Този сайт използва бисквитки, за да подобри вашето потребителско изживяване. Продължавайки да използвате този сайт, вие се съгласявате с нашата ПОЛИТИКА ЗА БИСКВИТКИТЕ.
Ако имате членски номер на ACS, моля, въведете го тук, за да можем да свържем този акаунт с вашето членство. (по избор)
ACS цени вашата поверителност. Като изпратите вашата информация, вие получавате достъп до C&EN и се абонирате за нашия седмичен бюлетин. Ние използваме предоставената от вас информация, за да направим вашето изживяване при четене по-добро и никога няма да продадем вашите данни на членове на трети страни.
Най-добрият начин да добиете представа какво е да интервюирате К. Бари Шарплес е да играете флипер. След като умът му се развихри, никога не знаете точно накъде ще отскочи разговорът. Темите за обсъждане могат да преминат от риболова на брега на Джърси до инхибиторите на ацетилхолинестеразата до любимия му домашен любимец, Бати, само за минути. И Шарплес ще бъде първият, който ще признае, че мислите му не са непременно линейни. „Обикновено не отговарям на въпроси“, признава той. „Не говоря с цели изречения и имам адски много време за писане.“
Тазгодишният медалист на Пристли, К. Бари Шарплес, е майстор в това да накара молекулите да изпълнят заповедта му. Той е пионер в две влиятелни области на химията: асиметрична катализа и клик химия. И той е вдъхновил легиони химици. Прочетете, за да разберете как този производител на молекули премина от риболов в Манаскуан, Ню Джърси, до спечелването на Нобеловата награда за химия.
Приятели, бивши студенти и колеги на Шарплес всички посягат към думи като „ексцентричен“ и „неконвенционален“, когато са помолени да го опишат. Но описанието, до което всички в крайна сметка стигат, е, че той „мисли като молекула“. Фразата изглежда произхожда от самия Шарплес - той съветва студентите по времето, когато преподаваше органична химия в студенти, да правят точно това. Тези, които познават Шарплес, казват, че това обобщава необичайната му способност да знае как ще се държат молекулите и как той може да ги накара да изпълнят заповедите му.
По време на кариера, която обхваща почти 50 години, тази химическа интуиция е спечелила на Шарплес, който е WM Keck професор по химия в Scripps Research в Калифорния, списък с награди - включително половината от Нобеловата награда за химия за 2001 г. - който запълва две страници с едно разстояние в неговата автобиография. Тази година той получава признание с медала Priestley за 2019 г., най-високото отличие на Американското химическо дружество, за „изобретяването на каталитични, асиметрични методи на окисление, концепцията за химията на щракване и развитието на катализираната от мед версия на реакцията на циклоприсъединяване на азид-ацетилен. ”
„Получаването на Priestley дойде като истински гръм от ясно небе и е нещо, което никога не съм очаквал“, казва Шарплес. За разлика от много предишни носители на медали на Пристли, той се отдръпна от научната политика и от това да служи като редактор на списание по химия. „Аз съм просто химик, който е прекарал живота си в опити да направя възможно химиците да правят по-добра химия“, казва той.
Шарплес не е предвидил кариера в централната наука. Въпреки че беше специалност по медицина до последния си семестър в колежа, той беше воден от любовта си към морето и таеше мисли да стане капитан на рибарска лодка - точно като чичо си Динк, когото Шарплес описва като черната овца на семейството.
Шарплес е израснал във Филаделфия, но е прекарал лятото на младостта си в изследване на река Манаскуан, където се среща с брега на Ню Джърси. Семейството му имало вила наблизо и той казва, че майка му би го оставила да се разхожда свободно. „Там научих за живота, за всичко, което ме интересува“, казва той. Докато Шарплес порасна, той започна да плава с чичо си Динк, ловейки риба на Manasquan.
