и элегантность Роберта
Бернса
Вудворда
| На главную страницу журнала | На первую страницу сайта |
и элегантность
Роберт Бернс Вудворд известен как величайший химик-органик нашего времени. В 1965 году ему была присуждена Нобелевская премия за "достойный вклад в искусство органического синтеза", ибо он доказал, что в природе нет такой молекулы, которую невозможно было бы получить искусственным путем.
Я -дочь Вудворда и художник и поэтому хочу обратить внимание читателей на некоторые особенности его научного творчества, на его артистизм и элегантность.
Большинство статей и лекций моего отца сугубо специальны. Однако среди его бумаг я обнаружила нечто необычное, а именно несколько рукописных страниц, относящихся к периоду между 1955 и 1962 годами. В его архиве есть также много рисунков, показывающих, как были разработаны конкретные пути того или иного синтеза. Разумеется, эти заметки может понять только тот, кто сведущ в органической химии. Но даже и без глубокого понимания химии можно увидеть, как работал Вудворд: рисунки формул выполнены с безукоризненным мастерством и сопровождаются небольшими комментариями, иллюстрирующими ход его мысли. Об очевидном присутствии эмоций позволяют судить восклицательные знаки, подчеркивания, вставки красным карандашом и в одном случае ликующее "эврика!".
Мой отец родился в 1917 году в Квинсе, штат Массачусетс. Семья была шотландско-английская: его мать, по семейному преданию, происходила из рода поэта Роберта Бернса. Вудворду исполнился всего год, когда умер его отец. Хотя мать снова вышла замуж, второй муж вскоре бросил ее с ребенком на (произвол судьбы, и она возлагала на сына большие надежды.
Вудворду еще не исполнилось и десяти лет, когда он устроил химическую лабораторию в подвале своего дома. Согласно легенде, к двенадцати годам он уже проделал все опыты, описанные в классическом пособии Людвига Гаттермана "Практические методы органической химии". Это может показаться невероятным, но Вудворд как-то признался, что легенда "по существу, верна".
Примерно в том же возрасте он начал ходить почти за пять миль в публичную библиотеку, чтобы читать учебники по химии. Один из авторов этих учебников писал также и детективные романы. Вудворд читал их и считал, что, вероятно, именно они научили его ощущать химию как тайну и детективную драму.
Когда в возрасте 16 лет Вудворд поступил в Массачусетсский технологический институт, он уже знал органическую химию не хуже студента четвертого курса, специализирующегося в этой области. В 17 лет он опубликовал свою первую научную работу, а в 20 лет получил ученую степень.
Артистизм работы Вудворда с очевидностью проявлялся во всех областях химии, с которыми он соприкасался. Но высшей ступени совершенства его искусство достигло в синтезах. Он начал думать о синтезе и стараться мысленно представлять все его стадии, когда был еще ребенком; в 12 лет он уже придумал метод синтеза хинина, который впоследствии и осуществил -хотя, конечно, и не так, как замышлял в детстве. Его независимый способ мышления возник, вероятно, уже тогда, в столь раннем возрасте.
В лекции "Искусство и наука в синтезе органических соединений" (1963) Вудворд говорил о двух основных рабочих инструментах химикасинтетика: о химической науке с ее законами и о совокупности экспериментальных методик. Он говорил, что органический синтез -это творческий процесс, в котором основную роль играют искусство, замысел, воображение и вдохновение.
Вместе с тем постадийная природа химического синтеза настоятельно требует строгого мышления и тщательного планирования. Вудворд замечает, что "успешное осуществление синтеза более чем в 30 стадий служит проверкой предсказательной способности науки". В 1963 году он пишет о 50 стадиях, а в 1972 году, в связи с синтезом витамина В12, упоминает последовательность в 65 или 70 стадий; в следующем же году речь идет уже о 100 и более стадиях.
Но тогда что означает искусство применительно к химии? Вот что писал об этом один из его коллег в 1981 году: "Замысел и исполнение сложного органического синтеза -это особый, отличный от всех других, род человеческого искусства. Здесь нет места несовершенству: если хоть одна стадия не удалась, то не будет и всего синтеза. Но среди множества технически удачных синтезов есть такие, в которых возможности человека и податливость вещества как бы находятся в гармонии; при этом исчезает впечатление, будто кто-то насильно заставляет некоторые молекулы приобретать новый облик".
Красота работ Вудворда заключается не только в тех формах, которые приобретают зафиксированные структуры синтезированных молекул. Скорее, искусство и красота свойственны методу, с помощью которого он ими управляет, его способности выстраивать цепочки синтетических стадий в едином гармоничном процессе -не вымученно, но как бы единственно правильно и притом элегантно. Эстетическое удовольствие, которое доставляла Вудворду его работа, как раз и заключалось в обдумывании и планировании схемы химического синтеза, конечный объект которого непременно должен соответствовать некоторому реальному веществу в физическом мире.
