萊納斯卡爾鮑林

萊納斯卡爾鮑林第1頁(yè)/共14頁(yè)

美國(guó)著名化學(xué)家，量子化學(xué)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)的先驅(qū)者之一。1954年因在化學(xué)鍵方面的工作取得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，1962年因反對(duì)核彈在地面測(cè)試的行動(dòng)獲得諾貝爾和平獎(jiǎng)，成為獲得不同諾貝爾獎(jiǎng)項(xiàng)的兩人之一（另一人為居里夫人）；也是唯一的一位每次都是獨(dú)立地獲得諾貝爾獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)人。第2頁(yè)/共14頁(yè)其后他主要的行動(dòng)為支持維他命C在醫(yī)學(xué)的功用。鮑林被認(rèn)為是20世紀(jì)對(duì)化學(xué)科學(xué)影響最大的人之一，他所撰寫的《化學(xué)鍵的本質(zhì)》被認(rèn)為是化學(xué)史上最重要的著作之一。他以量子力學(xué)入手分析化學(xué)問(wèn)題，結(jié)論卻以直觀、淺白的概念重新闡述，即便未受量子力學(xué)訓(xùn)練的化學(xué)家亦可利用準(zhǔn)確的直觀圖像研究化學(xué)問(wèn)題，影響至為深遠(yuǎn)，比如他所提出的許多概念：電負(fù)度、共振理論、價(jià)鍵理論、混成軌域、蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)等概念和理論，如今已成為化學(xué)領(lǐng)域最基礎(chǔ)和最廣泛使用的觀念。（鮑林的大學(xué)畢業(yè)照）第3頁(yè)/共14頁(yè)1914年鮑林進(jìn)入波特蘭的華盛頓高中，高中的求學(xué)過(guò)程對(duì)鮑林影響深遠(yuǎn)，受到好友的啟發(fā)，鮑林開(kāi)始對(duì)化學(xué)產(chǎn)生濃厚的興趣。1917年家境貧寒的鮑林進(jìn)入俄勒岡農(nóng)學(xué)院攻讀化學(xué)工程專業(yè)，1922年他獲得學(xué)士學(xué)位。大學(xué)畢業(yè)后鮑林申請(qǐng)了加州理工學(xué)院的研究生，洽逢美國(guó)物理化學(xué)學(xué)派的宗師諾伊斯剛剛從麻省理工學(xué)院來(lái)到加州理工學(xué)院，鮑林加入了諾伊斯的研究團(tuán)隊(duì)，從事X-射線衍射法晶體結(jié)構(gòu)的研究。在加州理工學(xué)院，鮑林接觸到了熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、量子力學(xué)等物理化學(xué)和物理學(xué)的基礎(chǔ)理論。1925年鮑林以最優(yōu)等成績(jī)獲得物理化學(xué)和數(shù)學(xué)物理博士學(xué)位，畢業(yè)后的鮑林前往歐洲留學(xué)，當(dāng)時(shí)的歐洲是量子理論發(fā)展的中心，鮑林在那里接觸到了當(dāng)時(shí)物理學(xué)界和物理化學(xué)界的頂尖人物。1927年，鮑林返回美國(guó)，哈佛大學(xué)和加州理工學(xué)院爭(zhēng)相聘請(qǐng)他擔(dān)任教職，哈佛大學(xué)甚至同意依照鮑林的意思建立一個(gè)量子化學(xué)系，而在那個(gè)時(shí)代，量子化學(xué)還是世人聞所未聞的概念。但是鮑林最終選擇了加州理工學(xué)院，他在加州理工開(kāi)設(shè)的第一門課程是“波動(dòng)力學(xué)及其在化學(xué)上的應(yīng)用”后來(lái)他將這門課的講義整理成文，于1935年出版了《量子力學(xué)導(dǎo)論——及其在化學(xué)中的應(yīng)用》這是歷史上第一本以化學(xué)家為讀者的量子力學(xué)教科書。鮑林在加州理工學(xué)院一直工作到1963年，其間獲得了1954年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1963年－1967年鮑林供職于加州圣巴巴拉民主學(xué)院研究中心1967年－1969年任職于加州大學(xué)圣迭戈分?