Шарплес посещава училище за квакери във Филаделфия, за което той смята, че го е научил да чете и говори немски (умение, което ще намери за полезно по-късно, за да разресва старата химическа литература). Но той казва, че прекарва по-голямата част от времето си в мечти за риболов. „Не научих много в училище, освен това, което трябваше да направя, за да получа As“, спомня си той.
Шарплес започва бакалавърското си обучение в Дартмут Колидж през есента на 1959 г. Като първокурсник той счупва крака си при инцидент на ски и прекарва целия зимен срок, куцукайки до библиотеката с патерици, за да учи органична химия. „Не само ми хареса, но можех да си спомня всичко“, казва той. „Не мисля, че е имало въпрос, който биха могли да ми зададат, на който да не мога да отговоря.“
„Той беше най-добрият студент сред 135-те студенти в Дартмут в първия курс, който преподавах директно след аспирантура през есента на 1960 г.“, казва Том Спенсър, почетен професор по химия в Дартмут. „Като новак нямах база за сравнение, за да оценя колко талантлив беше този очевидно много ярък и маниакално енергичен млад мъж, но за щастие не го разубедих да преследва кариера в науката.“
Това бяха дните, когато химическите складове бяха по същество отворени за студенти, казва Спенсър, и Шарплес не можеше да устои на сирената на химикалите.
„Хора като мен, ако попаднем в лаборатория, имаме шанс наистина да се влюбим“, казва Шарплес. „Запомних всички химикали в склада – миризмата, вкуса“, казва той с тон, който прави трудно да се разбере дали се шегува. Независимо дали е сериозен или не, този тип сетивно преживяване не се препоръчва от гледна точка на безопасността.
Но Шарплес никога не оставаше в Дартмут през лятото, за да прави проучвания. „Повече обичах риболова“, казва той.
Бащата на Шарплес, хирург, „предполагаше, че Бари ще отиде в медицинско училище и ще последва неговите стъпки“, казва Спенсър. Но виждайки таланта на Шарплес в областта на химията, Спенсър го насърчи да получи бакалавърска степен в тази област. „Един ден баща му ми се обади и каза: „Какво правиш с това момче?“ “, спомня си Спенсър. „Баща му се чудеше кой, по дяволите, съм и защо се опитвам да се забърквам в живота на Бари. Но когато описах таланта на Бари, баща му се отдръпна и по-късно стана ентусиазиран поддръжник.”
За дипломирането си Шарплес се премества на запад в Станфордския университет, където работи върху биосинтеза на холестерол с Юджийн Е. ван Тамелен като аспирант и органометална химия с Джеймс П. Колман като постдокторант. Но най-влиятелното събитие, което се случва по време на престоя на Шарплес в Станфорд, е срещата му с Ян Дюзър на плажно парти. „Джан беше срещата на Дъг Уолгрен, един от приятелите ми от Дартмут“, спомня си Шарплес.
Двамата избягаха година и половина по-късно, през 1965 г., и Шарплес приписва на нея заслугите за привличането му и за голяма част от успеха му. Например голяма част от красноречивото писание, което се появява под името на К. Бари Шарплес, като автобиографията му за Нобелова награда и история, описваща как той е загубил зрението си с едното си око по време на експлозия, защото не е носел предпазни очила, всъщност е , написано от Jan.
(Смешно настрана: Уолгрен прекара седем мандата в Камарата на представителите на САЩ, избран от 18-ти окръг на Пенсилвания. Той и Шарплес останаха приятели и когато Шарплес спечели Нобеловата награда през 2001 г., Уолгрен се обади и Ян отговори. Той й каза: „ Само си помисли, Джан, ако се бях оженил за теб, може би щях да бъда президент.“)
През 1969 г. Шарплес се премества в Масачузетс, за да учи ензимология като постдокторант в лабораторията на Конрад Е. Блок в Харвардския университет. На следващата година той става асистент в Масачузетския технологичен институт, където прекарва седем години, преди да заеме преподавателска позиция в Станфорд. Три години по-късно обаче той отново се присъединява към факултета по химия в MIT.
