Olösta problem i kemi består av stora frågor inom de olika fälten av kemi som visat sig mycket svåra att besvara och som är av stor vetenskaplig betydelse, vissa av dem även i filosofisk mening.
Olösta problem i analytisk kemi och kemisk praktik Analytisk kemi är vetenskapen om hur man kan genom den mest precisa metod som möjligt avgöra en viss mängd materias uppbyggnad. Flera metoder som används inom analytisk kemi tillämpas också åtminstone till en viss del hos de flesta övriga fälten inom kemi.
Mätproblemet I analytisk kemi studeras ett ämnes beståndsdelar och struktur. Analysen kan vara både kvalitativ och kvantitativ. I en kvalitativ metod studeras vilka ämnen som ingår i ett prov (både vilka grundämnen som ingår och vilken kemisk struktur som föreligger kan räknas hit). I en kvantitativ analys studeras hur mycket av ett visst ämne som ingår i ett prov. Båda dessa former av analys lider av ett grundläggande problem, nämligen den inhemska osäkerheten hos mätning av någon form av materia.
Ett klassiskt exempel på detta är t.ex. att mäta volymen av en viss mängd vatten. Då vattenmolekylen är en dipol har vatten en ytspänning. Om man häller upp vatten som ska mätas i ett mätglas till cirka 45 ml i enlighet med de markerade linjerna, betyder det ändå inte att man faktiskt har hällt upp 45 ml vatten. Ytspänningen gör nämligen att vattnet får en konkav yta som innebär att man måste uppskatta osäkerheten mellan 44 ml och 45 ml. I de flesta fall är detta inget större hinder för analytiska kemister, och oftast är den lilla felmarginalen försumbar. Men i vissa fält såsom forensisk vetenskap kan, i sällsynta fall, även mycket små felmarginaler ge upphov till falska positiv eller falska negativ hos prover, vilket underminerar rättssäkerheten.
Det finns utvecklade mätmetoder som är mycket exakta, men dessa är kostsamma och inte alltid lämpliga.http://books.google.se/books?id=giFQcZub80oC&pg=PA94&redir_esc=yChemistry and Chemical Reactivityhttp://www.physics.umd.edu/courses/Phys276/Hill/Information/Notes/ErrorAnalysis.html
Molekylär paleontologi Molekylär paleontologi delas in i två läger: Traditionell molekylär paleontologi: Undersökningen av fossila eller kemiska rester av de tidigaste formerna av liv, t.ex. lipider inbäddade i sedimentära bergarter. Modern molekylär paleontologi: Undersökningen av biokemiska efterlämningar från de tidigaste formerna av liv.
Det saknas fortfarande till stor del tillräckliga kemiska verktyg för att få fram ett korrekt utlåtande gällande gammalt biokemiskt material. Den relativt nya forskningen om ribozymer är ett bra exempel då det ännu återstår många pusselbitar helt enkelt endast för att lämplig teknik saknas.http://summons.mit.edu/http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1894930/http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2826339/
Olösta problem i biokemi Biokemi är den del av kemin som studerar de molekyler och kemiska processer som förekommer i levande organismer. Denna vetenskapliga disciplin står nära molekylärbiologi och genetik, men är annorlunda i den mening att biokemister studerar de kemiska processer som sker i levande organismer, medan molekylärbiologer och genetiker studerar huvudsakligen hur olika system inuti cellen interagerar med flödet av genetisk information. Biokemin har flera olika inriktningar som blivit ikoniska för disciplinen, såsom Neurokemi som är läran om hjärnans kemiska uppbyggnad och funktion. Vissa fält involverar också organisk kemi, såsom läkemedelskemi som är läran om hur vissa ämnen kan verka i läkande eller behandlande syfte, samt syntesen av dessa ämnen.
