2020年春天因为新冠疫情的突然袭击,保持一定的社交距离成了首要的抗疫手段。学校作为人员密集的场所,被迫推迟开学。本来在这一学期π-Lab会像往年一样迎来几位高中生。他们是通过中国科协和教育部主导的英才计划进入我们课题组学习,来接触最前沿的科学研究。在过往的经验里,通过洪老师的指导,他们中会有一部分对课题组研究感兴趣的同学,留在π-Lab参加一段时间的科学研究和科研实践,从而激发他们对基础学科化学以及对仪器开发的兴趣,提高创新能力,树立科学志向。
去年我们课题组来了四位对科学研究有浓厚兴趣的高中生,洪老师亲自带领学生们参观实验室、介绍实验室自主研发的精密仪器,最后他们利用课余时间完成了科学研究小课题,并顺利完成答辩。

今年因为疫情,新的一批英才计划“练习生”还没来实验室学习。但是洪老师利用网络平台,对在家中的高中生进行云指导,给他们推荐与课题组研究相关的趣味读物。高中生们的学习热情高涨,喜欢思考,对化学有着浓厚的探索精神,经常向实验室的老师和师兄师姐请教问题。
A:老师,我想请教一个问题,氮原子上如果连接三个不同的基团,有没有可能具有手性,也就是说能不能自由翻转?
B:可以有手性呀,假设有这样一个分子,氮原子上接了三个不同的基团,那把孤对电子放在氮原子的正背后,你可以看到那三个基团呈顺时针排列,或者成逆时针排列两种情况,那显然是呈现手性的,靠旋转是没办法重合的,他们互为镜像。
A:原来是这样,真是太神奇了,但是这个手性好像没有碳那么“稳定”,手性碳如果要翻转,需要先断开共价键,活化能太高,几乎不可能。但是手性氮翻转的活化能好像远低于手性碳,那么在常温下或者高温下,手性氮的手性是稳定的吗?低温下是否又是另一种情况呢?
B:没有说手性氮不稳定吧?因为氮原子上的孤对电子,一般可以和路易斯酸形成配位键,要有手性的话就会形成季铵盐,比如说[N(CH3)4]OH,这是一种常用的强碱。
A:我还有一个想法,如果我们把含有卤原子的手性碳化合物(比如某一种纯净的2-氯丁烷),和对应的盐溶液(比如氯化钠溶液)共热,溶液中会存在两种手性异构体的平衡吗?
B:是有可能的,但是要在氯化钠的有机相溶液中,水溶液不行,一般会形成一个反应的平衡,氯离子脱去形成一个碳正离子,另一个氯离子可能从两个方向进攻。
A:谢谢老师的解答。
上面对话来自永定第一中学高一胡峻涵同学向课题组的刘俊扬副研究员请教有机化学的问题。他们进行了深入的讨论,并且可以看出胡峻涵同学喜欢思考,热爱化学。
这些优秀的中学生借助英才计划平台,利用这个假期对自己感兴趣的科学前沿知识进行充电,感受学科的魅力,树立科研志向。相信越努力,越优秀,希望未来有更多优秀的高中生加入到我们实验室的“青春创造营”。