Woodward, Robert Burns

Robert Burns Woodward
Angličtina  Robert Burns Woodward
Datum narození 10. dubna 1917( 1917-04-10 )
Místo narození Boston , Massachusetts , USA
Datum úmrtí 8. července 1979 (ve věku 62 let)( 1979-07-08 )
Místo smrti Cambridge , Massachusetts , USA
Země  USA
Vědecká sféra organická chemie
Místo výkonu práce Harvard University (od roku 1937)
Alma mater Massachusetts Institute of Technology (1936)
Studenti Robert M. Williams,
Harry Wasserman ,
Yoshito Kishi,
Stuart Schreber,
William Rush,
Steven A. Banner ,
Kendall Hawke
Ocenění a ceny Americká národní medaile za vědu (1964) Nobelova cena za chemii ( 1965 ) Cena Willarda Gibbse (1967)
Nobelova cena - 1965
 Mediální soubory na Wikimedia Commons

Robert Burns Woodward ( narozen  Robert Burns Woodward ; 10. dubna 1917 , Boston , Massachusetts  – 8. července 1979 , Cambridge , Massachusetts ) je americký organický chemik [1] . Významně přispěl k moderní organické chemii , zejména k syntéze a určování struktury složitých přírodních produktů. Úzce spolupracoval s Roaldem Hoffmanem v oblasti teoretických studií chemických reakcí. Nositel Nobelovy ceny za chemii v roce 1965.

Člen Národní akademie věd USA (1953) [2] , zahraniční člen Královské společnosti v Londýně (1956) [3] , Akademie věd SSSR (1976) [4] , Francouzská akademie věd (1978).

Mladá léta, vzdělání

Woodward se narodil v Bostonu jako syn Margaret (rozené Burnsové), dcery rodáka ze Skotska , a Arthura Chestera Woodwarda, syna lékárníka z Roxbury, Massachusetts. V roce 1918, když byl Robertovi jeden rok, zemřel jeho otec na pandemii chřipky.

Od raného věku, Woodward byl přitahován k chemii, on nadšeně pochopil tento předmět sám během studia u prvního a druhého stupně školy v Quincy , Massachusetts . V době, kdy byl na střední škole, se již dokázal vypořádat s téměř všemi pokusy popsanými ve známé příručce Ludwiga Gattermanna pro praktické hodiny organické chemie. V roce 1928 Woodward kontaktoval německého generálního konzula v Bostonu a jeho prostřednictvím se mu podařilo získat kopie několika nových článků publikovaných v německých časopisech. Později ve své Cope Lecture vzpomínal, jak byl fascinován, když mezi těmito články náhodou narazil na první sdělení L. Dielse a K. Aldera o reakci, kterou objevili . Během své kariéry Woodward tuto reakci často používal a studoval, a to jak teoreticky, tak experimentálně. V roce 1933 vstoupil na Massachusetts Institute of Technology (MIT), ale tak zanedbal některé aspekty svých studií, že byl následující rok vyloučen. V roce 1935 ho MIT obnovila a v roce 1936 získal bakalářský titul . O rok později mu ústav udělil doktorát , zatímco jeho spolužáci právě dokončovali bakalářské studium. Woodwardova doktorská práce byla výzkumem souvisejícím se syntézou ženského pohlavního hormonu estronu [5] . Pravidla MIT vyžadují, aby absolventi měli vedoucí. Woodwardovým nadřízeným byl Avery A. Ashdown, i když stále není známo, zda dal na jeho radu. Po krátkém vyučování na University of Illinois získal roční stipendium na Harvardské univerzitě (v letech 1937-1938) a po zbytek života pracoval na Harvardu na různých pozicích. V roce 1960 byl Woodwardovi udělen titul Donner Professor, titul, který ho osvobodil od výuky povinných kurzů a mohl se věnovat vědeckému výzkumu.

Rané práce

Woodwardovým prvním velkým úspěchem na počátku 40. let byla série článků popisujících použití ultrafialové spektroskopie při vysvětlování struktury přírodních produktů. Woodward shromáždil velké množství empirických dat a vyvinul soubor pravidel, později nazvaný „Woodwardova pravidla“, která by mohla být použita k objasnění struktur jak přírodních látek, tak syntetizovaných molekul, které se v přírodě nevyskytují. Racionální využití nejnovějších instrumentálních metod bylo „vizitkou“ Woodwardovy tvorby po celou dobu jeho kariéry; přitom neustále přecházel od monotónních a zdlouhavých metod určování struktury k modernějším.

