Текст книги "100 великих нобелевских лауреатов"

Автор книги: Сергей Мусский

сообщить о нарушении

Текущая страница: 38 (всего у книги 46 страниц)

АЛЬФРЕД ВЕРНЕР
(1866—1919)

Академик И.И. Черняев писал в 1966 году:

«Прошло более полвека со дня присуждения А. Вернеру Нобелевской премии за созданную им координационную теорию. Плодотворность ее ощущается все время, и с помощью современных методов исследований в области строения молекул обнаруживаются новые факты, неизменно укрепляющие оставленное Вернером научное наследство. Что касается практического значения реакций комплексообразования, то сейчас трудно назвать отрасль химической промышленности, в которой они хоть в какой-то мере не участвовали бы.

Я полагаю, что работы А. Вернера во всей их совокупности до сих пор еще не оценены полностью, но при всех обстоятельствах богатейшая химическая жизнь этого великого ученого вызывает удивление и глубокую благодарность».

Альфред Вернер родился 12 декабря 1866 года в городе Мюлузе (Эльзас). Он был четвертым ребенком в семье токаря Жана Адама Вернера.

Его мать, Саломея Жанетта Вернер, происходила из богатой протестантской семьи. Домашние «бразды правления» находились у нее в руках. В шесть лет мальчик пошел в начальную школу. Уже тогда проявились его поразительные способности, учитель часто говорил ему: «Ах, Альфред, если бы ты только захотел, то мог бы стать первым учеником».

В 1878 году Альфред окончил начальную школу. После этого юноша поступает в Техническое училище. Здесь Альфред входил в число лучших учеников – он учился увлеченно, можно сказать вдохновенно. Именно в училище Вернер увлекся химией. В домашних условиях он начал проводить химические опыты. Вместе с тем юный ученый интересовался литературой, искусством и в особенности архитектурой.

Незадолго до окончания училища Вернер написал свое первое научное сочинение «Сообщение о мочевой кислоте и о рядах теобромина, кофеина и их производных» (сентябрь 1885 года).

Интересно, что об этой работе Вернер вспомнил в речи по случаю присуждения ему Нобелевской премии: «Не имея никаких собственных экспериментальных данных, я просто скомпилировал работы о соединениях мочевой группы, которая, как я полагал в своем юношеском энтузиазме, воплощала в себе всю органическую химию… Я пошел к директору химической школы в Мюлузе профессору Эмилио Нелтингу… и показал ему работу. Он взял ее и велел мне прийти через восемь дней. Точно в назначенный срок я пришел, полный радужных надежд. И хотя профессор высказал много хвалебных слов о моей работе, он не скрыл от меня, что переворота в органической химии я не произвел и что мне еще предстоит много учиться. Я был до известной степени удовлетворен его отзывом и немедленно спросил, сколько, по его мнению, мне потребуется времени, чтобы стать профессором. Он улыбнулся и ответил, что придется запастись терпением лет на семь-восемь».

В октябре 1885 года Альфреда призвали в германскую армию в качестве «одногодичного вольноопределяющегося». Отслужив ровно год в городе Карлсруэ Вернер тотчас же уволился из армии.

Альфред решил продолжить образование в Цюрихском политехникуме – одном из самых передовых учебных заведений в Европе. Осенью 1886 года он успешно сдал экзамены. В то время в политехникуме преподавали такие крупные химики, как А. Ганч, Г. Лунге, Г. Гольдшмидт, Ф. Тредуэлл. Вернер всю жизнь с теплотой и благодарностью вспоминал этих учителей, давших ему превосходную школу. Успеваемость Альфреда была высокой, хотя позднее он говорил: «Мои учителя и однокурсники знали меня как не всегда усердного, но всегда веселого студента». На последнем, четвертом, курсе Вернер решил специализироваться в области органической химии. В дипломной работе подробно описал синтез некоторых органических и неорганических соединений. В августе 1889 года Вернер окончил Цюрихский политехникум и получил звание технического химика.

