)然，問(wèn)題不是盲目地撞大運(yùn)，而是能有效地控制“雜質(zhì)”，半導(dǎo)體（包括導(dǎo)電高分子）的歷史說(shuō)明了這點(diǎn)。事實(shí)上，過(guò)去的材料從金屬材料、無(wú)機(jī)材料到有機(jī)高分子材料及其復(fù)合材料，都是在技術(shù)上改進(jìn)質(zhì)量控制和生產(chǎn)過(guò)程控制，距離“科學(xué)”很遠(yuǎn)。材料科學(xué)與技術(shù)取得發(fā)展并成為獨(dú)立學(xué)科后，為實(shí)現(xiàn)某項(xiàng)技術(shù)要求的材料功能，將有關(guān)組分按一定比例與方式組合。在各組分功能已知的情況下，新功能的實(shí)現(xiàn)就僅是這些組分的合理配伍了。在這個(gè)領(lǐng)域中，配方的設(shè)計(jì)對(duì)于復(fù)合材料性能產(chǎn)生巨大影響，成為信息化學(xué)與分子工程學(xué)研究的一項(xiàng)內(nèi)容（高分子反應(yīng)采用反應(yīng)動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型方法模擬，高分子形態(tài)主要用Monte Carlo方法模擬）。設(shè)計(jì)具有特定優(yōu)異性能的高分子材料（如航天材料）還有相當(dāng)難度，是分子設(shè)計(jì)的一個(gè)方向。環(huán)境科學(xué)向化學(xué)提出的基本問(wèn)題，已從早期的分析監(jiān)測(cè)方法和環(huán)境治理方法轉(zhuǎn)向環(huán)境過(guò)程研究。①環(huán)境過(guò)程化學(xué)：環(huán)境化學(xué)過(guò)程的跟蹤、分析、模擬與預(yù)測(cè)。②環(huán)境生物化學(xué)：研究天、地、生物間相互作用的基本化學(xué)反應(yīng)，尤其是人和生物對(duì)外來(lái)物質(zhì)與能量所做的應(yīng)答，以及人類(lèi)生活、生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)環(huán)境影響的化學(xué)評(píng)價(jià)。生態(tài)環(huán)境中，往往有種類(lèi)繁多、形態(tài)復(fù)雜、性質(zhì)各異、含量極微的化學(xué)物質(zhì)。這些活性化合物間相互作用錯(cuò)綜復(fù)雜，既有線性變化，又有非線性變化，或介乎于線性與非線性間的變化；既有化學(xué)變化，又有生物變化。

編輯推薦

《信息化學(xué)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)論》是由科學(xué)出版社出版的。

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