鲍林：洞察化学键之秋毫

尹传红

莱纳斯·卡尔·鲍林创建的化学键理论，以及他对蛋白质结构等的精深研究，对镰状细胞贫血症病因的揭示，为化学、医学、分子生物学、生物化学的发展做出了划时代的贡献。

小小化学家

“我现在该读些什么书呢？”有一天鲍林这样问他父亲。

这位每天忙于药店生意的药剂师懵了，不过心里倒是蛮高兴的。他给当地报纸《俄勒冈人》的一位编辑写信说，他年仅9岁的儿子阅读水平远远超过了同龄人，字里行间充满了自豪。只可惜，没过多久这位父亲就因病去世了。

虽然再也没有机会观察父亲在药房里配制药剂和膏药，但鲍林依然对化学现象和矿物晶体情有独钟。11岁那年，他结识了比他年长1岁的未来心理学家劳埃德·杰弗里斯，两人很快成为亲密的朋友。

一天，杰弗里斯邀请鲍林去他家观看他的“表演”：只见他将白色颗粒粉末状的氯酸钾与蔗糖混合，再加几滴浓硫酸，瞬间就发生了剧烈反应—产生蒸汽并生成了碳。鲍林被镇住了，从此开始留意周围世界的其他变化。这成了他化学生涯的开端。

又过了一些日子，鲍林熟识的一个实验器材管理员给他搞来不少简单的仪器零件，指导他装配，还教给他制作昆虫标本的方法。尽管如此，他无穷的好奇心似乎依然未能得到满足。13岁时的某一天，鲍林在小雨中打着伞漫步于街头，透过伞的弧形光线，他注意到了通过伞面上的线衍射产生的光谱，顿时萌生了探寻其中奥秘的兴趣。

升入高中后，鲍林突发奇想，与同学劳埃德·西蒙合伙开办了以他们名字的姓组合命名的“鲍蒙化验室”。这个装备有离心机和分析仪器的化验室设在西蒙家的地下室，他俩印制的名片上写着“鲍蒙化验室，L.E.西蒙，L.C.鲍林，化学家”。课余时间他们跑到牛奶乳品厂去洽谈“业务”，许诺以很低的价格化验乳脂。然而，那时的他们太“嫩”了，这项生意没过多久就以失败告终。

没有高中文凭的大学助教

在学校里，鲍林的成绩一直很好，他选修的课程都是他感兴趣的。可是，1916年秋，他却因为没有选修他不感兴趣的历史必修课，而未能取得高中毕业证书。好在，这一大胆的叛逆行为并没有成为他就读俄勒冈农学院（现在的俄勒冈州立大学）的障碍。

进入大学后，年方16岁的鲍林所面临的最现实、最头疼的问题，是如何自己挣钱应付学校里的开销。母亲希望他早点工作养家糊口，甚至认为上大学是无能的表现。她对鲍林说，真正的男人是自学成才的，就像他的父亲和外祖父一样。但鲍林不为所动，他认同好友杰弗里斯的叔叔和婶婶告诫他的一句话：接受与自己能力相应的教育，是自己的责任。

为解决学费问题，鲍林做过送奶工、杂货店伙计、电影放映员、材料厂检验员，还给女生宿舍和船坞干过零活。1918年秋，因母亲身患重病，家里经济困难，鲍林无钱返校，只得继续打工。

俄勒冈农学院了解鲍林的状况后，及时伸出了援手：邀请未满18岁的他回校做定量分析课的助教，给大学二年级的学生授课，而这门课他只是在上个学年才刚刚学过。一年后，鲍林恢复了自己中断的学业，并于1922年获得化学工程学士学位。

用化学键来解释物质的性质

在大学生活行将结束时，鲍林已经认识到，自己要选择的职业无疑是化学，而不是工程。他怀有一颗强烈的好奇心，感觉应该可以用化学键来解释物质的性质。

一些化学家和物理学家的探索发现引起了鲍林的注意。如美国化学家吉尔伯特·牛顿·路易斯在1916年提出了一套分子形成的机制，将化学键定义为由两个原子分享电子的电子对。在这种被称为共价键的化学键中，每一个电子都需要在最外面的电子层（即在价电子层）获得8个电子，以达到稳定的状态。也就是说，两元素之间能形成键，不仅是由于电子的转移，也由于电子的共用。有机化合物中的每一个键都是代表共用的一对电子，共用的最终结果，就是所有那些原子都具备了像惰性气体原子那样的电子结构形态。

