【第54届国际化学奥林匹克真题来了!不服来战】7月18日,第54届国际化学奥林匹克(IChO2022)在津闭幕。闭幕式前,记者采访了IChO2022科学委员会委员张新星,听他揭秘这一国际化学领域顶级竞赛命题背后的故事。

  IChO2022科学委员会委员张新星是南开大学化学学院教授,他介绍,此次大赛命题组成员共有三十余名,主要由南开大学化学学院教授,以及北京大学、郑州大学、清华大学、中国科学技术大学、浙江大学、吉林大学、上海科技大学等兄弟院校的化学教授组成。九道题目是由科学委员会分为九个命题组,从2021年七月起,经过一年的反复选题、立意、背景与科学讨论,在2022年七月初才最终确定的。

  IChO2022以理论考试的形式进行,试题内容主要涵盖无机化学、有机化学、物理化学、结构化学、分析化学等。比赛共有九道题目。第一题到第五题,涉及了分析化学,无机化学,和物理化学。第六到第九题,是有机化学试题。

  “本次竞赛在中国举办,从题目中要体现出中国特色。其中既有中国古代化学灿烂的文明成果,也有当代化学领域中国科学家取得的辉煌成就。”张新星介绍,比如用1000多年前中国人使用含铬的黑釉来制造精美瓷器的历史来考察铬化学的应用;用上个世纪60年代中国科学家首次完成结晶牛胰岛素的合成,来考察蛋白的合成和修饰等。

  他特别提到,第八题讲述了手性螺环配体诱导的对映选择性合成。“目前,我们临床使用的药物中有一半以上是手性药物。2019年,南开大学周其林教授团队因‘高效手性螺环催化剂的发现’而荣获国家自然科学奖一等奖。这一成果不仅仅是中国的荣誉,更是全人类健康的福祉。”展现中国化学为世界科技进步做出的杰出贡献。

  此外,竞赛试题还重点关注全球面临的新型冠状病毒核酸定性和定量检测需求、关键储能材料支持服务碳中和战略目标、多硫化物在当下研究热点锂硫电池中的重要作用、通过对蛋白质的合成和修饰探索生命的奥秘、天然产物全合成对人类生命健康的重大意义等前沿学术问题。

  “这九道理论试题,不光是为了测验选手们的化学知识,更是为了让大家理解化学对人类文明的重大作用,并了解中国从古至今令人瞩目的化学发展。”张新星说。

  化学是一门以实验为基础的学科。受疫情影响,今年竞赛在云上举办。为了仍然能让参赛选手体验化学实验操作,IChO2022引入了虚拟仿真实验和线上实验题,通过采用计算机仿真、虚拟现实等技术,实现理论与实验的密切结合,以“彩蛋”形式供参赛选手打破时间和地域的限制体验到实验的乐趣。

  据介绍,试验操作共有六道题,包括阿司匹林的合成、乙酰二茂铁的合成、双氧水催化分解速率的测定等,都是常规化学实验操作,考验选手们的动手能力。

  IChO2022已经在津闭幕。为了让更多化学爱好者和青少年更多参与体验竞赛的魅力,津云整理了此次竞赛的竞赛题和委员会试题分析,以飨读者:

  (背景:近三年以来,新冠病毒在世界范围内的蔓延,造成了5亿多人感染,600多万人死亡,因此发展快速、简便的新冠感染检测方法是抗击大流行的关键。)

  第一题提出了一种基于金纳米颗粒的核酸可视化检测技术。金纳米颗粒具有超高消光系数,其独特的光学性质与颗粒形状和分散性密切相关。在存在感染个体的靶核酸时,互补链核酸探针修饰的金纳米颗粒发生聚集,使得溶液颜色从红色变为蓝色,在几分钟内即可实现定性和定量检测。

  分析:这一问题涉及到颜色与吸收波长的关系、朗伯比尔定律和分析化学中的标准加入法。

  (背景:铬,是位于元素周期表中间的一个重要的元素。1000多年前,智慧的中国人就已经使用含铬的黑釉来制造美丽的瓷器。在现代,源于其多变的化合价,铬基的材料被广泛应用于多彩的颜料,以及耦合、脱氢等反应的催化剂。)

