羅拔·伯恩斯·伍華德
羅拔·伯恩斯·伍華德 Robert Burns Woodward | |
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| 出生 | 1917年4月10日 美國麻塞諸塞州波士頓 |
| 逝世 | 1979年7月8日（62歲） 美國麻塞諸塞州劍橋 |
| 居住地 | 美國 |
| 公民權 | 美國 |
| 母校 | 麻省理工學院 |
| 知名於 | Landmark 有機合成 分子結構 伍華德-霍夫曼規則 |
| 獎項 | 美國國家科學獎章（1964年） 諾貝爾化學獎（1965年） 科普利獎章（1978年） |
| 科學生涯 | |
| 研究領域 | 有機化學 |
| 機構 | 哈佛大學 |
| 博士生 | Harry Wasserman · Christopher Foote Ken Houk · Ronald Breslow 斯圖亞特·L·施萊伯 · William R. Roush · 黃乃正 |
羅拔·伯恩斯·伍華德（英語：Robert Burns Woodward，1917年4月10日—1979年7月8日），美國有機化學家，對現代有機合成做出了相當大的貢獻，尤其是在化學合成和具有複雜結構的天然有機分子結構闡明方面。由於「在有機物合成方面的成就」，伍華德榮獲1965年諾貝爾化學獎。與其同事羅爾德·霍夫曼共同研究了化學反應的理論問題。後者也獲得了1981年的諾貝爾化學獎。
早年的生活和學習
[編輯]伍華德生於麻省波士頓。其父為阿瑟·伍華德，系英格蘭移民。其母為瑪格麗特·伍華德，為蘇格蘭移民，生於格拉斯哥。
伍華德從小即醉心於化學。上昆西的小學、初中時就已經開始自學化學。在他上高中前，就已經把一本普遍使用的路德威·嘎特曼（Ludwig Gattermann）編寫的有機化學實驗教材大部分的實驗，想辦法做了一遍。
1928年（11歲）時伍華德找到了駐波士頓的德國領事館總領事，通過他取得一些發表在德國期刊上的論文。後來在其科普講座（Cope lecture）中伍華德回憶，他無意中在這堆論文中發現了奧托·迪爾斯和庫爾特·阿爾德關於雙烯合成反應的原始通訊，並被迷住了的經歷。在隨後的生涯中，伍華德大量地應用此反應於有機合成，並在理論和應用上對此反應做了非常深入的研究。1933年他被麻省理工錄取，然後次年即因忽視其他課程的學習導致成績不好而被校方開除。麻省理工於1935年再次錄取了伍華德，並於1936年授予其理學學士學位。再一年後他拿到了博士學位，其時，他的同學學士都還沒畢業。伍華德的博士論文是關於雌性荷爾蒙孕酮的合成。[1]在伊立諾依大學香檳分校做了短暫的博士後工作後他獲得了哈佛大學Junior Fellowship的職位（1937－1938）。 以後便一直在哈佛待了下去。1960年代，伍華德被任命為唐納理學教授，於是他便不需要給學生上課，從而能把所有的時間都花在研究上。
早期工作
[編輯]伍華德1940年代早期的工作集中在利用紫外光譜來闡明天然產物分子的結構上。伍華德收集了大量的實驗數據然後總結出了後來稱為伍華德規則的公式，此項成果可以用來幫助鑑定天然和人工合成分子的結構。利用儀器分析來作結構鑑定是伍華德研究生涯的一個特色。這種方法改變了沿用已久的冗長繁瑣的傳統分析方法。
1944年，伍華德與其學生William von Doering完成了用於治療瘧疾的奎寧生物鹼的人工合成。當時的宣傳稱此項突破可以解決因東南亞國家被日軍佔領而造成奎寧藥材短缺的問題，但是當時的合成工藝無法做到工業化大量生產。然而這卻是化學合成的一個里程碑。伍華德從德國人保羅·拉貝1905年將奎寧前體奎寧毒素轉化成奎寧的事實中獲得啟示，意識到合成奎寧毒素即意味着可以合成奎寧本身。伍華德完成這個工作的時候，有機化學總體上還是一門實驗學科，當時普遍認為如此複雜的分子難以被人工合成出來。伍華德給大家展示了一個事實：有機合成可以利用反應和結構的知識理解並進行有機合成。該合成是伍華德一生完成的無數極端複雜而精妙的合成裏的第一個合成。
後期工作與影響
[編輯]1930年代後期，英國化學家克里斯托夫·英果爾德和羅拔·羅賓遜開始了有機反應的機理研究，提出了很多經驗規則用以預測有機分子的反應活性。伍華德大概是第一個在有機合成中利用這些規則的化學家。伍華德的做法激勵了大批合成了許多重要藥物和結構複雜的天然產物的新一輩化學家們。
有機合成與諾貝爾獎
[編輯]1940年後期，伍華德合成了許多複雜的天然產物分子，包括奎寧、膽固醇、可的松、馬錢子鹼、麥角酸、利血平、葉綠素、頭孢氨素和秋水仙鹼。經過這些分子的合成，伍華德開創了有機合成的一個新紀元，稱為「伍華德時代」。他告訴人們只要仔細的運用物理有機化學的原理，以及精細的策劃，天然產物可以通過人工的方法合成出來。許多伍華德的合成工作被同行譽為傑作。在伍華德做出這些分子之前人們普遍認為人工合成這些分子是不可能的。伍華德的工作也被別人描述為一種藝術。從那以後，合成的化學家們總是希望在合成中力求實用與美的結合。他在研究中大量應用當時新興的紅外光、紫外光和核磁共振技術，並注重合成中的立體化學問題（即分子在三維空間的構形）。許多藥物分子往往是某種特定結構的異構體才能充當藥物，這就需要解決合成中的立體專一性問題，從而能合成具有特定立體化學的分子，在當時伍華德的工作是首創的。他的工作告訴人們通過透徹和理性的規劃，立體專一的合成是可以實現的。眾多他的合成工作採用的是通過引入剛性結構因素於分子中，迫使分子形成某個特定結構。這種思路現在已經變成一種研究的標準方法。伍華德在這方面貢獻，尤其是以他完成的利血平和馬錢子鹼的合成作為代表，在有機合成發展史上是里程碑式的貢獻。
