南开化学百年贡献：全球唯一的化学键能大数据平台

在人类文明和社会现代化进程中，科学数据一直扮演着重要的角色，是科技创新的主要基础。随着当今大数据时代的到来，科学数据的支撑引领作用更是渗透到科学与社会活动的方方面面，发挥着极为重要的作用。如20世纪末启动的人类基因组计划，为了解生命、认识疾病提供了重要科学依据；与人类健康相关的疾病样本大数据，为疾病的预防、诊断和治疗提供快速准确的参考，更是推动临床医学研究、药物研发和产业发展的关键力量；此外，大数据正全面融入军事领域，成为未来智能化战争中克敌制胜的重要资源；同样，在航天深海领域，如果没有及时而准确的大数据支持，探索工作将寸步难行；在科学研究中，任何细微的数据偏差都会影响着对全局的判断和成败。简言之，在当今数字化、智能化的大背景下，科学数据已经成为最重要的社会资源之一；谁掌握了大数据和大数据的分析利用方法，谁就掌握了更好的发展主动权。鉴于此，国务院办公厅于2018年4月印发了《科学数据管理办法》，进一步加强和规范科学数据管理，保障科学数据安全，提高开放共享水平，更好支撑国家科技创新、经济社会发展和国家安全。

对照于科技自身和国家发展的需求，我国科学数据的获取、利用和平台建设起步较晚、差距较大，特别是与化学物质及其变化相关的大数据工作，即便仅与物理、天文、地理、生物、医学等兄弟基础学科的发展状况相比，也明显落于其后，这势将影响学科发展的时运，必须引起化学学科的高度关注。

化学键能量学之于化学：化学研究的终极目标是掌握物质转化的机制和规律，为化合物新功能的高效开发、新化学物质的绿色构建和利用奠定理论和物质基础，并为材料、生物医学、能源等相关学科提供指导。从本质上说，化学物质的变化是底物分子内部或反应物之间相关化学键重组的过程；其能否和如何发生，以及产物的组成和结构，取决于反应物中各原子间的结合力——化学键的键能。因此，键能是发生反应的内因，而旨在克服能垒的反应条件则是外因，外因需要通过内因来发挥作用。这也是为什么在各类表征化学物质属性及其反应的定量及定性参数中，人们永远把化学键能摆在第一位。

从诱发化学键断裂的方式来说，化学键相关的能量主要包括均裂能、异裂能以及氧化还原电位，此外，还包括一些弱作用，如：氢键能、卤键能、吸附能等。作为化学键强弱的定量标度，化学键能是化学、生物、材料、能源、医药等众多以物质转化为基础的领域中定量研究不可或缺的基本参数，也是最可信赖、量大面广而且相对来说最方便获取的定量标度。键能的相关知识，对于新药物的合成、新功能材料的开发、新反应体系的设计、生命体内的代谢规律的研究等，具有公认的重要指导价值；键能参数特别是平衡酸度pKa和在其基础上发展而来的各种线性自由能关系，为现代物理有机化学的发展奠定了理论基础，至今仍在理性分析中发挥重要作用；精准测定的键能参数，亦为量化计算模型的构建及优化提供基准量值，成就了当今计算化学的辉煌并将继续发挥其作为核心基准量的价值等。

回顾化学发展的近代史，自20世纪20年代Linus Pauling关于“The Nature of the Chemical Bond”的划时代论述发表以来，近一个世纪里键能研究一直是处在学科的核心位置，成为创新的重要原动力。正因为键能数据既能用于解析实验现象、判断反应机制，深化人们对物质转化规律的认识，又能从能学角度对反应进行合理预测和理性设计，这使得有志于使化学研究逐步摆脱对传统试错（trial-error）模式依赖的化学家，在大数据和AI迅速迫近的时代背景下，把学科的科学发展更多地寄托在以化学键能量学为基础的理性发展模式上，这是符合化学发展的时代需求的。(www.xing528.com)

