安迪·埃文斯发现,埃莉·克纳格斯声称自己是第一个用x射线证明碳分子中的四面体键的人,但这一说法被忽视了

碳的四面体键是现代化学的核心支柱,然而第一个使用x射线晶体学在有机分子中“看到”它的人几乎不为许多化学家所知。1929年,伊莎贝尔·艾莉·克纳格斯(Isabel Ellie Knaggs)发表了她的x射线衍生的季戊四醇四乙酸结构,正确地解释了原子中心周围键的形状。1

但历史并不是这样记录事物的。相反,国际结晶学联盟通讯日本化学家Isamu Nitta使用x射线晶体学证实了“甲烷衍生物中预期的四面体配位”。

据美国纽约大学的巴特·卡尔说,尼塔和克纳格斯曾在20世纪20年代和30年代分别研究过这个问题。卡尔认为,Knaggs“第一次且更彻底地”证实了四面体的形状。他在论文中写道,她进一步尝试将侧链连接到碳原子上,并提出了原子模型,他在论文中首次强调了Knaggs的观点。2

在x射线结构中看到四面体碳是一个重大的成果

卡尔解释说,Knaggs的成功是因为她密切关注先前的发现他说:“到Knaggs完成她的工作时,埃米尔·费舍尔和许多其他人已经毫无疑问地建立了碳的四面体配位。”她的工作更像是锦上添花。在x射线结构中看到它是一个重大的成果,我想说,它对x射线晶体学的影响大于对结构化学的影响。”

艾丽·克纳格斯的侄女伊莱恩·梅尔解释说,艾丽·克纳格斯1893年出生在南非德班,她的英国父亲为了缓解疑似结核病的症状搬到了那里。埃莉和她的妹妹马乔里(梅耶尔的母亲)在他们的母亲死于难产后搬到了英国,与他们的祖父和他富有的第四任妻子生活在一起。梅耶尔说,他们的新监护人“在教育方面确实走在了时代的前面”。

Knaggs家的女孩就读于数学家Sophie Bryant领导的北伦敦大学学校。科比本可以成为一个杰出的榜样。她是英国第一个获得一等荣誉理学学士学位的女性,也是第一个获得理学博士学位的女性,也是第一个拥有自行车的女性。埃莉·纳格斯骑着科比的轮胎,在格顿学院学习化学,当时还不是剑桥大学的一员。当时,女学生可以学习和参加大学考试,但仍然不能获得学位。1923年,她从伦敦帝国理工学院获得博士学位,开始了她在职业生涯中一直坚持的科学冒险。

爆炸的发现

Knaggs立即加入了皇家研究院戴维-法拉第实验室的威廉·亨利·布拉格。她的申请表仍然可以在皇家学会档案中找到。它特别指出,她每周进行三天的研究项目将建立在她的博士工作的基础上,用CX公式生产碳化合物的晶体结构4.但克纳格斯的许多研究也涉及潜在的爆炸性富氮材料,这可能与梅耶尔所说的“秘密战争工作”有关。例如,她最出名的可能是发现三聚氰脲中的叠氮化物基团是线性的。3.

结晶学需要大量的数学分析,现在是用计算机来完成的。在Knaggs的时代,它涉及到分析x射线衍射晶体材料中的原子在摄影胶片上形成的斑点。从斑点的位置来解释化学结构信息需要非常困难的计算。在努力输出正确结构的过程中,科学家们需要找出适用的公式。选择取决于晶体的对称性,在Knaggs的时代,人们通常只知道部分对称性,或者完全不知道对称性。因此,成功的结果取决于选择能够提供某种线索的分子,然后使它们的对称性正确。

Knaggs的工作是第一个从x射线数据中得出的甲烷衍生物具有四面体配位的明确声明

克纳格斯知道布拉格和他的儿子劳伦斯在1913年已经确定钻石由四面体碳结构组成。然而,离散分子中的碳原子也是四面体的观点虽然被广泛接受,但还没有得到x射线的证实。1925年,Knaggs在炸药季戊四醇四硝酸酯中解决了分子碳问题。她的计算只有在中心碳键呈四面体排列时才产生合理的结构。

在研究季戊四醇四乙酸酯时,Knaggs还发现了一种四面体排列,并于1927年5月在“与格顿学院理事会的私人通信”中首次传达了她的结果。1928年,一个德国小组公布了季戊四醇四乙酸的金字塔结构。反驳他们自然克纳格斯在发表她的完整结构之前,声称“碳原子发挥了预期的作用”,这意味着它是四面体。4卡尔写道:“据我所知,她从x射线数据中得出的第一个明确的结论是,甲烷衍生物具有四面体配位。”

然而,当曼彻斯特大学的T·H·古德温(T H Goodwin)和R·哈迪(R Hardy)在1938年回来改进克纳格斯的初步模型时,他们对此不屑一顾。5他们承认她已经修正了之前发表的晶体空间组,并写道,讨论她的分子结构“没有什么好的目的”。卡尔认为这“很难称得上运动”,因为x射线衍射是一个快速移动的领域,在10年里发生了很大的变化。卡尔补充说:“贬低别人的工作成果来提升自己的工作成果是一种经不起推敲的策略。”“集体解雇埃莉·克纳格斯的作品成功了。”

克服困难

与此同时,尼塔在1926年发表了关于季戊四醇晶体结构的研究。6但他没有确定它的中心原子是否是四面体。相反,他在一定程度上遵循了先前科学家提出的季戊四醇晶体对称性不正确的观点。他用自己的数据将对称性缩小到只有两个选项。但他得出结论,“这些数据可能不足以决定”产生四面体结构的对称性。

在有影响力的教科书中五十年的x射线衍射然而,尼塔却给人不同的印象。他写道,根据季戊四醇晶体的形状,他选择了一种对称性,“使分子中心的碳原子符合四面体分布”。回顾尼塔的论文,卡尔发现他直到1937年才确定了正确的对称。7在那篇论文中,尼塔写道,“目前还没有其他的x射线研究可以证实”有机晶体中四面体碳原子的存在,忽略了Knaggs的工作。

她缺席讨论是很明显的

加拿大纽芬兰纪念大学的Geoff和Marelene Rayner-Canham的研究让卡尔意识到Knaggs的贡献。Rayner-Canhams夫妇重建了早期x射线晶体学中女性的角色。在他们的书中化学就是他们的生活在美国,雷纳-卡纳姆夫妇引用了格顿学院的另一位校友、晶体学家海伦•梅格乌(Helen Megaw)的话。梅格乌曾在1981年为克纳格斯写过讣告。Megaw形容Knaggs是一个“善良、温柔的人,但相当害羞”。Megaw说:“她参加了科学会议,但没有站出来。”

梅耶尔也认为克纳格斯绝对“不是一个外向的人”。在许多美好的家庭回忆中,她自豪地回忆起小时候和姑姑一起去皇家学会的公开讲座。梅耶尔于1954年搬到澳大利亚悉尼,1977年,克纳格斯开始出现痴呆症的迹象,她最终也搬到了悉尼。她说,“我觉得姑妈会对尼塔的行为深感失望和愤怒,但不会感到意外。”也许她甚至不知道这次科学盗窃的全部情况。最重要的是,她会保护她在国际扶轮工作时难得的地位和特权,这是她的生命,是她自己克服困难挣来的。”

与此同时,卡尔怀疑尼塔知道克纳格斯的发现,但觉得不方便。卡尔说:“她的缺席很明显。”“高尚的作家不会像他那样写作。科学是一种共享的实践。”

安迪·Extance是一位生活在英国埃克塞特的科学作家