；瘜W(xué)系，1969年－1973年任職于斯坦福大學(xué)，1973年之后，任職于以他名字命名的鮑林科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究所直到1994年逝世。第4頁(yè)/共14頁(yè)、鮑林的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)第5頁(yè)/共14頁(yè)混成軌域理論鮑林自1930年代開(kāi)始致力于化學(xué)鍵的研究，1931年2月發(fā)表價(jià)鍵理論，此后陸續(xù)發(fā)表相關(guān)論文，1939年出版了在化學(xué)史上有劃時(shí)代意義的《化學(xué)鍵的本質(zhì)》一書。這部書徹底改變了人們對(duì)化學(xué)鍵的認(rèn)識(shí)，將其從直觀的、臆想的概念升華為定量的和理性的層次，在該書出版后不到30年內(nèi)，共被引用超過(guò)16000次，至今仍有許多高水平學(xué)術(shù)論文引用該書觀點(diǎn)。由于鮑林在化學(xué)鍵本質(zhì)以及復(fù)雜化合物物質(zhì)結(jié)構(gòu)闡釋方面杰出的貢獻(xiàn)，他贏得了1954年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。鮑林對(duì)化學(xué)鍵本質(zhì)的研究，引申出了廣泛使用的混成軌域概念。混成軌域理論認(rèn)為，在形成化學(xué)鍵的過(guò)程中，原子軌道本身會(huì)重新組合，形成混成軌域，以獲得最佳的成鍵效果。根據(jù)混成軌域理論，飽和碳原子的四個(gè)價(jià)層電子軌道，即一個(gè)2s軌道和三個(gè)2p軌道可線性組合為四個(gè)完全對(duì)等的sp3混成軌域，量子力學(xué)計(jì)算顯示這四個(gè)混成軌域在空間上形成正四面體，從而成功的解釋了碳的正四面體結(jié)構(gòu)。第6頁(yè)/共14頁(yè)電負(fù)度鮑林在研究化學(xué)鍵鍵能的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于同核雙原子分子，化學(xué)鍵的鍵能會(huì)隨著原子序數(shù)的變化而發(fā)生變化，為了半定量或定性描述各種化學(xué)鍵的鍵能以及其變化趨勢(shì)，鮑林于1932年首先提出了用以描述原子核對(duì)電子吸引能力的電負(fù)度概念，并且提出了定量衡量原子電負(fù)度的計(jì)算公式。電負(fù)度這一概念簡(jiǎn)單、直觀、物理意義明確并且不失準(zhǔn)確性，至今仍獲得廣泛應(yīng)用，并可定性描述氫鍵。如今電負(fù)度是描述元素化學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)之一。第7頁(yè)/共14頁(yè)共振理論鮑林為了求解復(fù)雜分子體系化學(xué)鍵的薛定諤方程，使用了變分法。在原子核位置不變的前提下，提出分子體系所有可能的化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)，寫出每個(gè)結(jié)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的波函數(shù)，將體系真實(shí)的波函數(shù)表示為所有可能結(jié)構(gòu)波函數(shù)的線性組合，經(jīng)過(guò)變分法處理后，得到體系總能量最低的波函數(shù)形式。為了便于以化學(xué)結(jié)構(gòu)式表達(dá)，圖像地解釋這種計(jì)算結(jié)果的物理意義，鮑林提出共振理論，體系的化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)表示為若干種不同結(jié)構(gòu)，電子是在不同化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)之間共振的。但這并不表示實(shí)際分子結(jié)構(gòu)在不同時(shí)間下有不同結(jié)構(gòu)，實(shí)際上只有一種經(jīng)共振混成的低能穩(wěn)態(tài)軌域。