漫话疟疾04:蓝色天使

美国狗仔队很厉害,常常能扒出一些名人的隐私曝光。比如说小布什总统在耶鲁大学时成绩都是C;副总统切尼是被耶鲁开除的差生。真实情况如何,老芦不得而知。但老芦认为,大学成绩好不好对于总统来说并不太重要,罗斯福总统领导盟国打败了法西斯,厥功至伟,世上无人能比,可听说他的大学成绩单也不大光彩,尽是C。总统们也不把大学成绩当回事,小布什就公开自嘲说,大学拿C怕啥,照样能当美国总统!他下面应该再加一句:被开除怕啥,照样能当美国副总统哈!毛太祖也公开宣称,他上学时,一考数学就吃鸭蛋(0分)。

说的好!政治家是靠权谋吃饭的,只要会玩政治就行,没必要是学霸。但老芦觉得,科学家是靠知识吃饭的,应该是学霸出身才对,特别是大科学家。然而也有例外,老芦下面就来说一位。此人是谁?他就是大名鼎鼎的美国化学家伍德沃德(Robert Burns Woodward,1917-1979)!你没听说过?恭喜你,你就是个C student(学渣), 大有当选美国总统的潜质!老芦是学霸?非也,悄悄告诉你,老芦是写此文时才知道这个大人物的,也是妥妥的学渣一枚!可惜老芦出生在中国,尽管入了美国国籍,但没有资格竞选美国总统,遗憾!

为何这里会说到伍德沃德?还不是因为奎宁这个治疗疟疾的特效药!天然奎宁产自金鸡纳树的树皮,金鸡纳树又被称为奎宁树。此树原产地是中南美洲温凉湿润的热带雨林中,像秘鲁,玻利维亚,厄瓜多尔等国,秘鲁的国树就是金鸡纳树。自从发现了金鸡纳霜能治疗疟疾后,金鸡纳树被移植到了世界各地。由于树种对气候有很苛刻的要求,大多数引种都不成功。成功的有印尼,印度,东南亚,日本,台湾等地。中国的云南也种植成功,但最大的产地是印尼的爪哇岛,当年生产的奎宁占世界的90%,其次则是印度,约为5%。所以当第二次世界大战时,印尼被日本占领,控制了奎宁的供应链,被迫在太平洋丛林中作战的美澳联军惨受疟疾荼毒而无药可治,造成大量非战斗性减员。于是,人工合成奎宁就成了美国科技界的燃眉之急,而解了这个燃眉之急的牛人就是大名鼎鼎的伍德沃德!

不可否认的是,在二战前的约一个世纪,是德国人主导了世界化学合成业,合成氨,合成橡胶,合成聚乙烯和玛啡等等,都是德国人的杰作。相比较,美国的化学家则乏善可陈,而伍德沃德就在这时崛起,横空出世,成为闪耀在化学界的一颗耀眼明星。1944年4月10日,巧合的是,这一天正是伍德沃德27岁的生日,伍德沃德发表了人工合成奎宁的论文,成为世界各大媒体的头条新闻!合成奎宁要经过55道复杂的程序,繁琐的制备方法,纵然当时的合成工艺无法进行奎宁的工业化生产,但不管怎么说,这是化学合成的一个里程碑。此消息震惊了化学界和科技界,尤其鼓舞了那些在太平洋丛林中与日军和疟蚊苦战的美国大兵。

27岁取的如此骄人的成就,有人伍德沃德一定是出生于书香世家,优越的家境让他“近水楼台先得月,向阳花木早逢春”吧。此大谬也!相反,他成长于波士顿的一个贫困单亲家庭。他的父亲是个英格兰移民,伍德沃德刚刚一岁时,父亲就患上1918年的那场西班牙大流感而去世。他的妈妈是个苏格兰移民,丈夫去世无力养家,只得改嫁,伍德沃德就成了拖油瓶。而继父不待见他们母子,不久便遭到遗弃,母子相依为命,在昆西区过着艰难贫困的生活。昆西在波士顿南郊,早年曾出过美国的第二任和第六任两届总统亚当斯父子。但是后来就成为外国移民的大本营,近年来华人人口占了三分之一,被称为波士顿的第二唐人街。

伍德沃德从小就酷爱化学,在昆西上小学时就自学了很多化学知识,以致教科书和图书馆里的化学书籍都远不能满足他对化学的渴求。11岁时,他跑到德国驻波士顿的领事馆,请求得到一些德国化学期刊上的论文,他读到了刚发表的迪尔斯和阿德尔的双烯加成反应,使他受益良多,迪尔斯和阿德尔因此反应获得1950年的诺贝尔化学奖。伍德沃德的优异表现让昆西高中的老师们刮目相看,1933年把他推荐给以理工著名的麻省理工学院(MIT),少年当年16岁!少年得志,被誉为神童,视化学为生命的伍德沃德一头钻进MIT的实验室和图书馆,如鱼得水,尽情遨游。