  第二题考察的是铬在化学反应和催化中化合价的变化,及其颜色和配位模式的变化。

  分析:结构化学和晶体场理论的基础知识对解决这道题至关重要。

  (背景:众所周知,气候变暖,是当前全球最严重的挑战之一。大气中二氧化碳浓度的增加,被认为是全球气候变暖的主要驱动力之一。在2020年第75届联合国大会一般性辩论中,中国提出将力争在2030年之前实现碳达峰,在2060年之前实现碳中和。实现碳中和的策略包括植树造林,捕获和存储二氧化碳,大规模使用清洁可再生能源等。)

  第三题考察了捕获和转化二氧化碳的基本知识,介绍了类沸石咪唑框架的基础知识和应用。

  (背景:元素硫自古代起就已被人类知悉并使用。)

  第四题从单质硫的制备开始,考察SO2的返滴定定量分析。通过计算锂硫电池的可工作时间,来展现这种电池的迷人潜力。接下来,针对锂硫电池的当前研究热点提出了一些问题。

  分析:电解液中多硫化物的形式对锂硫电池充放电过程中的溶解-沉积反应很重要。不同构象对多硫化物解离平衡的影响是一个有趣但是容易被忽视的化学问题。

  (背景:人为释放的NOx导致的化学反应促进了雾霾的生成,但是在物理化学和得到努力之下,中国的雾霾问题已经被大大地缓解。)

  第五题是关于氮氧化物之间的相互转化。我们可以将其称作NOx。

  分析:理解第五题中NOx相互转化的热力学和动力学,对于理解这些严重环境污染问题的生成和缓解,有着重要的作用。

  (背景:众所周知,膦试剂作为配体在过渡金属催化反应中应用广泛。而在过去二十年里,膦试剂作为具有亲核性的催化剂表现出了强大的催化活性。)

  第六题从另外一个侧面展示了叔膦试剂在催化中的应用。题目选取了陆氏 (3+2) 环加成反应作为典型示例,展示了膦催化剂的催化模式、如何诱导不对称反应以及在天然产物合成中的应用。

  (背景:1965年9月17日,中国科学家首次完成了结晶牛胰岛素的合成,迈出了探究生命奥秘旅程中关键的一步,开启了蛋白合成的新时代。)

  第七题涉及蛋白的合成与修饰。蛋白是生命中一类重要的活性有机分子。对蛋白进行修饰或合成为探究生命的奥秘提供了一个独特的视角。然而,复杂蛋白的合成极具挑战性。

  (背景:南开大学周其林教授发展了一系列基于手性螺环骨架的高效催化剂,广泛应用于手性药物的工业生产。手性螺环催化剂可以给出高达99.9%的对映选择性和四百五十万的转化数,将不对称合成的效率提高到了一个全新的高度。目前临床使用的药物中有一半以上是光学纯的单一镜像异构体,可见手性分子在人类的健康领域发挥了至关重要作用。)

  第八题讲述了手性螺环配体诱导的对映选择性合成。

  (背景:2019年,中国上海药物研究所岳建民教授分离到了大叶仙茅内脂,并完成了它的全合成。)

  第九题展示了中草药提取物大叶仙茅内脂的全合成。

  分析:本题涉及了此天然产物骨架的构建以及从D-甘露糖醇出发构建其立体中心的工作。有趣的是,保护的D-甘露糖醇经氧化断裂可生成单一的手性砌块,且其立体化学在后续转化中可保持不变。
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【第54届国际化学奥林匹克真题来了!不服来战】
津云新闻讯:7月18日,第54届国际化学奥林匹克(IChO2022)在津闭幕。闭幕式前,记者采访了IChO2022科学委员会委员张新星,听他揭秘这一国际化学领域顶级竞赛命题背后的故事。

  IChO2022科学委员会委员张新星是南开大学化学学院教授,他介绍,此次大赛命题组成员共有三十余名,主要由南开大学化学学院教授,以及北京大学、郑州大学、清华大学、中国科学技术大学、浙江大学、吉林大学、上海科技大学等兄弟院校的化学教授组成。九道题目是由科学委员会分为九个命题组,从2021年七月起,经过一年的反复选题、立意、背景与科学讨论,在2022年七月初才最终确定的。