По предложению одного из преподавателей профессора Г. Лунге, Альфред стал внештатным (неоплачиваемым) ассистентом в его химико-технической лаборатории. «Возможно, лучше бы мне пойти на фабрику, – писал он отцу, – но признаюсь, что я считаю ученую карьеру своим призванием».

Тогда же под руководством профессора А. Ганча Вернер начал свою докторскую диссертацию. Учителя и ученика сравнивает Г. Кауффман: «Во многих отношениях эти два человека представляли собой резкую противоположность. Ганч был худощав, сдержан, умерен в своих житейских потребностях и всегда себя держал в руках. Вернер, напротив, был склонен к полноте, общителен, любил табак и алкоголь, временами был слишком эмоциональным и даже экспансивным».

Вернер всю жизнь был благодарен Ганчу. Свой капитальный труд «Учебник стереохимии» (1904) он посвятил с благодарностью своему учителю.

В 1890 году в «Докладах Немецкого химического общества» появилась статья Ганча и Вернера «О пространственном расположении атомов в азотсодержащих молекулах». Ганч признавал, что «опубликованная теория во всем существенном является духовной собственностью А. Вернера, который совершенно самостоятельно со всей ясностью сформулировал ее основные положения со всеми важнейшими выводами».

В этой теоретической части докторской диссертации Вернера впервые получила прочную научную основу стереохимия азотсодержащих соединений. Вернер впервые высказал идею, что «три валентности атома азота в некоторых соединениях направлены к углам тетраэдра, четвертый угол которого занимает сам атом азота».

Защита докторской диссертации Вернера состоялась в октябре 1890 года в Цюрихской высшей школе. Один из оппонентов, профессор А. Абелянц, отметил в своем отзыве, что докторская диссертация Вернера – «выдающееся достижение», так как она не только внесла крупный вклад в объяснение хорошо известных случаев изомерии, но и привела к открытиям новых стереоизомерных азотсодержащих соединений.

Цюрихская высшая школа присудила Вернеру степень доктора философии «с особым признанием замечательных успехов». После защиты диссертации ученый полон оптимизма: «Я начинаю занимать свое место среди химиков нашего времени, и, если небо сохранит мне здоровье, я собираюсь превзойти их всех, одного за другим, так как слава – не пустое слово. Это личное удовлетворение человека, которое столь необходимо в моменты слабости».

В 1890—1891 годах Вернер занимался исследованием стереоизомерии производных бензгидроксамовой кислоты. Благодаря полученным экспериментальным данным, ученый сумел показать существование геометрической изомерии у некоторых производных бензгидроксамовой кислоты.

Большой интерес представляла теоретическая часть этой работы «К теории сродства и валентности». Вернер выдвинул оригинальные идеи о химическом сродстве: «сродство есть сила притяжения, действующая из центра атома равномерно ко всем частям его шарообразной поверхности». Принимая атом «ради простоты» шарообразным, он рассматривал его как определенную пространственную часть «единой материи».

В октябре 1891 года Вернер представил на суд Высшему швейцарскому ученому совету конкурсную работу и просил разрешить ему преподавание химии в Цюрихском политехникуме. Не дожидаясь его решения, ученый отправляется в Париж, где начал работать в термохимической лаборатории М. Бертло в «Коллеж де Франс».

«От Бертло в Париже, – вспоминал впоследствии Вернер, – я узнал, что вполне возможно разрешать химические проблемы на основе концепций, отличающихся от тех, которые признавались в то время». Здесь Вернер выполнил первое исследование по неорганической химии «Об основном нитрате кальция».

Весной 1892 года Вернер покинул гостеприимную Францию. В январе того же года Высший швейцарский ученый совет, рассмотрев его «конкурсную работу», признал, что ученый вполне достоин звания приват-доцента. Вернувшись в Цюрих, ученый получил, наконец, возможность читать лекции перед студенческой аудиторией родного политехникума.

29 сентября 1893 года, всего в 27 лет, Вернера избрали профессором Цюрихской высшей школы. Это было признание способностей молодого ученого, что подтвердила появившаяся вскоре его знаменитая координационная теория.

