一、化学结构与化学过程的本质联系 总的说来，经典化学结构理论主要是把分子看作为静止的、孤立的东西，还没有关注到化学结构与化学反应过程之间的内在联系。现代化学结构理论 则不但要研究它静态的结构，同时也要关注动态的反应和结构，结合动态的 过程来阐明结构。这种把结构与过程统一考虑的思想，可以追溯到 19 世纪60 年代。当时人们发现了“互变异构”等现象，从而引起了人们研究反应机 理的兴趣，并成为联系化学过程来研究化学结构的先导。
另一方面，19 世纪末，阿累尼乌斯提出了活化能和活化分子两个概念， 使化学结构理论与化学动力学开始建立了联系，启发人们在认识结构时也要 考察能量和方向。上述两个概念，直到 20 世纪初一直是碰撞理论的重要概 念，并成为过渡态理论的前导。过渡态理论是 30 年代初兴起的，这个理论仍 然以有效碰撞作为化学反应发生的前提。过渡态理论认为反应物分子进行有 效碰撞时，首先形成了过渡态的活化络合物或中间体；它既在一定程度上保 持了原来反应物的结构，又同时表现了反应物的一定程度的反应行为。因此， “活化络合物既是结构又是过程，是结构特性和反应特性的统一。”①由于化学结构和化学过程的统一，就可以把立体化学分成为“静态立体化学”和“动态立体化学”。动态立体化学的任务就是要了解分子的反应能 力、反应过程和过渡态的几何形状等方面的问题。此外，在 40—50 年代，应 用量子化学方法建立的一些简化的反应模型，则可以通过各种结构参数和反 应参数来定量或半定量地说明化学结构和反应性能的关系。这是化学研究中 具有根本性意义的基础理论问题之一，化学家认为它是实现分子设计目标的 方法论基础。因此，如何定量化地反映结构和性能的关系，已经成为化学家 极为关心的课题。我国化学家在 60—70 年代提出的同系线性规律就是在这方 面研究中的一项重要成果。还有，在 60 年代中叶化学家从能量相关理论、前 线轨道理论和莫比斯（Mobius）结构理论三个方面考察化学键的生灭，对协 同反应机理和空间构型进行分析和总结，从而导致了分子轨道对称守恒原理 的建立。这个理论标志着化学结构的研究已经进入到研究化学反应动态结构 的新阶段，被认为是化学认识发展过程中的一个重要里程碑。
我国化学家在上述工作基础上，既考虑反应物结构和产物结构，又考虑反应过程中的结构变化，从而引入反应坐标参量，提出了估算反应活化能的 方法，把分子轨道对称守恒原理提高到半定量阶段②，从而把化学物质的静和 动，化学结构和反应机理结合起来、统一起来。
目前，说明协同反应的分子轨道对称守恒原理的三种理论，即前线轨道 理论、能量相关理论和莫比斯结构理论仍然在不断发展之中。过去一度不受 重视的莫比斯结构理论也有所进展。第一个莫比斯带分子已于 1982 年合成。
化学结构和化学过程既互相区别又互相联系。它们的区别在于：结构反 映物体的相对静止状态，结构研究中往往忽略时间因素；而过程则反映物体 的化学运动在时间上的展开，强调变化的发生和发展。
化学运动的特点是分子发生质变。它既与结构相关又与过程相关。因此，① 张嘉同：《北京师范大学学报（自然科学版）》，1982 年，第 4 期，第 75 页。
② 唐敖庆：《吉林大学学报（自然科学版）》，1975 年，第 1 期，第 2 期。
只有把结构和过程联系起来，才有助于搞清化学运动的规律。我国化学家唐 敖庆教授在 50 年代就曾经指出，“分子结构理论不仅包括分子的静态，并要 深入阐述分子的动态，当研究分子的动态时，就深刻地联系了化学变化的规 律”。①我国化学家徐光宪教授也提到，“化学的基本规律似乎应该是反映化 学变化的本质规律，即化学动力学的规律。”②可以看出，深入认识结构和过 程的关系，对于深入认识化学运动规律具有重要的理论意义和实践意义。
二、结构、过程与功能的相互关系 人们通常是这样来表述化学结构和化学性能的关系：结构决定性能，性能反映结构，性能可以能动地作用于结构。这种表述原则上是正确的，但是 必须注意到，这种关系只有在与过程相联系时才可能是现实的关系。因为结 构和性能的关系只有在过程中才可能得以实现。性能表达的是潜在的行为， 离开了过程，脱离开时空的发展，就体现不出现实的行为。
在实际研究中由于化学反应体系情况复杂，只企图依据单个分子的静态 结构去演绎出具有众多分子参加并由各种条件所制约的反应体系的规律是不 可能的。因此，需要把单个分子放到整个反应体系中去考察。反过来说也是 一样，考察整个反应系统时也要考虑其中反应物的结构变化。这样，就使得 在反应物个体与反应物体系、微观结构与宏观效应之间建立了联系。例如当 统计热力学应用于分子反应系统时，就要根据对分子结构的某些基本假定而 在个体的微观结构和系统的宏观性质之间建立一定的联系。现在，这种研究 已扩展到非平衡态领域，并正在向纵深发展而越来越深刻地把结构、过程和 功能三者之间联系起来。当前，随着化学研究从小分子向大分子的过渡，而 发展到特别注意于高分子尤其是生物大分子的功能。当使用功能这一概念时 就进一步强调了物质的特性与其内部的组织化和秩序化的密切关系，甚至包 括了所具有的自我复制和自我调节的能力。在这种情况下，一般已不再使用 “结构和性质（性能）”的概念，而是使用“结构和功能”概念了。因此， 这种发展已从一个侧面反映了化学向生物学领域的深度渗透趋向。
70 年代以后提出的超循环理论①进一步揭示了结构、过程和功能的内在本质联系。超循环论提出在化学进化和生物学进化之间有一个分子自组织进 化阶段。在这个阶段，具有特定结构的生物大分子的自组织过程由于采取超 循环组织结构而能够实现功能优化，并最终导致了生物信息的产生和原细胞 组织的出现。这个理论的奠基人艾根（M·Eigen）还认为，在社会系统、神 经系统中也存在着形形色色的超循环组织。
此外，依照普里戈金耗散结构关于功能—结构—涨落关系所提供的启示，我们可以进一步认识到，功能不仅同结构密切相联系，而且功能也内在 地同过程相联系。在此，功能的发挥不仅离不开过程，而且功能还作用于过 程。反之过程也作用于功能。我们在此可以仿照耗散结构论的图示法，把结 构、过程和功能三者的关系表示为：① 唐敖庆：《自然辩证法研究通讯》，1956 年，第 1 期，第 55—56 页。
② 徐光宪：《自然辩证法研究通讯》，1965 年，第 4 期，第 60 页。
① M ·艾根等：《超循环论》，上海译文出版社，1990 年版。
过去，人们早已认识到，深入揭示结构和功能的关系是实现分子设计的 方法论基础。然而当代化学以及其它科学的成果表明，要真正揭示分子的结 构和功能的关系，还必须进一步联系过程来加以考虑。换言之，过程也成为 了分子设计的方法论基础的一个因素。