  IChO2022以理论考试的形式进行,试题内容主要涵盖无机化学、有机化学、物理化学、结构化学、分析化学等。比赛共有九道题目。第一题到第五题,涉及了分析化学,无机化学,和物理化学。第六到第九题,是有机化学试题。

  “本次竞赛在中国举办,从题目中要体现出中国特色。其中既有中国古代化学灿烂的文明成果,也有当代化学领域中国科学家取得的辉煌成就。”张新星介绍,比如用1000多年前中国人使用含铬的黑釉来制造精美瓷器的历史来考察铬化学的应用;用上个世纪60年代中国科学家首次完成结晶牛胰岛素的合成,来考察蛋白的合成和修饰等。

  他特别提到,第八题讲述了手性螺环配体诱导的对映选择性合成。“目前,我们临床使用的药物中有一半以上是手性药物。2019年,南开大学周其林教授团队因‘高效手性螺环催化剂的发现’而荣获国家自然科学奖一等奖。这一成果不仅仅是中国的荣誉,更是全人类健康的福祉。”展现中国化学为世界科技进步做出的杰出贡献。

  此外,竞赛试题还重点关注全球面临的新型冠状病毒核酸定性和定量检测需求、关键储能材料支持服务碳中和战略目标、多硫化物在当下研究热点锂硫电池中的重要作用、通过对蛋白质的合成和修饰探索生命的奥秘、天然产物全合成对人类生命健康的重大意义等前沿学术问题。

  “这九道理论试题,不光是为了测验选手们的化学知识,更是为了让大家理解化学对人类文明的重大作用,并了解中国从古至今令人瞩目的化学发展。”张新星说。

IChO2022科学委员会评阅卷

  化学是一门以实验为基础的学科。受疫情影响,今年竞赛在云上举办。为了仍然能让参赛选手体验化学实验操作,IChO2022引入了虚拟仿真实验和线上实验题,通过采用计算机仿真、虚拟现实等技术,实现理论与实验的密切结合,以“彩蛋”形式供参赛选手打破时间和地域的限制体验到实验的乐趣。

  据介绍,试验操作共有六道题,包括阿司匹林的合成、乙酰二茂铁的合成、双氧水催化分解速率的测定等,都是常规化学实验操作,考验选手们的动手能力。

  IChO2022已经在津闭幕。为了让更多化学爱好者和青少年更多参与体验竞赛的魅力,津云整理了此次竞赛的竞赛题和委员会试题分析,以飨读者:

  (背景:近三年以来,新冠病毒在世界范围内的蔓延,造成了5亿多人感染,600多万人死亡,因此发展快速、简便的新冠感染检测方法是抗击大流行的关键。)

  第一题提出了一种基于金纳米颗粒的核酸可视化检测技术。金纳米颗粒具有超高消光系数,其独特的光学性质与颗粒形状和分散性密切相关。在存在感染个体的靶核酸时,互补链核酸探针修饰的金纳米颗粒发生聚集,使得溶液颜色从红色变为蓝色,在几分钟内即可实现定性和定量检测。

  分析:这一问题涉及到颜色与吸收波长的关系、朗伯比尔定律和分析化学中的标准加入法。

  (背景:铬,是位于元素周期表中间的一个重要的元素。1000多年前,智慧的中国人就已经使用含铬的黑釉来制造美丽的瓷器。在现代,源于其多变的化合价,铬基的材料被广泛应用于多彩的颜料,以及耦合、脱氢等反应的催化剂。)

  第二题考察的是铬在化学反应和催化中化合价的变化,及其颜色和配位模式的变化。

  分析:结构化学和晶体场理论的基础知识对解决这道题至关重要。

  (背景:众所周知,气候变暖,是当前全球最严重的挑战之一。大气中二氧化碳浓度的增加,被认为是全球气候变暖的主要驱动力之一。在2020年第75届联合国大会一般性辩论中,中国提出将力争在2030年之前实现碳达峰,在2060年之前实现碳中和。实现碳中和的策略包括植树造林,捕获和存储二氧化碳,大规模使用清洁可再生能源等。)

