【結(jié)合科研，致力科普】——上海有機(jī)所“魅力有機(jī)化學(xué)”科普拓展課程系列報(bào)道之（三、四）
3月27日和4月3日，在上海市西南位育中學(xué)（初中部）“魅力有機(jī)化學(xué)”科普拓展課程的課堂上，來自生命有機(jī)化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的志愿者們結(jié)合平日里潛心攻關(guān)的科研領(lǐng)域給熱愛化學(xué)的同學(xué)們帶來“神奇的糖化學(xué)”和“光與化學(xué)”兩堂生動(dòng)有趣的科普課程。
神奇的糖化學(xué)
3月27日下午，在上海市西南位育中學(xué)（初中部）的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室里，來自生命有機(jī)化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的徐鵬、沈大成、邵笑飛給同學(xué)們帶來了“魅力有機(jī)化學(xué)”科普拓展課程第三講——神奇的糖化學(xué)。
課堂伊始，徐鵬博士通過絢麗的幻燈向同學(xué)們介紹了各式繽紛美味的甜品，這些富含糖的美食為我們的生活增添了幸福的甜蜜，當(dāng)然攝取過多高糖份的食物也會(huì)給我們帶來甜蜜的煩惱——肥胖。但是糖僅僅是作為食品提供能量這么簡(jiǎn)單嗎？答案當(dāng)然不是。徐鵬博士介紹到，除了作為主要的能源食物，糖還以多種形式存在。譬如：自然界中植物細(xì)胞壁的主要成分是一種叫纖維素的多糖化合物；人體內(nèi)存在著多種糖蛋白，具有細(xì)胞識(shí)別、免疫活性等多種生物學(xué)功能；連大閘蟹堅(jiān)硬的外殼其實(shí)也是一種叫甲殼素的多糖物質(zhì)；此外，還有許多藥物的活性成分也是糖類物質(zhì)，譬如阿卡波糖是現(xiàn)在最為暢銷的治療糖尿病的口服藥，而香菇多糖還具有抗病毒、抗腫瘤、調(diào)節(jié)免疫功能等作用等等。此外，除了有甜味的糖，還有許多糖類物質(zhì)是沒有甜味的。聽了徐鵬博士的介紹，同學(xué)們明白了原來糖真的不簡(jiǎn)單，這么多看似作用不同的物質(zhì)，卻都是糖類化合物。接著，徐鵬博士給同學(xué)們介紹了糖的分類，并列舉了它們?cè)谌粘Ｉ钪械膽?yīng)用實(shí)例。
接下來，沈大成為同學(xué)們演示了鑒別溶液中是否含有糖類物質(zhì)的莫利施氏試驗(yàn)（Molisch’s Test）。在兩支試管中分別加入2 mL純水溶液和2 mL葡萄糖溶液，再各加入一滴莫利氏試劑，接著加入2 mL濃硫酸，經(jīng)過振蕩，可以觀察到水溶液沒有顏色變化，體系是無色的，而葡萄糖溶液則變成了紫色。莫利施氏試驗(yàn)是由于糖在酸性條件下異構(gòu)成呋喃醛，再與試劑中的1-萘酚反應(yīng)生成紫色的化合物 。
隨后，同學(xué)們自己動(dòng)手一起參與了區(qū)分醛糖與酮糖的謝里瓦諾夫試驗(yàn)（Seliwanoff’s Test）。在兩支試管中分別加入1 mL果糖溶液和1 mL葡萄糖溶液，再各加入3 mL 謝里瓦諾夫試劑；將試管置于沸水中，大家很快觀察到果糖溶液顏色逐漸變成了淺紅，慢慢又轉(zhuǎn)為深紅，而葡萄糖溶液中顏色變化則要延后很多。 謝里瓦諾夫試驗(yàn)的原理是在酸性條件下由糖轉(zhuǎn)化的呋喃醛化合物與間苯二酚反應(yīng)生成呈現(xiàn)紅色的化合物，由于六元環(huán)的葡萄糖要比五元的果糖多一個(gè)反應(yīng)步驟才能轉(zhuǎn)化為呋喃醛，因此生成紅色化合物的反應(yīng)時(shí)間比較長(zhǎng)，這樣就能區(qū)別醛糖和酮糖。
最后，同學(xué)們?cè)谛禊i、沈大成和邵笑飛的指導(dǎo)下嘗試了淀粉碘實(shí)驗(yàn)。在兩支試管中分別加入1 mL淀粉溶液和1 mL葡萄糖溶液，各加一滴碘試劑，很快淀粉溶液就變藍(lán)了，而葡萄糖溶液無此變化。這一實(shí)驗(yàn)可用于鑒別樣品中是否含有淀粉。將變藍(lán)的淀粉溶液置于熱水中加熱片刻，藍(lán)色又神奇的消失了，隨后再將其放置到冷水中冷卻一會(huì)后，藍(lán)色卻再次地出現(xiàn)，如此反復(fù)，像變魔術(shù)一樣。同學(xué)們非常興奮，同時(shí)也很好奇為什么？徐鵬博士解釋到淀粉碘試驗(yàn)的原理是：在水溶液的狀態(tài)下，直鏈淀粉呈現(xiàn)與DNA雙螺旋類似的螺旋狀結(jié)構(gòu)，而加入碘試劑后，單質(zhì)碘進(jìn)入螺旋體內(nèi)部形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，呈現(xiàn)藍(lán)色，在加熱時(shí)，直鏈淀粉的螺旋狀結(jié)構(gòu)被破壞從而導(dǎo)致了藍(lán)色消失，當(dāng)再次冷卻時(shí)，螺旋狀結(jié)構(gòu)得以恢復(fù)，于是藍(lán)色又再次出現(xiàn)了。