美国加州斯坦福大学Paul Wender教授、Scripps研究所Barry Sharpless教授和得克萨斯州农业机械大学的Derek Barton教授于1994年12月11日到16日出席了在印度孟买举行的第十届国际有机合成学术大会,这3位著名的有机化学家在会议期间接受了印度科学研究所INSA访问研究员Subbiah Arunachalam博士的采访,就有机化学的现状和未来谈了他们各自的看法。下面是这些会谈内容的摘录。

科学将不可能变成可能

(采访Paul A. Wender教授)

Paul A. Wender教授是美国斯坦福大学著名的有机化学家和教育家,在第十届国际有机合成学术大会上作特邀报告。

Arunachalam(下简称Arun):有机化学正在如何发展?它的健康状态怎样?

Paul Wender(下简称PW):现在正是有机化学令人激动的时代,存在许多机遇,也有很多新的有前途的发展领域产生。科学经过几个世纪和几代人的努力得到了很大的发展,它所涉及的问题也越来越难,最终我们阐明这些问题的能力取决于我们对分子本质的了解。有机化学可望在人类活动许多领域的进步中扮演一种中心科学的角色,例如在医药、健康保健、材料、环境方面等等,今天正承担着这些重要且精彩问题的解决任务。我想告诉大家我们做得很好,我们的科学是健康的。许多学术机构也正致力于我们的这一主题。不仅仅是传统上工作出色的领域非常繁荣,一些缺少传统工作的领域也开始做得很好,随着时间的推移还会做得更好。

Arun :未来几年内可能会产生什么划时代进展?

PW :我认为有机化学在对理解各种疾病方面将会产生巨大的冲击。很快我们将能够理解细胞的功能,生命过程的真正本质。有机化学还将在材料科学,即新的高聚物和复合材料方面作出杰出的贡献。还有我们的环境保护,虽然不是马上会实现。比如孟买以及国际上许多城市的空气污染问题,一种催化转化器将能够使生活的质量和健康发生许多改变。

Arun :今天的有机化学在哪些方面不同于前些年的有机化学?

PW :今天的有机化学研究为高级的理论和仪器所推动。应该感谢一代又一代的有机化学家们给我们留下的理论、仪器和技术遗产,使我们今天能够从事那些非常复杂问题的研究。几年前那些需要一个训练有素的职业人员做上几个月的工作,今天可以由一位技术员或一位新来的研究生化上几分钟时间就可以完成。例如,Woodward教授在50年代曾预言红霉素,一种大环抗生素的合成如果不是不可能,就一定是非常困难的。但这样的合成在今天可以常规地完成。事情的变化相当之快。现在有机化学是一门中心科学,也是全球性科学,世界各地的人们像在一个社会中一样协同工作着。

Arun今天有机化学中理论和实验的关系状况怎么样?理论能否预测并帮助完成困难的合成?

PW :我想这种关系是健康的。这个领域还处于幼年期,但理论和实践之间富有成果的相互影响已经开始。现在越来越多的人们运用理论作为前进的工具,当然还存在一些怀疑。有机化学家从整体来看是一个挑剔的群体,这种态度有利于未来的发展。理论研究领域的投资目前已经开始产生效益。例如,我自己的实验室于1978年开始使用计算机,当时我们常常要花去一天中最好且较长的时间仅仅将问题输入计算机,但现在一个学生只要花上5分钟时间。

Arun你期望各国化学协会起些什么作用?

PW :他们应该更加关心化学的高等教育。教育机构是人类精神的最完美表现之一,是我们文明的创造,它使未来变得更加美好,给新一代以前进的机会,从而创造一个更美好的世界。高等教育具有格外重要的意义,和各国政府一样,各国化学协会都应给高等教育以最高的优先权,从知识转化的物质财富则用于改善人民的生活条件。

Arun化学家对增进公众了解整个的科学,其中特别是对化学的了解已经做了些什么?