В Станфорд Шарплес се опитваше да разработи начини за асиметрично окисляване на двойни връзки, трансформирайки плоския C=C пейзаж само в една от двете възможни 3-D форми, съдържащи кислород. Той си спомня чувството, че работата му е в застой. „Беше един месец след като им казах, че напускам, за да се върна в MIT, че постигнахме пробив в асиметричното епоксидиране“, казва той. Ако групата му беше направила откритието месец по-рано, той казва: „Вероятно нямаше да си тръгна“.
Sharpless показа полезността на асиметричното епоксидиране, като го използва за синтезиране на феромон (+)-disparlure на циганския молец.
След години на развитие в лабораторията на Шарплес, реакцията, която той и неговият постдоктор Цутому Кацуки в крайна сметка откриха, беше асиметричната епоксидация на Шарплес, която използва титанови съединения и хирални лиганди за трансформиране на първични и вторични алилови алкохоли в 2,3-епоксиалкохоли по енантиоселективен начин. Реакцията показа, че е възможно да се използват метали по предвидим начин за окисляване на двойни връзки с висока енантиоселективност и беше част от работата, цитирана от Нобеловия комитет. За да демонстрира полезността на реакцията, групата на Шарплес я използва, за да направи (+)-disparlure, химикалът, който женските цигански молци използват като сексуален атрактант.
Феромонът очевидно има известна устойчивост. Голямо нашествие на цигански молец се случи в Нова Англия през 1980 г., докато лабораторията на Sharpless се премести от Станфорд в MIT. Когато някои от членовете на групата Sharpless слязоха от самолета в Бостън, молци нападнаха техните „изпрани, но все още привлекателни дрехи“, които бяха носили в лабораторията по време на синтеза на (+)-disparlure, спомня си Ян Sharpless.
Новината за нападението на циганския молец достигна до Кати Халбрайх, която по това време беше директор на Центъра за визуални изкуства Албърт и Вера Лист в MIT. През 1985 г. артистът Томас Ковачевич щеше да живее в Масачузетския технологичен институт и Халбрайх попита Шарплес дали е възможно сътрудничество.
Полученото изпълнение беше проведено в силно наклонена аудитория в MIT. Върху голям, квадратен цокъл в центъра на залата Шарплес и Ковачевич разпъваха големи листове хартия, подобна на тишу, върху които беше нанесено (+)-диспарлур.
„Идеята беше той да пусне всички тези цигански молци в горната част на стаята и щеше да покаже как те правят линия за тези хартии, покрити с феромона“, казва Рик Данхайзер, професор по химия в MIT.
Какавидите на молци бяха поръчани от военна изследователска лаборатория, така че да се излюпят в деня на представлението, спомня си Ян. „Те се излюпиха точно по график, но за съжаление малките им крилца не бяха напълно развити, така че момчетата не можеха да летят“, казва тя. „Не се притеснявай. Тъй като сексът е това, което е, момчетата бяха пуснати в горната част на всяка пътека и те драскаха и се спускаха надолу по стъпалата, след което се опитаха да скочат от пода до платформата.
Шарплес беше извършил подобна демонстрация за своя курс по органична химия година по-рано, припомня Данхайзер. По това време крилете на мъжките пеперуди са се оформили напълно, но (+)-разрушението е било разнесено из цялата стая от вентилационната система. Веднъж освободени, циганските молци трескаво летяха навсякъде, спомня си Данхайзер. Те кацаха върху учениците и настъпи паника.
Въпреки че показването на циганския молец не върви по план, Данхайзер казва, че е демонстративно за стила на преподаване на Шарплес. „Бари винаги се е опитвал да намери някакъв начин да забавлява класа, но също така да го прави по информиран начин“, казва Данхайзер. „Неговата страст към химията беше очевидна в лекциите му и беше заразителна.“
Асиметричното епоксидиране предизвика невероятно вълнение от общността на химиците, казва Ерик Джейкъбсен от Харвард, който беше постдокторант в лабораторията на Шарплес от 1986 до 1988 г. „Това не беше първата реакция, която използва метали по полезен начин за органичен синтез, но беше наистина първата реакция, която позволи на химиците да контролират стереохимията по предвидим начин“, казва той.
