羅伯特·伯恩斯·伍德沃德(Robert Burns Woodward) —當代有機化學大師之一

1917年4月10日,一個男孩在美國波士頓呱呱落地,他就是後來成為當代有機化學大師、諾貝爾化學獎獲得者——羅伯特·伯恩斯·伍德沃德(Robert Burns Woodward,1917-1979 年)。

伍德沃德從小就對化學有著特殊的興趣。在念小學和中學時,他就常常一個人藏在自家的地下室里做著化學實驗。1933年,當他16歲時,考入麻省理工學院,成了一個大學生。上大學之初,他就立下志嚮,將來要成為一個化學家。然而,他在學院裡除了特別偏愛化學專業和化學實驗外,對別的專業和規定的學科不屑一顧。因此,到了第二個學年,他便受到院方退學的處分。院方這一決定,使伍德沃德的內心產生了極大的震動,並由此受到了深刻的教育。由於他的突出鑽研精神,老師們極力向院方保薦,他纔得以重新入學。但條件是先把基礎知識學好,然後再學習專業課,再拿出大量時間和投入更大精力到實驗室里做實驗。只經過一年的時間,伍德沃德在剛剛年滿19歲時,就圓滿完成了大學本科學業,並獲得了學士學位。第二年,即1937年,他的原班同學大學畢業時,他卻已經通過了研究生考試,並獲得了博士學位。然後來到美國著名的哈佛大學執教兼搞科學研究,一干就長達四十餘年。這一段曲折的大學學習生活,使伍德沃德受到了很大啟迪,對他認識人生哲理和日後的迅速成長都起到了十分重要的作用。很明顯,伍德沃德儘管是一個很有才華的青年,但也只有在學好基礎知識的前提下,才能使專業特長的潛力更充分地發掘出來。

以後幾十年間,伍德沃德幾乎把自己的全部精力都投入到化學事業上,決心以新的成就來實現他自己的雄心壯志。這時的伍德沃德只有20多歲。奮鬥了幾年,終於在1944年,當他還僅僅是一個27歲的青年化學工作者時,就成功地合成了「金雞納鹼」。用現在的合成手段,合成金雞納鹼並不困難,但在40年代中期,尤其對於一個不足30歲的青年來說,這項成就已夠令人矚目的了,當時美國整個化學界幾乎都在稱讚這個青年的非凡才華。成功的喜悅非但沒有令伍德沃德驕傲自滿,而且使他受到了更大的激勵。後來,他潛心於對生物鹼的合成研究,尤其對留體化合物的生成原因及過程進行了仔細的探索。回顧現今留體激素合成工業基礎的建立,與當時伍德沃德在這方面的努力是分不開的。

與此同時,他在抗生素方面,測定並確定了金黴素和土黴素的化學結構。他對6一去甲基—6—去氧四環素合成的實現,為以後四環素類抗生素合成系統的建立奠定了基礎。從40年代中期到50年代初期,伍德沃德對於天然有機化合物的合成,尤其是對膽留醇、皮質酮、馬錢子鹼、利血平和葉綠素等有機化合物的合成,均取得了顯著的成功。受到了美國和世界化學界人士的讚譽。當時被公認為有機物合成的最高水準。以伍德沃德為代表的最高水準的有機物化合成,也就構成了有機合成化學發展史上的一段特定重要時期。其間,他還發現了多肽縮合劑,極大地促進了多肽合成系統的發展,因此這種縮合劑被化學界稱為「伍德沃德試劑」。而且,實踐證明,在通常情況下,這種縮合劑的效果比過去普及使用的縮合劑———DCC要更好一些。

伍德沃德在有機化學方面的最突出貢獻,是於1952年最早揭示出「二茂鐵」的夾心式結構的秘密。當然,該結構現在早已為化學界所熟知,但在當時卻是一項重大突破,而且十分難能可貴。為此,事隔十三年後的1965年,諾貝爾評獎委員會將該年度的化學獎授予當時年近五十的美國化學家——著名的有機化學專家伍德沃德。

