Роберт Бернс Вудворд

Чтобы узнать о других людях по имени Роберт Вудворд, см. Роберт Вудворд (значения) .

Роберт Бернс Вудворд
Рожденный	( 1917-04-10 ) 10 апреля 1917 г. Бостон , Массачусетс , США
Умер	8 июля 1979 г. ) ( 1979-07-08 ) ( 62 года Кембридж, Массачусетс , США
Альма-матер	Массачусетский технологический институт ( бакалавр наук , доктор философии )
Известный	Знаменитые органические синтезы молекулярной структуры Определение Общий синтез витамина B12 Цис-гидроксилирование Вудворда Модификация Вудворда Синтез Вудворда Правила Вудворда Синтез хинина Вудворда-Дёринга Правила Вудворда-Хоффмана Реакция Прево – Вудворда
Награды	Премия столетия (1951) ФорМемРС (1956) Медаль Уильяма Х. Николса (1956) Медаль Дэви (1959) Национальная медаль науки (1964 г.) Нобелевская премия по химии (1965 г.) Премия Уилларда Гиббса (1967) Медаль Копли (1978)
Научная карьера
Поля	Органическая химия
Учреждения	Гарвардский университет
Диссертация	Синтетическая атака на проблему эстрона   (1937)
Докторантура	Джеймс Флэк Норрис Эйвери Адриан Мортон
Докторанты	Кристофер Фут Кен Хоук Рональд Бреслоу Стюарт Шрайбер Уильям Р. Руш Дэвид М. Лемаль

Роберт Бернс Вудворд ForMemRS HonFRSE (10 апреля 1917 — 8 июля 1979) — американский химик-органик . Многие считают его выдающимся химиком-синтетиком-органиком двадцатого века. внес большой вклад в эту тему, особенно в синтез сложных натуральных продуктов и определение их молекулярной структуры . Он тесно сотрудничал с Роальдом Хоффманом по теоретическим исследованиям химических реакций . В 1965 году ему была присуждена Нобелевская премия по химии .

Молодость

Вудворд родился в Бостоне, штат Массачусетс , 10 апреля 1917 года. Он был сыном Маргарет Бернс (иммигрантки из Шотландии, которая утверждала, что является потомком поэта Роберта Бернса ) и ее мужа Артура Честера Вудворда, который сам был сыном аптекаря Роксбери Харлоу Эллиота Вудворда.

Его отец был одной из многих жертв пандемии гриппа 1918 года .

С самого раннего возраста Вудворда привлекала химия, и он занимался частным изучением химии, одновременно посещая государственную начальную школу, а затем среднюю школу Куинси . в Куинси, Массачусетс . К моменту поступления в среднюю школу ему уже удалось провести большую часть экспериментов из Людвига Гаттермана широко используемого в то время учебника экспериментальной органической химии . В 1928 году Вудворд связался с генеральным консулом немецкого консульства в Бостоне (бароном фон Типпельскирхом). ), и через него удалось получить копии нескольких оригинальных статей, опубликованных в немецких журналах. Позже, в своей лекции в Коупе, он вспоминал, как был очарован, когда среди этих статей случайно наткнулся на оригинальное сообщение Дильса и Альдера о реакции Дильса-Альдера . На протяжении всей своей карьеры Вудворд неоднократно и эффективно использовал и исследовал эту реакцию как теоретически, так и экспериментально. В 1933 году он поступил в Массачусетский технологический институт (MIT), но настолько пренебрег своим формальным обучением, что его исключили в конце осеннего семестра 1934 года. Массачусетский технологический институт повторно принял его на осеннем семестре 1935 года, и к 1936 году он получил степень бакалавра наук . Всего год спустя Массачусетский технологический институт присвоил ему докторскую степень , когда его однокурсники еще получали степени бакалавра. Докторская работа Вудворда включала исследования, связанные с синтезом женского полового гормона эстрона . Массачусетский технологический институт требовал, чтобы аспиранты имели научных руководителей. Советниками Вудворда были Джеймс Флэк Норрис и Эйвери Адриан Мортон. хотя неясно, действительно ли он последовал их совету. После непродолжительной постдокторской работы в Университете Иллинойса он получил младшую стипендию Гарвардского университета с 1937 по 1938 год и оставался в Гарварде на различных должностях до конца своей жизни. В 1960-х годах Вудворд был назначен профессором Доннера, и это звание освободило его от преподавания официальных курсов, чтобы он мог посвятить все свое время исследованиям.