Livets kemiska ursprung Hur kom icke levande kemiska föreningar att generera självreproducerande, komplexa livsformer?http://blogs.scientificamerican.com/the-curious-wavefunction/2013/11/05/five-questions-that-should-keep-chemists-awake-at-night/http://www.sciencemag.org/content/309/5731/89.fullhttp://universe-review.ca/F11-monocell.htm#originhttp://phys.org/news/2012-01-scientists-clue-chemical-life.htmlhttp://phys.org/news176721370.htmlhttp://phys.org/news/2012-01-simpler-earlier-genetic-molecule-predate.html 1. Genetikens urmolekyl Fanns det en genetisk molekyl innan DNA och RNA? 2. Artificiellt liv Kan vi modifiera liv och t.om. skapa konstgjort liv i laboratorier? 3. Kiselbaserat liv Fungerar kisel som grund för liv istället för kol? 4. Avsaknad av joner Kan liv uppstå utan joner? Joner är en förutsättning för allt liv vi känner till. Natrium, kalium, kalcium och andra joner spelar en viktig roll i levande organismers celler, särskilt i cellmembran. Men är det möjligt att liv kan bildas utan dessa mineraler?
Strukturering av RNA Är det möjligt att exakt förutsäga den sekundära, tertiära och kvartära strukturen hos en RNA-sekvens baserad på dess miljö?
"Bättre-än-perfekta"-enzymer Varför uppvisar vissa enzymer reaktioner som är snabbare än vad kända kemiska principer anger borde vara möjligt
Levinthals paradox Levinthals paradox anger att antalet möjliga veckningsformer en polypeptid-kedja kan inta är så stort, att det skulle ta ett protein längre tid att gå igenom samtliga veckningar för att hitta den vars energi är lägst än vad universum är gammalt.
Ett par lösningar på paradoxen har föreslagits av flera framstående kemister, men ännu har ingen bevisats korrekt.https://web.archive.org/web/20110523080407/http://www-miller.ch.cam.ac.uk/levinthal/levinthal.htmlhttp://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC48166/Berezovsky, Igor N.; Trifonov, Edward N. (2002). "Loop fold structure of proteins: Resolution of Levinthal's paradox"
Botande av ohälsa och smärta Kommer biokemister någonsin att kunna skapa perfekta mediciner, behandlingar eller botemedel?http://www.nature.com/nature/journal/v488/n7411/full/nature11478.htmlhttp://www.theguardian.com/science/2013/sep/01/20-big-questions-in-sciencehttp://phys.org/news190207556.htmlhttp://www.rsc.org/ScienceAndTechnology/roadmap/priorityareas/health/diagnostics.asphttp://www.rsc.org/ScienceAndTechnology/roadmap/priorityareas/health/drugs.asp 1. Biokemisk manipulering Biosyntes i framtiden? Kan önskade molekyler produceras i högt utbyte genom biosyntetisk manipulation? Protein design: Är det möjligt att konstruera aktiva proteiner för att t.ex. reparera DNA? 2. Infektionsbehandling Kan vi hitta en permanent ersättning till antibiotika för att behandla bakteriella infektioner? Kan vi också hitta en permanent ersättning till dagens antivirala läkemedel (såsom tamiflu) för att behandla virusinfektioner? 3. Övrigt Kan vi skräddarsy läkemedel för individers genetiska uppsättning för att få ut bästa effekt? Kan vi skapa psykofarmaka utan bieffekter för psykiska tillstånd? Psykofarmaka förbättras ständigt, men ändå slutar många psykiskt sjuka att ta sin medicin på grund av bieffekter. Går det att skapa en perfekt medicin, eller rent av en bot? Kan vi skapa en helt säker och effektiv smärtlindring?
Hjärnans kemi Vi förstår fortfarande lite om de kemiska reaktioner som pågår i hjärnan t.ex. under sömn, eller vid sjukdomstillstånd såsom neuroser och psykos. Men ännu djupare frågor såsom hur medvetenhet uppstår, hur vårt minne fungerar, eller hur vi ens kan utföra kognitiva handlingar är i grund och botten en fråga om hur den komplicerade kemin fungerar i hjärnan.http://stm.sciencemag.org/content/5/200/200ra115
Cellmembranets kemiska trafik Vi har börjat lära oss om funktionen hos många av de viktigaste beståndsdelarna som behövs för proteinutsöndring och endocytos. Men många frågor kring cellmembranet återstår att besvara.http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17263661
Homokiralitet hos aminosyror och kolhydrater Ett ämne sägs vara homokiralt om alla de ingående enheterna är molekyler av samma kirala form. En vanlig egenskap hos aminosyror och socker är homokiralitet. Det är ännu oklart om homokiralitet har ett syfte.http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/309/5731/78b(2009), A New Definition of Life, Carroll, J. D. Chirality, 21: 354–358, 2009. doi:10.1002/chir.20590
Uppkomsten av socker i en prebiotisk värld Hur kom kolhydrater att börja existera i den prebiotiska världen? Ett svar på den frågan är en förutsättning för att också förklara uppkomsten av RNA.http://cshperspectives.cshlp.org/content/4/5/a003608.longhttp://www.nytimes.com/2013/09/12/science/space/a-far-flung-possibility-for-the-origin-of-life.html?_r=0http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC18793/
Biokemiska makromolekyler Vi förstår små enkla molekyler relativt väl och vi har en god förståelse för bulkmaterial. Däremot förstår vi inte vad som händer mellan molekyler som är i storleksordningen på biologiska makromolekyler såsom t.ex. hemaglobin.