Докато Джейкъбсен беше в Масачузетския технологичен институт, той работи с Шарплес по реакцията, която сега е известна като асиметрично дихидроксилиране на Шарплес. При тази трансформация алкенът реагира с осмиев тетроксид в присъствието на хирален хининов лиганд, за да образува единичен диастереомер на съседен диол, в който има две –ОН групи при съседни въглеродни атоми. Това е още една от хирално катализираните окислителни реакции, които донесоха Нобеловата награда на Шарплес.
„Бари се вълнува изключително много от нещата, когато даден резултат привлече вниманието му, но не винаги е ясно на хората в лабораторията какво ще бъде това“, казва Якобсен. „Имах голям късмет, защото успях да работя върху нещо, което привлече вниманието му. И след като привлечеш вниманието му, беше невероятно. Беше удивителен начинът, по който можеше просто да се потопи в проблем и да бъде погълнат от него.
Джейкъбсен си спомня един Ден на благодарността по време на постдоктора си, когато бил на гости при майка си в Ню Йорк. „Телефонът звъни, майка ми вдига и това е Бари Шарплес“, спомня си той. „Тя знаеше достатъчно за работата в лабораторията, за да знае, че ако вашият съветник ви се обажда на Деня на благодарността, трябва да е лошо – има пожар в качулката ми или нещо подобно.“ Якобсен нервно взе телефона и установи, че Шарплес просто иска да говорим за химия. „Той просто искаше да продължи разговора, който бяхме имали няколко дни по-рано, защото просто не можеше да спре да мисли за това.“
През 1990 г. Шарплес се премества в Скрипс, привлечен от Ричард Лърнър, който по това време е президент на института. „Беше очевидно, че той е химически гений“, казва Лернер.
По време на престоя си в Scripps Шарплес започва да преминава от асиметрична катализа към това, което ще се превърне в химия на щракването. Централната идея зад химията на щракането е да се използват молекулярни градивни елементи, които са пружинирани, за да „щракат“ ковалентно заедно само един с друг.
Шарплес и Ян измислиха заедно прозвището химия на щракването. Той казва, че не е смятал, че ще се приложи, но алитерационният етикет е останал и химията на щракането е намерила приложение в много различни сфери на науката, включително биохимия, наука за материалите и наука за повърхността.
Въпреки че има няколко различни реакции на кликване, най-добрият пример е катализираното от мед азид-алкин циклоприсъединяване (CuAAC). Тази реакция свързва азид и алкин, за да образува 1,2,3-триазол, който свързва двете части заедно. Реакциите между азиди и алкини не са нещо ново. Съобщенията за тях датират от началото на 20-ти век, а на Ролф Хюисген от Мюнхенския университет Лудвиг Максимилиан обикновено се приписва затвърждаването на концепцията в края на 50-те години.
Но трансформацията, която Huisgen измисли, отне много време, изискваше повишени температури и произведе два различни региоизомера - едва ли пружинната реакция, която Шарплес търсеше. През 2002 г. Шарплес и неговата група съобщиха, че ако използват мед (I) за катализиране на реакцията, биха могли да я накарат да протече мигновено, във вода, при стайна температура и да произведе само един региоизомер.
Шарплес казва, че синтетичните химици са имали отвращение към химията на щракването, когато той за първи път е започнал да говори за това. „Беше твърде просто“, казва той, и това го направи обида за тях. Но учени от други ивици видяха колко полезна може да бъде трансформацията. Те биха могли да го използват, за да гарантират връзки във всякакви системи. Повърхностните учени биха могли да използват химията на щракването, за да закотвят молекула към повърхност; биохимиците биха могли да го използват, за да прикрепят биомолекула към репортерна молекула. Тези хора просто се нуждаят от свързваща химия, която работи надеждно и при почти всякакви условия, казва Шарплес. „Онези, които се нуждаят от облигации, като учените по материали и биолозите, които трябва да хванат кой знае какво от канализацията, всъщност те не задават въпроси. Те са толкова благодарни, че имат нещо, което работи.