V roce 1944 Woodward spolu se svým studentským postdoktorandem Williamem E. von Deringem ohlásil syntézu alkaloidu chininu , používaného při léčbě malárie . Ačkoli byla syntéza propagována jako úspěšná při překonávání obtíží při zajišťování drog pořízených z jižní Asie , ve skutečnosti byla syntéza příliš dlouhá a náročná na práci, než aby mohla být aplikována v praktickém měřítku. Přesto se stal zlomem pro chemickou syntézu obecně. Woodwardovým objevem, důležitým pro tuto syntézu, bylo využití skutečnosti před téměř 40 lety, kdy německý chemik Paul Rabe získal chinin z jeho předchůdce (prekurzoru) - chinotoxinu ( 1905 ). Syntéza chinotoxinu (který Woodward skutečně syntetizoval) by proto měla otevřít cestu k syntéze chininu. Když si to Woodward uvědomil, organická syntéza byla stále ve stádiu „pokusu a omylu“ a nikoho nenapadlo, že lze vytvořit tak složité struktury. Woodward ukázal, že organickou syntézu lze proměnit v racionální vědu a že k tomu může napomoci rozvoj teoretických znalostí o reaktivitě a struktuře. Tato syntéza byla první z řady extrémně komplexních a elegantních syntéz, které provedl.

Další díla a jejich význam

Ve 30. letech 20. století se britští chemici Christopher Ingold a Robert Robinson ujali studia mechanismů organických reakcí a navrhli orientační pravidla, podle kterých lze předpovídat reaktivitu organických molekul . Zdá se, že Woodward byl prvním syntetickým chemikem, který použil tyto myšlenky k předpovědi struktury v syntéze. Woodwardův příklad inspiroval stovky dalších syntetických chemiků, kteří pracovali na vývoji složitých struktur lékařsky důležitých přírodních produktů.

Organická syntéza a Nobelova cena

Během 40. let 20. století Woodward syntetizoval mnoho komplexních přírodních produktů, jako je chinin ( 1944 ), kortizon ( 1951 ), reserpin ( 1956 ), chlorofyl ( 1960 ), tetracyklin ( 1962 ), cholesterol , kyselina lysergová , cefalosporin , cefalosporin struktura řady důležitých přírodních sloučenin: strychnin , terramycin ( oxytetracyklin ) (1953) a aureomycin , magnamycin . Woodward zároveň zahájil novou éru syntézy (někdy označovanou jako „Woodwardova éra“), ve které ukázal, že přírodní produkty lze syntetizovat pouze pečlivým dodržováním zásad fyzikální organické chemie a plánováním všech kroků v detail.

Většinu Woodwardových syntéz velmi efektivně popsali jeho kolegové, a než je vyrobil, někteří si mysleli, že je nemožné vytvořit tyto látky v laboratoři. Jeho syntézy nesly prvek umění a od té doby syntetickí chemici dbají nejen na pohodlnost a praktičnost syntézy, ale také na její krásu. Woodwardova práce často zahrnovala aktivní použití nových metod - IR spektroskopie a později nukleární magnetické rezonance (NMR). Dalším důležitým rysem Woodwardových syntéz bylo, že upozornil na stereochemii neboli specifickou konfiguraci molekul v trojrozměrném prostoru. Ve většině případů mají přírodní látky používané v lékařství potřebnou biologickou aktivitu pouze ve formě čistých enantiomerů. To vedlo k požadavku na "stereospecifickou syntézu", která vyústila v produkt s určitou konfigurací. Dnes se široce používají metody stereospecifické syntézy, ale Woodward jako první ukázal, že taková (stereospecifická) syntéza vyžaduje důkladnou přípravu a pečlivé plánování. Mnohé z jeho syntéz byly zaměřeny na změnu konfigurace molekul zavedením tuhého strukturálního prvku do nich; tato technika se nyní stala běžnou. Zvláště indikativní byly v tomto ohledu syntézy reserpinu a strychninu .

