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利用紫外和红外吸收光谱来分析有机分子的结构，并以此为指导合成了系列天然有机化合物。这些合成都是在其结构分析之后，短期快速合成成功而著称，使有机合成从19世纪的领先经验和筛选的传统中解脱出来。1944年，他合成了结构很复杂的奎宁碱，1962年合成了叶绿素，还合成了植物碱、胆固醇类化合物、马钱子碱和利血平等，并对一系列抗菌素成地进行结构分析。他因此于1965年获化学奖。
1941年霍奇金在人们尚未了解青霉素的化学式之前，测出了它的结构，并花了10年测定维生素B12的复杂分子的立体结构，为人工合成奠定了基础，她因此获1964年化学奖；1943年哈塞尔用电子衍射法研究环已烷及其衍生物的空间结构，提出和阐明了"构象分析"的原理和方法，巴顿在此基础上发展了有机立体化学的结构概念，他们同获1969年化学奖。