Вудворд как-то писал, что самое важное в реакциях -это то, что "химические превращения обычно происходят в растворах, содержащих множество молекул реагентов. Эти молекулы хаотически движутся с большой скоростью и соударяются друг с другом совершенно произвольным образом. Превращение одной формы материи в другую происходит в результате соударений. Искусство направленного синтеза во многом заключается в том, чтобы ограничить подвижность молекул так, чтобы способствовать одним, желаемым изменениям и подавлять все другие".
Успех синтезов Вудворда основывался на его умении создавать конкретные связи между атомами и архитектурные формы молекул таким образом, чтобы они накладывали определенные ограничения на молекулярную подвижность. Основа искусства Вудворда и его понимание этого искусства существовали на том фундаментальном уровне связей и реакций, который он называл "соотношениями пространственного подобия". Он подчеркивал, что умение найти и применить такие пространственные соотношения вносит больший вклад в мощь и красоту синтетического дизайна, чем любые другие уловки. О том, что "природа широко использует этот принцип подобия, можно судить по большому числу существующих в ней циклических соединений". То есть цикл, как и связь, может быть использован как ограничитель молекулярной подвижности.
В этом и заключалась его тактика циклов. Он создавал циклическое соединение, содержащее те же атомы, что и конечный продукт, в нужных местах и с правильной относительной стереохимией. Разрушение же цикла приводило к образованию конечного продукта. Такая тактика упрощала путь к желаемой структуре, позволяя использовать менее реакционноспособные, легче контролируемые системы. Идея Вудворда состояла в том, чтобы "как можно быстрее сконструировать углеродный скелет, а создание некоторых функциональных групп (или, например, двойной связи) оставить на потом, до стадии окончательных доделок".
Вудворд использовал эту тактику и в своем первом синтезе -синтезе хинина в 1944 году, -и в последующих синтезах молекул со все более сложными системами циклов. Особенно яркое применение эта тактика нашла в его синтезах стрихнина (1954), резерпина (1956), хлорофилла (1960) и витамина B12(1960-1972).
Вудворд как-то описал те главные способы ограничения молекулярной подвижности, которые он применял. Один из них состоит в том, чтобы создать такую группировку атомов, громоздкость которой предотвращала бы в определенный момент соударения молекул. Другой заключается в том, чтобы "ввести группировку атомов, притягивающую молекулу, с которой желательно прореагировать. Последняя выступает как плацдарм для осуществления дальнейших изменений". Более того, Вудворд не просто вставлял эти облегчающие синтез группировки атомов. После того как они сыграли свою первоначальную роль, он умудрялся использовать их на последующих стадиях. Этим достигалась и экономия синтетического дизайна, и его элегантность.
Выбор исходных строительных блоков в синтезах служит примером общего принципа, особого архитектурного аспекта химического синтеза, который Вудворд описывает как систематическое увеличение асимметрии. "Большинство молекул сложных природных соединений представляет собой высоко асимметричные множества, тогда как более простые исходные материалы, являющиеся основными строительными блоками для их синтеза, более упорядочены. В этом случае проблема синтеза часто состоит в том, чтобы направленно увеличивать асимметричную функцию, делая ее все более убедительной на каждом последующем этапе до тех пор, пока малые геометрические различия, которые существовали вначале, не разовьются в сильно несимметричные ситуации, характерные для конечного продукта".
Вудворд испытывал большое эстетическое удовольствие, если ему удавалось использовать результаты предыдущей работы в последующем синтезе. Например, принцип систематического увеличения асимметрии, примененный в синтезе резерпина, был использован также и в гораздо более сложном синтезе витамина В12, длившемся с 1960 по 1972 год. Один из коллег Вудворда так прокомментировал синтез витамина В12: "Нам был продемонстрирован фейерверк, состоящий в создании и разрушении циклов, которые были использованы, чтобы добиться контроля за почти всеми асимметричными центрами в молекуле".
Для Вудворда эстетическое удовольствие, доставляемое химией, имело еще и чувственный аспект. Он требовал высоких стандартов чистоты -например, при перекристаллизации промежуточных соединений, выделяемых в ходе синтеза. Хотя он и относился к практическим аспектам эксперимента отчасти как к ремеслу, тем не менее считал их "прекрасными, как все, что делается тщательно и с любовью".