舉苯分子結(jié)構(gòu)為例，六個(gè)碳之電子為p軌域，經(jīng)過(guò)共振混成，即為一環(huán)狀軌域。這解釋了，為何單鍵和雙鍵鍵長(zhǎng)不同，在實(shí)驗(yàn)上測(cè)量苯環(huán)六個(gè)鍵長(zhǎng)卻都相同。第8頁(yè)/共14頁(yè)生物大分子結(jié)構(gòu)和功能1930年代中期，隨著加州理工學(xué)院加強(qiáng)其再在生物學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，鮑林得以接觸一批生物學(xué)大師，期間鮑林對(duì)他原本沒(méi)有興趣的生物大分子結(jié)構(gòu)研究產(chǎn)生了興趣。鮑林在生物大分子領(lǐng)域最初的工作是對(duì)血紅蛋白結(jié)構(gòu)的確定，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)首先證實(shí)，在得氧和失氧狀態(tài)下，血紅蛋白的結(jié)構(gòu)是不同的，為了進(jìn)一步精確測(cè)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，鮑林首先想到他早期從事的X-射線衍射晶體結(jié)構(gòu)測(cè)試的方法，他將這種方法引入到蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)測(cè)定中來(lái)，并且推導(dǎo)了經(jīng)衍射圖譜計(jì)算蛋白質(zhì)中重原子坐標(biāo)的公式。至今通過(guò)蛋白質(zhì)結(jié)晶，進(jìn)行X-射線衍射實(shí)驗(yàn)仍然是測(cè)定蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的主要方法，人類已知結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)大部分是經(jīng)由這種方法測(cè)定獲得的。結(jié)合血紅蛋白的晶體衍射圖譜，鮑林提出蛋白質(zhì)中的肽鏈在空間中是呈螺旋形排列的，這就是最早的α螺旋結(jié)構(gòu)模型，有科學(xué)史學(xué)者認(rèn)為沃森和克里克提出的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型就是受到了鮑林的影響，而鮑林之所以沒(méi)有提出雙螺旋，是因?yàn)樗?950年代受到美國(guó)麥卡錫主義的影響，錯(cuò)過(guò)了一次在英國(guó)舉行的學(xué)術(shù)會(huì)議，沒(méi)有能夠看到一副重要的DNA晶體衍射圖譜。第9頁(yè)/共14頁(yè)1951年鮑林結(jié)合他在血紅蛋白進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究，以及對(duì)肽鏈和肽平面化學(xué)結(jié)構(gòu)的理論研究，提出了α螺旋和β折疊是蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)建單元的理論。這一理論成為當(dāng)代生物化學(xué)基本理論之一，影響深遠(yuǎn)。此外，鮑林還提出了酶催化反應(yīng)的機(jī)理、抗原與抗體結(jié)構(gòu)互補(bǔ)性原理以及DNA復(fù)制過(guò)程中的互補(bǔ)性原理，這些理論在20世紀(jì)的生物化學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域都扮演了非常重要的角色。鮑林曾經(jīng)提出一個(gè)磷酸在內(nèi)側(cè)，含氮堿基在外側(cè)的“DNA三螺旋結(jié)構(gòu)模型”，但是很快的就被指出錯(cuò)誤。第10頁(yè)/共14頁(yè)社會(huì)工作鮑林自第二次世界大戰(zhàn)前一直不關(guān)心政治，但戰(zhàn)爭(zhēng)的后果及他妻子的和平主義價(jià)值觀對(duì)他日后有了重大影響，而使他成為和平的行動(dòng)主義者。1946年，他加入由愛(ài)因斯坦領(lǐng)導(dǎo)的希望提醒公眾發(fā)展核武器的禍害的組織——原子能科學(xué)家緊急委員會(huì)。