PW :很遗憾他们并没有做好他们力所能及的事。化学是起源最早的科学之一,对公众有着密切的关系和兴趣。新闻工作者可以做很多事情。例如当Taxol的故事发生时,我们实验室受到了很多公众的正面关心,谁的兄弟姐妹患上了癌症可能会马上关心这一发现。

Arun :现在所有领域的发展趋势似乎都在向交叉学科发展,而且学科边界正在淡化。有机化学是否也是这样?

PW :我认为别的学科正在朝有机化学方向发展!当然我这样讲有些“沙文主义”倾向。有机化学主要关心3件事情 :结构、结构的变化和新的结构。这些领域的专业技能知识将会对许多别的领域产生巨大冲击。

Arun有机化学教学方面是否已有很大的改进?

PW :这个方面有许许多多的进步,我们对自己所做的还是满意的。作为一个学者,我非常关心下一代化学家的培养。我希望能对他们表述化学的激动人心之处。我担心一些教师趋向于强调命名法,而丧失表达基本原则和学科的精髓之处。化学具有数学的逻辑并且利用了科学的其它分支。但化学的表述有许多条件限制。例如我们不能在二维黑板上真实地描绘出分子的三维结构。我们需要三维显示仪、可视影像、卡通片,甚至全息照相术。如果具备这些技术,我们很快能够在教室里演示一个大分子,学生们可以在里面漫步!我教一门本科生课程,第一堂课我就告诉学生们,有机化学的所有内容可以浓缩为7个概念:σ键、π键、空间因素(因为分子具有尺寸)、极化现象(因为分子含有电荷)、共振现象、动力学和热力学。我努力将他们学到的化学知识与他们每天生活中遇到的事情联系起来。例如,在介绍酸碱理论时,我问他们为什么海洋食品总是用柠檬汁处理。然后我带了一条大鱼到教室里让每个人闻。没有经冷冻的鱼发出的令人作呕的气味源于两种胺,它们系统的命名并没有指出它们发出气味的本质。然而它们的俗名,Putrecine(腐胺,系统名1,4-丁二胺)和Cadaverine(尸胺,系统名为1,5-戊二胺)足以使你避而远之。然后我将鱼放回桌子上用刀切开并洒上柠檬汁。现在这些胺全部变成了盐,不再有难闻的气味挥发出来。洒过柠檬汁的鱼传过去就没人作鬼脸。我想告诉你这是一个成功的实验,当这些学生去自助食堂就餐吃鱼时,他们就会将它背后的科学知识告诉其他人。

教学中最重要的事情就是教会你的学生进行自学的能力。作为一名教师,我认为我的工作就是培养每个学生的热情和活力,帮助他意识到他自己难以想象的潜能。简而言之,就是给他能力。总之,学生是我们的未来。

回到小分子

(采访K. B. Sharpless教授)

K. Barry Sharpless教授是世界杰出的有机化学家之一,也是Sharpless环氧化和选择性双羟基化反应的发明者。他在印度举行的第十届国际有机合成大会上作特邀报告。

Arun有机化学正在如何做?它是否沿着健康之路发展?

KBS :跟上一代人相比,有机化学近几年走过了一段艰难的路程,它必须面对来自生物化学和生物学的激烈竞争,这两门学科的发展比以往任何时候都更加令人激动。但是生物工程有些失败,至少是令人失望的。它许诺太多,却兑现太少。现在药物工业部门正在向小分子回归,我认为有机合成在未来药物界将会起到非常重要的作用。还有如此之多未被探索过的化学多样性问题,我想说我们在这方面还没能看到什么。到目前为止我们仅仅在众多变化中开发了很小的一部分。遗憾的是我们曾致力于太多的碳碳键的建立,花很长的时间来合成具有很长的连续的碳碳键分子,这有些不太实用。自然界几乎创造了所有由小结构单元组成的寡聚体并由杂原子相连接。现在运用固相合成方法,一个人可以将许多类型的骨架和不同的结构用于新材料、分离器械、药物和那些生理活性物质的构建。的确,从100个碳原子、40或50个氮原子、40或50个氧原子出发,能够制造出很多很多不同种类的分子,这种组合将是一个天文数字。其中大于99.9999%的化合物都将是“新”的化合物。目前美国至少有10个小公司致力于以组合方式合成小分子,并且大多数主要药业公司在这一领域也都有各自的研究计划。

Arun在未来几年中,哪些领域可能获得重大突破?