В 1893 году немецкий «Журнал неорганической химии» опубликовал статью Вернера на 63 страницах «О строении неорганических соединений», ознаменовавшей новую эпоху в развитии представлений о природе и строении комплексных соединений. В ней автор мастерски изложил теорию, позволившую объяснить особенности строения значительного класса веществ – координационных, или комплексных, соединений.

По мере развития химии, открытия и изучения все новых и новых соединений ученые все чаще стали сталкиваться с координационными соединениями. Для объяснения их строения и свойств Вернером была разработана координационная теория, в основу которой легли положения стереохимии и теории электролитической диссоциации. По Вернеру, комплексные, или координационные, соединения построены следующим образом: в центре молекулы находится один атом или ион металла. Вокруг него расположены атомы и их группы, связанные с центральным атомом координационными связями. Эти атомы и группы называются лигандами. Типичные лиганды – анионы кислот (кислотные остатки) и некоторые нейтральные молекулы (обычно небольшого размера, содержащие атомы кислорода, азота, фосфора, серы и др.). Наиболее распространенные лиганды в комплексных соединениях – вода, аммиак, оксид углерода.

Общее число молекул или ионов, непосредственно связанных с центральным атомом, называется координационным числом. Известны молекулы с координационными числами от 1 до 12 (чаще всего встречаются 4 и 6). Лиганды вместе с центральным атомом образуют внутреннюю сферу комплекса. Известны координационные соединения, состоящие только из внутренней сферы, например карбонилы железа, никеля, хрома. Но в большинстве случаев вокруг внутренней сферы образуется еще и внешняя – из ионов, не связанных непосредственно с центральным атомом или ионом. Эти ионы обычно располагаются по вершинам правильных многогранников вокруг внутренней сферы и во многих химических реакциях участвуют различным образом: внутренняя сфера – как один многозарядный ион, внешняя сфера – как обычные ионы. Простейший пример такого координационного соединения – ферроцианид калия.

Вернер распространил стереохимические представления на область комплексных соединений. Созданная им координационная теория позволила представить пространственное строение этих соединений. Ученый предположил, что комплексные соединения с координационным числом 6 имеют пространственное строение октаэдра, а с координационным числом 4 – плоского квадрата.

В 1911 году Вернер обнаружил предсказанные ранее оптически активные неорганические изомеры – соединения кобальта, хрома, железа. Это было крупным успехом координационной теории. Оптическая активность перестала быть специфическим свойством молекул с асимметрическим атомом углерода. Вернер составил грандиозную программу изучения нового класса соединений и сумел силами своей научной школы заложить основу химии координационных соединений. Работы Вернера наметили пути дальнейшего развития неорганической химии и выявили общность в эволюции представлений о структуре и свойствах органических и неорганических веществ.

На основе координационной теории в наши дни объясняется химическое строение таких важных веществ, как хлорофилл, гемоглобин, лаки, ферменты.

Научные интересы Вернера не ограничивались разработкой проблем химии координационных соединений. В 1905 году он предложил близкий к современному вариант длиннопериодной системы химических элементов, а в 1907 году разработал новую теорию кислот и оснований которая стала важной предпосылкой создания в двадцатые годы теории кислотно-основного катализа.

В 1913 году Вернер был удостоен Нобелевской премии «в знак признания его работ о природе связей атомов в молекулах, которые позволили по-новому взглянуть на результаты ранее проведенных исследований и открыли новые возможности для научно-исследовательской работы, особенно в области неорганической химии».

Со свойственной ему прямолинейностью цюрихский профессор заявил: «Я никогда не отвергал мысль, что когда-нибудь это произойдет. Но я не ожидал, что это будет в этом году. Я знаю, что работал весьма тщательно. Химические исследования всегда были для меня удовольствием. И я испытывал ни с чем не сравнимое наслаждение, когда мне удавалось на основании размышлений прийти к новым выводам, которые можно было подтвердить экспериментально».

