陪跑131次诺贝尔奖,他将科学做成了艺术

2016年11月25日 14:33:14 | 来源:网易订阅

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  每一个不曾起舞的日子

  都是对生命的辜负

  ……

  二战时期,战火连天,疾病肆虐

  大面积的感染,难以控制的疟疾

  疾病,成了比战争更可怕的恶魔

  在很多地方,抗疟疾药,成了救命的东西

  而大名鼎鼎的奎宁(俗称金鸡纳霜),是当时唯一能治疗疟疾的药物

  可战争期间,天然的奎宁供不应求

  眼看着数百万人正深陷疟疾的威胁之中

  这时候,他站了出来,成了大家的保护神

  图:金鸡纳

  维生素B12,最后一个被发现的B族维生素

  最复杂的天然物质之一,有机合成界的珠穆朗玛峰

  这种人体必须的维生素,却只有微生物才能生产

  提取工艺复杂,产量低,价格高昂,供不应求

  可却始终没有人能合成出那么复杂的物质

  又是他,带领着100多位化学家一起攻关

  攀登上了这座有机合成界令人望而生畏的高峰

  他是有机合成界的“蓝精灵”

  是因为实在偏科得太严重而被MIT退学的学生

  更是有史以来最伟大的化学家之一

  他是有机合成之父——罗伯特·伯恩斯·伍德沃德(Robert Burns Woodward)

  …

  伍德沃德出生在美国马萨诸塞州的波士顿

  他从小就特别喜欢蓝色,还特别喜欢化学

  当他看到要用来和生石灰混合来消毒的硫酸铜溶液的时候

  那透明澄澈的蓝,那纯净美好的蓝,他简直被迷住了

  刚上小学,当同龄的小伙伴只想着放学去哪里玩的时候

  他就买了各种瓶瓶罐罐,在自家的地下室里捣鼓起了他的“化学实验室”

  在他上高中之前,就已经把学校里通用的有机化学实验教材大部分的实验做完了

  实验水平秒杀一众高中的师兄师姐

  更重要的是,他收集到了几十种迷人的蓝色溶液、蓝色粉末…

  德国强大的科学研究实力让年幼的伍德沃德心驰神往

  可才11岁的他,也不太可能去到德国学些什么东西

  不过嘛,德国有驻波士顿的领事馆

  小小年纪的伍德沃德找到了领事馆的总领事

  通过总领事的帮助,他拿到了只发表在德国期刊上的最顶级研究论文

  当然,也学到了很多前沿的化学知识,做了更多的实验,拿到了更多的“化学蓝”

  图:德国驻华盛顿大使馆

  1933年,素有“神童”之称的伍德沃德在16岁的时候就考入了美国最出名的理工类大学——MIT(麻省理工学院) 

  当时的班上,除了他,都是20岁上下的大哥哥大姐姐

  而年纪最小的他,从入学起就被寄予了厚望

  可是伍德沃德实在是太喜欢化学了

  他将自己所有的精力都投入了化学

  以至于1年之后,除了化学,他所有的科目统统挂了科

  图:MIT竟然也不接收偏科生

  在MIT的校史上何曾出现过成绩如此糟糕的学生

  学校二话不说,就把伍德沃德开除了

  这可急坏了MIT的化学系的各位教授们

  伍德沃德可是他们见过的最有化学天赋的学生

  教授们聚在一起讨论了半天,给校长写了一封联名信,希望能留下这个天赋异禀的学生

  第二年,18岁的伍德沃德重新回到了MIT的校园

  这一回,学校为了培养他,给他开了小灶,专门安排了许多课程

  伍德沃德也没有辜负大家的期望,1年的时间,他拿到了学士学位

  再一年的时间,他又拿到了博士学位

  当他20岁那年通过了博士论文答辩,拿到博士学位证的时候

  他的很多同学(第一次入读MIT时候的同学),甚至连学士学位都还没拿到

  普通人要读6年才能拿到的博士学位,他用1年就拿到了

  这在MIT也是绝无仅有的

  博士毕业后的伍德沃德,在哈佛大学执教

  于是,哈佛大学出现了这样一幕

  一位20岁的讲师在讲台上给22、23岁的学生们上课

  伍德沃德博士毕业不久后,第二次世界大战拉开了序幕

  在日军的占领下,来自东南亚国家的奎宁变得更为稀缺

  战争,让疟疾的传播变得更为迅速与广泛

  奎宁的供不应求,将数百万人的性命暴露在疟疾的威胁下

  一场随时可能爆发的疟疾狂潮让所有的人都忧心不已

  图:罹患疟疾的儿童

  这时,伍德沃德做出了一个惊人的决定,人工合成奎宁

  听到他要合成奎宁,他的同事们都惊呆了

  纵然他是个“神童”,也不能说出什么大言不惭的话吧

  上世纪40年代,有机化学总体上还是一门实验学科

  当时的人们普遍认为,像奎宁这样的复杂分子,是不可能被合成出来的

  图:奎宁结构式

  伍德沃德才不在乎同事们的嘲笑

  他来到了实验室里,一心思索着要如何合成奎宁

  苦苦想了好几天,伍德沃德仍然一筹莫展

  心情烦躁不堪的他一气之下把家里所有的东西都换成了蓝色

  墙壁、窗帘、床单、桌子…宁静而平和的蓝色,似乎真的让他静下了心

  他躺在蓝色的床上,看着蓝色的天花板,进入了梦乡

  图:蓝精灵般的伍德沃德

  或许是他钟爱的蓝色真的给了他灵感

  当伍德沃德再一次回到实验室的时候

  他照着自己的想法探索了一阵

  那被说成不可能能人工合成的奎宁出现在了他的眼前

  图:伍德沃德在实验室合成奎宁

  55道复杂的程序,繁琐的制备方法

  纵然当时的合成工艺无法进行奎宁的工业化生产

  但不管怎么说,这是化学合成的一个里程碑

  紧接着,伍德沃德的灵感一个接着一个蹦出来

  胆固醇、可的松、叶绿素、秋水仙碱…

  一大堆之前只能从天然物质中提取的化合物在他的实验室里诞生

  他告诉人们,只要仔细运用物理有机化学的原理,有精细的策划,天然产物是可以通过人工的方法合成出来的

  图:伍德沃德与叶绿素(结构式)