KBS :在过去几年中,人们对药物设计抱有浓厚兴趣。我并不认为合理的药物设计全都会十分成功。我感到明智和直观的筛选可能是最好的途径。我认为非对称合成、功能精细高分子和高效的多组分耦联是有前途的领域,将为制造新分子和新分子组合的多样性途径开辟道路。为此,我们需要更多更好的反应,来充实化学多样性,以寻找有广泛应用前景并达到95%或更高产率的化学反应。

Arun今天的有机化学与过去有何不同?

KBS :这一代几乎所有的有机化学家都在忙于合成大的天然产物。这没有什么错误。但只是为合成这些天然存在的特定分子而进行合成,以及从中发展一些过于专一化而缺乏广泛应用性的合成方法,却是其中的不足。、

我感到在有机化学家中总存在一种对生命化学的强烈推崇。事实上,生命论还没有消亡。所以,许多人陷于那种箱型深谷内不能自拔。我不愿说他们的努力没有功绩,因为其中也确实训练了人们的合成工作能力,问题是我认为他们还没有站到那种高度去发展具有普遍意义的反应所存在的更为广阔的机会,就是可以用更加可靠、更加快速、更加经济的办法得到具有所需性质的分子。由于缺乏想象力,许多人一直将合成多肽作为一种化学多样化的途径,但它们作为药品并不是很好,它们会水解。

Arun :你如何评判有机化学的出色工作?

KBS :我会遵循:“新反应性”标准。报告一种新的或改良的反应。能节省时间,更有效率的工作就是好的工作。在我自己的小组中,我们总是设法将高选择性引入到已知的反应中,我个人认为,大分子冗长而多步骤的合成尽管优美,但总是价值有限,是发现重要的新反应中最缺乏效率的途径。

Arun :请你谈谈对印度有机化学的印象。

KBS :印度的化学比我想象得更有活力,这儿的合成有机化学非常实用。因此,我预计它将为迅速发展的印度制药工业和精细化工工业所充分利用。

寻找更高效率的反应

(采访Derek H. R. Barton教授)

巴顿(D. H. R. Barton)教授1969年因他在构象分析方面的贡献荣膺诺贝尔化学奖,是最有洞察力的有机化学家之一,在第十届国际有机合成大会上作开幕式演讲。他是化学家中的老政治家,也是许多国家科学院的院士,包括中国和印度。巴顿教授因他对新合成方法的发展,新的选择性有机合成试剂的发明,以及经过自由基中间体脱氧反应等方面的贡献而闻名于世。

Arun :在今后的几年中,哪些领域可能获得重要的突破?

DHRB :如果我知道答案我就不会谈及它们,我就会在实验室里去实现它。我估计在饱和碳氢化合物的高选择性氧化方面会获得大的进展。与不饱和化合物不同,饱和烃的氧化是相当困难的。

Arun :今天的有机化学和过去相比,在方式上有什么区别?

DHRB :原则上没有改变,只是在工具和概念上有了改进。化学界仍在继续寻找自然界存在的规则,并且在这些规则上面加上我们的想法。主要的挑战也还没有解决,例如100%的产率仍是遥远的梦。一个新的反应是在室温常压中性条件下以100%产率给出单一产物。

Arun有机化学理论和实验关系的状况怎样?

DHRB理论总是追随实践。它总在事情发生之后给出一个解释。理论目前还很难预测实验结果。没人曾预测到二茂铁和富勒烯。看起来发表一篇理论计算的论文比之发表一项真实的化学工作要容易得多。

Arun你期望各国化学会起到什么作用?

DHRB :他们已经在出版杂志和组织会议。他们应该继续做这些工作。他们还应该帮助年轻的化学家,例如只要求他们付较低的会费等。

[Chemistry International,1995,17(5),170]