除了做科学以外,科学家还可以对社会进步起着更多作用
文学旅行社的标识:图为德国作家兼哲学家弗里德里奇·席勒(Friedrich Schiller)骑着一头毛驴。该标识有着化学上的含义,因为有些人物形像是映照出来的。哪个是真实的作家,哪个是映像?对于化学分子来说,通常也有同样的问题
结识安斯加尔·巴赫(Ansgar Bach)是通过他的作品开始的。他送我一份用德文写的在纽约旅行时的心得,同时告诉我,他看过我的第二本诗集《差距和韦尔热斯》(Gaps and Verges),我们因此成为了朋友。
通过在网上的搜索,我发现安斯加尔是一个颇不平常的化学家,他在柏林自由大学化学系从事教研工作的同时,还经营着一个小小的文学旅行社。“文学旅行”意味着“文学名流之旅”。事实上,他的旅行社在德国范围内循着托马斯?曼(Thomas Mann,德国小说家,1929年诺贝尔文学奖获得者)或E.T.A.霍夫曼(E.T.A. Hoffmann,德国作家、音乐家)或海因里希·海涅(Heinrich Heine,德国诗人、政论家)等名人的足迹、旧址组织大家旅游。道地的德国风味、十足的文学氛围,哪里还像是一位化学家的行事。
安斯加尔完全不同于大多数传统的科学家。我和他以及不少其他科学家一样,对包括文学艺术在内的许多领域有着广泛的兴趣。然而一个人能颇为内行地偏爱多重爱好吗?一个人仅花部分时间而其余的注意力完全集中于他处,能否成功地从事科学研究呢?
风水轮换
2002年,30岁左右的安斯加尔来到纽约州立大学布法罗分校,作为期一个月访问学者。当时的他始终面带微笑,并对自己不太流利的英语多少感到有点羞怯。在美国的德国科学家没有博士后学位的为数不多。曾一度,美国的化学家无不奔赴德国的。风水轮换,如今,则是德国的化学家来到了美国。在我的研究小组,就有22位德国博士后和准博士后各自先后工作了1年多时间。
安斯加尔研究的是晶体学。我曾在著名的晶体学家威廉·N·利普斯科姆(William N. Lipscomb)的实验室完成了哲学博士论文,虽然我没有研究过晶体学,却每天接触到那些从事该项技术的科研人员,“耳濡目染”,多少对晶体学的内容有所了解。此外,对分子几何形状作理论解释时我也必须要了解晶体学。
我下面谈的是关于晶体学方面的,但并非是晶体学家具体的工作内容。当实验过程不明朗时,试验一个晶体结构往往需要一年的时间;而当晶体学成为一项普通技术时,该领域就大有存在的必要。进而对诸如蛋白质的复杂性或大分子团的趋向性和规律性展开研究,并致力于该技术向精湛化方向发展。因为这不仅可以了解原子核及其附近电子的存在,还可了解涉及成键与反应活性的、在化学上十分重要的电子聚集的空间。这种趋势促使一部分晶体学家与计算这些参数的理论家们的接触。而这正是安斯加尔在布法罗进行的工作。
分子四面体螺旋
安斯加尔来自科隆,在柏林自由大学汉斯·哈特尔(Hans Hartl)研究组选修了哲学博士课程。一次晚餐时,安斯加尔对我讲述了他的一些情况:一向喜爱化学,总是在不断地读书,德国文学对他来说十分亲近。而我熟知的哈特尔,曾和他的学生提出了其几何形状为2、3或4个共面的四面体组成的铜的化合物。这使我看到了希望,嘿,为什么没有共面四面体极长的链呢?
共面四面体链组成的微曲三重螺旋。巴克敏斯特·富勒(Buckminster Fuller)把这个有趣的结构称为"四面体螺旋"
我以前的学生、哈佛大学的物理学家戴维·纳尔逊(David Nelson)在不同情况下提供了相同的结构,刚从中国来的一位优秀学生郑冲(Chong Zheng,音译)开始了稳定这种结构的研究。直到有人在多伦多看到了特德·比勒的雕塑,我们才认识到这并非是我们的独创(比勒的雕塑有3个互相穿越的螺旋)。后来我们在日本水户又看到了矶崎新设计的100米的四面体螺旋建筑塔。
1990年建于日本水户的、由矶崎新设计的四面体螺旋建筑物
实际上,这些既不是建筑师、也不是雕塑家的独创。因为在巴克敏斯特·富勒的《协同学》一书中,专门有一章谈到了“四面体螺旋”,尽管哈特尔和他的同事们最终合成了碘化铜分子。
歌德和碘化锌
天哪,我几乎把我的情况与安斯加尔的混在了一起!安斯加尔在完成了他的锌和镉的卤化物哲学博士论文(制备这两种化合物需用晶体学测定其结构)后,曾去了他并不喜爱的油漆厂工作了几年。不过,这一经历为他的侦探小说《乌克兰顾客》提供了创作背景。
现在,安斯加尔的文学旅游却搞得相当红火。在我结识他后的一段时间里,他仿佛变身为一个业余研究者,完全不同于旷日持久地投身于创新的科研人员。今天(2010年),他甚至把全部精力投入到文学旅游中。