另一位美国化学家欧文·朗缪尔则在研究金属丝上形成的气体膜时受到启发，思考原子彼此之间是如何形成键的。他认为原子为了达到最外层8个电子排列的能力，决定了它的反应能力。后来人们将化合价（原子的化合能力）的8电子理论总结为路易斯-朗缪尔电子理论，这便是现代电子价键理论的开端。

受前辈学者启迪，鲍林对于原子如何聚集成为分子兴趣大增。进入加州理工学院攻读物理化学博士学位后，他得到名师指点，应用X射线进行无机晶体结构的研究，从而掌握了大量关于晶体结构的信息、原子间距离和键角的细节。

在以往的经验及理论观察的基础上，鲍林开始应用量子力学的理论—电子有自旋角动量，具波动特性—来探索化学键的形成与性质，并引入“共振”的思想和“杂化轨道”的概念，用以解释围绕碳原子的4个键的等价性，进而完整地解释了甲烷的正四面体结构。1931年，他发表了《化学键的本质》等一系列关于化学键研究的论文，名震化学界。此时，他刚过而立之年。

跨学科融合之举的丰厚收获

20世纪30年代中期，生物学领域不断传来令人振奋的新突破，鲍林的研究兴趣也开始转向生物大分子，特别是蛋白质结构的探测。这一跨学科融合之举，又给鲍林的科学生涯书写了浓墨重彩的一笔。

最初的一个重要发现是：在磁场中，血红蛋白含氧与否，其表现大不一样。鲍林马上就用他的化学键理论进行解释：不含氧的血红蛋白化学键较弱，是离子键；与氧结合后的血红蛋白化学键较强，是共价键（通过磁感应形成）。这方面一个更大的堪称里程碑式的进展，发生在大约10年之后。

1945年的一天，鲍林在一次晚宴后与现代血液病学奠基人威廉·卡斯尔乘同一辆车自丹佛去往芝加哥。路上，卡斯尔告诉鲍林，他正在研究镰状细胞贫血症。前段时间他发现，当红细胞变成镰刀状时，偏振光显微镜下出现了双折射现象，其中必有分子上的变化。鲍林当即抓住这一线索，与助手哈维·伊塔诺展开深入研究。他猜测，红细胞发生变形，必定是血红蛋白分子本身的缺陷造成的。

后来，他们的研究进一步证明：镰状细胞贫血症是因为血红蛋白的变异，即由于突变基因表达所产生的异常蛋白质引起的。这是人类历史上首次揭示出某种疾病与蛋白质结构异化间的关系。顺着这一思路，鲍林首次提出了“分子疾病”的概念，又发现并阐明了蛋白质的α螺旋结构，指出了氢键对于蛋白质及其他生物分子结构与功能的至关重要的影响。

1954年，鮑林因阐明了化学键的本质和分子结构的基本原理，被授予诺贝尔化学奖。1962年，鲍林又因对于终止核试验做出的艰苦卓绝的努力，而被授予诺贝尔和平奖。他是迄今为止世界上唯一两次单独获得诺贝尔奖的科学家。

晚年的鲍林，因宣扬大剂量服用维生素C治疗感冒乃至癌症的主张而饱受争议。

1994年8月18日，鲍林以93岁高龄谢世。他被看作是20世纪最伟大的化学家。

鲍林小传

莱纳斯·卡尔·鲍林（Linus Carl Pauling，1901-1994），美国化学家，量子化学和分子生物学的先驱者之一。1922年获俄勒冈农学院化学工程学士学位，1926年获加州理工学院物理化学博士学位。1933年当选为美国国家科学院院士。1937年任加州理工学院化学与化学工程系主任。1948年被授予总统功勋奖章。1949年任美国化学会主席。1954年获诺贝尔化学奖，1962年获诺贝尔和平奖。著有《普通化学》《大学化学》《化学键的本质》《不再有战争》《维生素C与感冒》等书。endprint