純水中最穩(wěn)定的一種超分子結(jié)構(gòu)形式是水分子通過(guò)氫鍵構(gòu)成多面體，其中由20個(gè)H2O分子組成的五角十二面體最為穩(wěn)定。因?yàn)樗奈暹呅蚊嬷袃蓷l邊的夾角為108°，很適合H2O分子中H原子和孤對(duì)電子在空間按四面體形的分布。圖9.3.1示出由20個(gè)H2O分子組成的五角十二面體。

圖9.3.1　由20個(gè)H2O分子組成的五角十二面體

圖9.3.2　由五角十二面體和十四面體共同組成的三維骨架結(jié)構(gòu)（a）五角十二面體，（b）十四面體，（c）三維骨架

圖9.3.3　極性基團(tuán)—NH2替換水（a）和—N＋H3置換水（b）形成的五角十二面體的結(jié)構(gòu)

氫鍵體系的形成對(duì)于信息的傳遞有重要作用。在電化學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)定離子淌度時(shí)，H＋（或H3O＋）和OH-兩種離子的淌度要比其他離子的淌度大得多。物理化學(xué)家常用氫鍵體系內(nèi)原子的接力模型來(lái)理解，如圖9.3.4所示。

圖9.3.4　H＋（或H3O＋）在氫鍵體系中快速接力傳遞的模型

從圖9.3.3示出的兩種狀態(tài)對(duì)于通過(guò)氫鍵接力傳遞H＋的能力會(huì)有不同，而且由于這種結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性也是人腦記憶的一種結(jié)構(gòu)方式。圖9.3.3（a）的結(jié)構(gòu)，具有向神經(jīng)元傳遞信息的功能。當(dāng)受到從左邊來(lái)的H＋的信息，傳遞到氫鍵O（2）—H…N時(shí)，H脫離O（2），靠近N原子，形成O（2）…H—N氫鍵，即這個(gè)過(guò)程使—NH2基團(tuán)變?yōu)椤狽＋H3，進(jìn)一步使—COOH變?yōu)椤狢OO-和H＋，如圖9.3.3（b）所示。圖（b）所示的結(jié)構(gòu)是一種相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。當(dāng)形成這種結(jié)構(gòu)以后，由于已不能再接受H＋，即不能再具有從左向右傳遞H＋的能力，它只有單向地從右向左傳遞H＋的功能。當(dāng)右邊的神經(jīng)元得到了H＋的信息，H＋和—COO-結(jié)合，基團(tuán)和O（2）構(gòu)成的O（2）…H—N氫鍵又可以逆向傳遞方式形成O（2）—H…N氫鍵，即恢復(fù)到圖（a）所示的狀態(tài)。這兩種狀態(tài)就像電腦中芯片的一個(gè)元件，由“0”和“1”表示的兩種狀態(tài)。電腦依靠元件的組裝形成芯片，再進(jìn)一步經(jīng)過(guò)多種功能的微電子技術(shù)構(gòu)成。人腦中傳遞H＋的氫鍵體系元件體積更小，O—H…N的鍵長(zhǎng)通常只有0.27納米，通過(guò)奇妙的組織，形成性能極高的大腦，指揮人體的生理活動(dòng)。

水分子通過(guò)氫鍵結(jié)合成多種多面體，多面體之間可以共用棱邊和面連接成數(shù)以億計(jì)的多面體組成的骨架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)型式取決于神經(jīng)突等基團(tuán)的大小和構(gòu)型，使多面體骨架結(jié)構(gòu)和神經(jīng)突等基團(tuán)進(jìn)入骨架結(jié)構(gòu)的孔穴之中，并和周邊的水分子形成氫鍵體系，穩(wěn)定地存在于骨架結(jié)構(gòu)內(nèi)部。由于水的多面體骨架和神經(jīng)突等基團(tuán)選擇了合適的幾何構(gòu)型，形成穩(wěn)定的氫鍵體系，構(gòu)成大腦記憶的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

骨架的結(jié)構(gòu)方式和數(shù)目是無(wú)限的，可以儲(chǔ)存大量的記憶信息，而且這種結(jié)構(gòu)受到干擾的因素很少，能穩(wěn)定地存在。例如圖9.3.2所示的可燃冰的結(jié)構(gòu)，能在海洋中按地質(zhì)年代計(jì)存在于海底。人體中圍繞神經(jīng)元組成的骨架，若不受外界強(qiáng)烈的干擾，會(huì)穩(wěn)定地存在，根據(jù)記憶的需要調(diào)取信息和刪改信息。

未來(lái)的化學(xué)將和生物學(xué)以及信息工程學(xué)等融合在一起，探索大腦具有記憶和指揮各種生理活動(dòng)功能的奧秘。

人體存在著經(jīng)絡(luò)，中醫(yī)根據(jù)經(jīng)絡(luò)的分布和穴位繪制圖形，進(jìn)行針灸按摩，為千百萬(wàn)人治愈疾病。經(jīng)絡(luò)的存在經(jīng)過(guò)千百萬(wàn)人實(shí)踐所驗(yàn)證，但人體的解剖，至今尚未找到相關(guān)的組織。經(jīng)絡(luò)是擺在當(dāng)今醫(yī)學(xué)界面前的一大課題。筆者認(rèn)為，人體經(jīng)絡(luò)和上述水的多面體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，是水的多面體連接形成的網(wǎng)絡(luò)和人體中各個(gè)組織器官相互聯(lián)系，并能通過(guò)結(jié)構(gòu)的微小改變傳遞有關(guān)信息的結(jié)果。關(guān)于水分子組成的多面體網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，至今尚未找到有效的方法去探測(cè)闡明，它是未來(lái)化學(xué)需要關(guān)注的內(nèi)容。

回顧近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，生命科學(xué)中的許多重大進(jìn)展是在生物物質(zhì)的結(jié)構(gòu)得到闡明以后產(chǎn)生的。蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)和四級(jí)結(jié)構(gòu)通過(guò)X射線衍射法闡明后，出現(xiàn)了分子生物學(xué)，為在原子、分子水平上闡明生命中的許多作用奠定了基礎(chǔ)。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的闡明，讓遺傳學(xué)和基因等生命的基本問(wèn)題得到了解決。現(xiàn)在大腦的記憶和經(jīng)絡(luò)作用的化學(xué)結(jié)構(gòu)正有待未來(lái)化學(xué)去解決。

未來(lái)的化學(xué)是什么，它是和生命科學(xué)一起研究解決上述問(wèn)題的科學(xué)。