  第三题考察了捕获和转化二氧化碳的基本知识,介绍了类沸石咪唑框架的基础知识和应用。

  (背景:元素硫自古代起就已被人类知悉并使用。)

  第四题从单质硫的制备开始,考察SO2的返滴定定量分析。通过计算锂硫电池的可工作时间,来展现这种电池的迷人潜力。接下来,针对锂硫电池的当前研究热点提出了一些问题。

  分析:电解液中多硫化物的形式对锂硫电池充放电过程中的溶解-沉积反应很重要。不同构象对多硫化物解离平衡的影响是一个有趣但是容易被忽视的化学问题。

  (背景:人为释放的NOx导致的化学反应促进了雾霾的生成,但是在物理化学和得到努力之下,中国的雾霾问题已经被大大地缓解。)

  第五题是关于氮氧化物之间的相互转化。我们可以将其称作NOx。

  分析:理解第五题中NOx相互转化的热力学和动力学,对于理解这些严重环境污染问题的生成和缓解,有着重要的作用。

  (背景:众所周知,膦试剂作为配体在过渡金属催化反应中应用广泛。而在过去二十年里,膦试剂作为具有亲核性的催化剂表现出了强大的催化活性。)

  第六题从另外一个侧面展示了叔膦试剂在催化中的应用。题目选取了陆氏 (3+2) 环加成反应作为典型示例,展示了膦催化剂的催化模式、如何诱导不对称反应以及在天然产物合成中的应用。

  (背景:1965年9月17日,中国科学家首次完成了结晶牛胰岛素的合成,迈出了探究生命奥秘旅程中关键的一步,开启了蛋白合成的新时代。)

  第七题涉及蛋白的合成与修饰。蛋白是生命中一类重要的活性有机分子。对蛋白进行修饰或合成为探究生命的奥秘提供了一个独特的视角。然而,复杂蛋白的合成极具挑战性。

  (背景:南开大学周其林教授发展了一系列基于手性螺环骨架的高效催化剂,广泛应用于手性药物的工业生产。手性螺环催化剂可以给出高达99.9%的对映选择性和四百五十万的转化数,将不对称合成的效率提高到了一个全新的高度。目前临床使用的药物中有一半以上是光学纯的单一镜像异构体,可见手性分子在人类的健康领域发挥了至关重要作用。)

  第八题讲述了手性螺环配体诱导的对映选择性合成。

  (背景:2019年,中国上海药物研究所岳建民教授分离到了大叶仙茅内脂,并完成了它的全合成。)

  第九题展示了中草药提取物大叶仙茅内脂的全合成。

  分析:本题涉及了此天然产物骨架的构建以及从D-甘露糖醇出发构建其立体中心的工作。有趣的是,保护的D-甘露糖醇经氧化断裂可生成单一的手性砌块,且其立体化学在后续转化中可保持不变。

  (津云新闻记者 段玮)

#消息树# #华中农业大学[超话]#
【耕读路上:从大山中走出来的猕猴桃】

沿北纬30度向西,从武汉来到平均海拔1700多米的神农架,经济管理学院赴神农架暑期社会实践团队乘新开通的郑渝高铁,一路“穿”山越岭。7月以来,实践团队在经济管理学院副教授熊银解老师的指导下,聚焦“神农猕饮”这一产品,追根溯源,调研特色地标农产品的种植、加工、生产、销售全产业链。

纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。“躬行”二字在暑期社会实践中落地生根、葳蕤繁茂,促连“行”与“知”的桥梁也得以构建。

在打车前往阳日镇龙溪村猕猴桃种植基地的途中,盘山公路弯道接连,愈窄愈险。岩石遮盖头顶,山涧间凉意渐浓。路上接连出现满载的红皮大卡车,车窗外不时有挖掘机轰鸣。

这对于团队成员而言新奇的场景勾起了的士司机陈杰的熟悉回忆。“这里有不少采矿场,主产黑色的磷矿,还有少量裸露的淡红色岩石,是铁矿,现在的车可比以前高级多了。”他从二十岁开始执A照开矿车,后转行驾驶出租,如今已有三十年驾龄。得知团队此行旨在调研猕猴桃种植情况,陈杰有所感慨:“神农架以前主要开发采矿业,猕猴桃那都是野生的,近些年才有政府引导。”他坦言,旅游业和种植业的发展为当地带来了许多变化。