„Химията на щракването беше изцяло идея на Бари, изцяло негово вдъхновение“, казва MG Finn от Технологичния институт на Джорджия, който е защитил докторската си степен в лабораторията на Sharpless през 80-те години и като колега в Scripps е работил с Sharpless върху химията на щракването. „Мога да се гордея, че му помогнах да артикулира визията и да разработи детайлите на концепциите, но наистина следвах примера на Бари на всяка стъпка от пътя.“
Химията на кликванията е безспорно полезен инструмент, но повечето хора не са го виждали по този начин в началото, казва Якобсен от Харвард. Той си спомня, когато Шарплес започна да изнася лекции за идеята. „По това време той беше направил две големи открития в асиметричната катализа и той наистина беше гигантът в тази област. В този момент всички бяха почти сигурни, че той ще получи Нобелова награда“, казва Якобсен.
Така че Шарплес ще бъде поканен да изнася лекции. „Вместо да говори за работата си в асиметричното оксидиране, той започна да говори за тази идея, която изглеждаше напълно извън лявото поле“, продължава Якобсен. „Той реши, че имаме нужда от добри реакции. Нещо, което ще свърже нещата по напълно надежден начин. Химиците обикновено не мислят така. Химиците си мислят: „Е, ето една молекула, която искам да направя; позволете ми да помисля за най-добрия начин да го направя," или "Ето малко реакция, която искам да разбера и използвам; нека да видя какво мога да направя с него. ”
Но Шарплес казваше, че химиците се нуждаят от надеждна реакция, която да свързва нещата при различни видове обстоятелства. „И си спомням как публиката просто се споглеждаше и си мислеше, че той си е загубил ума“, казва Якобсен. „Бих искал да кажа, че по онова време знаех, че той е на път за нещо, че го познавах достатъчно добре и бях изпитал достатъчно гениалността му, за да знам, че той е попаднал на наистина добра идея. Но истината е, че не мисля, че някой е видял какво предстои. Само Шарплес видя, че тази идея, която трябваше да открие страхотни реакции - просто всяка реакция, която може да свърже нещата и да бъде напълно обща - ще бъде трансформираща в химията.
„Той говори за това, преди да получи реакция“, добавя Якобсен. „И си спомням, че хората почти му се ядосваха, когато изнасяше доклади, защото беше поканен да говори за асиметрична катализа и той започна да говори за тази луда идея, описвайки реакция, която дори не беше открил.“
„Определено много хора смятаха, че е полудял“, съгласява се Фин. „Тук имаше една от първокласните лаборатории за асиметрична катализа и отвън изглеждаше, че иска да направи нещо съвсем различно. След това той продължи да казва, че това, което иска да направи по различен начин, е да се опита да научи органичните химици на напълно различен начин да правят своята наука“, казва той. „Мнозина не разбраха какво има предвид или си помислиха, че го разбират и го отхвърлиха.“ Но, добавя Фин, времето показва, че неговата концепция е имала неоспоримо въздействие върху молекулярните науки.
„Не знам защо някой би помислил, че Бари е луд, освен ако не обръща внимание на това, което се случва в областта на биоортогоналната химия и химическата биология“, казва Каролин Бертоци от Станфорд, ранен приемник на химията на кликванията. „Може би историята ще погледне назад към медиираната от мед реакция на Бари, която със сигурност е една от най-важните реакции в химическата биология и откриването на лекарства, като точка, в която химиците в основния поток на развитието на синтетичните реакции най-накрая научиха колко важни могат да бъдат те за биолозите .”
