分享

16岁步入MIT的“神童”,有机合成之父——伍德沃德

 Xiac2cmv1bxedf 2023-01-31 发布于江苏

16岁步入MIT的“神童”,有机合成之父

——伍德沃德

三八式步枪喷射着火舌,九七式坦克倾泻着炮弹,零式战机掠过的山川与丛林,血流成河,这是二战惨烈的东亚战场。然而在枪林弹雨之外,还有一种比战争更可怕的恶魔——疟疾。在很多地方,抗疟药,成了比盘尼西林(俗称青霉素)更重要的医疗物资,是可以救命的东西,而大名鼎鼎的奎宁(金鸡纳霜),为当时唯一治疗疟疾药物。可在二战时期,奎尼只能从金鸡纳树中提取,无法人工合成,天然的奎宁供不应求,眼看着百万人深陷疟疾的威胁,在这时,他站了出来,将奎尼送入千家万户。

维生素B12作为最后一个被发现的维生素,为自然界最为复杂的有机物之一,为人体的神经和血液系统不可或缺的营养成分,而这种人体必须的维生素,却只有微生物才能生产,在他之前,维生素B12只能人工提取,成本极高,产量极少,供不应求。而他带领着100多位化学家一起攻坚克难,登上了这人工合成有机物的珠穆朗玛峰,让维生素B12出现在各大平价药房不起眼的小柜台上。

他是16岁步入MIT的“神童”,化学合成“蓝精灵”,被誉为有机合成之父,被提名131次诺贝尔奖的现代药物合成奠基人——罗伯特·伯恩斯·伍德沃德。

20岁的伍德沃德在教授研究生   

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,当他看到要用制作波尔多液的硫酸铜溶液的时候,那纯净美好、透明澄澈的蓝简直把他迷住了。自此,在上小学的时候,同龄人只想着放学后去操场球场,而他则买了各种的瓶瓶罐罐,自己在地下室里鼓捣起了自己的化学实验室。在二战前,德国化工发展突飞猛进,而11岁的伍德沃德便自主联系德驻波士顿大使馆,获得并学习了当时仅在德国期刊上发表的最顶尖的论文。上高中前便已经做完了教材里的大多数有机实验,并且收集了十几种迷人的蓝色化合物,包括各种复杂的配合物如普鲁士蓝等,实验动手能力力压一众学长学姐。

在16岁时,伍德沃德便考入了美国最出名的理工类大学——麻省理工学院MIT,班里都是弱冠桃李之年的哥哥姐姐,在全班学生中,他是年龄最小的一个,素有“神童”之称。在一众成年人中的伍德沃德十分耀眼,自打入学时就被寄予厚望。可在没有了束缚的大学学习中,伍德沃德几乎把所有时间精力全都投入到了化学中,其他科成绩一塌糊涂,统统挂科,这在MIT的整个校史上也是绝无仅有的,于是学校二话没说,给伍德沃德下了退学通知。

但这下子可急坏了MIT化学系的各大教授,因为伍德沃德是他们见过以来最有天赋也是最为刻苦的学生,他们可不想让如此奇才因此泯没。在经过半天多的讨论后,教授们联名公车上书,希望可以留下这个天才。

教授们的努力是有效的,第二年夏,伍德沃德重返MIT,这次,学校为了培养他,专门为其开设了许多课程,伍德沃德也不负众望,在三年里便学完了所有大学课程以出色的成绩获得学士学位,紧接着马不停蹄,直接攻读博士学位,仅用了一年时间便学完了所有博士课程并且完成论文答辩,要知道,正常人从学士到博士,中间还要经历硕士阶段,一般要用6年时间,大多数人还会因论文不过关而延毕,而伍德沃德仅用了一年时间。如果要说考入MIT的都是天才中的天才,那伍德沃德便是他们中最耀眼的一颗明星。

获博士学位以后,伍德沃德便在哈佛大学执教,于是便出现了一位20岁的讲师在讲台上给22、23岁的学生们上课的幽默场景(图 1 20岁的伍德沃德在教授研究生),并在1950年时被聘请为教授,当时年仅33岁。

他教学极其严谨,并且有很强的吸引力,也特别重视化学实验演示,着重训练学生的实验技巧。他培养的学生,许多人成了化学界的知名人士,其中包括获得1981年诺贝尔化学奖的霍夫曼。伍德沃德在化学上的出色成就使他名扬全球。1963年,瑞士人集资办了一所化学研究所,此研究所就以伍德沃德名字命名,并聘请他担任第一任所长。

除了在事业上的令人难以望其项背,其在学术上的成就更能称得上是前无古人后无来者。

1937年,也就是伍德沃德刚完成博士论文答辩的一年,也是二战拉开帷幕的一年,此时的东亚战场上,由于日军的侵占,大面积的感染以及尸体难以处理,滋生了众多种类的传染病,其中以疟疾为甚。而当时唯一可以治疗疟疾的药物——奎宁供不应求,数千万的姓名悬在疟疾的威胁之剑下。这时,伍德沃德做了一个震惊有机界的决定——人工合成奎宁。听到这句话,即使已经对伍德沃德的天分习以为常的同事也大为惊讶,而即使是在现在会看这段往事,在当时提出人工合成奎宁也是一件令人震惊的事。因为在当时,有机化学基本不具备合成药物的实用能力,大多还停留在试验阶段,只是空中楼阁,而在当时提出要人工合成奎宁就好比刚提出牛顿第二定律便要开始实践阿波罗登月计划——中间需要做的事还有太多太多,以至于纵使是伍德沃德这样的纵世天才,在说出这句话时也免不了遭众人嘲讽。