还是回到2002年我和安斯加尔在康纳尔大学的第一次晚餐上。当时我们谈到了海因里希·冯·克莱斯特(Heinrich von Kleist,德国剧作家、小说家)、亚历山大·P·鲍罗廷(Aleksandr P. Borodin,俄国作曲家)和汉斯·冯·阿尼姆(Hans von Arnim,二战期间德军大将)以及他为什么不“做”歌德。在这样的文学畅谈中,安斯加尔说:“你当然了解我真正喜欢的,是从碘化锌中发现一些新奇的东西。”并讲述了他曾在哈特尔实验室用碘化锌与水进行的一个反应:从黄色溶液中析出一种无色的长针状晶体,然后将其“插入衍射计”,结果显示出的是一种无机聚合物的结构。
碘化锌的结构并不独特,它在混合溶液中起的是一种试剂的作用。然而过氧化氢是从哪里来的呢?肯定是由水中产生的。那么为什么氧化剂会从水的OH-离子夺走电子,造成HOOH中的OH基呢?我俩都是化学工作者,像一切未来的化学家那样产生了同样的问题。
安斯加尔不明白,他说他为此通过擦洗油漆等普通溶剂丙酮中的类似反应(丙酮为CH3COCH3),由此获得了经由氧的丙酮单元的键合,以及一个通过ZnI2桥连的聚合结构。这个结果引人瞩目,我从来没有看到像这样的偶合。中心偶合的丙酮单元(CH3)2C-O―O-C(CH3)2是一个反应活性很强的物质。于是我开始在餐巾上书写丙酮反应的机理和分子轨道。
安斯加尔的导师哈特尔也谈了一些情况。为着得到预期的晶体,他们动用了多年前储存的一些有限的碘化锌资源(这些碘化锌只够做一次实验),结果就产生了一些神秘的化合物晶体。不过,用买来的或实验室生产的碘化锌难以合成这种化合物。尽管多年来他们一直重复进行着一系列试验,均无果而终,所以也无法公开这一化合物。
难道安斯加尔制得的是一种即生即灭抑或瞬息万变的物质?数天后,我安排德国准博士后贝娅特·弗勒密(Beate Flemmig)对安斯加尔的分子进行了测算。然而不管贝娅特怎么做,丙酮偶合的奇异性始终没有消失。后来她想到一个好主意,试着用C=N——N=C键取代聚合物中的C-O-O-C键。这个键合是正常的,其几何参数与安斯加尔的化合物相符。
安斯加尔认为,貌似有理的C=N-N=C键合可能来自丙酮与联氨(H2N-NH2)的反应。那么联氨又从何处来的?这依然是个谜。我们期盼着有朝一日有人在这方面取得突破。
左图为哈特尔和安斯加尔制备的一种不可思议的化合物,其晶体结构如图。在连续的聚合物链的断片中,氧、氢、锌、碘以不同颜色标示。HOOH表示过氧化氢基团;右图丙酮(CH3COCH3)与碘化锌(ZnI2)的反应产生的异常化合物,其明显的晶体结构示于图中,以不同颜色表示碳、氧、氢、锌和碘。(CH3)2CO表示氧联丙酮
德国的“天使”
卡尔·杰拉西(Carl Djerassi)和我写了一个剧本《氧》。去年,该剧首次在德国维尔茨堡上演。观后,安斯加尔对此作了如下的描述:
当你离开后不久我就到达了维尔茨堡,工作人员告诉我戏票已经售完;我又去了票房办公室,得到同样的回答。大概有10分钟后,一位亚麻色头发的漂亮女性出现了,她给了我一张戏票,我向她致谢的同时脱口说出“你真是一位天使”。她笑着回答说:“晚上我们还会见面的”。晚上,当剧目快要开演前,我环顾四周在观众中搜寻这位天使,但始终不见人影。等到演出开始后,我终于认出了我心目中的这位天使:她正是剧中拉瓦锡夫人的扮演者。
当我从安斯加尔的电子邮件中看到“天使”这个字眼时,还以为是经典电影《欲望的翅膀》中的那位天使:为了体验人类的爱情和情感,她变身为一个男人。我知道拉瓦锡夫人扮演者这个人,不过没有她的确切联系方式。但是我相信,剧组的导演一定会让这对年轻人接触,难道天使能不赐予爱情吗?
在经典影片《欲望的翅膀》中,由布鲁诺·冈茨(Bruno Ganz)扮演的天使――达米尔
在一次和安斯加尔的闲聊中,我们谈到了汉斯·贝特(Hans Bethe,德裔美籍物理学家、1967年诺贝尔物理学奖得主)以及他的岳父、晶体学界的一位显赫人物P·埃瓦尔德(P.Ewald),还谈到了汉斯·赫尔曼(Hans Hellmann),赫尔曼或许是德国的第一位理论化学家,最后我们又回到了那个奇异的晶体结构的讨论上,一直聊到深夜。
第二天,在主要给年轻人讲授化学以及化学和文化联系的“化学世界”课程中,我本想告诉他们安斯加尔的故事。但我最终没有鼓起这个勇气,相反却谈了关于水的故事……
资料来源American Scientist
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