最伟大的天然有机化学家 -Robert Burns Woodward

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最宏大的自然 有机化学家——RobertBurnsWoodward

1917年4月10日Woodward生于马萨诸塞州波士顿，从小就对化学抱有深厚的爱好，据说他在12岁时就完成了《有机化学的有用办法》(LudwigGattermannsPracticalMethodsofOrganicChemistry)一书中全部的试验。在这里整理了RobertBurnsWoodward相关资料，希翼能协助到您。

最宏大的自然 有机化学家RobertBurnsWoodward

1Woodward生平简介

1917年4月10日Woodward生于马萨诸塞州波士顿，从小就对化学抱有深厚的爱好，据说他在12岁时就完成了《有机化学的有用办法》(LudwigGattermannsPracticalMethodsofOrganicChemistry)一书中全部的试验。1933年Woodward就读于麻省理工学院(MassachusettsInstituteofTechnology，MIT)，入学一年后，因为只专注于化学课程的学习，Woodward其他课程的成果并不抱负，因此一度面临退学。此时曾主持Woodward面试的JamesFlackNorris教授(18711940，认为他是个难得的化学天才，协助其留在MIT完成了学业，并于1936年取得了学士学位。取得学士学位一年后的1937年，年仅20岁的Woodward又得到了博士学位，毕业论文是《麦角酸的讨论》(Studiesonlysergicacid)，导师是JamesFlackNorris教授与AveryAdrianMorton教授(18921987，在这期间Woodward还完成了雌激素酮(estrone，1，图3)的合成[1]。毕业后的Woodward于1937在伊利诺伊高校(UniversityofIllinois)担任了一段时光博士讨论员(instructorship)，同年夏天回到哈佛高校任ElmerPeterKohler教授(18651938)的讨论助理，一年后成为哈佛讨论员协会(HarvardSocietyofFellows)初级会员。1941年1月Woodward成为哈佛高校化学系讲师，于1944年晋升为助理教授;1946年，29岁的Woodward升为副教授，并被聘为终身教授(tenuredprofessor)，1950年升为正教授，终生在哈佛任教。Woodward从博士毕业到成为教授仅仅用了13年时光，这一晋升速度在学界并不多见。1963年Woodward兼任瑞士巴塞尔高校(UniversityofBasel)伍德沃德讨论所(TheWoodwardResearchInstitute)所长[2]。1934年Woodward发表第一篇讨论论文[3]，1979年去世时已发表论文196篇，1993年他的最后一篇署名论文发表[4]，至此总共发表论文数量达200篇。Woodward教授一生培养了400名博士生和博士后，在有机化学理论、紫外、红外光谱和旋光谱讨论、生物合成、自然 产物结构讨论、自然 产物全合成等多个领域都取得了举世瞩目的成就。

2紫外、红外光谱和旋光谱讨论

在20世纪40年月以前，现代波谱和质谱技术以及核磁共振能技术尚未进展起来，自然 产物的结构鉴定还是件相当困难的事情，不仅工作量大，而且费时，既需要无比的耐心与细致，更离不开浓厚的化学功底，即便如此，错误仍然难以避开。例如，1927年诺贝尔奖得到者HeinrichOttoWieland(18771957)在发表获诺贝尔奖演讲时所给出的胆固醇(cholesterol)甾体母核结构也存在错误，至1929、1932年才被OttoPaulHermannDiels(18761954)的脱氢反应和X光衍射更正[5-6而Woodward的首个重要贡献就是将各种光谱手段引入自然 产物结构讨论，这也是他举行化合物结构鉴定的一大特色[7]。