伍德沃德可不管这些,他来到实验室苦苦思索,一心探索奎宁的合成路线,然而几日苦思依旧无果。天才如此受挫,心情烦躁的他一气之下把全部家当都换成了清一色的蓝色,墙壁屋顶、桌子椅子、床单衣服无不透着深邃的幽蓝,他躺在海蓝的床单上望着天蓝色的天花板,进入了梦乡。醒来之后,伍德沃德如同被蛇托过梦的凯库勒,当他再次回到实验室后,照着之前的想法探索了一阵,那被称为不可能人工合成的奎宁出现在了他的眼前。

伍德沃德奎宁全合成路线节选

55道繁杂工序,化合物之间的精密调控如同一件瑞士钟表,其繁琐的制备方法已经远超世代,以至于几乎没有化工厂有与之适配的生产能力,但是不管怎么说,奎宁的全合成是化学合成历史上一座最坚实,最难以超越的里程碑。在这之后,伍德沃德的灵感如同开闸大坝泄出的洪水,紧接着,胆固醇、可的松、叶绿素、秋水仙碱等等一大堆只能从天然物中一滴一滴提取的化合物在他的实验室中诞生。伍德沃德的合成线路不仅思路精巧,二期极富有美感和实用性,每一条合成线路宛若一件件容器里的艺术品,那个世代甚至直接被定义为“伍德沃德世代”。

1965年,凭借着在化学合成上的成就,在历经131次诺贝尔奖提名后,伍德沃德终于获得了诺贝尔化学奖。而在前往领奖的路上,车中的伍德沃德望着车窗外湛蓝的天空,头孢霉素的合成方法逐渐在他的脑海中拼凑起来,于是,原本的获奖感言,被他晕乎乎的硬生生的讲成了头孢霉素全合成的开题报告,把台下观众以及台上嘉宾都说的一愣一愣的。

获得诺奖对于伍德沃德来说似乎只是生活的小插曲,回到家后,他并没有停止工作一劳永逸,而是向着更高的化学合成的方向前进,这次他瞄准了一座珠峰——维生素B12的全合成。

在现在,维生素B12只是药店里几块钱一大把的不起眼小药片,而在几十年前维生素B12只能在动物肝脏中提取,如同今日的紫杉醇,十分昂贵,极其短缺。维生素B12不仅结构极其复杂,而且极其脆弱,强酸、强碱、高温都会让维生素B12迅速分解,让其全合成极其困难,想要按照之前的方法复刻维生素B12的全合成简直是天方夜谭,伍德沃德也深知这一点,只有一种新的合成技术才能攀上这座高峰,他需要更多的灵感,也就是——更多的蓝。于是他又花重金购置了一辆蓝色的车,外饰车灯、内饰座椅统统蓝色,自己的停车位也鼓捣成了蓝色。徜徉在安静蓝色的海洋里,伍德沃德真的来灵感了:既然一步一步首尾相接不行,那就先合成零件,再最后组装不就行了?看似如此简单的想法却是具有划时代意义的,这种思路方法沿用至今,并且在多种医学相关文献中也证实了,这也是人体合成化合物的方法之一,既具有超越时代的意义。

有了初步想法,再加上数千次是合成试验,历经11年,伍德沃德终于完成了对于维生素B12的全合成工作,并且为了全合成工作,他还与他的学生霍夫曼、日本研究者福井谦一一起合作提出了分子轨道对称守恒理论,而就是这一为了维生素B12全合成服务的小理论,在1981年获得了诺贝尔奖,若不是当时伍德沃德已不在人世,那么伍德沃德定当会成为第二位获得两次诺贝尔化学奖的人。

和现在一样,甚至更为艰苦,当时的有机合成是一项及其需要耐心的工作,一项反应需要好几天甚至数月数年的守候,当时伍德沃德每天仅休息4小时,除了必要的吃饭睡觉其他时间全都泡在实验室里,是一名出了名的工作狂,将一辈子贡献给了化学合成研究,以至于即使拥有者不低的颜值,其三段婚姻都无疾而终。

他培养了500多名学生,200多名博士博后,遍布世界各地,基本都成为各个国家院士,超级医药公司技术指导,大有孔子弟子三千,贤者七十二之风。

美国时间1979年7月8日,是一个令全世界有机界惋惜悲憾的日子,伍德沃德积劳成疾,心脏病突发而与世长辞,终年62岁。与世长辞前,他还念念不忘没有完成的赤霉素合成工作,为了了解恩师遗愿,他的学生义无反顾的接管了他的课题组,完成了赤霉素的全合成工作。

作者:李相君,20级第二临床医学院临床医学16班  

    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多