« 一致的舞步 ◎Anne Stevenson 譯∕印卡 | | 晾著事件,隨著聲音吹——讀夏宇〈甜蜜的復仇〉 »

用一種它們從未夢想過的方式說起它們——F. Albert Cotton

F. Albert Cotton是W.T.Doherty-Welch基金傑出教授與德州農工的教授,1951—1955年在哈佛大學獲得博士學位,師從諾貝爾得主Geoffrey Wilkinson,37歲时當選美國國家科學院院士,畢生發表論文著作超過一千六百篇,也是唯一有史以来接受全部七项金獎(Baekeland、Kirkwood、Gibbs、Nichols、Richard、Pauling與Cotton)的美國化學家。Cotton以過渡金屬化學著名, 對於金屬錯合物鍵結的理解為日後的有機金屬與生物無機化學奠定了基礎。

Frank Albert Cotton (1930–2007) ◎ Stephen J. Lippard


最讓科學家顫抖的,總發生在發現的瞬間。對化學家而言,發現本身就是在實驗室創造出新化合物的意義。但是理解甚至可以是更高的責任:有著能力對於往昔曾經邂逅過而無從了解的事物認出他們並且解釋他們的性質。從理解之中,發展出新的原理來闡釋,甚至是預測將來的結果。鮮少有人像Frank Albert Cotton對於無機化學有如此的發現與了解。終於非凡與豐富的志職,他逝世於二月二十日,享年七十六歲。

一九六零年代初期,重要的發現來自Cotton在麻省理工學院(MIT)的實驗室。一段配位化學的復興時代—金屬-配位基錯合物的研究—同時因重新發現有名的理論架構,晶場理論,而注滿了能量。Cotton與他的團隊應用這理論尋找有著不尋常自旋態與磁性性質的過渡金屬錯合物。他們找到低氧化態的錸化合物,兩兩金屬原子距離相較一般金屬狀態來得短。

[Re2Cl8]2-離子的空間排列特別值得注意。在這個離子中,一個相當短的金屬鍵,以著2.27埃的距離,沒有其他橋架的配位基,接連{ReCl4-}兩個部分。更進一步,這二聚物的兩半是相會(eclipsed)構形,兩邊的氯原子都相聚3.5埃排除了它們之間的排斥力。基於某種理由,採取這樣的排列而非靠著旋轉它的一半45°來避開立體上的障礙。

Cotton很快理解到這個結果的重要性。這表示在[Re2Cl8]2-中有著四鍵,第一次發現。除了一個σ鍵、兩個π鍵就像氮氣(N≡N)的三鍵外,還有多餘的一個鍵結,這就是δ鍵。也因為這個鍵結的產生使得氯原子不得不採取相會構形。

像科學所有破土而出的點子,這樣洞察力的結果相當深奧。化合物可以有多重的金屬鍵的這發現開啟了無機化學的一大分支,以及之後的材料科學,也使得往後數十年Cotton的實驗室自此跨越世界佔領材料科學。無論是實驗科學家或是理論家都同意這個新分支在化學的重要性。

金屬鍵結化合物結構判定的基本工具是X-ray Crystallography。Cotton利用這技術相當巧妙並且倡導有效地在結構判定更普及的使用,如今這已經變成探討任何化合物標準程序的工具,只要適當的單晶可以取得。藉著卓越的精力與創造性,Cotton實驗室合成出一群令人瞠目不同過渡金屬系列,雙鍵、三鍵、四鍵的化合物。靠著計算電子數,可以預測這些新化合物的特性而這是相當卓越的成就。

但是Cotton的貢獻並不僅僅囿限於金屬簇化合物。接下來許多富想像力的研究中,他與他的團隊製備與探究有機金屬化合物的物理與化學性質。這些化合物當中不少包含碳碳雙鍵鍵結到一個或多個過渡金屬離子上。為了更為清楚結構,Cotton發明了η(Hapto)命名,現在用來指出鍵結到一特定金屬原子的碳數。

使用核磁共振光譜,典型上應用在化合物溶液歷經在某溫度範圍內,Cotton與他的同事描繪出變動的(fluxional)有機金屬化合物相對運動,在此金屬離子與有機部分加入分子內的舞蹈。他們因此創造出這些錯合物炫目的運動的圖象,他們的研究不久也被許多研究室所效法。如果科學家的成就可以他啟發別人的能力測量的話,Cotton在整個二十世紀的化學家中是遙遙領先。

Cotton無疑是基礎研究的優勝者。他的熱情就是學習,揭開自然的祕密與創造新的化合物。身為對美國政府的顧問,(美國)國家科學基金會的一員跟其他的領域裡,他支持資助純然為智性好奇所驅動的基礎研究而非近日風潮下資助化學應用到到生命科學或工程的相關領域。

Cotton也是個不凡的教育家,撰寫教科書,廣及高中到研究所,從基礎到進階無機化學到群論的應用。這些文章已經被翻譯成許多不同語言,印行本超過百萬。在麻省理工學院,後來的德州農工大學,他指導超過百個博士生,他的實驗室簡直就是無數博士後,三十個國家安息日來得到訓育的旅客受歡迎訓練地。

回看他的博士後與博士生所帶著深刻的個人興趣。我自己回憶他對我未來志業抉擇睿智的建議,那時我在MIT,他的實驗室就快畢業,在他波士頓西南的家,我們曾在馬背馳騁過一個美好的秋天。彼時,與其他跨越而過的四十多年頭,我是他建議與支持的受益者,就如同許他其他人一樣。他的人生本身就是宣揚濟助與喜樂酬報努力工作、深思與未知前線的搜索的啟示。

(訃文譯自自然雜誌第446卷第五期)