Během druhé světové války byl Woodward konzultantem War Production Board v souvislosti s projektem penicilinu . Ačkoli mnozí předpokládali beta-laktamovou strukturu penicilinu , ve skutečnosti to navrhli chemici v Oxfordu a společnost Merck a poté se k výzkumu přidaly další skupiny vědců (zejména ze společnosti Shell). Woodward byl první, kdo navrhl nesprávnost tricyklické struktury (thiazolidin byl spojen aminomůstkem oxazinonu), kterou předložila skupina výzkumníků penicilinu z Peorie. Následně souhlasil s beta-laktamovou strukturou (místo thiazolidin-oxazolonu), kterou navrhl Robert Robinson, pozdější přední organický chemik své doby. Nakonec Dorothy Hodgkin v roce 1945 potvrdila beta-laktamovou strukturu pro penicilin pomocí rentgenové krystalografie .

Woodward použil infračervenou spektroskopii a chemickou degradaci k určení struktury komplexních molekul. Pozoruhodnými příklady jsou kyselina santonová, strychnin, magnamycin a terramycin. Woodwardův kolega a laureát Nobelovy ceny Derek Barton řekl o teramycinu následující:

Nejskvělejším řešením strukturální hádanky, jaká kdy byla vyrobena, byl samozřejmě terramycin (1953). To byl problém velkého průmyslového významu a mnoho schopných chemiků odvedlo velký kus práce při určení jeho struktury. Výsledkem je působivý soubor protichůdných důkazů. Woodward vzal velký kus lepenky, napsal na něj všechna data a sám přemýšlel a odvodil správnou strukturu terramycinu. Nikdo jiný to v té době nedokázal.

Všechny tyto případy ukazují, jak lze racionální fakta a chemické principy v kombinaci s intuicí využít k dosažení cíle.

Na počátku 50. let Woodward a britský chemik Geoffrey Wilkinson navrhli novou strukturu pro ferrocen  , sloučeninu sestávající z kombinace organických molekul se železem . To znamenalo počátek organokovové chemie , která přerostla v průmyslově významný obor. Za tuto práci obdržel Wilkinson (spolu s Ernstem Otto Fischerem ) v roce 1973 Nobelovu cenu . Někteří historici se domnívali, že Woodward měl získat toto ocenění spolu s Wilkinsonem. Je zajímavé, že si to myslel i Woodward: později o tom dokonce napsal Nobelovu komisi.

Woodward obdržel v roce 1965 Nobelovu cenu za syntézu složitých organických molekul. Ve své Nobelově přednášce popsal úplnou syntézu antibiotika cefalosporinu s tím, že musel syntézu urychlit, aby ji dokončil před Nobelovou ceremonií.

Syntéza vitaminu B 12 a Woodward-Hoffmanovo pravidlo

Počátkem 60. let se Woodward pustil do tehdy nejobtížnější syntézy přírodního produktu – syntézy vitaminu B 12 . Ve spolupráci s kolegou z Curychu Albertem Eschenmoserem pracoval Woodward a tým téměř 100 studentů a postdoktorandů několik let na syntéze této molekuly. Práce byla dokončena a vydána v roce 1973, byla to přelomová událost v dějinách organické chemie. Syntéza zahrnovala téměř 100 etap, z nichž každá byla pečlivě naplánována a analyzována, což bylo typické pro celou Woodwardovu tvorbu. Organické chemiky přesvědčil více než kdokoli jiný, že syntéza jakékoli složité látky je možná s dostatečným časem a rozumným plánováním. Do roku 2006 však nebyly prakticky žádné publikace o kompletní syntéze vitaminu B12 .

Ve stejném roce, na základě pozorování provedeného Woodwardem během syntézy B 12 , on a Roald Hofmann vyvinuli pravidla (nyní známá jako Woodward-Hoffmannova pravidla ) pro vysvětlení stereochemie organických reakčních produktů [6] . Woodward formuloval své myšlenky (založené na symetrických vlastnostech molekulárních orbitalů ) na základě své zkušenosti syntetického chemika a poté požádal Hofmanna, aby provedl teoretické výpočty k potvrzení těchto myšlenek. Tyto výpočty byly provedeny HückelovySprávnost těchto pravidel byla potvrzena mnoha experimenty. Hoffman obdržel za svou práci v roce 1981 Nobelovu cenu (spolu s Kenichi Fukui , japonským chemikem, který stejnou práci provedl s použitím odlišného přístupu); Woodward by nepochybně dostal druhou Nobelovu cenu, kdyby žil. Všimněte si, že nedávný článek v časopise Nature popisuje, jak lze mechanické namáhání použít ke změně průběhu chemické reakce, jejíž produkty se neřídí Woodward-Hoffmanovými pravidly [7] .

