未解決的化學問題

未解決的化學問題往往指以下這些類型的問題：「能否製備某種化合物？」、「能否分析它？」、「能否提純它？」等，這些問題通常都能很快解決，但可能須付出相當大的努力才行。然而，一些問題有很深的內涵。本文旨在介紹化學研究的中心領域仍未解決的難題。當某領域的專家認為該問題未解決，或者幾位專家不同意某問題的解釋時，該問題會視作未解決的化學問題。^[1]

各種問題

主分類：分類:化學中未解決的問題

有機化學

• 降冰片基陽離子的溶解：為什麼降冰片基陽離子這麼穩定？是因為其對稱性嗎？如果是這樣，又是為什麼？這問題很大程度取決於降冰片基陽離子不可替代，是其他碳正離子無法替代^[2]。參見非經典碳正離子。
• 水上反應：為什麼一些有機反應在水相和有機相的界面上會加快反應速率^[3]？
• 乙烷中鍵旋轉障礙的本質原因究竟是空間位阻^[4][5]還是超共軛效應^[6][7]？
• 鄰位效應的本質原因是什麼？親核中心的鄰位上有高電負性原子和一對或多對孤對電子時，親核試劑反應活性特別高^[8]。
• 人們提出的催化過程中許多機理令人費解，而且往往不能解釋所有相關現象。

生物化學

• 完美的酶：為什麼一些酶的表現快於擴散動力學^[9]？參見酶動力學。
• 胺基酸和糖類有同手性（英語：homochirality）的起源是什麼^[10]？
• 蛋白質摺疊問題：是否有可能僅以序列和環境信息預測多肽序列的二級、三級和四級結構？還有逆蛋白質摺疊問題：是否有可能設計一種多肽，在特定環境條件下使它採用給定的結構^[10][11]？

• RNA摺疊問題：是否有可能僅以序列和環境信息準確預測核糖核酸序列的二級、三級和四級結構？

• 生命的化學起源究竟是什麼？沒有生命的化學物質是如何形成能自我複製的複雜生命形式？

• 生物分子的光反應問題：光合作用、視覺的產生、脫氧核糖核酸的抗輻射機理等諸多涉及光吸收的過程往往是非絕熱過程。這類過程具有比較強的量子特性，對體系的描述又十分敏感。目前即使處理小到只有四個原子的分子的非絕熱過程仍然十分困難，而這些十分重要的反應涉及到尺度巨大的蛋白質分子。

物理化學

• 高溫超導體在相圖上各點的電子排布是什麼？能否將轉變溫度提高到室溫？參見超導性。
• 137號元素：元素的原子序數大於137的化學結果是什麼？根據狹義相對論和玻爾模型，此時1s電子的速度將會超過光速^[12]。Uts會否是最後一種化學元素？考慮到核電荷分布的有限延伸，這問題最終可能在大約137號元素左右發生^[13]。參見擴展元素周期表和相對論量子化學。
• 電磁能（光子的能量）如何才能有效轉化成化學能？如用太陽能將水分解成氫氣和氧氣^[14][15]。
• 超價分子中化學鍵的本質究竟是什麼？參見超價分子。
• 水的結構是什麼？根據2005年一個名為科學雜誌的電視節目，一百條著名而未解決的科學問題中包括：水分子如何與周圍位阻較大的另外四粒水分子形成氫鍵^[10]？參見水分子簇。
• 龜背石以什麼樣的固結過程形成？