Своим многолетним трудом Вернер подвел прочный экспериментальный фундамент под созданное им координационное учение, утвердил его в науке, превратил из гипотезы в строгую, всесторонне обоснованную теорию. Из-под его пера вышли 174 печатные работы, освещающие экспериментальные исследования, две монографии, сыгравшие большую роль в развитии науки, и много научно-популярных статей.

Вернер женился 1 октября 1894 года. Его суженой стала 21-летняя Эмма Вильгельмина Гискер, приемная дочь протестантского пастора. Через три недели после свадьбы ученый принял швейцарское гражданство как лицо «безупречной репутации с годовым доходом 4000 франков».

В 1897 году в семье Вернеров родился сын, которого назвали Альфредом Альбертом Юлиусом, или, по-домашнему, Фреди. После его рождения по проекту ученого был построен комфортабельный особняк. Весной 1898 года Вернеры вселились в этот прекрасный дом, в котором ученый жил до самой смерти.

В 1902 году в семье Вернера родился второй и последний ребенок – дочь Иоганна Эмма Шарлотта. Вернер души не чаял в детях. Во время каникул родители с детьми отправлялись на один из горных курортов. В то время ученый сильно увлекался альпинизмом. В молодые годы Вернер был также завзятым конькобежцем, увлекался и парусным спортом.

Уже в зрелом возрасте ученый увлекся охотой. В последние годы жизни он часто проводил свободное время в обществе своих друзей, играл на бильярде, в шахматы, карты.

Вскоре после получения Нобелевской премии самочувствие Вернера заметно ухудшилось. Диагноз врачей был неутешительным – общий атеросклероз. Болезнь медленно, но неуклонно прогрессировала. 15 ноября 1919 года Вернер скончался.

РИХАРД ВИЛЬШТЕТТЕР
(1872—1942)

Академик Тимирязев писал, что работа Вильштеттера «останется надолго исходной точкой в дальнейшем изучении хлорофилла, и будущий историк отметит два периода в этом изучении – до Вильштеттера и после него».

Рихард Мартин Вильштеттер родился в немецком городе Карлсруэ 13 августа 1872 года в семье торговца тканями. Родители строго следили за соблюдением всех требований религии, но как только Рихард с братом Альфредом оставались одни, они давали волю своей фантазии и играли до самозабвения.

У Рихарда были коробки со старыми монетами и альбомы с марками. Особенно ценил мальчик подарок, полученный им в восьмилетнем возрасте, – книгу «Природоведение» Мартинса. А когда ему в руки попал учебник химии Роско и Шорлеммера, мальчик по-настоящему увлекся этой наукой.

Осенью 1890 года Рихард блестяще окончил реальную гимназию в Нюрнберге и поступил в Мюнхенский политехнический институт. Рихард читал не только то, что рекомендовали профессора, он и сам находил дополнительную литературу по всем вопросам, которые его волновали. Уровень преподавания химии в этом университете показался ему недостаточным, и поэтому Вильштеттер перебрался в Мюнхенский университет, где целый год ожидал вакансии в лаборатории известного химика Адольфа фон Байера. Зато работа здесь была очень увлекательной и требовала не только точности и аккуратности, но и быстроты.

Однако вскоре Байер рекомендовал Рихарду поработать у профессора Альфреда Эйнхорна. Вильштеттер с неохотой согласился. В маленькой лаборатории Эйнхорна он изучал структуру кокаина. Защита диссертации прошла блестяще, и молодой ученый получил оценку «отлично». Так в 1894 году Вильштеттер стал обладателем докторской степени по химии.

Получить место доцента оказалось невозможным. В лаборатории Байера также не было свободного места. Оставался единственный выход – начать работу в студенческой лаборатории. Рихард заплатил положенную сумму и получил рабочее место.

Вильштеттер решил продолжить изучение алкалоидов, в частности, атропина. У молодого ученого уже была идея – подвергнуть обработке дииодид пимелиновой кислоты аммиаком. Опыты привели к неожиданным результатам: получилось соединение с пятичленным кольцом.

