电视台外面,林允宁和秦雅肩并肩走着。
秦雅走得很慢,路灯把她的影子拉得很长。
“什么难题?”
林允宁间。
“一两句说不清,”
秦雅摇了摇头,似乎有些难以启齿,“你......有时间吗?明天来我们实验室一趟?”
林允宁想了想,点了点头:“行。明早见。”
第二天上午,林允宁按照地址,打车来到了熟悉的汉口路,化学化工学院的大楼。
秦雅已经在十一楼”配位化学国家重点实验室”的电梯门口等着了。
她穿着一身干净的白大褂,头发利落地盘在脑后,戴着一副护目镜挂在胸前,看上去已经颇有几分研究生的模样。
“昨天电视上......你那句话说得真好。”
秦雅领着他往里走,脸颊微微有点红。
“哪句?”
“就那句,学习时间比别人多一点点’。”
她小声说,“我们实验室同学看了节目,都在QQ群里讨论,说你是‘花式炫耀的鼻祖'。”
林允宁笑了笑,没接话。
实验室里,一股有机溶剂特有的,微甜又刺鼻的味道扑面而来。
走廊两边,是一间间挂着“核磁共振室”、“质谱室”、“单晶衍射室”牌子的房间,里面摆满了各种看不懂的,闪着金属光泽的庞大仪器。
“这里是我们组的合成室。”
秦雅推开一扇门。
里面很大,靠墙是一排排通风橱,几个穿着白大褂的博士生正在里面忙碌着,操作着那些布满玻璃导管和活塞的复杂装置。
“秦雅师妹,这就是昨天上电视的....……林状元?”
一个正在操作手套箱的师兄探出头,好奇地打量着林允宁。
“李师兄好。”
秦雅介绍道,“这是我高中同学,林允宁。
“你好你好,”
李师兄隔着手套箱的玻璃对他挥了挥手,“状元大驾光临,我们这小庙蓬荜生辉啊。”
秦雅没理会师兄的调侃,直接将林允宁带到自己那台电脑前。
“你看这个。”
她点开一个叫ChemDraw的软件,屏幕上出现一个复杂的、由各种原子和化学键构成的三维分子模型。
“这是一种手性金属有机催化剂,”
秦雅指着屏幕,进入了工作状态,语气也变得专业起来,“它的催化活性,关键在于这个金属中心周围的配体,必须形成一个特定的空间扭转角度。就像这样..………….”
她拖动鼠标,那个分子模型在屏幕上旋转,展现出一种类似螺旋桨的结构。
“问题是,这个分子有两个版本,就像人的左手和右手,互为镜像,化学性质几乎一模一样,但催化效果天差地别。我们叫它‘对映异构体’。
她调出另一张图,上面是两条完全重叠的色谱峰。
“我们试了所有常规的合成方法,得到的全是左右手性各占一半的混合物,根本分不开。我导师,还有组里的师兄们,都被这个课题卡了快半年了。”
林允宁看着屏幕,没说话。
他花了十几分钟,用秦雅的电脑,快速浏览了几篇相关的化学文献。
然后,他闭上了眼睛。
【模拟科研启动。】
【科研问题:手性控制合成......】
【第50小时,你尝试优化金属配体结构,引入不对称基团。模拟结果:空间位阻效应不足以打破过渡态的能量简并,手性选择率低于5%。路径失败。】
【第120小时,遍历极性与非极性溶剂环境,试图通过溶剂化效应诱导手性。模拟结果:能量势垒整体平移,但对称性依旧,无法形成有效的手性诱导。路径失败。】
【第200小时,放弃传统化学路径。问题本质并非能量,而是构象自由度过高。将反应过程重构为在黎曼流形上的测地线运动......发现过渡态附近存在一个拓扑奇点。若无法改变流形本身的曲率,则必须引入外部几何约
束。】
【第280小时,开始筛选具备大共轭平面且不参与反应的分子作为‘拓扑模板”。锁定目标:刚果红。模拟显示,其空间结构能有效“翘曲”反应路径,强制形成单一手性过渡态。路径验证成功。】
几分钟后,林允宁睁开眼。
“白板在哪?”
他问。
合成室的角落里,立着一块巨大的移动白板,上面还残留着上次组会讨论时留下的化学反应式。
林允宁走过去,拿起一支黑色记号笔。
实验室里那几个博士生,看热闹不嫌事大,都停下了手里的活,抱着手臂围了过来。
他们也想看看,这个传说中的物理天才,要怎么解决一个连化学教授都头疼的难题。
然而,林允宁接下来的举动,让所有人都看傻了。
他没有画任何一个化学结构式,也没有写任何一个反应方程式。
他直接在白板上,将秦雅那个复杂的催化剂分子,抽象成了一系列由点和线连接而成的图形。
金属原子是一个中心点,配体上的官能团是几个小点,化学键则变成了连接这些点的弹簧。
“师兄,这......画的是什么?”