伍華德還在有機合成中應用了紅外光技術和化學降解方法來測定複雜分子的結構。其中尤為值得注意的是山道年酸、馬錢子鹼、magnamycin和土黴素，等等。世界大戰期間，伍華德提出了青黴素正確的β－內酰胺結構，糾正了羅拔·羅賓遜提出的塞唑啉－噁唑結構，而後者是當時有機化學界的權威。伍華德的同事、諾貝爾獎獲得者德里克·巴頓評論道：「最厲害的結構式鑑定當屬土黴素無疑。這個問題工業價值很大，引得眾多天才化學家們紛紛投入這項工作中來。研究數據繁多而無頭緒，很多東西實驗上沒有問題，但卻得不到正確的結果。伍華德拿了張卡片，羅列出各個研究數據，靜思良久，便推出了土黴素的正確結構。這在當時是無人能及的。」 伍華德再一次藉由實例告訴人們結合理性思辨與理論以及對化學的直覺可以做到這些。
1950年代早期，伍華德與在哈佛工作的英國化學家傑夫里·威爾金森一道提出了二茂鐵的新穎結構。二茂鐵分子由有機分子和鐵原子構成。這個事件被當作是金屬有機化學的開端。該學科如今已發展成為一門具有重要工業價值的學科。威爾金森與恩斯特·奧托·費歇爾一道因為此項工作而獲得了1973年的諾貝爾化學獎。一些歷史學家認為伍華德應該分享此項獎。伍華德本人也有一樣的看法，曾經給諾貝爾評獎委員會寫信表達看法。
伍華德因其在合成複雜有機分子方面的貢獻獲得了1965年的諾貝爾獎。在他的獲獎發言中，伍華德描述了抗生素頭孢黴素的合成，並聲稱他已經設計出了這個分子切實可行的合成方法，頒獎後在很快的時間內就可以做出來。
維生素B12合成與伍華德-霍夫曼規則
[編輯]1960年代早期，伍華德開始了迄今為止最複雜的天然產物分子－維生素B12的合成。他與在瑞士蘇黎世的同事阿爾伯特·艾申莫瑟精誠合作，組織了有上百名研究生和博士後的隊伍歷時數載攻關該分子的合成。該工作的結果最終於1973年發表，在有機化學歷史上樹立了一個新的里程碑。該合成涉及上百步的反應和繁重的設計與分析。這個工作的結果用比其他任何一個合成都強有力的事實告訴其他化學家們只要有足夠的時間和策略研究，任何複雜的分子都能在實驗室里合成出來。
同年，通過對維生素B12合成過程中得到的觀察的研究，伍華德與羅爾德·霍夫曼提出了預測周環反應過程中產物立體化學的規則（後世稱其為伍華德－霍夫曼規則）。作為一個經驗豐富的有機合成化學家，伍華德自己通過分析分子軌道對稱性先得出了該規則的雛形；他請求霍夫曼幫他對結果進行理論驗算。霍夫曼使用自己發明的「推廣的休克爾方法」對結果進行了計算。後來發現許多試驗數據都與理論結果吻合得相當好。於是在1981年霍夫曼與日本化學家福井謙一分享了當年的諾貝爾化學獎。當時倘若伍華德還活着，他毫無疑問可以拿第二次諾貝爾化學獎。
伍華德研究所和晚年
[編輯]1963年，伍華德身在哈佛，卻擔當其遠在瑞士巴塞爾的伍華德研究所的領導職務。他還在1966年至1971年期間擔任了他的母校麻省理工以及以色列魏茨曼科學研究所的校董。
伍華德是一個工作狂，先後離婚三次。第三次離婚後沒幾年，1979年7月8日，伍華德孤獨地在麻省劍橋的寓所因心臟病突發逝世，終年62歲，當時他還在從事一種叫做紅黴素的抗生素的合成。伍華德逝世後，他曾經的博士後，日本人岸義人同學義無反顧地接替了他的研究組負責指導紅黴素全合成剩下的工作。
他的一名學生回憶道： 「我得到伍華德的很大幫助。他讓我知道雖然我們在結果並不明朗的情況下也能對難題攻關。但要有信心，憑藉智力和勤勞是可以克服這些困難的。他給我展示了有機化學的美之所在，也告訴我這一行思維嚴謹的重要性。他說大家不必要專業化。他對合成策略、複雜結構的推斷、新反應的發明和理論研究都作出了傑出的貢獻。他通過言傳身教告訴學生傾心做學問的樂趣。我很珍惜曾與這位科學巨匠一起工作的美好回憶。」
其他
[編輯]他於1938年與Irja Pullman結婚。1946年與Eudoxia Muller結婚。第一次婚姻中育有兩個女兒，第二次婚姻中育有一兒一女。 伍華德一生發表了196篇論文，其中85篇是研究全文，其餘為通訊、講義和綜述等。他從事的科研工作很密集，以至於常常沒來得及發表所有的實驗細節。許多他參與的研究工作是在他辭世多年後才發表的。伍華德培養了200多個博士生、博士後研究人員。其中很多人後來成為著名的學者，最著名的有岸義人（哈佛教授）、Stuart Schreiber（哈佛教授）、Christopher S. Foote（UCLA教授）及Kendall Houk （UCLA教授）等等。
伍華德是個出名的工作狂，一輩子都撲在化學研究上。他的化學知識是百科全書式的，對細節過目不忘。他的過人之處在於能博覽群書，而又融會貫通，將別人瑣碎的研究成果整合成完整的知識來解決具體問題。他的講課富有傳奇色彩，往往能持續三四個小時。他不喜歡用幻燈片，而愛用不同顏色的粉筆畫出漂亮的結構式來。在哈佛，他周六的研討課常常講着講着就講到深夜。 他偏愛藍色。他的衣服、汽車是藍色的( 是學生幫他塗的, 學生發現老師愛藍色, 老師並沒有因此而生氣)，甚至於停車的車位都塗成藍色。他厭惡體育鍛煉，能接連好幾天每天睡幾個小時。他煙癮很大，喜歡喝蘇格蘭威士忌。