С каждым днем исследование атропиновых алкалоидов приносило новые успехи. Стало ясно, что атропин и кокаин близки по своей структуре. Вильштеттеру удалось синтезировать соединение экгонин, которое до сих пор получали только в результате разложения кокаина.

Успехи молодого исследователя вызвали интерес и уважение к нему со стороны других ученых. Байер предложил Вильштеттеру место доцента и позаботился о присвоении ему ученого звания. Теперь у Рихарда стало намного больше возможностей для научной работы. Появились первые практиканты. Он расширил исследования алкалоидов, аминов и аминокислот, которые образовывались при их распаде.

В 1901 году Вильштеттер занимает пост профессора химии в Мюнхенском университете.

Рихард часто по утрам совершал верховые поездки в окрестности Мюнхена. В одной из них у Вильштеттера родилась мысль, определившая направление исследований и его, и его сотрудников: «Хлорофилл – самый распространенный в природе краситель, но его химический состав и строение пока неизвестны. Вот где можно развернуться!»

Начались интенсивные исследования. Они были продолжены в Цюрихе, куда в 1905 году Вильштеттера пригласили на должность профессора Федерального технологического института. Вместе с ним в Швейцарию приехало несколько его сотрудников, чтобы продолжать начатую работу. Вместе с Рихардом приехала в Цюрих и его жена – Софья Лезер. Очаровательная дочь профессора покорила Рихарда с первой встречи. Она была умна и образованна, хорошо разбиралась в литературе, философии и искусстве. В начале августа 1903 года состоялась свадьба, а через год родился сын Людвиг.

Семья Вильштеттеров занимала скромную виллу, расположенную почти на вершине холма Цюрихберг. Детей уже было уже двое – Людвиг и Маргарита. Летом 1908 года семью постигло несчастье: Софья умерла от не распознанного вовремя аппендицита. Все заботы о семье взяла на себя их экономка Эльза, бывшая уже несколько лет преданным другом семьи.

Несмотря на тяжелое испытание, выпавшее в это время на его долю, Вильштеттер продолжал плодотворные исследования.

Химические лаборатории были очень просторны и хорошо оборудованы. Вильштеттер распорядился в помещениях подвального этажа смонтировать установки для извлечения хлорофилла из листьев крапивы – она оказалась удобным сырьем для этих опытов.

После очистки водно-спиртовых растворов, простоявших длительное время, ближайший ученик Вильштеттера Артур Штолль получил сине-зеленые кристаллы. Когда он впервые стал рассматривать эти кристаллы под микроскопом, то обнаружил, что зрительное поле сплошь усеяно правильными шестигранниками светло-зеленого цвета. Менялись образцы, но картина оставалась прежней.

Было установлено, что очищенный хлорофилл – это зеленое воскоподобное вещество, а шестигранные кристаллы образуются при распаде хлорофилла под действием какого-то неизвестного до сих пор фермента. Его назвали хлорофилазой. Полученные кристаллы были использованы для исследования структуры хлорофилла. Результаты исследований показали, что по составу хлорофилл – сложное органическое соединение, содержащее в молекуле один атом магния.

«Прежде всего Вильштеттер, – пишет Ю.Г. Чирков, – выделил в зелени два начала – хлорофилл «a» (он самый важный!) и хлорофилл «b»… Второе достижение: Вильштеттер установил химический состав молекулы хлорофилла.

Присутствие в хлорофилле углерода, водорода, азота, кислорода ожидалось. Но магний – это для ученых был сюрприз! Хлорофилл оказался первым соединением в живой ткани, содержащим этот элемент.

И, наконец, третье: Вильштеттер задался целью определить, у всех ли растений хлорофилл одинаков? Ведь сколько на планете разных растений, как сильно разнятся условия их обитания, так неужели все они обходятся одной и той же, так сказать, стандартной, молекулой хлорофилла?

И тут Вильштеттер вновь показал свой научный характер. Ни у современников, ни у потомков не должно было возникнуть и тени сомнений в достоверности добытых им фактов!