19401942年，Woodward先后发表多篇论文具体地描述了紫外光谱(ultravioletspectroscopy，UV)和分子结构之间的关系，证明了讨论有机化合物的结构时通过物理办法比化学办法更为有效，并由此于1945年引出了众所周知的“伍德沃德规章(Woodwardrules)”，即闻名的“酮规章(ketonerules)”，用来计算含有共轭双烯衍生物的发色基团(chromophores)紫外光图谱的最大汲取波长(absorptionmaximum，max)。通过这个规章，能够预算烷基或羰基取代的共轭二烯或三烯等的紫外汲取峰与化合物的关系，所得的结果与试验数据十分吻合，其精确     度普通可达2～3nm误差之内[8-11]。同一时期，在哈佛高校的资深教授LouisFrederickFieser(18991977)，曾因合成维生素K而成为1941年和1942年诺贝尔奖竞争者，也是闻名自然 药物化学家中西香尔教授(1925)的导师。1959年Fieser教授用新的试验数据修正了伍德沃德的规章，形成了适合多烯化合物的Woodward-Fieserrules[12]。Woodward曾用该办法将3-acetoxy-6-keto-7-hydroxy-4-chloestene(2，图5)的结构修正为3-acetoxy-5-(6)-norcholestene-7-carboxylicinstead[13]

进入1950年，Woodward又意识到红外光谱的重要意义，并在红外光谱(infraredpectroscopy，IR)鉴定有机物结构方面做出了重要的奠基工作。在合成利血日常，他测试了30余张红外光谱用以监测反应进程，并首次将混合物举行红外光谱分析，订正了当初许多化学家把红外光谱仅用于测定纯有机物的习惯，Woodward认为这不仅会限制红外光谱的使用范围，也会降低这一办法的检测效果。他号召化学家应将其运用于反应举行时混合物的测定，这不但能够得到产物的结构，还能够为反应的举行及机制讨论提供重要的线索。Woodward这些开创性工作给波谱学应用带来了一场革命，也为日后质谱和核磁共振技术应用于化合物结构讨论起到了重要的推进作用[14]。

20世纪50年月，旋光簇拥法(opticalrotatorydispersion，ORD)开头广泛被应用于确定有机化合物的肯定构型(absoluteconfiguration)。19521957年，州立韦恩高校(WayneStateUniversity)从事甾体化合物讨论的避孕药之父CarlDjerassi(翟若適，19232023，图6)教授收集了大量甾体化合物

的旋光数据。1958年Djerassi教授在哈佛一个讲座中碰到Woodward，以及WilliamE.Moffitt教授(19251958)与他的同学AlbertMoscowitz(19291996)，他们开头一起讨论旋光簇拥法的理论，总结出了八区律规章(octantrule)，并于1961年发表[15-16]。八区律规章的一个经典实例是用于环酮(cyclicketones)的结构预测[17]：将3-甲基环己酮(3Ror3S-methylcyclohexanone)置于坐标系统中，羰基周围的空间被互相垂直的平面分为8个区域，其中羰基位于Z轴，与羰基相连的2个原子a、b处于YZ平面上(图7-a)。周围原子利用影响羰基(max=284nm)-p*跃迁(-p*transition)，产生贡献不同的Cotton效应(Cottoneffect)[18]，按照分析各个区域中原子的Cotton效应贡献，从而预测3-甲基环己酮的立体构型(图7-b)[19]。

3有机化合物结构讨论

19451964年，Woodward通过多种光谱办法完成了10余个化合物(图8)的结构鉴定，包括青霉素(penicillin，1945，4)[20]、马钱子碱(strychnine，士的宁，1947，5)[21-24]、棒曲霉素(patulin，展青霉素，1948，6)[25]、山道年酸[26](santonicacid，1948，7)、二茂铁(ferrocene，1952，8)、土霉素(terramycin，合霉素、地霉素，1952，9)[27]、cevine(1954，10，与Barton共同完成)、碳霉素(carbomycin，magnamycin，卡波霉素，1957，11)[28]、胶毒素(gliotoxin，1958，12)、玫瑰树碱(ellipticine，1959，13)、蜡梅碱(calycanthine，1960，14)、竹桃霉素(oleandomycin，1960，15)、链黑菌素(streptonigrin，1963，16)与河豚毒素[29](tetrodotoxin，1964，17)。