и

Ранние работы

Первым крупным вкладом в карьере Вудворда в начале 1940-х годов стала серия статей, описывающих применение ультрафиолетовой спектроскопии для выяснения структуры натуральных продуктов. Вудворд собрал большое количество эмпирических данных, а затем разработал ряд правил, позже названных правилами Вудворда , которые можно было применять для выяснения структур новых природных веществ, а также неприродных синтезированных молекул. Целесообразное использование недавно разработанных инструментальных методов было характерной чертой, которую Вудворд демонстрировал на протяжении всей своей карьеры, и ознаменовало радикальный переход от чрезвычайно утомительных и длительных химических методов структурного выяснения, которые использовались до этого.

В 1944 году вместе со своим научным сотрудником Уильямом фон Эггерсом Дерингом Вудворд сообщил о синтезе алкалоида хинина , используемого для лечения малярии . Хотя синтез рекламировался как прорыв в приобретении труднодоступного лекарственного соединения в оккупированной Японией Юго-Восточной Азии, на самом деле он был слишком долгим и утомительным для внедрения в практические масштабы. Тем не менее, это стало вехой в химическом синтезе. Особое понимание Вудворда в этом синтезе заключалось в том, что он осознал, что немецкий химик Пауль Рабе превратил предшественник хинина, называемый хинотоксином, в хинин в 1905 году. Следовательно, синтез хинотоксина (который на самом деле синтезировал Вудворд) проложил бы путь к синтезу хинина. Когда Вудворд совершил этот подвиг, органический синтез все еще был в значительной степени вопросом проб и ошибок, и никто не думал, что такие сложные структуры действительно можно построить. Вудворд показал, что органический синтез можно превратить в рациональную науку и что синтезу могут способствовать хорошо известные принципы реакционной способности и структуры. Этот синтез был первым в серии чрезвычайно сложных и элегантных синтезов, которые ему предстояло предпринять.

работа и ее

Вудворд говорил о хлорофилле в 1965 году.

Кульминацией стали 1930-е годы, когда британские химики Кристофер Ингольд и Роберт Робинсон , среди других, исследовали механизмы органических реакций и разработали эмпирические правила, которые могли предсказать реакционную способность органических молекул. Вудворд был, пожалуй, первым химиком-синтетиком-органиком, который использовал эти идеи в качестве основы для прогнозирования синтеза. Стиль Вудворда послужил источником вдохновения для работы сотен последовательных химиков-синтетиков, которые синтезировали важные с медицинской точки зрения и структурно сложные натуральные продукты.

премия

В конце 1940-х годов Вудворд синтезировал множество сложных натуральных продуктов, включая хинин , холестерин , кортизон , стрихнин , лизергиновую кислоту , резерпин , хлорофилл , цефалоспорин и колхицин . Этим Вудворд открыл новую эру синтеза, иногда называемую «эрой Вудворда», в которой он показал, что натуральные продукты могут быть синтезированы путем тщательного применения принципов физической органической химии и тщательного планирования.

Многие из синтезов Вудворда были описаны его коллегами как впечатляющие, и до того, как он их осуществил, некоторые считали, что создать эти вещества в лаборатории будет невозможно. Синтезы Вудворда также были описаны как содержащие в себе элемент искусства, и с тех пор химики-синтетики всегда искали в синтезе как элегантность, так и полезность. Его работа также включала исчерпывающее использование недавно разработанных методов инфракрасной спектроскопии , а затем и ядерного магнитного резонанса спектроскопии . Другой важной особенностью синтезов Вудворда было внимание к стереохимии или особой конфигурации молекул в трехмерном пространстве. Большинство натуральных продуктов, имеющих медицинское значение, эффективны, например, в качестве лекарств, только тогда, когда они обладают определенной стереохимией. Это создает потребность в « стереоселективном синтезе », позволяющем получить соединения с определенной стереохимией. Хотя сегодня типичный синтетический путь обычно включает такую ​​процедуру, Вудворд был пионером, показавшим, как при исчерпывающем и рациональном планировании можно проводить стереоселективные реакции. Многие из его синтезов включали придание молекуле определенной конфигурации путем установки в нее жестких структурных элементов — еще одна тактика, которая сегодня стала стандартной. В этом отношении особенно важными стали его синтезы резерпина и стрихнина.