  伍德沃德的工作更像是艺术

  从那以后,合成的化学家们总是力求实用与美的结合

  那个时代,被人们称为“伍德沃德时代”

  他还有着非同寻常的对化学的直觉

  上世纪60年代的时候,土霉素的结构式鉴定是业界的难题

  众多化学家们都投入到了其结构式的研究中

  各种研究数据繁多而杂乱,令人毫无头绪

  伍德沃德拿了张卡片,将数据一个个罗列出来

  静思良久,竟然在卡片上将土霉素的结构式一处不错的写了下来

  惊呆了他的同事、朋友和众多的化学家们

  图:土霉素结构式

  1965年,凭借着在合成化学上的成就

  陪跑了131次(获得过131次诺贝尔奖提名)的伍德沃德终于上位

  拿到了当年的诺贝尔化学奖

  就在他去领奖的路上,看着车外蓝色的天空

  头孢霉素的合成方法一点点在他的脑海里拼凑了出来

  于是,他硬生生的将获奖感言变成了制备头孢霉素的学术讲座

  他说他已经为头孢霉素设计了切实可行的合成方法,颁奖后,很快就能将它做出来

  台下的观众,台上的颁奖嘉宾,都被他说得一愣一愣的

  拿到了诺贝尔奖的伍德沃德并没有就此停止自己的研究

  而是向着更为艰巨复杂的化学合成方向前进

  这一次,他的目标是化学合成界的珠穆朗玛峰——维生素B12

  现在,维生素B12不过是药店卖的几块钱一瓶的小药片

  可是在几十年前,当我们还不能合成维生素B12的时候

  这种极为重要的药物,只能从动物的肝脏中提取,价格昂贵,供不应求

  自然界中的维生素B12都是微生物合成的,高等动植物不能制造维生素B12。自然界中的维生素B12主要是通过草食动物的瘤胃和结肠中的细菌合成的的,因此,其膳食来源主要为动物性食品,其中动物内脏、肉类、蛋类是维生素B12的丰富来源。

  维生素B12的主要生理功能是参与制造骨髓红细胞,防止恶性贫血;防止大脑神经受到破坏。

  维生素B12的缺乏,会导致神经系统的损伤与恶性的贫血

  精神抑郁、睡眠质量低下、记忆力下降…

  对于维生素B12缺乏的人群来说,日子过得异常艰难

  经过研究,伍德沃德发现,维生素B12有181个原子

  这些原子在空间呈魔毡状分布,性质极为脆弱

  强酸、强碱、高温,都会让维生素B12分解

  这给维生素B12的合成造成了极大的困难

  要想按照之前的方法,一步步的合成维生素B12,基本是天方夜谭

  伍德沃德显然也知道这一点

  只有创立新的合成技术,才可能攀上这座高峰

  图:维生素B12结构式

  伍德沃德觉得,自己需要再多一些的灵感

  而他的灵感来源…对,就是“化学蓝”

  他花了大价钱买了一辆蓝色的车,里里外外都涂成了蓝色

  甚至还把自己的停车位也刷成了蓝色

  他坐在车里,被蓝色包裹着,感觉好极了

  这时候,灵感真的来找他了

  既然不能一步步合成,那分开来,一部分一部分的合成,再拼起来,这不就行了吗

  而这种方法,正是如今通用的合成复杂有机化合物的方法

  有了初步的想法,还要设计合成的路线

  毕竟维生素B12那么复杂,不是说一说就能合成的东西

  近千个复杂的有机合成实验,11年的时间

  伍德沃德终于完成了维生素B12的合成工作 

  图:维生素B12的全合成

  在合成维生素B12的过程中

  他还与他的学生兼助手——霍夫曼一起,提出了分子轨道对称守恒原理

  这个理论,简单直观地揭示了许多有机化学反应的过程

  而这个理论的创立,使霍夫曼、福井谦一同获得了1981年的诺贝尔化学家

  若非伍德沃德那时候已经不在人世

  他会成为为数不多的获得过两次诺贝尔奖的人

  有机合成,需要长时间的守护、观察和记录

  那时,伍德沃德每天的休息时间不超过4个小时

  而除了睡觉和吃饭,他所有的时间都在实验室里工作

  他是个出了名的工作狂魔

  一辈子的时间都献给了化学研究

  过于忙碌的生活让他无暇顾及自己的家庭

  即便他着实有着不低的颜值,可他的3段婚姻都无疾而终

  500多名学生,200多名博士与博士后

  他的学生已经遍布世界各地

  多个国家的院士,各种公司的技术指导

  他身上的荣誉更是数不胜数

  1979年,伍德沃德积劳成疾,心脏病突发而与世长辞,终年62岁

  在他辞世前,他仍然念念不忘他的有机合成工作,记挂着他那还没合成完的赤霉素

  为了完成他的心愿,他曾经的学生义无反顾的接替了他的研究组,完成了赤霉素的合成

  

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