在这些自然 产物中，对于青霉素[20]、马钱子碱[21]的结构鉴定结果还启发了Woodward与另一位化学大师1947年诺贝尔奖得到者RobertRobinson教授(18861975，图9)间的学术争辩。二战时期英美两国合作共同讨论青霉素，Robinson关于青霉素的结构提出了噻唑啉-噁唑环结构(thiazolidine-oxazolone，19)假设，而Woodward则支持四元内酰胺结构(-lactam，18)假设(图10)。后来牛津高校的女科学家DorothyHodgkin(19101994，图9)于1945年利用X光衍射确定了青霉素的结构，证实Woodward等提出四元环不饱和内酰胺结构设想是正确的[20]。

马钱子碱又名番木鳖碱，是1818年PierreJosephPelletier和JosephBienaimCaventou从热带植物番木鳖种子中分别获得的剧毒生物碱。1838年，VictorRegnaut定出其分子式是C21H22N2O2。马钱子碱的结构被Robinson称为结构鉴定的珠穆朗玛峰[30]，这也是他毕生讨论的课题，Robinson教授一生共发表54篇关于马钱子碱化学结构的论文。19101932年Robinson和他的导师WilliamHenryPerkin(18381907)发表了一系列文章，证实马钱子碱是一个吲哚衍生物;1932年Robinson又与德国化学家FriedrichHermannLeuchs(18791945)证实了环-III和环-IV;1945年VladimirPrelog(19061998)证实环-VI是一个六元环;1947年Woodward证实环-V是一个五元环，而不是Robinson所提出的结构(图11)[21-24]。1954年Woodward合成了马钱子碱[31-32]。

20世纪中期，土霉素的结构鉴定是学术界的一大难题。Woodward的同事、1969年诺贝尔奖得到者DerekHaroldRichardBarton(19181998)曾评论道：“最天才的结构分析当属解决土霉素的结构问题，这个问题工业价值很大，引得众多杰出的化学家们纷纷投入这项工作中来。在讨论过程中，许多试验虽然在操作上没有浮现问题，但是却得不到正确的结果，这使得讨论数据过于繁多，简单引起误导。据说Woodward在听取报告后，拿出一大张卡片将所有讨论数据写在上面，静思良久后，便推导得出了土霉素的正确结构。这在当初是无人能及的。”利用这一实例，Woodward呈现了浓厚的化学理论功底、高明的思维本事与敏锐的科研直觉。

1951年，杜肯高校(DuquesneUniversity)的PeterLudwigPauson(19252023)和他的同学TomKealy发觉了1个金属有机化合物(图12)，并将成绩发表在Nature杂志上[33]。1952年Woodward和在哈佛工作的英国化学家GeoffreyWilkinson(19211996，图12)读到了这篇文章，并认为其中关于结构的分析结果不正确。Woodward与Wilkinson一道提出了二茂铁(图12)新颖的四方反棱柱(antiprismatic)结构[34]。二茂铁分子由有机分子和铁原子构成。二茂铁也启发了金属有机化学的讨论热潮，这个大事被当作是金属有机化学的开端。Wilkinson也由于此项工作所取得的成果而荣获1973年的诺贝尔化学奖。

4自然 产物全合成讨论

20世纪40年月前，有机化学进展的主流还是自然 产物的结构鉴定，自然 产物的全合成还是一件十分让人望而生畏的工作，是Woodward开创了自然 产物的全合成的先河。从现在的角度来看，他的一些合成工作似乎并不困难如奎宁，但是在20世纪40～60年月不对称合成尚未兴起，那时在合成过程中构建一个手性中心是很困难的。Woodward凭借构建刚性骨架，迫使分子实行一定的构型，以此来构建手性中心，先后合成了奎宁(quinine，1944，20)、可的松(cortisone，1951，21)、胆固醇(cholesterol，1951，22)、马钱子碱(strychnine，1954，5)[32-33]、秋水仙碱(colchicine，1953，23)[35]、麦角酸(lysergicacid，1956，24)[36]、利血平(reserpine，1956，25)、前列腺素(prostaglandinF2a，1973，26)[37]、红霉素(erythromycin，1981，27)、头孢菌素(cephalosporin，1966，28)[38]、维生素B12(vitaminB12，1973，29)等化合物。他将有机合成的技巧提升到一个前所未有些水平，因此被尊称为现代有机合成之父[39]。本文仅在Woodward全合成的众多自然 产物(图13)中选取几个经典案例举行简要介绍。

