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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)

【中国酒业的“零碳”目标,名酒已经先行一步】“双碳”无疑是近几年热议的词汇之一,在2020年9月22日,在第75届联合国大会一般性辩论上,我国做出承诺,中国的二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现“碳中和”。为何中国必须实现“碳达峰”“碳中和”战略目标?站在高质量发展的新起点上,酒业进入自然生态和酿酒微生态的表达时代,“双碳战略”与中国酒业的发展方向高度契合。如何走在“低碳”时代的前端,是酒类产业价值链上每个参与者都必须认真思考的发展战略问题。如何以建设“零碳产区”“零碳工厂”为目标,建立健全酒业碳排放标准体系建设?如何形成完整的“零碳”理念和“零碳”发展模式,不断提升酒业在生态环境建设的影响力?一系列问题在7月15日,由中国酒业协会主办的“碳寻——中国酒业生态发展论坛”各领域的重磅嘉宾,从不同维度和层面进行了全面阐释与深度解读。本文由XN知酒原创 未经授权 不得转载
文 | 知酒团队(ID:XNzhijiu)
值班编辑 | 小知
为何要实现碳达峰碳中和?是共同体,更是大国担当当“碳达峰”与“碳中和”的观点被提出后,引发了公众的普遍关注,同时大家也产生了很多不解。何为碳中和与碳达标?从当今世界来看,目前提出“双碳”的普遍存在于西方发达国家,而中国目前仍处于发展中国家,是否有必要实现碳中和与碳达峰?
国家生态环境部宣教中心副主任何家振从3个维度剖析了其中缘由。所谓碳中和,就是一定时期内,二氧化碳的消除量=排放量。碳达峰,指的是当每年碳排放量不再增加、达到峰值。首先他认为“双碳”是应对气候变化的客观要求。“随着人类活动对全球气候营销、气候危机的影响范围未来越大,由于全球变暖,我们正在经历热浪、洪水、干旱等一系列灾害性天气气候事件。因此提出碳达峰、碳中和愿景,是意味人类根本利益为前提,为子孙后代留下一个安全舒适环境的需求。”其次他认为这是主动担当大国责任、推动构建人类命运共同体的迫切需要。“从发展阶段来看,中国是发展中国家,远没有达到西方发达国家碳达峰对应的发展阶段,但中国却主动扛起国际气候引领和推动的责任,向世界展示了我们的大国担当!”第三,他认为这是构建新发展格局、推动高质量发展的内在要求。“我国已进入新发展阶段,推动双碳工作是破解资源环境约束问题,实现可持续发展的迫切需要,更是满足人民群众日益增长的优美环境需要。”从这个层面来看,我们可以将“双碳”视为全球面向人类未来美好生存与可持续发展的一次共同协作,它也是中国在新时期、新理念和新格局下一次发展方式转变和践行,它让中国为传统产业提供生产方式转型,同时也将通过实现“双碳”向全球展现负责任大国形象。关乎酒业发展方向,宋书玉提“三碳”理念 在全球“双碳”大背景下,绿色发展、生态发展已成为产业永续发展的必由之路。联系到酒业,自然生态对酿造生态的影响,酿酒生态与自然生态之间的微妙关系,关乎着酿酒产业未来发展。从这个层面来看,“双碳目标”的实现与自然生态与酿酒生态高度契合,关乎酒业未来发展方向。那么碳在何方?
宋书玉提出了“三碳”理念即生态之碳,制造之碳,清洁之碳。他认为美酒自古以来尊天而酿,据地而生,因时而成,是人与自然和谐共生的创造。地理环境的独特性,酿造过程中水源、风土、气候不尽相同,决定了美酒品质的个性。同时酿造的原料无论是粮谷还是水果都来自于农业,也是酿造的源泉。而酿造的副产品如酒糟,可作为饲料反哺畜牧业,这样就形成了农业-酿酒-畜牧-农业的完美生态循环。“碳在生态链,碳在生态循环,打通生态链,就打通了生态降碳之路!酿酒的生态优化提升,就是酿酒产业寻碳之路!”宋书玉强调道。所有的美酒酿造,不仅仅酿出了一瓶美酒。酿造的复杂,参与的微生物之多,为美酒增强了风味。因此酿造副产物的深度开发,提纯,优化。可以生产出丰富附加值更高的产品,这就是酿造之碳所在。酿造所产生的有机排放物,尽管处理可以成为清洁燃料,酒糟可以加工成无碳燃料。酿造用水经过环保处理可以成为酿造清洁用水。这系列加工与循环利用,就是酿酒产业的清洁之碳。机遇与挑战同存,名酒率先垂范实现服务“双碳”战略与酒企高质量发展的有效衔接,是酿酒行业服务国家战略的重要举措,同时更是白酒高质量永续发展不可回避并亟需解决的重要问题。中国环境科学研究院副院长席北斗则解答了酒业同仁最为关心的:在双碳时代下,酒业所面临的机遇和挑战。“我认为当下酒业的机遇是,国际十分重视产业高质量发展和减污降碳,酒业势必迎来生态产区保护和产业结构调整的机遇。”,席北斗认为当下酒业的挑战则是,如何在资源、环境和碳排放等多重胁迫下,从传统高能耗、高资源消耗、高排放模式向减污降碳工艺技术升级?
他补充道,酿造行业资源化循环利用水平低,能源利用效率低,清洁生产链条不完善。必须实现全过程清洁设计,提高资源利用率,突破技术革新。并提出三点建议:提升清洁生产水平,实现原料到产品全生命周期减排;打造绿色工厂、绿色园区;完善行业一体化减污降碳政策、技术、标准。毫无疑问,构建清洁低碳的酒类产业生态酿造体系,促进酒类产业向绿色生态发展全面转型,实现企业清洁生产和循环经济模式,是酒类生产企业在高质量发展中义不容辞的责任与担当。在时代的历史背景下,酒企更应该对传统能源结构进行优化调整,通过技术改造和技术升级,满足全行业中长期生产节能减碳的技术创新要求。客观来看,目前有一定数量的酒企已实现了双碳与高质量发展的有效衔接,以身作则。以泸州老窖为例,泸州老窖先后投资数亿元,在罗汉酿酒生态园实施循环经济、节能减排、提标技改等环境保护及环保设备设施升级改造工作,顺利完成废水处理站提标技改、废水管网升级改造、冷却水循环利用、锅炉煤改气/改电等技术改造重点工程,实现了厂区节能环保与酿造品质的双提升,打造了“绿色、节能、环保”的现代化工厂。据泸州老窖股份公司党委副书记、总经理林峰透露,“黄舣酿酒生态园可减少园内企业13%的物流费用”。当发展遇上生态,两者产生矛盾和冲突的时候哪个重要?“洋河的发展也是以生态保护为首要前提条件!我们把保护环境当作自己的责任,同时也是为长远发展、维护地方利益不懈追求的目标。我们虽然做出了很多努力,仍然把零碳和低碳事业要永久地追求下去,不辱使命。”可以说为早日实现碳达峰、碳中和的"双碳"目标,各名酒企为行业提供了借鉴案例,更在长远发展的目标上契合了国家战略和产业政策;更在优化用能结构,打造“零碳酒企”、“零碳产区”为推动中国白酒绿色低碳转型和可持续发展做出应有贡献。


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