Нобелевские лауреаты: Уильям Липскомб

О том, как стать настоящим Полковником за успехи в химии, как опровергнуть своего учителя и можно ли совмещать профессиональное занятие музыкой и профессиональную науку, рассказывает наш очередной выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».

Уильям Нанн Липскомб-младший

Родился 9 сентября 1919 года, Кливленд, Огайо, США

Умер 14 апреля 2011 года, Кембридж, Массачусетс, США

Нобелевская премия по химии 1976 года (Единолично). Формулировка Нобелевского комитета: «За исследование структуры боранов (борогидридов), выявляющих проблему образования химических связей (for his studies on the structure of boranes illuminating problems of chemical bonding)»

Скриншот письма Липскомбу от химика Дугласа Ривза. Полковник - официальное обращение и титул http://wlipscomb.tripod.com

«Приехавший в город фермер из глубинки» - так характеризует нашего героя один из ранних его биографов. Поскольку наш герой окончил Кентуккский университет и получил признание штата, друзья называли его только «Полковник». Для тех, кому эта шутка непонятна в силу отсутствия контекста, расшифруем – знаменитая сеть KFC расшифровывается как «Жареный цыпленок из Кентукки», а основатель этой сети – Харланд Сандерс, более известный как Полковник Сандерс. Менее известен тот факт, что в данном случае Полковник – это высшая честь, которую губернатор Кентукки может оказать гражданину штата. Своеобразное американское рыцарство.

Липскомб в Японии у скульптуры Полковника Сандерса со своим билетом Полковника http://wlipscomb.tripod.com

Добавим к этому блестящее чувство юмора, невероятную харизму, которая привязывала к нему учеников навсегда, потрясающую музыкальную одаренность – игра на кларнете уровня «музыкант профессионального камерного оркестра», членство в обществе поклонников Шерлока Холмса «Странности Бейкер-стрит», любовь к Льюису Кэроллу, проявляемая в постоянных цитатах в научных статьях и 91 год прекрасной жизни, полной исследовательских достижений, достойных не одной награды. Таков портрет Уильяма Нанна Липскомба, человека, который в 1976 году единолично получил Нобелевскую премию по химии.

Липскомб-кларнетист http://wlipscomb.tripod.com

Впрочем, родился Липскомб не в Кентукки, а в Огайо. Он появился на свет в семье Эдны (Портер) Липскомб и Уильяма Липскомба, но через год после его рождения семья переехала в Лексингтон (штат Кентукки).

Липскомбы только переехали в Кентукки http://wlipscomb.tripod.com

Там он учился, там он полюбил химию и там он поступил в университет, который окончил в 1941 году со степенью бакалавра естественных наук по химии. Впрочем, в том же году он отправился в аспирантуру в Калтех, где уже решил было заняться чистой физикой – если бы не один из его профессоров (а позже – руководитель его PhD). Звали этого профессора Лайнус Полинг – великий химик, борец за мир и пропагандист мегадоз витаминов для здоровья. Ах, да, еще и в будущем – дважды лауреат Нобелевской премии – по химии и премии мира. К слову, единственный человек в истории, получивший две Нобелевки единолично.

В общем Полинг понял, что от юноши будет больше толку в химии, пусть и в физической, чем в физике – и не прогадал. История Липскомба в очередной раз показала, как важно иметь среди наставников хотя бы будущего нобелиата (напомним, что первую свою Нобелевку Полинг получил в 1954 году).

Правда, в 1942 году нашему герою пришлось временно прервать работу над диссертацией – шла война и его, как и многих ученых, рекрутировали под нужды армии. Молодой физхимик работал по заданию Управления научных исследований и развития США.

Сразу после победы Липскомб получил свою докторскую степень и начал совсем самостоятельный научный поиск. Его заинтересовали необычные вещества, которые называют боранами (соединения некоторых элементов с водородом называют словами, оканчивающимися на -ан: метан СH4, силан SiH4 и так далее. Бораны – это борогидриды).

Боранов было известно много и это ставило вопрос об их структуре и природе межатомных химических связей между ними. «Главный» в то время по химической связи, Лайнус Полинг, высказал свою теорию химических связей в борогидридах, но что-то подсказывало нашему герою, что в этот раз его великий учитель ошибается. Перейдя в 1946 году в Миннесотский университет, Липскомб взялся за это непростое дело: раскрыть тайну боранов. Они были упрямы, подобно баранам – нестабильны порой, летучи, горючи, взрывоопасны. Поэтому для начала нужно было просто разработать методику работы с соединениями бора и водорода.

Через некоторое время рентгеноструктурный анализ показал: структурой боранов являются различные полиэдры. Однако это еще ничего не говорило о природе химической связи в них: теория ковалентных связей не могла объяснить эту структуру. Напомним, что в случае ковалентной связи она устанавливается между двумя атомами, которые обобществляют по одному электрону. Так получается двухцентровая двухэлектронная связь. Но для боранов связывающих электронов тупо (простите, бараны) не хватало, чтобы ковалентно образовать все связи. Так как же быть?

В своей ставшей знаменитой статье 1954 года «Валентная структура борогидридов» ученый вместе с коллегами предложил и описал механизм трехцентровой двухэлектронной связи. То есть, например, в диборане атомы бора связываются между собой через водородный мостик, затрачивая на связь B-H-B всего два электрона. к. «Мы осмелились на несколько пророчеств, – писали они позднее, – заранее утешаясь тем, что уж если нам суждено пополнить ряды предсказателей-неудачников в области химии боранов, то мы окажемся в наилучшей компании», - вспоминал Липскомб.

Химические связи в диборане Wikimedia Commons

Справедливости ради скажем, что правильную структуру боранов предложил еще в 1943 году британский химик Кристофер Лонге-Хиггинс, будучи еще студентом в Оксфорде. Но Липскомб сумел сделать гораздо больше и теоретически описать механизм связи.

И ведь это было только начало, пусть оглушительное, но начало прорыва Липскомба в химии бора. Параллельно он применил ядерный магнитный резонанс для исследования структуру разных молекул, образуемых бором, он объяснил «прыгающие атомы» в боранах (так называемая DSD-перегруппировка)…

DSD-перегруппировка. В каждой вершине находится атом бора и (не показан) атом водорода. Связка, соединяющая две треугольные грани, разрывается, образуя квадрат, а затем образуется новая связь через противоположные вершины квадрата. Wikimedia Commons

А кроме бора были другие замечательные работы – точный расчет этанового барьера вращения двух метильных групп вокруг углерод-углеродной связи, огромное количество полученных белковых структур с атомарным разрешением (карбоксипепсидаза А, интерферон бета человека и многие, многие другие).

Структура карбоксипепсидазы А, полученная Липскомбом Wikimedia Commons

Нобелевская премия была совершенно заслуженной и в этом случае, наверное, правильно, что она была присуждена единолично.

«Присуждение в этом году Нобелевской премии по химии за исследования в области чистой неорганической химии является важным событием. Это напоминание о том, что даже сейчас мы знаем значительно меньше о большинстве химических элементов, чем о химии углерода или химии процессов, лежащих в основе самой жизни. Это также напоминание о том, что неорганическая область, характеризуемая этими другими элементами, теперь включается в органическую химию и биохимию». Что же, это размышление нашего героя в речи на Нобелевском банкете по-прежнему актуально.