失分最严峻的试验简答题

1.试验前应如何检查该装置的气密性?(以试管为例)

答：(1)微热法：塞紧橡皮塞，将导管末端伸入盛水的烧杯中，用手捂热(或用酒精灯微热)试管，烧杯中有气泡产生，冷却后，导管末端回升一段水柱，说明气密性良好。

(2)液差法：塞紧橡皮塞，用止水夹夹住导气管的橡皮管部分，从长颈漏斗中向试管中注水，使长颈漏斗中液面高于试管中液面，过一段时光，两液面差不变，说明气密性良好。

(若为分液漏斗，塞紧橡皮塞，用止水夹夹住导气管的橡皮管部分，向分液漏斗中加入一定量的水，打开活塞，若分液漏斗中液体滴下的速率逐渐减慢至不再滴下，说明气密性良好。)

2.在举行沉淀反应的试验时，如何认定沉淀已经彻低?

答：在上层清液中(或取少量上层清液置于小试管中)，滴加沉淀剂，若不再产生沉淀，说明沉淀彻低。如粗盐提纯试验中推断BaCl2已过量的办法是：在上层清液中再继续滴加BaCl2溶液，若溶液未变浑浊，则表明BaCl2已过量。

3.化学试验中，过滤后如何洗涤沉淀?怎样检验沉淀是否洗涤整洁?(以BaCl2沉淀Na2SO4为例)

答：向过滤器中注入蒸馏水，使水面没过沉淀物，待水滤出后，再加水洗涤，重复操作2-3次。

取少量最后一次洗涤洗液，滴加AgNO3溶液，若无沉淀产生，说明已洗涤整洁。

4.(1)用图1(图一)装置举行喷泉试验，上部烧瓶已弥漫干燥氨气，启发水上喷的操作是___________。该喷泉的原理是________________。

(2)假如只提供如图2的装置，请说明启发喷泉的办法。________。

答：

(1)打开止水夹，挤出胶头滴管中的水。氨气极易溶解于水，致使烧瓶内压强快速减小。

(2)打开止水夹，用手(或热毛巾等)将烧瓶捂热，氨气受热膨胀，赶出玻璃导管内的空气，氨气与水接触，即发生喷泉。

5.启发铝热反应的操作是什么?

答：加少量KClO3，插上镁条并将其点燃。

6.常用的试纸有哪些?应如何使用?

答：(1)试纸种类：①石蕊试纸(红、蓝色)：定性检验溶液的酸碱性;②pH试纸：定量(粗测)检验溶液的酸、碱性的强弱;③品红试纸：检验SO2等有漂白性的物质;④淀粉KI试纸：检验Cl2等有强氧化性的物质;⑤醋酸铅试纸：检验H2S气体或其溶液。

(2)使用办法：①检验液体：取一小块试纸放在表面皿或玻璃片上，用蘸有待测液的玻璃棒(或胶头滴管)点在试纸中部，观看试纸色彩变化。②检验气体：普通先用蒸馏水把试纸润湿，粘在玻璃棒的一端，并使其临近试管口，观看色彩变化。

(3)注重事项：①试纸不行伸人溶液中也不能与管口接触。②测溶液pH时，pH试纸不能先润湿，由于这相当于将本来溶液稀释了。

7.烧杯中使用倒置漏斗可防止液体倒吸原理是什么?

答：当气体被汲取时，液体升高到漏斗中，因为漏斗的容积较大，导致烧杯中液面下降，使漏斗口脱离液面，漏斗中的液体又流回烧杯内，从而防止了倒吸。

8.只用一种试剂如何鉴别AgNO3、KSCN、稀H2SO4、NaOH四种溶液?

