Химия - Вудворд, Роберт Бёрнс - Дальнейшие работы и их значение
28 февраля 2011Оглавление:
1. Вудворд, Роберт Бёрнс
2. Ранние работы
3. Дальнейшие работы и их значение
4. Институт Вудворда и последний период жизни
5. Семья
6. Особенности характера, интересные факты
7. Коллеги-химики о Вудворде
8. Премии и почести
9. Почётные степени
В 1930-х годах британские химики Кристофер Ингольд и Роберт Робинсон занялись исследованием механизмов органических реакций и предложили эмпирические правила, с помощью которых можно было прогнозировать реакционную способность органических молекул. Вудворд, видимо, был первым химиком-синтетиком, кто использовал эти идеи для прогнозирования структуры в синтезе. Пример Вудворда вдохновлял сотни других химиков-синтетиков, которые работали в области создания сложных структур природных продуктов, важных в медицинском отношении.
Органические синтезы и Нобелевская премия
В течение 1940-х годов Вудворд синтезировал много сложных природных продуктов, таких как хинин, кортизон, резерпин, хлорофилл, тетрациклин, холестерин, лизергиновая кислота, цефалоспорин и колхицин а также установил строение ряда важных природных соединений: стрихнина, террамицина и ауреомицина, магнамицина. Вместе с тем, Вудворд открыл новую эру в синтезе, в которой он показал, что природные продукты можно синтезировать, только тщательно соблюдая принципы физической органической химии и детально планируя все шаги.
Большинство синтезов Вудворда были очень эффектно описано его коллегами, и до того, как он их сделал, некоторые думали, что невозможно создать эти вещества в лабораторных условиях. Его синтезы несли в себе элемент искусства, и с тех пор химики-синтетики обращали внимание не только на удобство и практичность синтеза, но и на его красоту. Работы Вудворда часто включали активное использование новых методов — ИК-спектроскопии, а позднее и ядерного магнитного резонанса. Другая важная особенность синтезов Вудворда была в том, что он обратил внимание на стереохимию, или особую конфигурацию молекул в трёхмерном пространстве. В большинстве случаев природные вещества, использующиеся в медицине, обладают необходимой биологической активностью только в виде чистых энантиомеров. Это привело к востребованности «стереоспецифического синтеза», в результате которого получался продукт с определенной конфигурацией. Сегодня методы стереспецифического синтеза широко используются, Вудворд же в свое время первым показал, что для осуществления такого синтеза нужна основательная подготовка и тщательное планирование. Многие его синтезы были направлены на изменение конфигурации молекул посредством внедрения в них жесткого структурного элемента; эта методика сегодня стала обычной. Особенно показательными в этом отношении были синтезы резерпина и стрихнина.
Во время Второй мировой войны Вудворд был консультантом Военного совета по производству в связи с пенициллиновым проектом. Хотя многие предполагали бета-лактамную структуру пенициллина, фактически первыми это предложили химики Оксфорда и компании Мерк, а затем в исследования включились и другие группы ученых. Вудворд первым высказал мысль о неправильности трициклической структуры, выдвинутой группой исследователей пенициллина из Пеории. Впоследствии он согласился с бета-лактамной структурой, предложенной Робертом Робинсоном, в дальнейшем — ведущим химиком-органиком своего времени. В конечном итоге Дороти Ходжкин в 1945 году с помощью рентгеновской кристаллографии подтвердила для пенициллина именно бета-лактамную структуру.
Для определения структуры сложных молекул Вудворд применял инфракрасную спектроскопию и химическую деградацию. Здесь заметными примерами стали сантониновая кислота, стрихнин, магнамицин и терамицин. Коллега Вудворда и Нобелевский лауреат Дерек Бартон сказал о терамицине следующее:
| « | Самое блестящее решение структурной головоломки, сделанное когда-либо, было, конечно, решение проблемы терамицина. Это была проблема большой индустриальной важности, и много способных химиков выполнили огромный объем работы по определение его структуры. В результате собрался впечатляющий объем противоречивых фактов. Вудворд взял большой кусок картона, выписал на него все данные и, подумав в одиночестве, вывел правильную структуру терамицина. Никто больше не смог бы этого сделать в то время. | » |
Все эти случаи показывают, как рациональные факты и химические принципы, объединенные с интуицией, могут быть использованы для достижения цели.
В начале 1950-х годов Вудворд и британский химик Джефри Уилкинсон предложили новую структуру ферроцена — соединения, состоящего из комбинации органических молекул с железом. Это стало началом металлоорганической химии, которая выросла в индустриально значимую область. За эту работу Уилкинсон получил в 1973 году Нобелевскую премию. Некоторые историки считали, что Вудворд должен был получить эту премию вместе с Уилкинсоном. Интересно, что так думал и Вудворд: позднее он даже написал об этом в Нобелевский комитет.
Вудворд получил Нобелевскую премию в 1965 году за синтез сложных органических молекул. В своей Нобелевской лекции он описывал полный синтез антибиотика цефалоспорина, отметив, что ему пришлось ускорить синтез, чтобы успеть закончить его до Нобелевской церемонии.
Синтез витамина B12 и правила Вудворда-Хоффмана
В начале 1960-х годов Вудворд приступил к сложнейшему по тем временам синтезу природного продукта — синтезу витамина B12. Плодотворно сотрудничая с коллегой из Цюриха Альбертом Эшенмозером , Вудворд с командой из почти 100 студентов и постдоков несколько лет трудились над синтезом этой молекулы. Работа была окончена и опубликована в 1973 году, она явилась поворотным пунктом в истории органической химии. Синтез включал почти 100 стадий, каждая из которых тщательно планировалась и анализировалась, что было характерно для всех работ Вудворда. Он более других убедил химиков-органиков в том, что синтез любого сложного вещества возможен при достаточном времени и разумном планировании. Однако до 2006 года практически никаких публикаций по вопросу полного синтеза витамина B12 не было.
В том же самом году, основываясь на наблюдениях, сделанных Вудвордом в процессе синтеза B12, он и Роалд Хофман разработали правила, объясняющие стереохимию продуктов органических реакций. Вудворд сформулировал свои идеи, основываясь на своем опыте химика-синтетика, а затем попросил Хофмана выполнить теоретические вычисления для подтверждения этих идей. Эти вычисления были сделаны с помощью метода Хюккеля . Корректность этих правил была подтверждена многими экспериментами. Хоффман получил Нобелевскую премию в 1981 году за свою работу; Вудворд несомненно получил бы вторую Нобелевскую премию, если бы был жив. Отметим, что в недавней статье в журнале «Nature» описывается, как можно использовать механическое напряжение, чтобы изменить ход химической реакции, продукты которой не подчиняются правилам Вудворда-Хоффмана.
Просмотров: 8594
|
|