伍德沃德獲學士學位后，直接攻取博士學位，只用了一年的時間，學完了博士生的所有課程，通過論文答辯獲博士學位。從學士到博士，普通人往往需要6年左右的時間，而伍德沃德只用了一年，這在他同齡人中是最快的。獲博士學位以后，伍德沃德在哈佛大學執(zhí)教， 1950年被聘為教授。他教學極為嚴謹，且有根強的吸引力，特別重視化學演示實驗，著重訓練學生的實驗技巧，他培養(yǎng)的學生，許多人成了化學界的知名人士，其中包括獲得1981年諾貝爾化學獎的美國化學家霍夫曼（R.Hoffmann）。伍德沃德在化學上的出色成就，使他名揚全球。1963年，瑞士人集資，辦了一所化學研究所，此研究所就以伍德沃德的名字命名，并聘請他擔任了第一任所長。
伍德沃德是本世紀在有機合成化學實驗和理論上，取得劃時代成果的罕見的有機化學家，他以極其情巧的技術，合成了膽固醇、皮質(zhì)酮、馬錢子堿、利血平、葉綠素等多種復雜有機化合物。據(jù)不完全統(tǒng)計，他合成的各種極難合成的復雜有機化合物達24種以上，所以他被稱為"現(xiàn)代有機合成之父"。
伍德沃德還探明了金霉素、土霉素、河豚素等復雜有機物的結構與功能，探索了核酸與蛋自質(zhì)的合成問題、發(fā)現(xiàn)了以他的名字命名的伍德沃德有機反應和伍德沃德有機試劑。他在有機化學合成、結構分析、理論說明等多個領域都有獨到的見解和杰出的貢獻，他還獨立地提出二茂鐵的夾心結構，這一結構與英國化學家威爾金森（G.Wilkinscn）、菲舍爾（E.O.Fischer）的研究結果完全一致。
1965年，伍德沃德因在有機合成方面的杰出貢獻而榮獲諾貝爾化學獎。獲獎后，他并沒有因為功成名就而停止工作。而是向著更艱巨復雜的化學合成方向前進"。他組織了14個國家的110位化學家，協(xié)同攻關，探索維生素B12的人工合成問題。在他以前，這種極為重要的藥物，只能從動物的內(nèi)臟中經(jīng)人工提煉，所以價格極為昂貴，且供不應求。
維生素B12，的結構極為復雜，伍德沃德經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，它有181個原子，在空間呈魔氈狀分布，性質(zhì)極為脆弱，受強酸、強堿、高溫的作用都會分解，這就給人工合成造成極大的困難。伍德沃德設計了一個拼接式合成方案，即先合成維生素B12的各個局部，然后再把它們對接起來。這種方法后來成了合成所有有機大分子普遍采用的方法。
合成維生素B12過程中，不僅存在一個創(chuàng)立新的合成技術的問題，還遇到一個傳統(tǒng)化學理論不能解釋的有機理論問題。為此，伍德沃德參照了日本化學家福井謙一提出的"邊界電子論"，和他的學生兼助手霍夫曼一起，提出了分子軌道對稱守恒原理，這一理論用對稱性簡單直觀地解釋了許多有機化學過程，如電環(huán)合反應過程、環(huán)加成反應過程、σ鍵遷移過程等。該原理指出，反應物分子外層軌道對稱一致時，反應就易進行，這叫"對稱性允許"反應物分子外層軌道對稱性不一致時，反應就不易進行，這叫"對稱性禁阻"。分子軌道理論的創(chuàng)立，使霍夫曼和福井謙一共同獲得了1981年諾貝爾化學獎。因為當時，伍德沃德已去世2年，而諾貝爾獎又不授給已去世的科學家，所以學術界認為，如果伍德沃德還健在的話，他必是獲獎人之一，那樣，他將成為少數(shù)兩次獲得諾貝爾獎金的科學家之一。
伍德沃德合成維生素B12時，共做了近千個復雜的有機合成實驗，歷時11年，終于在他謝世前幾年實現(xiàn)了，完成了復雜的維生素B12的合成工作。參加維生素凡之合成的化學家，除了霍夫曼以外，還有瑞士著名化學家埃申莫塞（A.Escheni11oser）等。
在有機合成過程中，伍德沃德以驚人的毅力夜以繼日地工作。例如在合成番木鱉堿、喹寧堿等復雜物質(zhì)時，需要長時間的守護和觀察、記錄，那時，伍德沃德每天只睡4個小時，其他時間均在實驗室工作。
伍德沃德謙虛和善，不計名利，善于與人合作，一旦出了成果，發(fā)表論文時，總喜歡把合作者的名字署在前邊，他自己有時干脆不署名，對他的這一高尚品質(zhì)，學術界和他共過事的人都眾口稱贊。
伍德沃德對化學教育盡心竭力，他一生共培養(yǎng)研究生、進修生500多人，他的學生已布滿世界各地。伍德沃德在總結他的工作時說："之所以能取得一些成績，是因為有幸和世界上眾多能干又熱心的化學家合作。"
1979年6月8日，伍德沃德國積勞成疾，與世長辭，終年62歲。他在辭世前還面對他的學生和助手，念念不忘許多需要進一步研究的復雜有機物的合成工作，他逝世以后，人們經(jīng)常以各種方式悼念這位有機化學巨星。
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