Woodwardův institut a poslední období života

Souběžně se svou prací na Harvardu řídil Woodward Research Institute (Woodward Research Institute), založený v roce 1963 v Basileji ( Švýcarsko ) [8] . Stal se také členem správní rady MIT (1966–1971) a Weizmann Institute of Science v Izraeli .

Woodward zemřel v Cambridge , Massachusetts na infarkt ve spánku. Během tohoto období pracoval na syntéze antibiotika erythromycinu . Jeho student o něm řekl:

Za mnohé vděčím R. B. Woodwardovi. Ukázal, že se lze pustit do obtížných problémů bez jasné představy o jejich výsledku, ale s důvěrou, že je vyřeší inteligence a úsilí. Ukázal mi krásu moderní organické chemie a důležitost podrobného studia materiálu. Woodward významně přispěl ke strategii syntézy, k metodám pro odvození složitých struktur, k vytvoření nové chemie a jejích teoretických aspektů. Byl příkladem pro své studenty. Rád vzpomínám na spolupráci s tak úžasným chemikem.

Rodina

V roce 1938 se oženil s Jiržou Pullmanem; měli dvě dcery: Siri Annu (1939) a Jean Kirsten (1944). V roce 1946 vstoupil do druhého manželství - s Eudoxií Mullerovou, se kterou se seznámil v Polaroid Corporation . Byla to umělkyně a inženýrka. V tomto manželství se narodila dcera Christel Elizabeth (1947) a syn Eric Richard Arthur (1953).

Publikace

Woodward je autorem (nebo spoluautorem) téměř 200 publikací, z nichž 85 jsou dlouhé články a zbytek jsou předběžné zprávy, texty přednášek a recenze. Tempo jeho vědecké činnosti znemožňovalo zveřejnění podrobností experimentu a většina prací byla publikována až pár let po jeho smrti. Woodward dohlížel na práci více než dvou set postgraduálních studentů a výzkumníků, kteří pokračovali v úspěšné kariéře. Spolu s Robertem Robinsonem založil časopisy o organické chemii Tetrahedron a Tetrahedron Letters a byl členem jejich redakčních rad.

Mezi studenty Woodwardu patří: Robert M. Williams ( Stát Colorado ), Harry Wasserman ( Yale ), Yoshito Kishi ( Harvard ), Stuart Schreber (Harvard), William Rush (Scrips-Florida), Stephen A. Banner ( University of Florida ), Christopher S. Foote ( UCLA ), Kendall Hawke (UCLA), Kevin M. Smith pracující na porfyrinech .

Woodward měl encyklopedické znalosti chemie a mimořádnou paměť pro detail. Kvalita, která ho odlišovala od jeho kolegů, byla jeho pozoruhodná schopnost extrahovat a propojovat data z vědecké literatury a používat je k řešení daného chemického problému.

Charakterové rysy, zajímavá fakta

Jeho přednášky se staly legendárními, často trvaly tři nebo čtyři hodiny. V mnoha z nich se vyhnul použití diapozitivů a struktury kreslil barevnými pastelkami. Proto se jeho přednášky snadno nahrávaly. Podle profesora Moskevské státní univerzity A. N. Kost [9] :

Často na přednáškách nebo reportážích, vzal do obou rukou křídu, začal s lehkostí iluzionisty kreslit chemickou strukturu z obou konců tabule a jeho prostorové vidění molekuly bylo tak jemné, že žádný případ, kdy by se čáry na desce nesbíhaly.

Woodward si zpravidla před zahájením přednášky vždy položil na stůl dva kapesníky. Na jeden kapesník položil řadu 4-5 kusů křídy různých barev. Další měl působivou řadu cigaret. Předchozí cigareta byla použita k zapálení další. Jeho slavné čtvrteční semináře na Harvardu se protáhly do noci.

Woodwardovi se modrá barva opravdu líbila. Jeho oblek, auto a dokonce i parkoviště byly modré. V jedné z jeho laboratoří studenti pověsili obrovskou černobílou fotografii učitele s velkou modrou kravatou. Visel tam několik let (až do začátku 70. let), dokud neshořel při malém laboratorním požáru.

Se svou neúnavností by Woodward nemohl tolik udělat, kdyby nebyl extrémně organizovaným člověkem. Většinu problémů vyřešil sám, do nejmenších detailů promyslel plán další práce. Každé ráno nasedl do auta silně stavěný profesor s kulatými rameny ve formálním obleku s povinnou modrou kravatou a za půl hodiny urazil 50 mil, které dělily jeho chatu od Harvardské univerzity . V devět hodin, po tak vysokorychlostním „automatickém nabíjení“, kterému dal přednost před jinými sporty, se Woodward pustil do práce. Vystačil si s pouhými několika hodinami spánku za noc, byl silný kuřák, preferoval whisky a martini a rád relaxoval při hraní fotbalu [10] .