В своем отчете о синтезе колхицина в 1963 году он писал: "Каждое из промежуточных соединений, выделяемых в ходе получения колхицина, представляло собой красивое кристаллическое вещество, совершенно новую форму материи... Это восхитительно -работать с такими веществами, и восторг, который испытывает экспериментатор в ходе работы, в немалой степени вносит вклад в искусство, необходимое для их создания".
Отношение Вудворда к работе руками -лишь одна грань более широкого чувства, которое он испытывал к эксперименту. Для него теория основывалась на экспериментальных фактах; без экспериментального подтверждения теория не стоила ничего. Идеи и теории могли иметь эстетическую ценность, но их красота и элегантность были всегда определены конкретными взаимоотношениями с физической реальностью.
В те годы, когда Вудворд был еще студентом, он подумывал об изучении архитектуры и рассматривал возможность заняться математикой. Объясняя, почему он все же не бросил химию, Вудворд говорил, что, хотя ему и нравились формальная красота математики, ее точность и элегантность, ей не хватает "ощущения материи, которое играет такую важную роль в моей привязанности к химии. Я люблю кристаллы, красоту их формы и процесс их выделения; жидкости, как дремлющие в своей скрытой силе, так и взмывающие вверх в процессе перегонки; клубящиеся дымы; запахи -хорошие и плохие; цветовые радуги; сверкающую стеклянную посуду всех размеров и форм. Многое из того, что я смог придумать в химии, не могло бы осуществиться, не будь всех этих вещей -физических, зримых, осязаемых, воспринимаемых органами чувств... В то время как в математике можно чаще всего давать воображению безграничную волю, идеи в химии, как бы красивы, логичны, элегантны, оригинальны они ни были сами по себе, не имеют никакой ценности, если не применимы к тому единственному физическому миру, в котором мы обитаем. Короче говоря, они хороши, только если работают! Лично я истинно наслаждаюсь этим весьма своеобразным вызовом, который бросает нам физический мир, ограничивая наши фантазии".
Фраза Вудворда о физической реальности, накладывающей свои ограничения на фантазии, -ключевая. Он отнюдь не чурался фантазии; но, придумывая пути синтеза с целью воспроизвести заранее известную, уже существующую структуру, он уже сам задавал себе контекст "ограничения фантазии". Ведь большинство из синтезированных Вудвордом соединений встречается в природе, так что цель, к которой в данном случае стремится химик, планируя стадии синтеза и затем осуществляя их в лаборатории, -известная, уже существующая структура. Однако стадии, придуманные химиком, не дублируют пути, избранные природой при биосинтезе этих же соединений.
Таким образом, природа и реальность накладывали ограничения на фантазию даже тогда, когда Вудворд проявлял себя как художник, предпочитая пути, подсказанные воображением, слепому копированию природы. В 1956 году он писал, что, хотя природу "можно с успехом использовать для стимулирования синтетических планов, в ее преимуществах перед свободным полетом вдохновения можно сомневаться". В 1963 году он говорил, что в синтезе встречающихся в природе веществ конечная цель строго задана фактом существования молекулы с данной фиксированной архитектурой, но на каждой стадии такого синтеза химик создает формы материи, никогда не существовавшие ранее.
Важной компонентой мышления моего отца была его выдающаяся память. Часто детали работы над каким-то проектом или что-то, вычитанное им в необозримом море химической литературы, оказывались важными для последующего проекта. Сотрудники и окружающие постоянно поражались его способности вспоминать малоизвестные реакции, включая точные условия опыта, которые можно было пустить в дело, когда это требовалось по ходу синтеза. Необыкновенная память вносила свой вклад в его редкую способность детально руководить работой многих членов его исследовательской группы и студентов, а также сотрудничать с другими учеными.
Вудворд мог не только представлять себе трехмерные пространственные структуры, но и предвидеть пути возможных реакций внутри данной структуры и все ее возможные последовательные превращения. Такие визуальные представления, отличаясь от словесных, выполняют важные функции в процессе научного мышления и могут быть сопоставлены с аналогичными процессами в художественном творчестве. Он писал: "...Можно вводить восхитительные элементы неожиданности в синтетическую работу. Группа атомов, кажущаяся довольно скучной, внезапно под воздействием специально подобранных реагентов претерпевает необычные трансформации, которые очень полезны на пути продвижения к цели. При этом впечатления наблюдателя можно, пожалуй, сравнить с теми, которые испытывает путник, шедший по унылой улице, когда он через потайную дверь попадает в восхитительный и очаровательный сад".
