Липском (Lipscomb), Уильям Нанн

Американский физикохимик Уильям Нанн Липскомб родился в Кливленде (штат Огайо), в семье Эдны (Портер) Липскомб и Уильяма Н. Липскомба. Через год после его рождения семья переехала в Лексингтон (штат Кентукки). По окончании средней школы Липскомб поступил в Кентуккский университет и в 1941 г. получил степень бакалавра естественных наук по химии. Той же осенью он приступил к занятиям по физике в аспирантуре Калифорнийского технологического института. Однако, поощряемый Лайнусом К. Полингом, одним из его профессоров, а позднее научным руководителем при подготовке докторской диссертации, он через год вернулся к изучению физической химии. В период между 1942 и 1945 гг. Липскомб, прервав свои научные занятия, проводил связанные с военными нуждами исследования для Управления научных исследований и развития США.

Возвратившись в 1945 г. в Калифорнийский технологический институт, Липскомб в следующем году получил докторскую степень за диссертацию на тему о рентгеновской кристаллографии и об изучении дифракции электронов органическими соединениями. После этого он занял должность ассистент-профессора физической химии в Миннесотском университете, где в 1950 г. стал адъюнкт-профессором, а в 1954 – полным профессором. В 1959 г. Липскомб перешел в Гарвардский университет на профессорскую вакансию и с 1962 по 1965 г. возглавлял там химический факультет. С 1971 г. Липскомб – профессор химии в Гарварде.

Еще в Калифорнийском технологическом институте ученого заинтересовал процесс образования химических связей в боргидридах, известных также как бораны. Несколько этих редко встречающихся в природе соединений было синтезировано представителем предыдущего поколения ученых – немецким химиком Альфредом Штоком. Молекулярная структура боранов оставалась неизвестной, однако их эмпирические формулы давали основание предполагать наличие любопытных характерных особенностей в их химических связях. Интерпретация этих особенностей, предложенная Полингом, в то время ведущим авторитетом в области теории химических связей, представлялась Липскомбу далеко не безупречной.

Когда Липскомб в 1946 г. перешел в Миннесотский университет, он решил доказать, что его бывший учитель ошибается. Химия боранов считалась тогда не только тайной за семью печатями, но и исключительно сложной областью, поскольку бораны очень летучи, нестабильны и даже взрывоопасны. Липскомб разработал новую технологию изучения этих соединений путем дифракции рентгеновских лучей при высоком вакууме и низкой температуре, и ему удалось подробно описать их структуры как клеткоподобные полиэдры.

Липскомб, однако, хотел решить загадку боранов не только в эмпирическом, но и в теоретическом ключе. Господствовавшая в то время теория утверждала, что атомы в молекулах боранов удерживаются вместе с помощью ковалентных (двухцентровых) связей, т.е. два атома, образующих химическую связь, удерживает вместе связывающая пара электронов. Проблема заключалась в том, что с позиций этой теории было невозможно объяснить установленную Липскомбом структуру боранов. У атомов бора слишком мало связывающих электронов, чтобы разделить их с тем числом атомов водорода, с которым они, как было известно, соединяются. В работе, осуществленной в 1953 г. вместе с химиками Брайсом Крофордом и У.Х. Эберхардтом, сообщение о которой появилось на следующий год в «Journal of Chemical Physics» («Journal of Chemical Physics»), Липскомб выдвинул предположение, что недостаток электронов на самом деле только кажущийся. Эти ученые придерживались точки зрения, что некоторые из атомов в молекулах боранов участвуют в трехцентровых связях, где пара электронов объединяет либо 3 атома бора, либо 2 атома бора и один атом водорода, образуя так называемый водородный мостик. «Мы осмелились на несколько пророчеств, – писали они позднее, – заранее утешаясь тем, что уж если нам суждено пополнить ряды предсказателей-неудачников в области химии боранов, то мы окажемся в наилучшей компании».