一个年轻的博士生小声问旁边的李师兄。
“不知道......看着像......电路图?”
李师兄也一头雾水。
林允宁完全没理会周围的目光。
他开始在白板上绘制复杂的拓扑图形,甚至写下了一些在场化学博士生完全看不懂的积分符号。
“秦雅,”
他头也不回地开口了,“别把这看成化学反应,把它看成一个几何问题。”
他用笔尖在白板上一个扭曲的环形结构上敲了敲。
“你们所有的方法,都试图通过改变温度、溶剂、催化剂这些外部条件,来控制反应的走向。但你们忽略了最根本的东西。
“你需要改变的不是反应条件,而是分子在形成那个关键的扭转结构时,也就是‘过渡态时,它所处的‘空间曲率'。”
“空间......曲率?”
秦雅愣住了,这个词她只在物理科普书上见过。
“对。”
林允宁在白板上画出一条能量曲线,并在曲线的最高点,画了一个巨大的红色叉。
“你们的反应路径,在过渡态这里,存在一个能量极高的‘拓扑奇点”。
“分子走到这里,就像汽车开到一个没有任何指示牌的圆形广场,往左拐还是往右拐的概率是完全一样的。所以,你最终得到的产品,必然是左右各半。”
他看着秦雅,给出了自己的诊断。
“这才是导致手性控制失败的根源。”
李师兄忍不住开口了:
“同学,这个......理论上听着很高深。但化学实验是实打实的,就算你说的是对的,我们怎么去改变一个分子的空间曲率?这听起来就像科幻小说。’
“很简单。”
林允宁放下笔,说出了一个让整个实验室陷入死寂的解决方案。
“在你们的反应体系里,加入一种东西??刚果红。"
“刚果红?”
李师兄掏了掏耳朵,以为自己听错了,“你说的是那个......实验室里用来做酸碱指示剂,几块钱一大瓶的,那个刚果红?”
“对。”
“为什么?”
秦雅也惜了,这两种东西风马牛不相及。
“你看。”
林允宁在白板上,画出了刚果红那个带有很多苯环的巨大平面结构。
“这个染料分子,不会参与你们的反应。但是,它巨大的空间结构,会像一个“模具”。当你们的反应物分子进入这个模具时,为了适应模具的形状,它只能选择性地朝一个方向扭转。换句话说,这个染料,为你们的过渡态,
提供了一个有手性偏向的‘几何约束。”
他看着目瞪口呆的众人,做了最后的总结:
“这样,反应路径就能完美地绕开那个‘拓扑奇点’。”
整个合成室,鸦雀无闻。
几个化学博士的世界观,受到了剧烈的冲击。
用一种廉价染料,去给一个高精尖的化学反应当“模具”?
这想法,已经不是大胆了,这是离经叛道。
“这......这违反了我们学过的所有反应设计原理。”
李师兄喃喃自语。
就在这时,实验室的门被推开了。
一个戴着眼镜、头发微秃,约莫五十岁左右的中年男人走了进来。
“胡老师!”
“胡教授好!”
实验室里的人纷纷打招呼。
来人正是这个国内配位化学领域的权威,博士生导师,胡平教授。
胡教授点了点头,目光习惯性地扫向那块白板,然后,他的眉头皱了起来。
“这画的什么乱七八糟的?”
他看到白板上那些几何图形和物理公式,脸色有点不悦。
“胡老师,这是......”
秦雅刚想解释,胡教授已经走到了白板前。
他没听秦雅说话,只是盯着白板上林允宁的推导,眼神从最初的不解,慢慢变成了凝重,随即陷入了长时间的沉思。
他甚至伸出手,用指尖轻轻地划过白板上那条绕开“奇点”的反应路径曲线。
林允宁看了一眼时间,凑到秦雅身边小声说:
“方案我提出来了,我下午还要去京城,得走了。”
他刚准备转身离开,身后传来一个带着强烈震惊和难以置信的声音。
“同学,你等一下。”
胡教授转过身,拦住了他。
他扶了扶眼镜,死死地盯着林允宁,仿佛想把他看穿。
“你这个…………………拓扑诱导手性合成”的想法………………”
他顿了顿,用有点干涩的声音问道:
“是怎么想出来的?”