Во время Второй мировой войны Вудворд был советником Совета по военному производству по проекту пенициллина. Хотя часто приписывают предположение о бета-лактамной структуре пенициллина , на самом деле она была впервые предложена химиками из Merck и Эдвардом Абрахамом в Оксфорде, а затем исследована и другими группами (например, Shell). Вудворд сначала поддержал неправильную трициклическую структуру ( слитый с тиазолидином и оксазинон с амино-мостиком) структуру, выдвинутую группой пенициллинов в Пеории. Впоследствии он дал свое одобрение на структуру бета-лактамов, и все это в противоположность структуре тиазолидин - оксазолона, предложенной Робертом Робинсоном , тогдашним ведущим химиком-органиком своего поколения. в 1945 году доказала правильность структуры бета-лактама В конечном итоге, Дороти Ходжкин с помощью рентгеновской кристаллографии .

Вудворд также применил технику инфракрасной спектроскопии и химического разложения для определения структуры сложных молекул. Среди этих определений структуры следует отметить сантоновую кислоту , стрихнин, магнамицин и террамицин . В каждом из этих случаев Вудворд снова показывал, как рациональные факты и химические принципы в сочетании с химической интуицией могут быть использованы для достижения этой задачи.

В начале 1950-х годов Вудворд вместе с британским химиком Джеффри Уилкинсоном , работавшим тогда в Гарварде, постулировали новую структуру ферроцена , соединения, состоящего из комбинации органической молекулы с железом. Это положило начало развитию переходных металлов металлоорганической химии , которая превратилась в очень важную в промышленном отношении область. За эту работу Уилкинсон получил Нобелевскую премию в 1973 году вместе с Эрнстом Отто Фишером . Некоторые историки считают, что Вудворд должен был разделить эту премию вместе с Уилкинсоном. Примечательно, что сам Вудворд так думал и высказал свои мысли в письме, отправленном в Нобелевский комитет.

Вудворд получил Нобелевскую премию в 1965 году за синтез сложных органических молекул. С 1946 по 1965 год его номинировали 111 раз. В своей Нобелевской лекции он описал полный синтез антибиотика цефалоспорина и заявил, что сдвинул график синтеза так, чтобы он был завершен примерно ко времени Нобелевской церемонии.

B ₁₂ Синтез

В начале 1960-х годов Вудворд начал работу над самым сложным природным продуктом, синтезированным на сегодняшний день, — витамином B ₁₂ . В замечательном сотрудничестве со своим коллегой Альбертом Эшенмозером из Цюриха команда из почти ста студентов и докторантов в течение многих лет работала над синтезом этой молекулы. Работа была наконец опубликована в 1973 году и стала важной вехой в истории органической химии. Синтез включал почти сотню шагов и включал характерное строгое планирование и анализ, которые всегда характеризовали работу Вудворда. Эта работа больше, чем любая другая, убедила химиков-органиков в том, что синтез любого сложного вещества возможен при достаточном количестве времени и планирования (см. также палитоксин , синтезированный исследовательской группой Ёсито Киши , одного из постдокторантов Вудворда). По состоянию на 2019 год никакой другой общий синтез витамина B ₁₂ не был опубликован.

В том же году, основываясь на наблюдениях, которые Вудворд сделал во время синтеза B ₁₂ , он и Роальд Хоффманн разработали правила (теперь называемые правилами Вудворда-Гоффмана ) для выяснения стереохимии продуктов органических реакций . Вудворд сформулировал свои идеи (которые были основаны на симметрии свойствах молекулярных орбиталей ) на основе своего опыта химика-синтетика-органика; он попросил Хоффмана выполнить теоретические расчеты для проверки этих идей, которые были выполнены с использованием расширенного метода Хюккеля Хоффмана . Предсказания этих правил, названных « правилами Вудворда-Хоффмана », были подтверждены множеством экспериментов. Хоффманн получил Нобелевскую премию 1981 года за эту работу вместе с Кеничи Фукуи , японским химиком, который проделал аналогичную работу, используя другой подход; Вудворд умер в 1979 году, и Нобелевские премии не присуждаются посмертно.