Их концепция трехцентровых связей, однако, оказалась не только правильной, но и стала ключом к новой топологической теории образования химических связей в боранах. Она объясняет структуру боранов и предсказывает возможность появления новых соединений. Химики, руководствуясь ею, создают большое число стабильных клеткоподобных молекул. Больше того, Липскомб применил эту новую модификацию теории химических связей к пониманию реакционной способности в карборанах, которые применяются при синтезе полимеров, проявляющих удивительную устойчивость к термической и химической деструкции. Бораны Липскомба, по-видимому, также окажутся полезными при противораковой радиационной терапии. Рассел Граймз в журнале «Наука» («Science») высказал предположение, что карбораны окажут глубокое влияние на будущее органического синтеза после той «революции» в представлениях о ковалентной связи, которую вызвала работа Липскомба над химией боранов.

В 1976 г. Липскомбу была присуждена Нобелевская премия по химии «за исследование структуры боранов, проясняющее проблемы химических связей». В своей Нобелевской лекции Липскомб сказал: «Мое первоначальное намерение в конце 40-х гг. состояло в том, чтобы потратить несколько лет на доскональное изучение боранов, а затем составить систематическое описание валентности огромного числа соединений, которым присущ недостаток электронов». «Я очень мало продвинулся к этой последней цели, – добавил он, – зато значительно выросла химия боранов, и теперь начинается систематическое изучение некоторых ее сложных моментов». По поводу присуждения ему Нобелевской премии ученый отозвался так: «Я знаю, что написал много неплохих статей о боранах, но никогда раньше не был уверен в том, что их читают».

Когда Липскомб перешел в Гарвардский университет, приоритет в его исследовательской программе был отдан биохимии. Особое внимание он сосредоточил на прояснении структур сложных белков как средстве изучения механизмов их функций в человеческом организме, поскольку функция определяется формой белка. Эта работа связана с решением чрезвычайно сложных проблем из-за большой величины белковых молекул. Принципиально новаторский подход Липскомба заключается в использовании технологии дифракции рентгеновских лучей с привлечением возможностей компьютеров. Самый крупный его успех в этом исследовании связан со структурным анализом пищеварительного фермента карбоксипентидаза А, который вывел его на предполагаемый механизм активности этого фермента. В настоящее время ученый занимается проблемой регулирующего фермента аспартат-транс-карбамоилаза, который контролирует стадии синтеза основных составляющих аминокислот в организмах человека и животных. Этот фермент является, таким образом, решающим для роста клеток во всех живых организмах. Если сам Липскомб считает осуществленное им исследование пищеварительного фермента своей лучшей работой, то в случае если его «наступление» на аспартат-транс-карбамоилазу увенчается успехом, лучшей, пожалуй, станет эта его последняя работа.

Достижения Липскомба объясняются не только смелостью его научного воображения, но также многосторонностью и гибкостью его подходов. Вот как об этом говорит сам ученый: «По образованию я физикохимик. Полученная мною научная степень относится к области физической химии. Раньше я работал в сфере неорганики... сейчас – как биохимик. Но не ищите здесь противоречий. Это все структура и функции».

В 1944 г. Липскомб женился на Мэри Адель. У супругов родились сын и дочь. В 1983 г. они разошлись, и в том же году Липскомб зарегистрировал брак с Джин Эванс, которая работала художником в издательстве.

«Приехавший в город фермер из глубинки» – так описывает ученого автор книг о науке Ребекка Ролз. У Липскомба своя лаборатория, коллективом которой он руководит, проявляя завидное чувство юмора. Коллеги и студенты очень привязаны к ученому и, памятуя о том, что он вырос в Кентукки, обращаются к нему не иначе как «полковник». Липскомб играет на кларнете с почти профессиональным мастерством («Камерная музыка – моя неутолимая страсть», – признается ученый), в своих научных статьях цитирует Льюиса Кэрролла и состоит в обществе поклонников Шерлока Холмса, известном под названием «Странности Бейкер-стрит».

Липскомб удостоен большого числа наград. Среди них: награда за выдающиеся заслуги Американского химического общества (1968), премия Джорджа Ледли Гарвардского университета (1971), награда Петера Дебая по физической химии (1973) и награда Рэмсена (1976) Американского химического общества. Он член Американской академии наук и искусств, американской Национальной академии наук, а также иностранный член Нидерландской королевской академии наук и литературы. Ученому присвоены почетные степени Кентуккского, Гарвардского, Мюнхенского и Лонг-Айлендского университетов, а также Университета Рутгерса и колледжа Мариетты.