Шеппард, Норман

После годового обучения в подготовительной школе для маленьких детей родители отдали Нормана в Хаймерс – независимую дневную государственную школу для мальчиков, где он учился с 1930 по 1940 год. Директор школы пророчил ему дипломатическое будущее, но Норман выбрал естественнонаучное направление. В школе Норман увлекался игрой в крикет, фотографией, архитектурой и моделированием самолетов.

В 1939 году Норман окончательно решил поступать в Кембридж. Директор школы направил его на экзамены на получение стипендии в колледж Святого Иоанна и в колледж Святой Катарины. В последнем Норман получил стипендию в размере 40 фунтов стерлингов в год.

Студенческая жизнь Нормана была весьма успешной, он оказался в списке лидеров по результатам экзамена Трайпос и в первой, и во второй его частях. Окончил обучение Норман в 1943 году.[3]

На основе работ Питцера Норман начал исследование ротационной изомерии, в ходе которого при помощи спектров комбинационного рассеяния подтвердил, что энергия перехода между «транс» и «гош» конформациями в дихлорэтане составляет 0,8 ккал/моль. Далее Норман с его научной группой продолжили изучение спектров более сложных органических молекул. [4]

Позже Норман впервые получил ИК-спектр иона H₃O⁺. Позже с Гилбертом он изучил ИК-спектры HCl.xH₂O и HBr.xH₂O и видов показал наличие очень сильной водородной связи в ионе H₅O₂⁺. Для аддуктов, образованных из HX и Me₂O, расположение и контур полосы, характерной растяжению H – X, указывало на то, что аддукт образуется посредством H-связи, т.е. Me₂O ... HX, а не путем переноса протона с получением (Me₂OH)⁺X ^- .[5]

Вместе с Дэвидом Йейтсом Норманом были разработаны методы осаждения частиц каталитического металла в порах стекла путем восстановления водородом соответствующей соли и получены спектры углеводородов на Ni, Pd и Cu.[6]

В 1975 году Норман впервые столкнулся со спектроскопией характеристических потерь энергии электронами (СХПЭЭ), находясь в институте de Recherches sur la Catalyse в Лионе. Это был новый высокочувствительный колебательный спектроскопический метод, который охватывал весь диапазон энергий возбуждения, наблюдаемый в средней ИК-спектроскопии, и который был применим к монослоям молекул на поверхностях монокристаллов. Разрешение 40–80 см^–1 было плохим, но охват всего диапазона ИК давал возможность однозначно идентифицировать адсорбированные молекулярные фрагменты. Норман получил грант на покупку прибора для СХПЭЭ, который установили в UEA. Это поспособствовало значительному количеству статей по колебательным спектрам адсорбированных углеводородов, монооксида углерода и водорода на кристаллических поверхностях.

В 1990-х годах Норман предположил, что правило отбора поверхности металла (MSSR), которое предсказывало, что для молекул, адсорбированных на металлических поверхностях, колебательные моды, поляризованные перпендикулярно поверхности, будут исключительно возбуждаться, может применяться к молекулам, адсорбированным на металлических кристаллитах, при условии, что размер кристаллов не слишком мал (больше 10 нм).[7] Это объясняло простоту спектров молекул, нанесенных на металлические образцы, которые Норман записывал в течение многих лет. Т.е. все колебательные моды, поляризованные параллельно поверхности металла, отсутствовали. В случае с адсорбированным этеном (C₂H₄), принявшим его наивысшую симметрию C_2v, Норман утверждал, что появится только одна из трех обычно ИК активных C-H растягивающих колебательных мод.

Значительным исследованием Нормана было изучения СХПЭЭ спектров этина (C₂H₂), которые заметно отличаются на поверхностях переходных металлов первого ряда и на переходных металлах второго и третьего ряда. Сравнения модельных кластерных соединений показали, что различные участки спектра возникают из одного и того же фрагмента C₂H₂, связанного с тремя атомами металла, с симметрией Cs или с четырьмя атомами металла, с симметрией C_2v. На переходных металлах первого ряда атомы углерода могут находиться над двумя соседними 3-кратными центрами (симметрия C_2v), но большие диаметры металлов металлов второго и третьего ряда приводят к тому, что эти центры находятся слишком далеко друг от друга и получается координация выше 3-кратной симметрии (Cs).[8]

Параллельно с работой посвященной металлическими поверхностями Норман вел успешную программу по исследованию видов поверхностей на основе оксидов металлов и их реакционной способности. Каталитическая изомеризация С4 алкенов на оксиде алюминия и алкинов на оксиде цинка изучалась при помощи инфракрасной спектроскопии.[9] Рамановская спектроскопия была использована для понимания полимеризации этина на рутиле.[10] Был проведен ряд инфракрасных исследований адсорбции двухатомных молекул на поверхностях из оксида железа.[11]

Норман Шеппард был одним из первых ученных, кто увидел потенциал метода ЯМР. Он стремился применить ЯМР к некоторым углеводородам, но возникла проблема. Их спектр оказывался достаточно сложным, и полный анализ обычно включал диагонализацию матрицы. Норман обратился к М.В. Уилксу (член Королевского общества, 1956), директору Кембриджской математической лаборатории с компьютером EDSAC II. В 1956 году компьютерные технологии еще были на заре развития, но, Х.П.Ф. Суиннертон-Дайер (член Королевского общества, 1967) смог написать программы для диагонализации матриц практически любого размера. Поэтому Норман начал работать со своими учениками над исследованием широкого ряда молекул: дихлорпропенов, замещенных этанов, циклических эфиров, виниловых соединений, ¹³С-замещенного этана, этилена и ацетилена, перфторэтанов, и другими. Самой новаторской была работа по определению связи между двумя CH₂-группами.[12][13]

Одним из лучших изложений принципов ЯМР является книга двух студентов Нормана: Рут Линден-Белл и Робина Харриса.