妙趣横生的分子艺术

妙趣横生的分子艺术(科普.配图.原创）

沈海军文

化学是一门研究物质结构、组成、变化、性质的学科。一谈到化学家，人们立刻就会联想到“身穿白大褂、满脑子化学分子式、左手持烧杯、右手拿试管”的形象。

科学是严肃的，但也充满着乐趣。不管你信不信，一些科学家的确有着非凡的幽默感，本文就证明了这一点。下面，我们将会向您展示一些稀奇古怪的化学分子，让您真正领略一下分子艺术的魅力。

人形分子

说起人形分子，我们必须要提到一个人，那就是美国RICE大学的化学家Tour教授。Tour教授的主要研究方向是有机化学，但2003年发表于《J. Org. Chem.》杂志23期上的一篇名为“Synthesis of Anthropomorphic Molecules”（“人形分子的合成”）的文章却使得他名声大噪。在该文中，出现了几对手舞足蹈、跳着拉丁舞的“男女”分子表达式。该分子式形象之生动，构思之巧妙，压倒了论文内容的本身，让人拍案叫绝，成为整篇文章的最大亮点。

事实上，Tour教授发表的人形分子属于一类被称作“纳米莆田”的化学分子。这类分子的最大特征就是分子结构看起来酷似人的形象，这不禁会使人们联想到格列佛游记中描写的小人国居民。

纳米莆田分子是一大类人形分子，但它们的基本形式却是一种被称为“纳米孩童”的分子构型。将“纳米孩童”分子溶于醇溶液中加热，化学反应后常常还会得到其他不同形式的人形分子，如“纳米运动员”、“纳米王后”、“纳米博士”、“纳米面包师”等。

除了纳米莆田分子以外，通过丰富的想象力，近来，酷似释迦牟尼佛像、酷似嬉皮士形态的分子也被化学家相继报道。

“分子动物园”

在创造宏观世界上人和动物的同时，细心的上帝似乎也没有忘记微观世界。随着人类对物质分子结构认识的不断深入，上帝创造的构型酷似动物等分子不断被有心的化学家相继发现，它们有的像海马，有的像青蛙，有的像章鱼，有的像企鹅……若将这些“动物”集中罗列出来，已经足以构建一个

物种类繁多的“分子动物园”。

蚂蚱酮是一种从不能飞的蝗虫身上提取用于自身防御的分泌物。这是科学家们在田野里辛苦地逮蚂蚱、并惹恼它们，再从它们身上“挤奶”得到这种物质。可能专注的科学家太累了而不想再绞尽脑汁对它系统命名，所以使用了这个有创意的名字——蚂蚱酮。不过，仔细观察蚂蚱酮分子的构型，还真得与蝗虫的体型有几分相似。

一道来自国内高中化学习题上提到了一种被称作“小狗烯”的有机物。该有机物的分子形状酷似小狗，是一种具有香味的有机物。它由化学家Tim Rickard首次发现并命名。实际上，除了分子形状与狗相似外，“小狗烯”几乎与狗没有任何联系。

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除了上述谈到的“海马”分子，“青蛙”分子，“章鱼”分子，“企鹅”分子、“蚂蚱”分子、“小狗”分子以外，业已报道的还有许多其他水里游的、地上跑的、天上飞的“分子动物”，如埋头工作的母牛、吐着舌头的

毒蛇、孵化中的鹅、飞翔的小鸟、觅食的小鸡、昂头挺胸的长颈鹿…等等。

分形分子艺术

自相似性是指每一任意小的局部的形状都与整体相同。在自然界中，许多植物与微生物自发生长的结构都具有自相似性，如典型的自相似结构植物--蕨类。自相似的形状，在数学上被称作分形。具有分形特性的几何图案往往都具有较高的艺术欣赏性。

现在，科学家已经可以人工制造出许多结构上具有分形特征的分子来。这里，最典型的当属一类被称作树枝状化合物（dendrimer）的有机分子。树枝状分子是一种具有三维结构的多枝化大分子，可以通过从中心不断向外延展的方式进行合成。这种合成方式使人们可以在树枝状分子的不同部位进行结构设计，因而在光电器件领域已引起了人们的广泛关注。

从艺术家的眼光来看，树枝状化合物分子的结构独特而又完美。有的像徽章、有的像花簇、有的像树丛….个个骨子里透着灵气。

值得一提的是，最近，国际顶尖刊物《科学》杂志上还报道了一种具有分形特性的六边形分子，更有甚者，有的学者还将这种分形分子归为分子艺术的范畴。

理论化学研究中的分子艺术

你如果认为化学家就是整天在实验室里倒腾烧杯和试管做实验，那么，就大错特错了。近年来，随着理论化学和计算机技术的发展，通过电脑来模拟分子的电子分布、分子构型变化等已成为化学家研究物质特性的重要手段。

研究发现，许多计算机理论模拟的分子图像结果不但绚丽而且有趣，

堪称艺术“绘画”的佳作。

自然界中存在着大量的有机小分子分子。理论化学家用一种被称作量子化学的软件对某分子进行模拟后发现，其分子的振动酷似一枝松树枝；另一个对杯状分子的模拟结果则得到了传说中的“九龙杯”图像….

当然，离我们现实生活中比较贴近的“物件”（分子）也可以在分子模拟中得到，如女孩子发箍、游泳圈、花朵、麻花…等等。

实际生活中的分子艺术

如果留心的话，你会发现，分子艺术实际上就在你身边。

在某酒吧里，所有的椅子都被做成分子的造型。这种椅子的构型简约大方，流线型曲面完全符合人体力学的设计思想。

丙烷是一种石油或天然气处理后得到的可燃性气体，通常被用来作为发动机或烧烤食品的燃料。丙烷分子的三维构型酷似可爱的小狗，因此，备受园林艺术家钟爱。在社区草坪上，仿照这种分子的构型，园林艺术家用三个大铜球作为丙烷中的碳分子，用八个小铜球作为氢原子，塑造出了丙烷状的“分子狗”雕塑。

为了展示强有力的肌肉，世界拳王泰森在臂膀上刺伤了毛泽东的头像，而绰号“九纹龙”的梁山好汉史进则在身上绘制了九条腾飞的巨龙。但对于当代的一些嬉皮士大学生而言，如果想标新立异，不妨在身上绘制DNA或有机小分子表达式。这种纹身至少可以告诉那些四肢发达的家伙，虽然没有你壮，但我却比你有知识。

如果你酷爱喝咖啡，就带上咖啡因分子（咖啡的主要成分）的挂件，端上印有咖啡因分子式图案的咖啡杯子吧！