Еще одна грань искусства Вудворда -это его умение публично выступать, доносить свое знание до других, вдохновляя их красотой и таинством химии. В этой области он сделался поистине легендарной фигурой. В 1948 году Вудворд впервые совершил путешествие в Европу, где прочел несколько лекций, которые произвели огромное впечатление на химическое сообщество. Один из его коллег, присутствовавших на лекции в Лондоне, вспоминал: "Аудитория была наэлектризована. Анализ проблемы, ясное выстраивание доказательств, интеллектуальный скачок к решению проблемы структуры, логическое объяснение, исходящее из этой новой структуры, сопровождались превосходными иллюстрациями на доске, которые еще ярче выявляли систему рассуждений и неотвратимость выводов".
Дерек Бартон, позднее приобретший известность своей работой по конформационному анализу (за которую он был удостоен Нобелевской премии в 1969 году), так описывает одну из лекций Вудворда: "Это была блестящая демонстрация того, как можно взять из литературы факты, кажущиеся очевидными, и путем одного лишь их обдумывания, что он отлично умел делать, интерпретировать их по-иному, а потом пойти в лабораторию и доказать истинность нового вывода. Мы поняли, что это была работа гения... Через десять лет наши второкурсники уже могли решать подобные проблемы, причем примерно 25% решили бы их правильно. Но означает ли это, что в 1958 году на нашем втором курсе училось 25% мини-Вудвордов? Нет, конечно. Это означает, что Вудворд научил нас, химиков-органиков, искусству думать".
С поездки Вудворда 1948 года началась череда почетных лекций, которая забрасывала его во многие страны в течение всей его жизни. Лорд Александер Тодд вспоминал: "Одной из наиболее удивительных черт Боба Вудворда была его способность заражать молодых химиков своей страстью к органической химии и своим энтузиазмом... Я не знаю и никогда не знал другого ученого, который мог бы так держать аудиторию; молодые химики, да и многие не очень молодые, внимали ему, как какому-нибудь евангелисту... Разумеется, он был блестящий лектор. Он всегда точно укладывался во время; при нем всегда была его знаменитая коробочка с цветными мелками, даже специальная тряпка для стирания с доски. А то, как безупречно он рисовал на доске формулы, хотя и замедляло темп изложения, но способствовало пониманию".
Любовь Вудворда к химии проявлялась и в его нестандартном языке. Он писал о том, что природа оказывает "мягко выражаясь, умеренное сопротивление нашим атакам на нее", призывал "уговаривать" и "побуждать" различные реакции протекать по желаемому пути. Относительно изотиазольного цикла, нового соединения, полученного в ходе синтеза колхицина, он писал: "...Теперь наше исследование вступило в фазу, слегка окрашенную в меланхолические тона. Наше изотиазольное кольцо по своим возможностям великолепно оправдало все наши ожидания, и не только их... Теперь оно должно было исполнить еще один ответственный долг, а именно позволить себе изящно уйти со сцены и не возникать на ней вновь до тех пор, пока кто-нибудь не увидит новой возможности вовлечь столь полезного попутчика в новое синтетическое приключение. И оно милостиво свершило этот финальный акт".
Эстетическое чувство Вудворда проявлялось не только в работе. Известна его легендарная любовь к синему цвету; она распространялась и на его синий автомобиль, и на ежедневный синий костюм и синий галстук. Он заботился и о том, чтобы его кабинет был обставлен со вкусом.
Самые глубокие и сильные эмоциональные переживания Вудворд испытывал внутри химического сообщества, в ходе работы с коллегами. Посторонним часто казалось, что его не интересуют человеческие чувства. Поскольку большую часть того времени, когда он бодрствовал, Вудворд проводил в лаборатории, на долю семьи оставалось мало сил -ситуация, нелегкая для его близких. Он очень сердился, когда его работу прерывали или ему мешали сосредоточиться. Дома он часто призывал: "Пожалуйста, потише". После двух браков, имея четырех детей, последние десять лет Вудворд прожил в одиночестве...
Свое тело, в отличие от ума, он не ценил. Он неохотно занимался физическими упражнениями и мало спал. Физическая подвижность была сведена к минимуму, а активность проявлялась только в его выдающейся способности мысленно видеть трехмерные молекулярные структуры. Казалось, будто его ум обладал возможностью передвигаться среди этих структур, рассматривая их со всех сторон, даже предвидя их превращения.
Вудворд мог и выпить на вечеринках с участием коллег и членов своей лаборатории; там случались и веселье, и шутки, и шуточные соревнования. Но он берег энергию для работы и даже после ночных празднеств был в кабинете в свой обычный ранний час. Вудворд беспрестанно курил. Наверное, именно это наряду с умственным перенапряжением при недостатке физической нагрузки и привело его к ранней смерти от сердечного приступа в 62 года.
Публикацию подготовила Л.А.ЛЕЙТЕС
по материалам статьи в сборнике
"Creative people at work"
(Copyright (C) Oxford University Press,1989)