答：四种溶液各取少量，分离滴加FeCl3溶液，其中有白色沉淀生成的原溶液是AgNO3溶液，溶液变为血红色的原溶液是KSCN，有红褐色沉淀生成的原溶液是NaOH溶液，无显然变化的是稀H2SO4。

9.在如右图(图二)所示装置中，用NaOH溶液、铁屑、稀硫酸等试剂制备Fe(OH)2。

(1)在试管里Ⅰ加入的试剂是。

(2)在试管里Ⅱ加入的试剂是。

(3)为了制得白色Fe(OH)2沉淀,在试管Ⅰ和Ⅱ中加入试剂,打开止水夹,塞紧塞子后的试验步骤是。

(4)这样生成的Fe(OH)2沉淀能较长时光保持白色，其理由是：。

答：(1)稀硫酸和铁屑(2)NaOH溶液(3)检验试管Ⅱ出口处排出的氢气的纯度，当排出的氢气纯净时，再夹紧止水夹(4)试管Ⅰ中反应生成的H2弥漫了试管Ⅰ和试管Ⅱ，且外界空气不简单进入。

10.现在一个分液漏斗中，有水和苯的混合物，静置后，液体显然分为二层。请在滴管、试管、水、苯中挑选器材和药品，用试验说明哪一层是水，哪一层是苯。

答：将分液漏斗中下层液体放入试管中少量，然后用滴管加入少量水(或苯)，若试管内液体分层，则分液漏斗下层液体为苯(或水)，若试管内液体不分层，则分液漏斗下层液体为水(或苯)。

11.如何检查容量瓶是否漏液?

答：往瓶内加入一定量水，塞好瓶塞。用食指摁住瓶塞，另一只手托住瓶底，把瓶倒立过来，观看瓶塞周围是否有水漏出。假如不漏水，将瓶正立并将瓶塞旋转180后塞紧，仍把瓶倒立过来，再检查是否漏水。

12.在中和滴定试验操作的要点是什么?如何推断滴定尽头?(以标准氢氧化钠溶液滴定未知浓度的盐酸为例，酚酞作指示剂)

答：左手控制活塞(玻璃珠)，右手摇动锥形瓶，眼睛凝视锥形瓶内溶液色彩的变化，当滴入最后氢氧化钠溶液，溶液由无色变为浅红色，且半分钟内不恢复。

13.滴有酚酞的氢氧化钠通入SO2后溶液褪色，试利用试验证实。

答：向褪色后的溶液中再滴过量的氢氧化钠溶液，若溶液还能变红，说明是SO2酸性所致，若溶液不再变红，说明是SO2的漂白性所致。

14.焰色反应应如何操作?

答：将铂丝用盐酸洗过后放到无色火焰上灼烧至无色，再用铂丝蘸取样品，放到火焰上灼烧，观看火焰的色彩，(若是钾元素，则必需透过蓝色钴玻璃片观看)。

15.如何举行结晶蒸发操作?

答：将溶液转移到蒸发皿中加热，并用玻璃棒搅拌，待有大量晶体浮现时停止加热，通过余热蒸干剩余水分。

16.下列试验设计和结论相符的是()

A.将碘水倒入分液漏斗，加适量乙醇，振荡后静置，可将碘萃取到乙醇中

B.某气体能使潮湿的红色石蕊试纸变蓝，该气体水溶液一定显碱性

C.某无色溶液中加Ba(NO3)2溶液，再加入稀盐酸，沉淀不溶解，则原溶液中一定有SO42-

D.在含FeCl2杂质的FeCl3溶液中通足量Cl2后，充分加热，除去过量的Cl2，即可获得较纯净的FeCl3溶液

答案：B

17.下列有关试验的讲述，不正确的是___。

A.用渗析法分别淀粉中混有些NaCl杂质

B.配制银氨溶液时，将稀氨水渐渐滴加到硝酸银溶液中，产生沉淀后继续滴加到沉淀刚好溶解为止

C.配制100g10%的硫酸铜溶液时，称取10g硫酸铜晶体溶解于90g水中

D.鉴别溴乙烷：先加NaOH溶液，微热，冷却后再加AgNO3溶液

E.将一定量CuSO4和NaOH溶液混合后加入甲醛溶液，加热至沸腾，产生黑色沉淀，缘由可能是NaOH量太少

F.举行中和热测定试验时，需测出反应前盐酸与NaOH溶液的各自温度及反应后溶液的最高温度

G.用胶头滴管向试管滴液体时，滴管尖端与试管内壁普通不应接触

H.配制FeCl3溶液时，向溶液中加入少量Fe和稀硫酸