Институт Вудворда

Во время учебы в Гарварде Вудворд стал директором Исследовательский институт Вудворда , базирующийся в Базеле , Швейцария, в 1963 году. Он также стал попечителем своей альма-матер Массачусетского технологического института с 1966 по 1971 год и Института науки Вейцмана в Израиле.

Смерть

Вудворд умер в Кембридже, штат Массачусетс , от сердечного приступа во сне. то время он работал над синтезом антибиотика эритромицина В . Его ученик сказал о нем:

Я многим обязан Р.Б. Вудворду. Он показал мне, что можно решать сложные проблемы, не имея четкого представления об их результате, но с уверенностью, что разум и усилия помогут их решить. Он показал мне красоту современной органической химии и ее значимость для области детальных и тщательных рассуждений. Он показал мне, что не нужно специализироваться. Вудворд внес большой вклад в стратегию синтеза, в открытие сложных структур, в изобретение новой химии, а также в теоретические аспекты. Своим примером он учил своих учеников тому удовлетворению, которое приносит полное погружение в науку. Я дорожу памятью о своем общении с этим замечательным химиком.

Публикации

За свою жизнь Вудворд был автором или соавтором почти 200 публикаций, из которых 85 представляют собой полные статьи, остальные составляют предварительные сообщения, тексты лекций и обзоры. Темпы его научной деятельности вскоре превысили его возможности публиковать все подробности экспериментов, и большая часть работ, в которых он участвовал, была опубликована только через несколько лет после его смерти. Вудворд подготовил более двухсот докторов философии. студенты и постдокторанты, многие из которых впоследствии сделали выдающуюся карьеру.

Среди его самых известных студентов Роберт М. Уильямс (штат Колорадо), Гарри Вассерман (Йельский университет), Ёсито Киши (Гарвард), Стюарт Шрайбер (Гарвард), Уильям Р. Руш ( Скриппс-Флорида ), Стивен А. Беннер (Гарвард). UF), Джеймс Д. Вуэст (Монреаль), Кристофер С. Фут (Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе), Кендалл Хоук (Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе), химик-порфирин Кевин М. Смит (ЛГУ), Томас Р. Хой (Университет Миннесоты), Рональд Бреслоу (Колумбийский университет) ) и Дэвид Дельфин (UBC).

Вудворд обладал энциклопедическими познаниями в химии и необычайной памятью на детали. Вероятно, качество, которое больше всего отличало его от коллег, заключалось в его замечательной способности связывать воедино разрозненные нити знаний из химической литературы и использовать их для решения химической проблемы.

Почести и награды

За свою работу Вудворд получил множество наград, почестей и почетных докторских степеней, включая избрание в Американскую академию искусств и наук в 1948 году. Национальная академия наук в 1953 году, Американское философское общество в 1962 году, и членство в академиях по всему миру. Он также был консультантом многих компаний, таких как Polaroid, Pfizer и Merck . Другие награды включают в себя:

• Медаль Джона Скотта от Института Франклина и города Филадельфии , 1945 год.
• Премия Лео Хендрика Бэкеланда от секции Северного Джерси Американского химического общества , 1955 г.
• Избран иностранным членом Королевского общества (ForMemRS) в 1956 году.
• Медаль Дэви от Королевского общества в 1959 году.
• Медаль Роджера Адамса от Американского химического общества в 1961 году.
• Золотая медаль Пия XI Папской академии наук в 1969 году.
• Национальная медаль науки США в 1964 году (« За новый творческий подход к синтезу сложных органических молекул и, особенно, за блестящие синтезы стрихнина, резерфина, лизергиновой кислоты и хлорофилла ») .
• Нобелевская премия по химии 1965 г.
• Премия Уилларда Гиббса от Чикагской секции Американского химического общества в 1967 году.
• Медаль Лавуазье от Химического общества Франции в 1968 году.
• Орден Восходящего Солнца второй степени от Императора Японии в 1970 году.
• Мемориальная медаль Хэнбери от Фармацевтического общества Великобритании в 1970 году.
• Медаль Пьера Брюйлана Лувенского университета в 1970 году.
• Премия AMA за научные достижения в 1971 году.
• Премия Коупа от Американского химического общества, разделенная с Роальдом Хоффманном в 1973 году.
• Медаль Копли Королевского общества, Лондон, 1978 г.