“距离目的地还有950米。”导航播报着剩余的路程。然而面对布满湿泥、碎石叠加50度坡度的路面,车辆难以为继。在团队成员步行进村途中,迎面遇见一队施工人员,正在用石块堆砌山路边缘的防护栏。“路是今年才修的,等加宽、倒沥青后,游客才好来咧。”一位师傅热情地介绍到。

头戴阔檐草帽的史忠成,既是龙溪村68户人家、270多位农民的村支书,也是村里建设猕猴桃种植基地的负责人。自2016年起,他集中扭转了30余户200多亩土地,建起了种植基地,积极响应精准扶贫战略和乡村振兴建设。“我们一开始选了好多产业但都没搞成功,村里老百姓又比较少,很多出去打工了,”史忠成介绍到,“现在这个基地每年最低盈利30多万,平均到户就是一万多,妇女、老人都能参与浇水、剪枝、除虫、打药等工作。”“我们是从来不欠老百姓的钱的。”作为村干部和负责人,他的话语掷地有声。

然而,创办猕猴桃种植基地绝非易事,尤其对于半路出家、自学成才的史忠成而言。“第一回栽种,三年后挂果的时候失苗超过百分之七十,有些植株易得溃疡病,感染一大片土地,品种并不适合神农架的气候。”为此,他每年都会前往四川、重庆、陕西等地多次考察,看看技术,学学方法。但神农架以坡地为主,地理环境独特,并不能照搬照抄他地经验。“后来神农架与华农签订了种植合同。”这为史忠成解决了“心头病”。他与园林院蔡礼鸿教授成为了微信好友,“有什么问题都能和他在网上聊,今年他都来我这儿三趟了”。

“今早扶贫办成员刚到地里转了一圈,如今百分之八十以上都挂果了。”史忠成介绍到,随着种植产出,他也筹建了周边地区最大的冷库,最多能冷藏80吨猕猴桃。在他自己投资50万的基础上,政府还补贴了10万元,“建好之后主要是电费贵,启动是38千瓦,一小时就是38度电,我还专门为它建了个变压器”。他表示,从采摘到冻库一般可过八个月,且保证猕猴桃品质,几乎不变味。今年,史忠成还换上了新运输车,办理了生产许可证,并开通了多个电商平台。“产量逐年上来了,销路就成了大问题。”龙溪村猕猴桃面临的挑战还在不断刷新。

作为龙溪村猕猴桃一大对接收购渠道,神农架绿源天然食品有限公司联合五色本味(武汉)食品科技有限公司打造了“神农猕饮”系列产品。“2021年,依托华农食科院刘睿教授团队技术开发和经管院熊银解副教授团队策划推广,陆续推出了果醋型与含气型两款猕猴桃饮料。”五色本味总监张志武介绍道。目前,公司正联合高校、体育赛事等,期望打开年轻群体市场。在绿源公司的发酵、调配、过滤、包装车间,负责人邓元海详细讲解了生产工艺与技术规范。如今这样的加工厂内自动化程度高,全部为管道运输,仅有七位固定工人,“收购猕猴桃时,洗果、打浆、榨汁用工量较大,但是是季节性的,就两个月”。

“从种植、采摘,到加工、销售,这是一个至关重要的跨越。从课本理论,到现实场景,研学亦是如此。‘销路’‘市场’,这是从农户到公司反复提及的词汇。虽说‘酒好不怕巷子深’,但在全新的时代,‘走出去’更是王道。如何打造、推广特色地标农产品,如何用产业推动发展,这是各方都在思考的问题。”实践队员胡欣妍同学在实践后在自己的实践报告上写下这样一段话,她说,全面脱贫已完成,乡村振兴仍待续,而对新时代青年而言,还需有更多的田野课堂、大地论文和时代命题。

来源 | 南湖新闻网


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