然而,一年多之后,伍德沃德被MIT开除了,因为他除了化学成绩优异外,其它的科目统统不及格,不是C,而是D!MIT这样的名校那能容忍这样的学渣,开除!此事对伍德沃德是个巨大的打击,对MIT化学系的教授们也是个巨大的打击,如此优秀的化学天才竟然被开除了,可惜呀可惜!伍德沃德没钱去贿赂这些教授们,但是教授们自发地聚在一起,讨论了很久,并联名给MIT校长写了封信,要求校方收回成命,让伍德沃德回到校院。没想到校长从善如流,真的让伍德沃德又回到了MIT。

这次,化学系的教授们给18岁的伍德沃德重新按排了课程和课题,省略了一些对化学专业没用的非必修课程,于是一年后,19岁的伍德沃德拿到了学士学位;再过一年,20岁的伍德沃德拿到了博士学位,成为哈佛大学的化学讲师和教授,并一直待在哈佛直到他1979年因心肌梗塞去世,享年62岁,还没有老芦活的长。为何如此短寿?老芦认为有三大原因:
1)化学合成需要接触很多有毒化学物质,非常有害健康。
2)伍大师每天在实验室从中午工作到凌晨三点,长达15小时,睡眠不足4小时,积劳成疾。
3)抽烟太多,每天3-5包,尼古丁慢性中毒,诱发心脏病。

难道化学大师的贡献就是合成了天然奎宁?非也!如果说大师的贡献是100的话,合成奎宁不过是1%,事实上1944年,伍大师只是制备了奎宁的前体奎宁辛,还需三步才能变成奎宁,这三步已有德国人描述过。因工艺复杂,当时奎宁无法量产。好在很快日本就投降了,美军无须在丛林里作战了。但因后人无法重复伍大师的实验,有的化学家质疑他说谎。2007年,作家西曼(Jeffrey I. Seeman)通过研究当时的论文审稿意见等得出结论:伍德沃德并没有说谎。2008年,美国科罗拉多大学的威廉(Robert Williams)等按照伍德沃德的方法,完全还原当时的实验条件,终于合成了奎宁。据说过去实验失败的原因是催化剂铝粉太新鲜,催化效果较差,若待铝粉略微氧化后,催化能力大大增强,奎宁就造出来了!

伍大师不仅合成了奎宁,还合成了更加复杂的天然物质,比如皮质酮,马钱子碱,利血平,叶绿素,秋水仙素,胆固醇,可的松,番木鳖碱,B12等24种复杂的天然有机大分子。任何一个化学家只要能合成其中的一种即足以扬名立万,青史留名了!其中维生素B12的合成工作最为艰巨,181个原子在空间呈魔毡状分布,性质极为脆弱,受强酸、强碱、高温的作用都会分解,这就给人工合成造成极大的困难。伍德沃德设计了一个拼接式合成方案,即先合成维生素B12的各个局部,然后再把它们对接起来。像是拼puzzle,这种方法后来成了合成所有有机大分子普遍采用的方法。 合成B12 耗费了伍大师整整11年的心血,做了1-2千次实验,直到1972年才宣告成功。

纵观现代科学史上,没有一个人能像伍大师这样合成这么多的天然大分子,所以他毫无争议地被誉为现代有机合成之父。也因其实验技术的精湛巧妙,被称为有机合成的艺术大师。除了在合成领域的伟大成就,伍大师伍德沃德确定了河豚毒素,金霉素何土霉素的分子结构与功能。探索了核酸与蛋白质的合成问题;发现了以他的名字命名的伍德沃德有机反应和伍德沃德有机试剂。他还独立地提出二茂铁的夹心结构(铁原子夹在两个戊环中间),这一结构与英国威尔金森(G.Wilkinscn)、德国菲舍尔(E.O.Fischer)的研究结果完全一致。后两者于1972年因此获诺贝尔化学奖。伍大师因1965年因有机合成方面的贡献已获诺奖,所以1972年未得奖,但他与得奖者在此理论上的贡献是相等的。

伍大师还与康乃尔大学的霍夫曼共同提出了分子轨道和对称守恒原理来解释化学反应,此理论于1981年被授于诺贝尔奖。学界均认为伍大师也应是获奖人之一,但大师已仙逝两年,否则伍大师将是两次诺贝尔化学奖的得主,或者说他应该是三次诺奖的得主。伍大师遗憾吗?不遗憾,他是个淡薄名利的人,他培养了无数的化学家,但在论文中总是署名在后甚至不署名,高风亮节,被人称颂。他不仅是个化学家,还是个诗人,也是个精彩的演说家。他在哈佛举办的讲座总是人满为患,座无虚席。晚上的讲座常常因讨论热烈,延续到深夜甚至凌晨。

最后说说伍大师蓝精灵的绰号,伍大师爱蓝色,从童年做实验就爱上了硫酸铜的蔚蓝,他搜集了各种蓝色的化合物和溶液。他爱穿蓝西装,配上一条蓝领带,他开一辆蓝色的奔驰,以致他的学生把他在哈佛的停车位也漆成蓝色,以免别人误占。他的卧室的墙壁和天花板都是蓝色,每当他的研究遇到难题时,他就躺在床上,久久凝望着蓝色的天花板,往往就能从蓝色中找得灵感,获得突破。根据一个流行的动画人物,人们称他是蓝精灵(可有人记的CND上的蓝爸爸?)。老芦却认为他是个蓝天使。他高尚圣洁,把天国的知识和智慧带给人间,造福人类,让这个世界更加绚丽多彩!

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