„Бари иска да развие химия, която ще промени света или да направи нещо, което иначе не бихте могли да направите“, казва ДжоАн Стъбе от Масачузетския технологичен институт, която беше колега на Шарплес няколко години и остава негов приятел. Химията на щракването е свидетелство за неговата креативност, казва тя. „Всички и брат му го използват.“
Хората, които познават Шарплес, казват, че не можете да добиете истинска представа за това кой е човекът, като четете документите му и изучавате неговата наука. „Наистина трябва да общувате с него и да изпитате мъдростта му един на един“, казва Фил Баран от Scripps Research. „Той е невероятно мил и топъл, но и много срамежлив на моменти. Той предпочита химикалите пред хората. Дискусиите с него могат да продължат с часове, ако се придържате към химията.
„Неговите енциклопедични познания за всичко синтетично може да бъдат предизвикателство за поддържане и малко смущаващи“, казва Гари Сиуздак, друг колега в Scripps. „Толкова много от спомените ми за него започват с посещение в офиса му, за да оставя набързо нещо или да попитам какво мисли, и 3 минути се превърнаха в 3 часа контролирано торнадо от идеи и вълнение.“
Това не означава, че Шарплес е без своите недостатъци. Той би бил първият, който ще признае, че не е добър оратор. И начинът, по който е устроен мозъкът му, му е трудно да се съсредоточи върху едно нещо. Въпреки недостатъците му, приятелите и колегите му казват, че той има добро сърце и е щедър до грешка.
Стивън Л. Букуолд от Масачузетския технологичен институт си спомня как е отишъл в офиса на Шарплес през ранните години на Бучуалд като професор в института. Бухвалд забеляза, че Шарплес притежава ценната поредица от книги Comprehensive Organometallic Chemistry, която през 1985 г. струва няколко хиляди долара — парите, които Шарплес е платил от личните си средства. Бухвалд казва, че е казал на Sharpless, че е впечатлен, че притежава скъпата серия. „На следващия ден, когато влязох в офиса си, той беше взел цялата поредица, постави я на бюрото ми и ми я даде“, казва Букуалд. „По-късно се оказва, че той е имал нужда от това обратно. Но вместо да ме помоли да го върна, той купи друг комплект.
Един от настоящите студенти на Шарплес, Генчен Ли, разказва как, когато пристигнал в Скрипс, не знаел да плува. Когато Шарплес научава за това, той записва Ли за сесии с треньор по плуване, като му казва, че не може да живее в Сан Диего и да не знае как да плува.
Въпреки че Шарплес има репутацията на далеч от ментор, учениците му казват, че са се научили, като са следвали примера му. „Поемането на риск винаги е било безопасно в лабораторията на Бари“, казва Антонела Конверсо, директор в отдела по химия на Discovery на Merck & Co. в Уест Пойнт, Пенсилвания, която защитава докторската си степен при Sharpless в Scripps от 1998 до 2003 г. „Винаги можете да отидете и кажете: „Опитах това и не се получи“ и няма да има никакви последици за опитването на амбициозни реакции. Това ме научи, че добрата наука не е по утъпкания път. Добрата наука е в идеите, които са странични. Просто трябва да продължиш с отворени очи и да не се страхуваш да се провалиш.“
„Хората казват, че има невероятна интуиция, но не мисля, че това го прави справедлив“, казва Якобсен от Харвард. „Мисля, че е много повече от интуиция. Той знае как да мисли по начини, по които другите хора просто не могат.”
„Някой толкова успешен като Бари и някой, който изглежда го прави толкова без усилие, провокира много завист у своите конкуренти“, казва Джулиус Ребек, дългогодишен приятел на Шарплес и колега в Scripps. „Мисля, че Бари е показвал отново и отново, че измисля тези полезни, новаторски етапи. Неговите изобретателни методологии са издържали и са обогатили поколения химици.“ Медалът на Пристли, казва Ребек, е „уместно признание за огромния му труд и службата му за химическата общност“.
Време на публикуване: 02 април 2019 г