Cellens komplexitet Komplexiteten i ens den enklaste cellen är bortom vår beräkningskapacitet. Det är mycket mer effektivt att betrakta cellen helt abstrakt för att få en önskad fenotyp än att prova det reduktionistiska förhållningssättet och bygga upp den komplexa kemin från grunden.
För närvarande är matematiska metoder på systemnivå begränsade till nätverksanalys där kemiska komponenter i cellen är starkt reducerade till noder i ett biokemisk nätverk (inte olikt det sätt människor är starkt reducerade till noder i ett socialt nätverk). Olika statistiska och topologiska metoder försöker att karakterisera dessa nätverk. Men de är i en djupare bemärkelse mycket statiska och misslyckas med att fånga mycket kring den betydande komplexiteten och dynamiken i cellens kemi."Cell Biology's Open Cases" Science 25 November 2011: Vol. 334 no. 6059 pp. 1051DOI:10.1126/science.334.6059.1051 The world's leading scientific journal, 1997-Current Issue
Virusets identitet Är virus levande biologiska varelser, eller endast döda kemiska ting? Virus befinner sig i gråzonen mellan biologi och kemi, vilket har skapat denna debatt som pågår än idag. Ett virus har arvsmassa och kan utföra handlingar som är långt mer komplicerade än vad som är förväntat av ett kemiskt system, men saknar samtidigt fortplantningsförmåga och måste manipulera andra celler för att kopiera sig själv.http://www.scientificamerican.com/article/are-viruses-alive-2004/http://serc.carleton.edu/microbelife/yellowstone/viruslive.html
Olösta problem i organisk kemi, oorganisk kemi och överskridande fält Organisk kemi är vetenskapen om kolföreningarnas kemi. Organiska föreningar innehåller alltid kol och ofta väte, och ofta även andra grundämnen. Atomer som ofta ingår i organiska föreningar är syre, kväve, halogener, och ibland fosfor eller svavel. Organiska molekyler som består av enbart kol och väte benämns kolväten. Organisk kemi står väldigt nära biokemi och de två sammanflätas i t.ex. lantbruksvetenskap.
Oorganisk kemi är den delen av kemin som handlar om oorganiska föreningar. Kemiska föreningar av huvuddelen av grundämnena räknas som oorganiska, men den enorma mängden kolföreningar räknas (med några få undantag) däremot till den organiska kemin. Även enkla föreningar av kol, som inte innehåller väte, räknas som oorganiska, till exempel själva grundämnet kol, koldioxid, karbonater och karbider. Begreppet oorganisk kemi kommer sig av att det ursprungligen syftade på de kemiska föreningar som inte hörde ihop med levande organismer.
Den oorganiska och organiska kemin sammanflätas i bland annat den metallorganiska kemin.
Effektivisering av världens matproduktion Kommer biokemister och organiska kemister att kunna effektivisera matproduktionen för att kunna föda en växande världsbefolkning?Food and Agriculture Organisation of the United Nations Statistics, Food and Agriculture Organisation of the United Nations, 2004Food matters: Towards a strategy for the 21st Century, Cabinet Office Strategy Unit, 2008
Noll negativ påverkan på biosfären Kommer vi att kunna slippa föroreningar och utsläpp i vår miljö?
Organiska reaktioner vid vatten-organiskt gränssnitt