Kolegové chemici na Woodwardovi

Derek Barton , později známý svou prací na konformační analýze (za kterou mu byla v roce 1969 udělena Nobelova cena ), popisuje jednu z Woodwardových přednášek:

Byla to brilantní ukázka toho, jak lze z literatury převzít zdánlivě zřejmá fakta a jen o nich přemýšlet, což uměl velmi dobře, interpretovat je jiným způsobem a pak jít do laboratoře a dokázat pravdivost nový závěr. Uvědomili jsme si, že je to dílo génia... O deset let později už podobné problémy uměli řešit naši druháci a asi 25 % by je vyřešilo správně. Znamená to ale, že v roce 1958 bylo v našem druhém ročníku 25 % studentů mini-Woodward? Samozřejmě že ne. To znamená, že nás, organické chemiky, Woodward naučil umění myslet.

Woodwardova cesta v roce 1948 začala sérii čestných přednášek, které ho zavedly do mnoha zemí po celý jeho život. Lord Alexander Todd vzpomínal:

Jedním z nejúžasnějších rysů Boba Woodwarda byla jeho schopnost nakazit mladé chemiky svou vášní pro organickou chemii a jeho nadšením... Neznám a nikdy jsem neznal jiného vědce, který by dokázal zaujmout takové publikum; mladí chemici, a mnozí ne příliš mladí, ho poslouchali, jako by byli jakýmsi evangelistou... Samozřejmě to byl skvělý lektor. Vždy byl včas; měl u sebe vždy svou slavnou krabičku pastelek, dokonce i speciální hadr na stírání z tabule. A bezchybný způsob kreslení vzorců na tabuli sice zpomalil tempo prezentace, ale přispěl k pochopení.

Arne Fredga ( Královská švédská akademie věd ) při předávání Nobelovy ceny řekl:

Někdy se říká, že organická syntéza je exaktní věda i výtvarné umění. Zde je nepopiratelným Mistrem příroda. Troufám si ale tvrdit, že letošní držitel ocenění doktor Woodward se právem řadí na druhé místo.

Ceny a ocenění

Za svou práci získal Woodward mnoho ocenění, cen a čestných titulů, včetně členství v Národní akademii věd USA ( 1953 ) a akademiích po celém světě. Byl také konzultantem pro mnoho společností, jako je Polaroid , Pfizer a Merck.

Mezi jeho ocenění:

Čestné tituly

Woodward také získal více než 20 čestných titulů, včetně čestných titulů z následujících univerzit:

Poznámky

  1. ↑ Elkan Blout. Robert Burns Woodward  // Biografické paměti Národní akademie věd. - 2001. - Sv. 80.
  2. ↑ Woodward, Robert Burns na webu Národní akademie věd USA  
  3. ↑ Woodward; Robert Burns (1917-1979  )
  4. ↑ Profil Roberta Burnse Woodwortha na oficiálních stránkách Ruské akademie věd
  5. ↑ Syntetický útok na problém estronu Disertační práce PhD  . Datum přístupu: 16. ledna 2012. Archivováno z originálu 3. června 2012.
  6. ↑ Roald Hoffmann, R. B. Woodward. Řízení orbitální symetrie chemických reakcí   // Science . - 6. února 1970. - Sv. 167, č.p. 3919 . - S. 825-831. — PMID 17742608 .
  7. ↑ Vychýlení reakčních drah mechanickou silou   // Povaha . - 2007. - Sv. 446. - S. 423-427.
  8. ↑ G. Wayne Craig. Výzkumný ústav Woodward, Robert Burns Woodward (1917 – 1979) a Chemie za skleněnými dveřmi // Helvetica Chimica Acta. - 2011. - Sv. 94. - S. 923-946. - doi : 10.1002/hlca.201100077 .
  9. ↑ Robert Burns Woodward . Získáno 16. ledna 2012. Archivováno z originálu 23. října 2015.
  10. ↑ Robert Burns  Woodward . Datum přístupu: 16. ledna 2012. Archivováno z originálu 3. června 2012.

Literatura

  Přejděte na položku Wikidata  Tematické stránky
Slovníky a encyklopedie
Genealogie a nekropole