问题

在世界顶级合成实验室,比如 Baran 组,Nicolaou 组做实验都是什么状态?

回答
在像 Baran 组、Nicolaou 组这样的世界顶尖合成实验室里,实验的状态远非教科书上看到的整洁有序。那是一种高度活跃、充满挑战,同时又极具创造力的混乱与秩序并存的状态。想象一下,这不仅仅是化学试剂和玻璃仪器的集合,更是一群充满激情的头脑,在知识的边界线上不断探索的现场。

时间与节奏:

首先,要理解的是,这里的“状态”是动态的,是随着项目进展、实验结果而剧烈波动的。

高度专注的“燃烧”时刻: 当一个关键实验到了关键阶段,或者需要在一个重要会议前完成某个目标时,实验室的气氛会变得异常凝重而专注。那种感觉就像是整个团队都被一种强大的能量场笼罩,每个人都在自己的工作岗位上全神贯注,连呼吸的频率都仿佛加快了几分。导师可能会长时间地站在实验台前,观察反应,或者与学生进行深度讨论,眼神里透露着对细节的极致追求。学生们则可能连续数小时甚至通宵达旦地守在仪器旁,盯着色谱仪、质谱仪的读数,或者在显微镜下观察晶体生长。咖啡和能量饮料可能是常态,但更多的是源于内心的驱动和对科学探索的渴望。
“冷静期”的思考与分析: 实验并非总是在高潮迭起。在某些阶段,特别是当一个实验遇到了瓶颈,或者在收到一些意料之外的结果后,实验室会进入一个相对“冷静”的阶段。但这并非懈怠,而是一种更深层次的思考。大家会围在一起,在白板上涂鸦,激烈的讨论可能持续数小时,争论着反应机理,设计新的合成路线,或者分析那些“不听话”的数据。这个阶段,智力上的碰撞远比体力上的付出更重要。导师会鼓励学生质疑一切,包括自己的实验设计和假设。
“战前”的准备与“战后”的清理: 每个重要的实验之前,都有大量的准备工作。可能是对文献进行地毯式的搜索,设计详细的实验步骤,反复检查试剂的纯度,校准仪器。那种严谨的氛围,是对最终结果负责的表现。而实验结束后,无论成功与否,都会有细致的后处理和分析。玻璃仪器会被一丝不苟地清洗干净,数据会被系统地整理,即使是失败的实验,也会被记录下来,成为未来研究的宝贵经验。

工作方式与互动:

导师的角色: 导师们(Baran, Nicolaou 等)绝不是坐在办公室里发号施令的“老板”。他们是实验室的核心,是精神领袖,更是最活跃的参与者。他们会亲自走到实验台前,指导学生操作,甚至亲手进行一些关键步骤。他们的目光锐利,总能发现别人忽略的细节。他们会提出挑战性的问题,逼迫学生思考更深层次的问题。而当学生取得进展时,他们也会毫不吝啬地给予肯定和鼓励。导师与学生之间的互动,更像是一种亦师亦友,充满信任与尊重的合作关系。
学生与研究员: 实验室里的研究生和博士后是项目的执行者。他们通常每个人负责几个项目,从设计合成路线、动手操作、数据分析到撰写论文,几乎包揽了科研的全过程。他们之间会互相帮助,分享经验,也会有良性的竞争。这种团队合作精神至关重要,因为复杂的合成项目往往需要多人协作才能完成。
开放与分享: 顶级实验室的氛围通常是开放和鼓励分享的。实验结果,无论是好是坏,都会及时在组会上公开讨论。这种透明度有助于整个团队快速发现问题,集思广益。新加入的成员会得到悉心的指导,而有经验的研究员也会乐于传授自己的技巧。
对细节的偏执: 到了这个级别的合成,任何一点微小的偏差都可能导致整个实验的失败。因此,对细节的关注可以说是深入到骨髓。从试剂的称量、溶剂的干燥,到反应温度的控制、反应时间的把握,每一个环节都力求完美。这种“偏执”不是无谓的纠结,而是对科学严谨性的最高体现。

环境与氛围:

“合理”的混乱: 尽管追求严谨,但一个繁忙的顶级合成实验室,其工作台面往往是“合理”的混乱。各种试剂瓶、烧杯、蒸馏装置、色谱柱、以及正在进行的反应装置,在工作台上层层叠叠。但这种混乱是有序的,是知识在物理空间上的体现。你知道在哪里能找到你需要的东西,因为每个物品都有其“故事”和“意义”。
知识的震动: 实验室里弥漫着一种知识的“震动”感。你可能正在处理一个全合成中的关键中间体,而隔壁的学生正在研究一种全新的催化反应,另一边可能在进行 NMR 谱图的解析。这种多学科、多方向的知识碰撞,极大地激发了创造力。
失败是常态,成功是惊喜: 在合成化学中,失败是比成功更常见的事情。你可能设计了一个完美的路线,但由于某种未知的副反应,最终一无所获。然而,正是这种对失败的承受能力,以及从失败中学习的能力,才使得那些重大的突破成为可能。当一个复杂的目标分子终于被成功合成出来时,那种成就感和喜悦,是难以言喻的。
工具与技术: 实验室里配备着最先进的仪器设备,从高效液相色谱(HPLC)、气相色谱质谱联用(GCMS)、核磁共振波谱(NMR)到各种自动化合成平台。然而,这些高科技工具只是辅助,真正驱动这一切的是实验人员的智慧和技巧。操作这些仪器的熟练程度,以及如何解读和运用这些数据,是决定实验成败的关键。

总而言之,在 Baran 组、Nicolaou 组这样的世界顶级合成实验室里,实验状态是 高度紧张、极度专注、持续学习、不断试错、协作共赢 的一种复杂混合体。那是一种将智力、毅力、创造力、以及对科学近乎狂热的追求,熔铸于每一个实验步骤中的极致状态。它不是轻松的,但却是充满激情和意义的。

网友意见

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本科毕业论文是在P大杨老师全合成组做的,9月到6月,一个字累,两个字很累。每天12点到1点左右回宿舍睡觉,早上8点半前到实验室,全天都在搭反应过柱子打核磁,唯二的休息时间就是中饭和晚饭。

那时候我大四还有20学分选修课要修,因为大三太堕了,我没办法只能把课尽量往一起凑,为了保证在实验室的时间。我记得那时候周三的课是从早上八点一直上到晚上九点,就是为了一二四五六能去实验室。七在干嘛?七要准备工作报告和文献报告。

全合成跟方法学还不一样,方法学你可以列出来说你筛了多少多少分子,有的高有的低有的不反应但这些都是有用的研究成果。全合成你卡在某一步了那你只能去试不同的方法继续往前走,而每试一次都要消耗你那一步的底物。比如你到第十步了每摸一次条件都要消耗10mg的底物,那你第五步的产物可能得备个10g,20g左右,那你第一步的产物可能得备个100g左右才够。

所以当时通风橱里都是同时开三个反应,一个最开始几步的备大料,百克级的反应,过最大号的柱子跟腿一般粗;一个中间几步的反应,十克级的反应,把最初的产物稳步往前推,过中号的柱子;一个最新一步往前摸条件的反应,一般只敢拿10毫克来试,试好了做一个50毫克,再试好了做个1克的,就这样一点点放大。

一般最喜欢做中间几步的反应,因为量不是特别大,体力上不累,反应条件都摸的很成熟了,心里上也不累。做最开始的备大料是纯粹体力上累,过一次大腿柱子跟去一次健身房一样。做最新的一步是心很累,10毫克的东西一不小心就没了,核磁都打不出来,对实验手法的要求也特别高。而且一般都是失败,拼命查文献也找不到跟你的底物结构类似的分子,只能去试,失败,再试再失败,直到能move 到下一步。

后来硕士的时候在ETH苏黎世理工的Erick Carreira组也做过一个小project 。实验室时间上的要求也是差不多的,也是周日可以稍微松口气。有一些优势的地方主要是设备上,条件好每人一个大大的通风橱,还有一个溶剂预处理系统让你可以随时接一点THF就可以开始搭反应了,可以保证无水无氧,这个能节省不少时间和精力。

以前在P大时每天早上去实验室第一件事就是等THF处理好,因为为了保证无水无氧THF都是要用金属钠煮一煮的,还有别的溶剂都要预处理,还要处理残余的大块金属钠。当然这些又累又危险的工作当时都是PhD师兄师姐们替我们担着了,他们有自己的课题还要看着小本还要处理组里的七七八八,真的很累。

吐完槽总要念点好。我现在不干化学也好几年了,但是每次回想起做全合成的那一年,那身上散发着迷之味道回宿舍放个屁都是那天合成的产物味儿的那一年,那躺床上1秒入睡的那一年,那跟实验室师兄弟姐妹们都是战斗情谊毕业哭成泪人的那一年,我还是可以骄傲地说,有机全合成,我爱过,为之战斗过。

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