最后徐鵬博士告訴大家，在變藍(lán)的淀粉碘溶液中加入自己的唾液，振蕩后，反應(yīng)一段時(shí)間，藍(lán)色也會(huì)消失，因?yàn)橥僖豪锖型僖旱矸勖?，可以降解淀粉，從而破壞了絡(luò)合物的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致藍(lán)色消失。面對(duì)如此驚奇的一連串的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，同學(xué)們驚喜不已，紛紛自己動(dòng)手嘗試，認(rèn)真地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，感受糖化學(xué)的神奇魅力。
光與化學(xué)
4月3日下午，來自生命有機(jī)化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳以昀課題組的賈坤方、王浩巖給上海市西南位育中學(xué)（初中部）的同學(xué)們帶來了“魅力有機(jī)化學(xué)”科普拓展課程第四講——“光與化學(xué)”。
王浩巖從同學(xué)們熟知的可見光和胡蘿卜，引入課程的主題——“光”和“化學(xué)”，并向大家提出了問題：光和化學(xué)之間有什么聯(lián)系呢？ 光可以引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。王浩巖給同學(xué)們介紹了人體內(nèi)兩個(gè)與光有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)：暗視力是由于在光照下視黃醛發(fā)生了順反構(gòu)型的變化；人體對(duì)鈣的吸收需要維生素D的輔助，7-脫氫膽固醇合成維生素D的過程中，光照也是必不可少的。
隨后，賈坤方帶領(lǐng)大家進(jìn)入到“自制熒光棒”趣味小實(shí)驗(yàn)的環(huán)節(jié)。只見他拿出一小瓶透明的液體放在講臺(tái)上，然后拉上窗簾，關(guān)掉日光燈，用一根長(zhǎng)長(zhǎng)的移液管將液體吸上來，輕晃后，用一個(gè)扳手將移液管的底部部分敲碎，隨著玻璃的破碎聲，一股閃亮的發(fā)著藍(lán)光的液體傾瀉而下，流回到燒杯里，在光線暗淡的教室里發(fā)著美麗的藍(lán)色熒光。同學(xué)們頓時(shí)都驚呆了。隨后賈坤方讓同學(xué)們將手上的熒光棒彎折，彎折后的熒光棒也發(fā)出了美麗的熒光。賈坤方解釋到，剛才他演示的實(shí)驗(yàn)原理和熒光棒的原理是一樣的，熒光棒在彎折時(shí)內(nèi)管和外管的液體混合，內(nèi)管和外管的過氧化物和酯類化合物發(fā)生反應(yīng)，將反應(yīng)后的能量傳遞給熒光染料，從而使染料發(fā)光；而他剛才取出的那瓶透明液體是雙(2,4,6-三氯苯基)草酸酯溶液（簡(jiǎn)稱TCPO溶液）、乙酸鉀和熒光染料的混合溶液，而在吸取混合液前，移液管中就事先吸取了少部分的30%雙氧水，用扳手敲碎移液管這個(gè)動(dòng)作就類似于將熒光棒折彎，目的就是讓溶液混合，雙氧水與TCPO發(fā)生反應(yīng)后，放出能量傳遞給熒光染料，于是就發(fā)出了我們看到的美麗的藍(lán)色熒光。
隨后同學(xué)們自己動(dòng)手在樣品瓶里配制TCPO溶液、乙酸鉀和熒光染料的混合溶液，然后滴加適量30%雙氧水，經(jīng)過搖晃后，樣品瓶?jī)?nèi)發(fā)出了霓虹燈一樣的光芒，通過更換熒光染料的種類，還可以得到紅、藍(lán)、綠、黃多種顏色的熒光瓶。將兩種不同顏色的熒光溶液混合后，還可以得到新的不同的顏色！在老師的指導(dǎo)下，同學(xué)們興奮地自選顏色，親身體驗(yàn)了“自制熒光棒”的樂趣。
這兩期的科普拓展課程，志愿者們都緊密地結(jié)合自己的科研領(lǐng)域糖化學(xué)和光化學(xué)，講授內(nèi)容貼近生活、趣味實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)精巧，由淺入深，激發(fā)了同學(xué)們對(duì)科學(xué)研究的興趣和熱情。
科普課堂現(xiàn)場(chǎng)
糖化學(xué)實(shí)驗(yàn)
光化學(xué)實(shí)驗(yàn)
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