Гигантский труд длился целых два года. В Цюрих, где в то время работал Вильштеттер, многочисленные помощники доставляли тьму растений из самых разных мест. Растения наземные и водные, из долин и со склонов гор, с севера и юга, из рек, озер и морей… И из каждого полученного экземпляра извлекали хлорофилл и тщательно анализировали его химический состав».

В итоге ученый убедился, что состав хлорофилла везде одинаков! За красный цвет крови «отвечает» гем. В основе и гема, и хлорофилла лежит порфин.

В 1912 году ученый переехал в Берлин по приглашению только что созданного многообещающего научного центра – Института кайзера Вильгельма.

Как пишет К. Манолов: «В это время к нему в Институт приехал англичанин Артур Иврист. Многолетний опыт экстрагирования хлорофилла в лаборатории Вильштеттера очень пригодился. После каждой экстракции с помощью колориметра контролировали увеличение содержания извлеченного красителя в растворе. Сконцентрированный и очищенный раствор красителя оставляли кристаллизоваться. Кристаллы получились неожиданно быстро, Иврист и Вильштеттер даже не поверили вначале своему успеху. К подкисленному спиртовому раствору красителя добавили эфир, и сразу же на дне сосуда появились мелкие блестящие кристаллики. Новое вещество назвали цианидином (от латинского названия василька «центауреа цианус»). Так был получен в чистом виде первый антоциановый краситель.

Иврист получил продукты распада красителя и занялся его синтезом. Другие сотрудники изучали антоциановые красители роз, красной герани, шпорника, брусники.

За полтора года было изучено множество веществ, придающих окраску цветам и плодам. Вслед за цианидином в лаборатории Вильштеттера были получены пеларгонидин и дельфинидин и расшифрованы их структуры. Большим успехом было осуществление первого синтеза красителя – это был синтез пеларгонидина».

В 1913 году вместе с Штоллем он выпустил фундаментальный труд «Исследования хлорофилла».

Увы, вскоре началась Первая мировая война и лаборатория опустела – большинство сотрудников призвали в армию. Запасы химикатов скоро иссякли, и пополнить их не было возможности.

В 1915 году за «исследования красящих веществ растительного мира, особенно хлорофилла» Вильштеттеру была присуждена Нобелевская премия по химии. Из-за войны церемония награждения была отложена. Премию ученый получил в 1920 году. «Цель моей работы, – говорил Вильштеттер в нобелевской лекции, – состояла в том, чтобы установить структурные характеристики наиболее широко распространенных пигментов растений, в частности, хлорофилла, и найти определенные критерии, касающиеся их химической функции».

1920 год был полон и других радостных для Вильштеттера событий, в частности, открытие новой лаборатории в Мюнхенском университете, где он уже четыре года был профессором. Новой темой его исследований стали энзимы – биологические катализаторы биохимических реакций, присутствующие во всех живых клетках. Однако, достигнув определенных результатов в этой совершенно неисследованной области органической химии, ученый в 1924 году вынужден был прервать свои опыты и уйти в отставку. Это случилось, когда в коридорах и аудиториях университета стали появляться плакаты антисемитского содержания.

Лабораторию возглавил Г. Виланд, который в течение многих лет предоставлял Вильшеттеру возможность проводить эксперименты с эритроцитами, красящее вещество которых – гемоглобин – похоже по структуре на хлорофилл.

В 1933 году к власти в Германии пришли нацисты. Вильштеттер неоднократно выезжал в другие страны и ему не раз предлагали остаться за рубежом. Но он отклонял самые лестные предложения, не желая покидать родину. Но после того, как лишь по счастливой случайности в ноябре 1938 года он избежал попадания в концлагерь, Вильштеттер в начале следующего года покидает Германию.

В Швейцарии на вилле «Эрмитаж», расположенной неподалеку от Локарно, он написал мемуары «О моей жизни». 3 августа 1942 года Вильштеттер скончался от сердечного приступа.