電視臺外面,林允寧和秦雅肩並肩走着。
秦雅走得很慢,路燈把她的影子拉得很長。
“什麼難題?”
林允寧間。
“一兩句說不清,”
秦雅搖了搖頭,似乎有些難以啓齒,“你......有時間嗎?明天來我們實驗室一趟?”
林允寧想了想,點了點頭:“行。明早見。”
第二天上午,林允寧按照地址,打車來到了熟悉的漢口路,化學化工學院的大樓。
秦雅已經在十一樓”配位化學國家重點實驗室”的電梯門口等着了。
她穿着一身乾淨的白大褂,頭髮利落地盤在腦後,戴着一副護目鏡掛在胸前,看上去已經頗有幾分研究生的模樣。
“昨天電視上......你那句話說得真好。”
秦雅領着他往裏走,臉頰微微有點紅。
“哪句?”
“就那句,學習時間比別人多一點點’。”
她小聲說,“我們實驗室同學看了節目,都在QQ羣裏討論,說你是‘花式炫耀的鼻祖'。”
林允寧笑了笑,沒接話。
實驗室裏,一股有機溶劑特有的,微甜又刺鼻的味道撲面而來。
走廊兩邊,是一間間掛着“核磁共振室”、“質譜室”、“單晶衍射室”牌子的房間,裏面擺滿了各種看不懂的,閃着金屬光澤的龐大儀器。
“這裏是我們組的合成室。”
秦雅推開一扇門。
裏面很大,靠牆是一排排通風櫥,幾個穿着白大褂的博士生正在裏面忙碌着,操作着那些佈滿玻璃導管和活塞的複雜裝置。
“秦雅師妹,這就是昨天上電視的....……林狀元?”
一個正在操作手套箱的師兄探出頭,好奇地打量着林允寧。
“李師兄好。”
秦雅介紹道,“這是我高中同學,林允寧。
“你好你好,”
李師兄隔着手套箱的玻璃對他揮了揮手,“狀元大駕光臨,我們這小廟蓬蓽生輝啊。”
秦雅沒理會師兄的調侃,直接將林允寧帶到自己那臺電腦前。
“你看這個。”
她點開一個叫ChemDraw的軟件,屏幕上出現一個複雜的、由各種原子和化學鍵構成的三維分子模型。
“這是一種手性金屬有機催化劑,”
秦雅指着屏幕,進入了工作狀態,語氣也變得專業起來,“它的催化活性,關鍵在於這個金屬中心周圍的配體,必須形成一個特定的空間扭轉角度。就像這樣..………….”
她拖動鼠標,那個分子模型在屏幕上旋轉,展現出一種類似螺旋槳的結構。
“問題是,這個分子有兩個版本,就像人的左手和右手,互爲鏡像,化學性質幾乎一模一樣,但催化效果天差地別。我們叫它‘對映異構體’。
她調出另一張圖,上面是兩條完全重疊的色譜峯。
“我們試了所有常規的合成方法,得到的全是左右手性各佔一半的混合物,根本分不開。我導師,還有組裏的師兄們,都被這個課題卡了快半年了。”
林允寧看着屏幕,沒說話。
他花了十幾分鍾,用秦雅的電腦,快速瀏覽了幾篇相關的化學文獻。
然後,他閉上了眼睛。
【模擬科研啓動。】
【科研問題:手性控制合成......】
【第50小時,你嘗試優化金屬配體結構,引入不對稱基團。模擬結果:空間位阻效應不足以打破過渡態的能量簡併,手性選擇率低於5%。路徑失敗。】
【第120小時,遍歷極性與非極性溶劑環境,試圖通過溶劑化效應誘導手性。模擬結果:能量勢壘整體平移,但對稱性依舊,無法形成有效的手性誘導。路徑失敗。】
【第200小時,放棄傳統化學路徑。問題本質並非能量,而是構象自由度過高。將反應過程重構爲在黎曼流形上的測地線運動......發現過渡態附近存在一個拓撲奇點。若無法改變流形本身的曲率,則必須引入外部幾何約
束。】
【第280小時,開始篩選具備大共軛平面且不參與反應的分子作爲‘拓撲模板”。鎖定目標:剛果紅。模擬顯示,其空間結構能有效“翹曲”反應路徑,強制形成單一手性過渡態。路徑驗證成功。】
幾分鐘後,林允寧睜開眼。
“白板在哪?”
他問。
合成室的角落裏,立着一塊巨大的移動白板,上面還殘留着上次組會討論時留下的化學反應式。
林允寧走過去,拿起一支黑色記號筆。
實驗室裏那幾個博士生,看熱鬧不嫌事大,都停下了手裏的活,抱着手臂圍了過來。
他們也想看看,這個傳說中的物理天才,要怎麼解決一個連化學教授都頭疼的難題。
然而,林允寧接下來的舉動,讓所有人都看傻了。
他沒有畫任何一個化學結構式,也沒有寫任何一個反應方程式。
他直接在白板上,將秦雅那個複雜的催化劑分子,抽象成了一系列由點和線連接而成的圖形。
金屬原子是一箇中心點,配體上的官能團是幾個小點,化學鍵則變成了連接這些點的彈簧。
“師兄,這......畫的是什麼?”
