“xxxx书对竞赛帮助大吗”属于纯应试内容,建议在化学竞赛吧、超理论坛等讨论。不过借这个机会,我从更倾向于科研的角度,谈谈自己对一些相关问题的看法。
- 机理推断(yy)的能力是如何养成的?
当我还是高中生的时候,会觉得有人能随手写出某些复杂反应的一些潜在机理很令人羡慕、甚至为我不能写出而感到自卑。但后来我发现这并没有什么必要。首先,对机理进行推断的能力当然取决于对知识的掌握,而且这很重要,必须通过大量读书以及与此同时的深度思考来达成(文献相比之下没那么重要,因为它是零散的)。训练有素的化学家的大脑就像一个机器学习模型,是通过见到足够多的反应和机理案例而训练出来的。一个高中生和一个从事多年有机化学研究工作的人在数据量上的差距不可忽视,所以完全不必羡慕或自卑。当见到足够多的案例后,这种能力几乎是“涌现”出来的。
那么可以读什么呢?以我自身的经历来说,高中时主要读了邢大本、Carey、现代物理有机、JJ Li的人名反应(为什么上文提到我会自卑?因为当时我感觉这里面有的机理我是真想不到),大学时有了图书馆,可以疯狂读书,比如策略与控制、KCN的三本全合成中的经典、《天然产物全合成荟萃》丛书、一堆很厚的有机合成英文书(现在我已经忘记名字了,只记得一本Stereoselective Synthesis of Drugs and Natural Products)、Hartwig的金属有机等等。每读一个反应,我都会在心中尝试yy一下它的机理,就是在这个过程中实现了一种非常集中的“机理大模型的训练”。而且由于这种书里通常是不给机理的,我无法得到“标准答案”,这就促进了我进一步不断思辨,在脑海中思考这样究竟对不对。特别是全合成方面的书,我觉得虽然大多数人不会做全合成,但还是很建议多读读,因为它提供了大量高质量的反应案例,很值得用作思考的素材。
- 真实科研过程中的机理是如何推断的?
我们说了那么多,但第一个小标题上写了“yy”,就是因为真实科学发现过程中机理往往不是直接推断得出的。
这是做题这种训练方法给人的最大的错觉:仿佛拿到一个反应式,就能在纸面上推断出机理;推断出来就是好学生,推断不出来就是水平菜。这大错特错!机理是讲证据的,每一步都应该有证据来支持。你推断出来的往往是最符合传统认知的,但不一定是真实的,我自身就做过很多这种“机理打假”的工作。其次,哪怕是极为训练有素的科学家,面对很多新反应时也是一头雾水,需要有机理实验和计算来提供线索。很多情况下,反而如果直接propose一个机理,更容易陷入先射箭再画靶的陷阱。需要什么实验呢?对照实验、中间体探测、动力学、原位光谱,所有最先进的手段能上都上。事实上,每当更新的、时空分辨率更精细的表征手段得以应用,人们往往能够发现过去拟定的机理中更多的谬误。有些时候,人们就是会苦思冥想,得到某个经过验证的中间体之后,还要绕什么远路才能得到产物,进而寻求更多的实验或计算。在计算上,除了传统的对比验证各种潜在机理外,甚至会求助于AIMD等昂贵的手段来提供线索(我过去一篇关于TEMPO+的文章就是这样,在全无思路时通过高温AIMD带来的启示)。总之,为了探索机理问题,人们可以无所不用其极,完全不是纸上谈兵那么简单,这也是很多年轻学生在结束考试后需要首先转变的观念之一。