计算化学与化学武器公约（CWC）

【作者】 丁晓琴； 丁俊杰； 潘里； 李大禹； 王亮亮；

【机构】 北京药物化学研究所；

【摘要】 1997年正式生效的《关于禁止发展、生产、储存和使用化学武器及销毁此种武器的公约》(简称化学武器公约(CWC)),至今已有22年。CWC制定了严格的宣布与核查措施(包括常规例行视察和质疑性视察),并要求在其生效后全面执行这些措施,该公约为全世界范围内的化学武器管控及销毁做出巨大贡献。然而,随着科学技术的迅速发展,CWC履约面临诸多的挑战。近年来,使用神经毒剂和毒素等化学武器的恐怖主义活动频发。从1995年的日本东京地铁事件到叙利亚的系列化学武器事件;从2018年3月和6月在英国发生的两起化学毒剂中毒到美国的蓖麻毒素邮件事件等,表明恐怖主义使用化学与生物武器的威胁依然存在。计算量子化学、化学生物学、纳米化学技术、脑科学、人工智能、信息技术等学科融合与发展,对CWC的实施产生了日益显著的影响。一方面,新技术的出现对履约核查、防护、侦检和洗消等防化科研注入崭新的发展动力;另一方面,存在被滥用的可能性。如合成生物学、代谢工程和生物介导化学品的发展,生产可用作化学武器的有毒化学品(包括毒素和生物调节素)的可能性增加,导致双用途技术风险继续加大,从而使未来CWC的实施与核查面临新的技术挑战。为此,禁化武组织专门成立了科学咨询委员会(SAB),不断地审议和评估科学技术进步和发展对履约的影响。本文旨在结合防化科研的特点,从技术发展的角度介绍计算化学在防化科研中的潜在应用,包括近阶段完成的主要工作:采用量子化学从头计算技术,建立涵盖多种重要理化性质的理论预测方法,如基于概念密度泛函理论(CDFT)化学反应性动态指数应用于胆碱酯酶不可逆抑制剂的毒性精确评估、若干有机磷酸酯类农药和神经毒剂的水解反应性理论预测、普通有机分子或药物热分解稳定性的理论预测等;下一步工作的若干设想:(1)构建基于量子力学的高精度构性关系方法和神经毒剂与胆碱酯酶的抑制机制、水解机制、老化机制等复杂体系的多尺度模拟技术,从而为新型具有催化活性的生物酶设计、小分子解毒剂的设计等提供理论指导;(2)将理论计算与实验光谱技术密切结合,融入合适的人工智能技术,构建一种基于VCD和ROA光谱学的新型手性毒物药物分子的检测方法与毒性评估平台,为建立手性有毒物质的快速、特异性识别检测与毒性评估装备提供新的技术手段和研发途径;(3)发展计算毒理学新方向,解决非动物实验方法的替代毒理学问题,为小分子毒物药物的快速筛选评估提供技术平台。基于上述三个设想,努力构建一种快速精准的化合物毒性、活性、结构解析功能预测评估的一体化智能平台,进而加快推进防化装备的发展。更多还原