一个多世纪以来，为能理解繁杂的化学变化的内在规律，化学家在键能测定方面倾注了大量心血，产生了海量的键能数据。然而，这些珍贵且数量庞大的基本参数散落于各文献中，查阅和使用极为不便。世界科学数据的巨头美国国家标准与技术研究院（NIST）和旗下的CRC出版社、国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）以及美籍键能专家罗渝然先生等团体和个人都尝试出版键能相关的专著来解决这一问题。但由于纸质书籍的涵盖面有限、便携性差、检索不便、更新周期长等先天缺陷，它们的可及性严重不足。美国的NIST虽于2016年建立了网络版热化学数据库“NIST Chemistry Webbook”，但它并不直接提供化学家和材料、生物医学等研究所需的键能数据，而且其中的热化学量也仅收录了气相的数值。由于有机和生物学相关研究的绝大多数反应是在溶液相中进行，这使得NIST数据库无法针对性地服务于化学及相关凝聚态物质科学领域。这一状况也直接反映出对化学类科学数据进行收集整理和甄别的难度。因为它们均须产自规范条件下的严谨和可标准化的实验操作及数据处理，即便是专业的数据专家（如NIST）在处理诸如化学键能这类科学数据时，如果不十分熟悉键能研究的诸多特定条件，也是很难胜任高标准的数据甄别要求的。同样，对于产自大量化学反应的海量数据，如果只是数据的简单堆积和表观对比，也极易陷入迷局使工作完全丧失意义。因此，破局的关键在于化学家和数据专家之间的交叉融合。

经过数年的筹备和努力，南开大学化学学院程津培院士键能团队以其雄厚的实力和高度的责任感，投入巨大精力，对海量文献进行专业化、智能型整理归纳和数据甄别，于2016年3月创建了首个数据权威、搜索功能强大的iBonD键能数据库［7］。它是全球唯一基于互联网及移动端的智能型化学键能“大数据”平台；涵盖了己被实验测定、可信赖的绝大多数已知键能数据（均裂能BDE和异裂能pKa），并对全球学术界免费开放。该数据库能够提供多种便捷的检索模式和专业全面的键能相关信息。iBonD首次实现了物化基本参数的智能化网络检索，领先于世界上任何一个同类数据源。

自发布以来，iBonD已有6000多名注册用户，12万余次访问量，多次被JACS、Angew、Chem.Rev.、Chem.Soc.Rev.等权威期刊引用，受到国内外同行的高度赞扬，如：著名物理有机化学家、德国科学院院士、慕尼黑大学Herbert Mayr教授在Chemistry Views上以“最有效的查询pKa数据的途径”（The Most Efficient Way to Find pKa Values）为题撰文，向科学界强烈推荐并高度评价了iBonD数据库。在后续工作中，团队将继续优化检索引擎、更新已有键能数据，同时还进一步将氧化还原电位等键能参数加入该数据库中，最终将iBonD建成涵盖最广、数据最权威的键能大数据平台。iBonD以远优于其他任何同类数据源的能力，服务于相关研究领域的理性发展，从而减少资源浪费和污染物排放，有力提升了我国作为学术上“负责任大国”的形象。

程津培，1948年出生，天津人，籍贯江苏灌云，1975年，天津师范学院化学系毕业；1975年8月至1978年9月在天津塘沽师范学院任教；1981年获南开大学硕士学位；1981年12月至1982年12月在南开大学任教；1982年12月至1987年2月在美国西北大学有机化学专业攻读博士，获博士学位；1987年3月至1988年8月在美国杜克大学做博士后研究。1988年回国后在南开大学任教，先后任南开大学讲师、副教授、教授、博士生导师，物理有机化学研究室主任。1995年12月，当选为南开大学副校长；1997年至2000年任天津市政协副主席、致公党天津市委主委；2000年4月至2008年4月任科学技术部副部长；2001年当选为中国科学院院士；同年当选为第三世界科学院院士；2002年12月当选中国致公党第十二届中央副主席；第八届全国政协委员；第九届全国政协常委；第十届全国政协常委；第十一届全国人大常委会委员；2012年12月成为南开大学、清华大学双聘院士，并担任清华大学基础分子科学中心主任；兼任中科院化学所、犹他州立大学客座教授及Accounts Chemical Research顾问编委等职；2012年12月，被中国致公党第十四届全国代表大会选为副主席；2013年3月，第十二届全国政协常委，全国政协教科文卫体委员会副主任。2005年获香港何梁何利基金会“何梁何利科技进步奖”；2012年获中国化学会-中国石油化工股份有限公司“化学贡献奖”；2013年获中国化学会“物理有机化学成就奖”。