名言
[編輯]- 沒有通用的反應，所有反應都必須逐個做才能確定結果。
- 最好的反應模型，是你的反應底物的對映異構體。
- 合成……是門藝術。
發明的術語
[編輯]- conrotation/disrotation 順旋/對旋
- macrolide 大環內酯
- total synthesis 全合成
榮譽和獎勵
[編輯]由於伍華德的傑出貢獻，他獲得了許多獎勵、榮譽和榮譽學位。1953年他被當選為美國科學院院士。是世界各國的各種院士。身兼各種公司的技術指導，包括Polaroid、輝瑞、默克等等。其他獎勵包括：
- 約翰·史考特獎章：富蘭克林研究所與費城市政府（1945年）
- 貝克蘭獎章（Backeland Medal）：美國化學學會北紐澤西州部門（1955年）
- 戴維獎章：皇家學會（1959年）
- 羅傑·亞當斯獎章：美國化學學會（1961年）
- 庇護十一世獎章：宗座科學院（1969年）
- 美國國家科學獎章：美國政府（1964年） ("For an imaginative new approach to the synthesis of complex organic molecules and, especially, for [his] brilliant syntheses of strychnine, reserphine, lysergic acid, and chlorophyll.")
- 諾貝爾化學獎（1965年）
- 威拉德·吉布斯獎：美國化學學會芝加哥部門（1967年）
- 拉瓦節獎章：法國化學學會（1968年）
- 旭日章勳二等：日本天皇（1970年）
- 漢伯里紀念獎章（Hanbury Memorial Medal）：英國藥學會（1970年）
- Pierre Brnylants Medal：法語天主教魯汶大學（1970年）
伍華德接受了二十多個榮譽學位，包括如下大學的榮譽博士學位：
參見
[編輯]註釋
[編輯]- ^ A synthetic attack on the oestrone problem PhD Dissertation. [2010-10-08]. （原始內容存檔於2012-06-03）.
參考文獻
[編輯]- "Robert Burns Woodward" by Elkan Blout in 'Biographical Memoirs'; National Academy of Sciences Press, Vol. 80, 2001.
- Robert Burns Woodward: Architect and Artist in the World of Molecules; Otto Theodor Benfey, Peter J. T. Morris, Chemical Heritage Foundation, April 2001.
- Robert Burns Woodward and the Art of Organic Synthesis: To Accompany an Exhibit by the Beckman Center for the History of Chemistry (Publication / Beckman Center for the History of Chemistry); Mary E. Bowden; Chemical Heritage Foundation, March 1992.
- "Robert Burns Woodward"- Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society: Alexander Todd and John Cornforth (Nov. 1981).
- G. Wayne Craig: "The Woodward Research Institute, Robert Burns Woodward (1917 – 1979) and Chemistry behind the Glass Door", Helvetica Chimica Acta 94 (2011) 923−946, DOI: 10.1002/hlca.201100077.
外部連結
[編輯]| 1927－1950 |
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| 1951－1975 |
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| 1976－2000 |
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| 2001－至今 |
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