因?yàn)閰⒆h員約瑟夫·麥卡錫公開(kāi)倡導(dǎo)反共主義，五零年代美國(guó)彌漫著強(qiáng)烈的反共氣息，政治圈的各層級(jí)積極找尋并懲罰被懷疑傾向共產(chǎn)主義者。由于鮑林對(duì)于反核及反戰(zhàn)的主張，自然成為當(dāng)時(shí)立法者的質(zhì)疑對(duì)象。1950年鮑林被參議院教育調(diào)查委員會(huì)（SenateInvestigatingCommitteeonEducation）要求去作證，鮑林雖然出席但是拒絕配合任何調(diào)查，因?yàn)樗J(rèn)為此舉已經(jīng)對(duì)他的人權(quán)造成迫害。鮑林在多次場(chǎng)合表明自己不是共產(chǎn)黨員，也不認(rèn)同共產(chǎn)理念。當(dāng)時(shí)鮑林已是美國(guó)政府的問(wèn)題人物，所以即便當(dāng)時(shí)最有聲望的倫敦皇家學(xué)會(huì)（RoyalSocietyofLondon）邀請(qǐng)鮑林出席一項(xiàng)關(guān)于蛋白質(zhì)模型結(jié)構(gòu)的研討會(huì)，時(shí)間訂為1952年年四月二十八號(hào)，也因政治打壓無(wú)法取得護(hù)照而作罷。一般咸信鮑林因?yàn)闆](méi)有出席這個(gè)會(huì)議而錯(cuò)失目睹一項(xiàng)關(guān)鍵性的證據(jù)，而讓詹姆斯·沃森及同僚佛朗西斯·克里克搶得先機(jī)，早一步提出正確的DNA分子結(jié)構(gòu)。第11頁(yè)/共14頁(yè)鮑林是“化學(xué)家、物理學(xué)家、結(jié)晶學(xué)家、分子生物學(xué)家和醫(yī)學(xué)研究者”,他不是醫(yī)生,可他偏偏引發(fā)了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域一場(chǎng)曠日持久的大論戰(zhàn)。鮑林根據(jù)自己多年的研究,于1970年出版了《維生素C與普通感冒》一書。書中認(rèn)為:每天服用1000毫克或更多的維生素C可以預(yù)防感冒:維生素c可以抗病毒。這本書受到讀者的贊譽(yù),被評(píng)為當(dāng)年的美國(guó)最佳科普?qǐng)D書。可是,醫(yī)學(xué)權(quán)威們激烈反對(duì)鮑林的論點(diǎn)。有的說(shuō):“沒(méi)有任何證據(jù)能夠支持維生素C可以防治感冒的觀點(diǎn)?！庇械恼f(shuō):“這對(duì)預(yù)防或減輕感冒沒(méi)有什么用處?！睓?quán)威部門也紛紛表態(tài)。例如,美國(guó)衛(wèi)生基金會(huì)就告誡讀者:“每天服用1000毫克以上維生素C能預(yù)防感冒的說(shuō)法是證據(jù)不充分的?！泵绹?guó)醫(yī)學(xué)協(xié)會(huì)也發(fā)表聲明:“維生素C不能預(yù)防或治療感冒!”只有個(gè)別醫(yī)學(xué)家及幾百位普通病人用自身的經(jīng)歷支持鮑林。鮑林身陷重圍。攻擊他的人說(shuō)他根本不是醫(yī)生，沒(méi)資格來(lái)談?wù)摼S生素C防治感冒的問(wèn)題。還有人干脆把他譏諷為江湖醫(yī)生?；蛘f(shuō)他用維生素C防治感冒是江湖游醫(yī)式的宣傳。尊重他的人則嘆惜他晚年“不安分”,說(shuō)他完全可以安享榮耀,可他非要闖入醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。而離開(kāi)他自己的化學(xué)“主流”太遠(yuǎn)。第12頁(yè)/共14頁(yè)但是。醫(yī)學(xué)權(quán)威們更不相信這種觀點(diǎn)。鮑林先后8次向國(guó)家癌癥研究所申請(qǐng)資助,以便通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)做進(jìn)一步研究,可這位世界知名科學(xué)家的每次申請(qǐng)都被否定。他只能靠“許多人資助”來(lái)工作。即使如此。權(quán)威機(jī)構(gòu)和權(quán)威人士還是聲明:維生素C對(duì)癌癥沒(méi)有價(jià)值。此時(shí),仍然是一些病人用自己的實(shí)例來(lái)支持鮑林的觀點(diǎn)。

時(shí)至今日,美國(guó)和