參考資料

1. 有關的參考資料請參見下面的章節
2. Saul Winstein and D. S. Trifan. The structure of the bicyclo[2,2,1]2-heptyl (norbornyl) carbonium ion. J. Am. Chem. Soc. 1949, 71 (8): 2953–2953. doi:10.1021/ja01176a536.
3. Narayan, S; Muldoon, J; Finn, MG; Fokin, VV; Kolb, HC; Sharpless, KB. "On water": Unique reactivity of organic compounds in aqueous suspension. Angewandte Chemie (International ed. in English). 2005, 44 (21): 3275–9. PMID 15844112. doi:10.1002/anie.200462883.
4. Bickelhaupt, F. Matthias; Baerends, Evert Jan. The Case for Steric Repulsion Causing the Staggered Conformation of Ethane. Angewandte Chemie International Edition. 2003, 42 (35): 4183. doi:10.1002/anie.200350947.
5. Mo, Yirong; Wu, Wei; Song, Lingchun; Lin, Menghai; Zhang, Qianer; Gao, Jiali. The Magnitude of Hyperconjugation in Ethane: A Perspective from Ab Initio Valence Bond Theory. Angewandte Chemie International Edition. 2004, 43 (15): 1986. doi:10.1002/anie.200352931.
6. Pophristic, V.; Goodman, L. Hyperconjugation not steric repulsion leads to the staggered structure of ethane.. Nature. 2001, 411 (6837): 565–8. PMID 11385566. doi:10.1038/35079036.
7. 周公度. 导致乙烷的交叉型构象是超共轭作用而不是空间阻碍. 大學化學. 2001年10月, 16 (5): P51–52. 使用|accessdate=需要含有|url= (幫助)
8. Ruediger, G. & Kichatinov, L. L. Alpha-effect and alpha-quenching. Astronomy and Astrophysics (ISSN 0004-6361). 1993, (269): P581–588. 使用|accessdate=需要含有|url= (幫助)
9. Hsieh M, Brenowitz M. Comparison of the DNA association kinetics of the Lac repressor tetramer, its dimeric mutant LacIadi, and the native dimeric Gal repressor. J. Biol. Chem. August 1997, 272 (35): 22092–6 [2012-01-15]. PMID 9268351. doi:10.1074/jbc.272.35.22092. （原始內容存檔於2019-12-12）.
10. So much more to know. Science. July 2005, 309 (5731): 78–102 [2012-01-15]. PMID 15994524. doi:10.1126/science.309.5731.78b. （原始內容存檔於2009-05-22）.
11. Gossard, David. MIT OpenCourseWare 7.88J / 5.48J / 7.24J / 10.543J Protein Folding Problem, Fall 2003 Lecture Notes - 1 (PDF). 2003. （原始內容 (PDF)存檔於2011-06-29）. Authors list列表中的|first1=缺少|last1= (幫助)
12. James D. Bjorken and Sidney D. Drell, Relativistic Quantum Mechanics, McGraw-Hill (New York:1964).
13. Walter Greiner and Stefan Schramm, Am. J. Phys. 76, 509 (2008), and references therein.
14. Duffie, John A. Solar Engineering of Thermal Processes. Wiley-Interscience. 2006-08: 928. ISBN 978-0471698678.
15. Brabec, Christoph; Vladimir Dyakonov; Jürgen Parisi; Niyazi Serdar Sariciftci. Organic Photovoltaics: Concepts and Realization. Springer. 2006-03: 300. ISBN 978-3540004059.

外部連結

• 10 problems for Chemistry in the 21st Century^{[永久失效連結]} - French Chemical Society
• First 25 of 125 big questions that face scientific inquiry over the next quarter-century. Science. 1 July 2005, 309 (125th Anniversary) [2012-01-15]. （原始內容存檔於2010-05-24）.
• So much more to know — Next 100 of 125 big questions that face scientific inquiry over the next quarter-century. Science. July 2005, 309 (5731): 78–102 [2012-01-15]. PMID 15994524. doi:10.1126/science.309.5731.78b. （原始內容存檔於2009-05-22）.
• Unsolved Problems in Nanotechnology: Chemical Processing by Self-Assembly - Matthew Tirrell - Departments of Chemical Engineering and Materials, Materials Research Laboratory, California NanoSystems Institute, University of California, Santa Barbara