一個年輕的博士生小聲問旁邊的李師兄。
“不知道......看着像......電路圖?”
李師兄也一頭霧水。
林允寧完全沒理會周圍的目光。
他開始在白板上繪製複雜的拓撲圖形,甚至寫下了一些在場化學博士生完全看不懂的積分符號。
“秦雅,”
他頭也不回地開口了,“別把這看成化學反應,把它看成一個幾何問題。”
他用筆尖在白板上一個扭曲的環形結構上敲了敲。
“你們所有的方法,都試圖通過改變溫度、溶劑、催化劑這些外部條件,來控制反應的走向。但你們忽略了最根本的東西。
“你需要改變的不是反應條件,而是分子在形成那個關鍵的扭轉結構時,也就是‘過渡態時,它所處的‘空間曲率'。”
“空間......曲率?”
秦雅愣住了,這個詞她只在物理科普書上見過。
“對。”
林允寧在白板上畫出一條能量曲線,並在曲線的最高點,畫了一個巨大的紅色叉。
“你們的反應路徑,在過渡態這裏,存在一個能量極高的‘拓撲奇點”。
“分子走到這裏,就像汽車開到一個沒有任何指示牌的圓形廣場,往左拐還是往右拐的概率是完全一樣的。所以,你最終得到的產品,必然是左右各半。”
他看着秦雅,給出了自己的診斷。
“這纔是導致手性控制失敗的根源。”
李師兄忍不住開口了:
“同學,這個......理論上聽着很高深。但化學實驗是實打實的,就算你說的是對的,我們怎麼去改變一個分子的空間曲率?這聽起來就像科幻小說。’
“很簡單。”
林允寧放下筆,說出了一個讓整個實驗室陷入死寂的解決方案。
“在你們的反應體系裏,加入一種東西??剛果紅。"
“剛果紅?”
李師兄掏了掏耳朵,以爲自己聽錯了,“你說的是那個......實驗室裏用來做酸鹼指示劑,幾塊錢一大瓶的,那個剛果紅?”
“對。”
“爲什麼?”
秦雅也惜了,這兩種東西風馬牛不相及。
“你看。”
林允寧在白板上,畫出了剛果紅那個帶有很多苯環的巨大平面結構。
“這個染料分子,不會參與你們的反應。但是,它巨大的空間結構,會像一個“模具”。當你們的反應物分子進入這個模具時,爲了適應模具的形狀,它只能選擇性地朝一個方向扭轉。換句話說,這個染料,爲你們的過渡態,
提供了一個有手性偏向的‘幾何約束。”
他看着目瞪口呆的衆人,做了最後的總結:
“這樣,反應路徑就能完美地繞開那個‘拓撲奇點’。”
整個合成室,鴉雀無聞。
幾個化學博士的世界觀,受到了劇烈的衝擊。
用一種廉價染料,去給一個高精尖的化學反應當“模具”?
這想法,已經不是大膽了,這是離經叛道。
“這......這違反了我們學過的所有反應設計原理。”
李師兄喃喃自語。
就在這時,實驗室的門被推開了。
一個戴着眼鏡、頭髮微禿,約莫五十歲左右的中年男人走了進來。
“胡老師!”
“胡教授好!”
實驗室裏的人紛紛打招呼。
來人正是這個國內配位化學領域的權威,博士生導師,胡平教授。
胡教授點了點頭,目光習慣性地掃向那塊白板,然後,他的眉頭皺了起來。
“這畫的什麼亂七八糟的?”
他看到白板上那些幾何圖形和物理公式,臉色有點不悅。
“胡老師,這是......”
秦雅剛想解釋,胡教授已經走到了白板前。
他沒聽秦雅說話,只是盯着白板上林允寧的推導,眼神從最初的不解,慢慢變成了凝重,隨即陷入了長時間的沉思。
他甚至伸出手,用指尖輕輕地劃過白板上那條繞開“奇點”的反應路徑曲線。
林允寧看了一眼時間,湊到秦雅身邊小聲說:
“方案我提出來了,我下午還要去京城,得走了。”
他剛準備轉身離開,身後傳來一個帶着強烈震驚和難以置信的聲音。
“同學,你等一下。”
胡教授轉過身,攔住了他。
他扶了扶眼鏡,死死地盯着林允寧,彷彿想把他看穿。
“你這個…………………拓撲誘導手性合成”的想法………………”
他頓了頓,用有點乾澀的聲音問道:
“是怎麼想出來的?”