Почетные степени

Вудворд также получил более двадцати почетных степеней . включая почетные докторские степени следующих университетов:

• Уэслианский университет в 1945 году;
• Гарвардский университет в 1957 году;
• Кембриджский университет в 1964 году;
• Университет Брандейса в 1965 году;
• Израильский технологический институт Технион в Хайфе в 1966 году;
• Университет Западного Онтарио в Канаде, 1968 г.;
• Лувенский университет в Бельгии, 1970 г.

Личная жизнь

Семья

В 1938 году он женился на Ирье Пуллман; у них было две дочери: Сиири Анна (1939 г.р.) и Джин Кирстен (1944 г.р.). В 1946 году он женился на Евдоксии Мюллер , художнице и технике, с которой познакомился в Polaroid Corp. В этом браке, продлившемся до 1972 года, родились дочь и сын: Кристал Элизабет (род. 1947) и Эрик Ричард Артур (род. 1947). . 1953).

Идиосинкразии

Его лекции часто длились по три-четыре часа. Его самая длинная известная лекция определяла единицу времени, известную как «Вудворд», после чего другие его лекции считались продолжительностью в столько же «милли-Вудвордов». Во многих из них он избегал использования слайдов и рисовал структуры разноцветным мелом. Обычно, чтобы начать лекцию, Вудворд приходил и раскладывал на столешнице два больших белых носовых платка. На одном лежали мелки четырех или пяти цветов (новые кусочки), аккуратно рассортированные по цветам, в длинном ряду. На другой носовой платок положен столь же впечатляющий ряд сигарет. Предыдущая сигарета использовалась для прикуривания следующей. Его семинары по четвергам в Гарварде часто длились до поздней ночи. Он был зациклен на синем цвете, и многие его костюмы, его машина и даже его парковочное место были окрашены в синий цвет.

В одной из его лабораторий его ученики повесили на потолок большую черно-белую фотографию мастера с прикрепленным к ней большим синим «галстуком». Там он висел несколько лет (начало 1970-х), пока не сгорел во время небольшого пожара в лаборатории. Он ненавидел физические упражнения, мог спать всего несколько часов каждую ночь, был заядлым курильщиком и любил шотландский виски и мартини.

Библиография

• Роберт Бернс Вудворд: архитектор и художник в мире молекул; Отто Теодор Бенфей, Питер Дж. Т. Моррис, Фонд химического наследия, апрель 2001 г.
• Роберт Бернс Вудворд и искусство органического синтеза: в сопровождении выставки Центра истории химии Бекмана (Публикация / Центр истории химии Бекмана); Мэри Э. Боуден; Фонд химического наследия, март 1992 г.
• Вудворд РБ; Сондхаймер Ф.; Тауб Д. (1951). «Полный синтез кортизона». Журнал Американского химического общества . 73 (8): 4057. doi : 10.1021/ja01152a551 .
• Джордж Б. Кауфман (2004). «Превосходный органический синтезатор - к 25-летию со дня его смерти». хим. Воспитатель . 9 : 1–5.
• Роберт Бернс Вудворд на Nobelprize.org
• Видеоподкаст Роберта Бернса Вудворда, рассказывающего о цефалоспоринах
• Роберт Бернс Вудворд: Три десятка лет и потом? Дэвид Дельфин , Aldrichimica Acta , 1977 , 10 (1), 3–9.
• Патенты Роберта Бернса Вудворда

Внешние ссылки

• Заметки с семинаров Роберта Бернса Вудворда, сделанные Робертом Э. Колером в цифровых коллекциях Института истории науки
• Роберт Бернс Вудворд на Nobelprize.org включая Нобелевскую лекцию 11 декабря 1965 г. « Последние достижения в химии натуральных продуктов».