諾貝爾化學獎的授予,更加激勵了伍德沃德在科學事業上再攀高峰。綜觀他一生的科學成就,可以這樣認為,他的最重要的兩項化學成就的取得都是在摘取諾貝爾桂冠之後。第一項是對於維生素12的合成。這是他與瑞士蘇黎世高等工業學院埃申莫塞教授合作的結晶。對B12合成的研究,歷時十一年,參與的化學家一百餘人,其研究所涉獵的廣度和深度,均十分令人震驚。事實證明,B12合成的成功是伍德沃德畢生從事的合成事業的巔峰。第二項是關於「分子軌道對稱性守恆原理」的提出問題。伍德沃德在合成B12過程中,觀察到了大量分子軌道的對稱性對化學反應進行的困難或容易,以及對生成物的分子結構卻在起著決定性作用。於是,他就利用自己早年曾對第爾斯一阿爾德反應的反應機制進行過深入探討的基礎,立即與美籍波蘭人當時只有20多歲的青年量子化學家—羅爾德·霍夫曼合作,進行深入探討,終於在1965年最早提出分子軌道對稱性守恆的基本原理。這一原理很快就被譽為近年來化學領域內的最典型原理,被公認為化學理論方面最偉大成就之一。這一原理後來又經過許多科學家的推敲、不斷完善,使之更加深入,應用範圍更加擴大。現今已經使之完善到了成為對化學反應機理進行考察的主要理論方法之一。

伍德沃德在從事科學研究的一生中,對於有機合成和有機化學理論做出了足令美國和世界化學界矚目的許多傑出貢獻,實屬不易,也經常令人難以想象。探究他成功的秘訣,可以歸結為兩點:第一,在進行實際操作之前,首先制訂出詳盡而周密的計畫。就是以自己的極為淵博的基礎和專業知識,以及非常豐富的實踐經驗,然後篩選出可靠而有效的合成路線和簡易而正確的具體實驗步驟,對合成過程中每一步化學反應的結果作出非常精確的估計;對合成過程中可能碰到的問題,甚至可能遇到失敗也都事先作出相關的應變措施,以防不測。比如合成葉綠素共需要五十五個步驟,合成維生素B12則更加艱難複雜。在進行上述化合工作時,其設計上決不能出現半點疏忽,全盤計畫必須非常精密、準確,必須堅決擯棄僥倖成功的幻想,經過一絲不苟的科學實驗,最後終於取得了成功。第二,運用一切科學手段,努力爭取科學研究,達到既定目標。在採取手段時,無論是化學上的,還是物理上的,只要有助於實現科學研究的目的,都照學不誤、照樣利用。在合成化學出現之初,人們並不重視物理方法的作用,瞧不起既簡單又新穎又頗具實際價值的物理方法,所以在物質的化合研究上難以取得突破性的進展。

年輕而思想敏銳的伍德沃德,認識到物理方法有可能會成為解決合成反應中所出現的難題的有效方法,並在實驗中大膽加以採用,果真取得了意想不到的效益。比如,他把物理學中出現的「紅外、核磁、質譜、X射線衍射」等方法大膽引進到化學試驗中。伍德沃德所進行的實驗證明,在20世紀60、70年代科學已經發展到了現代的歲月,一個科學家要想取得成就,為科學事業的發展做出更大的貢獻,他的思想就必須開拓,必須考慮到學科之間的相互滲透、相互交叉。他就是這樣的一個科學家,他既重視本專業的理論與實驗手段,又善於借用其它學科可行的理論與實驗手段,來充實自己的科學研究和取得良好的效果。

伍德沃德1950年榮升哈佛大學教授。從1963年起,他開始兼任汽巴藥廠設在瑞士巴塞爾城的伍德沃德研究所所長,所以經常來往於美國和西歐。由於他在化學事業上的成就和貢獻,世界各地許多學者向他拜師學藝。經他親自培養的研究生和進修生多達五百餘人,其中有些人已成為當今世界化學界的名家。

1979年7月8日,年方62歲,正值盛年、肩負人們殷切希望的伍德沃德,因心臟病突然過早去世。他那一絲不苟的治學作風、戒驕戒躁從不自滿的高尚品德,至今仍是同仁和後人學習的典範,他的名字將永遠銘刻在人類科學的史冊上。