Derek Barton: Architekt der molekularen Form

Im Jahr 1950 betrachtete ein junger britischer Chemiker die flachen Lehrbuchzeichnungen von Steroidmolekülen, die organische Chemiker jahrzehntelang verwendet hatten, und erklärte sie für grundlegend falsch. Er argumentierte, dass Moleküle keine Diagramme seien, sondern dreidimensionale Objekte, deren Form im Raum ihr Reaktionsverhalten bestimme – und ein einziges neunseitiges Papier, das auf dieser Erkenntnis aufbaute, sollte ihm schließlich einen Nobelpreis einbringen und die Art und Weise, wie Chemie gelehrt wird, grundlegend verändern.

Ein Schuljunge aus Kent wird Chemiker

Derek Harold Richard Barton wurde am 8. September 1918 in Gravesend, Kent, als Sohn von William Thomas und Maude Henrietta Barton geboren. Er besuchte die Gravesend Grammar School, die King's School in Rochester und die Tonbridge School, bevor er 1938 das Imperial College London betrat. Dort erwarb er 1940 seinen Abschluss und promovierte 1942 in organischer Chemie, gefolgt von einem DSc im Jahr 1949 – eine Ausbildung, die ihn für den Rest seines Berufslebens immer wieder an das Imperial College binden sollte.

Regierungschemie und eine unruhige frühe Karriere

Bartons frühe Berufsjahre waren ungewöhnlich unstet für einen Wissenschaftler, der einer der am höchsten dekorierten Chemiker seiner Generation werden sollte. Er arbeitete von 1942 bis 1944 als staatlicher Forschungschemiker und wechselte dann in die Industrie zu Albright and Wilson in Birmingham. Er kehrte als Assistenzdozent an das Imperial College zurück, hielt von 1946 bis 1949 ein ICI-Forschungsstipendium und überquerte dann 1949–50 den Atlantik als Gastdozent an der Harvard University – die Zeit, in der er das Papier schrieb, das sein Fachgebiet veränderte. Er kehrte nach Großbritannien zurück, um eine Dozentur und dann eine Professur am Birkbeck College anzutreten, wurde 1955 zum Regius Professor für Chemie an der University of Glasgow ernannt und übernahm 1957 den Lehrstuhl für organische Chemie am Imperial College, der Institution, an der er zwei Jahrzehnte zuvor als Student begonnen hatte.

Das Papier, das die Stereochemie umschrieb

Der Wendepunkt kam 1950 mit einem Papier mit dem Titel „The Conformation of the Steroid Nucleus“. Aufbauend auf früheren Arbeiten des norwegischen Chemikers Odd Hassel über die Formen von Cyclohexanringen zeigte Barton, dass die dreidimensionale, „konformative“ Form, die ein Molekül annahm – nicht nur, welche Atome mit welchen verbunden waren –, sein chemisches Verhalten, seine Reaktivität sowie die Geschwindigkeit und Richtung seiner Reaktionen bestimmte. Die Idee, die zunächst auf Steroide angewandt wurde, eine Klasse von Molekülen, die für Hormone und Pharmazeutika von zentraler Bedeutung sind, gab Chemikern eine funktionierende, prädiktive Geometrie: Die Atome eines Moleküls konnten sich als stuhl- oder bootartige Anordnungen faltend vorgestellt werden, und diese Faltung erklärte, warum eine Reaktion leicht ablief, während eine chemisch ähnliche ins Stocken geriet. Die Konformationsanalyse, wie das Fachgebiet genannt wurde, gab synthetischen Chemikern eine Karte, die ihnen zuvor gefehlt hatte, und wurde zu einem Standardwerkzeug für die Planung der Synthese komplexer Naturstoffe.

Der Nobelpreis und die Ehrungen eines Chemikers

1969 teilte Barton den Nobelpreis für Chemie mit Hassel „für ihre Beiträge zur Entwicklung des Konzepts der Konformation und dessen Anwendung in der Chemie“ – eine Anerkennung dafür, dass die geometrische Erkenntnis von 1950 innerhalb von zwei Jahrzehnten grundlegend und nicht nur clever geworden war. Es war eine Anerkennung unter vielen. Er wurde 1954 zum Fellow der Royal Society gewählt, gewann 1949 als erster Empfänger den Corday-Morgan-Preis und 1952 den Tilden-Preis, erhielt 1961 die Davy-Medaille und 1972 die Royal Medal, in dem Jahr, in dem er auch zum Ritter geschlagen wurde. Die Royal Society verlieh ihm später 1980 ihre Copley-Medaille, und die American Chemical Society verlieh ihm 1995 die Priestley-Medaille. Er war Mitglied der Deutschen Akademie der Naturforscher Leopoldina, der U.S. National Academy of Sciences und der American Philosophical Society – eine ungewöhnlich internationale Anerkennung für einen Chemiker, dessen entscheidende Erkenntnis aus dem intensiven Starren auf eine einzige Molekülklasse stammte.

Eine zweite und dritte Karriere im späten Leben

Im Gegensatz zu vielen Nobelpreisträgern, die sich nach Erhalt des Preises auf einem einzigen institutionellen Lehrstuhl niederlassen, blieb Barton in Bewegung. 1978 verließ er das Imperial College, um das Institut de Chimie des Substances Naturelles außerhalb von Paris zu leiten, und tauchte fast ein Jahrzehnt lang in das französische wissenschaftliche Leben ein. 1986, in einem Alter, in dem die meisten Wissenschaftler kürzertreten, nahm er eine angesehene Professur an der Texas A&M University an, wo er bis zu seinem Tod 1998 arbeitete – effektiv ein viertes Land in einer Karriere, die bereits England, die Vereinigten Staaten und Frankreich umspannt hatte. Mehrere Reaktionen tragen seinen Namen aus dieser späteren, produktiven Zeit: die Barton-Reaktion, die Barton-Decarboxylierung und die Barton-McCombie-Desoxygenierung, Methoden, die arbeitenden Chemikern neue, zuverlässige Wege gaben, spezifische Atome in einem Molekül zu entfernen oder umzuordnen, ohne den Rest seiner Struktur zu stören.

Warum Derek als Genie bezeichnet wird

Bartons Anspruch auf Genialität beruht auf einem spezifischen und unspektakulär klingenden Akt der Wahrnehmung: Er betrachtete die flachen, zweidimensionalen Strukturformeln, die jeder organische Chemiker seiner Zeit ohne Beschwerde verwendete, und sah, dass sie die einzige Variable – die dreidimensionale Form – verbargen, die tatsächlich die Reaktivität steuerte. Das ist ein konzeptioneller Sprung, kein technischer; er erforderte kein neues Instrument, nur die Bereitschaft, einer Konvention zu misstrauen, die das gesamte Fachgebiet aus Lehrbüchern geerbt hatte. Die Sprache des Nobelkomitees – die ihm die „Entwicklung“ eines Konzepts zuschreibt, nicht nur dessen Anwendung – spiegelt wider, dass sein Beitrag ein theoretisches Gerüst war, auf dem spätere Generationen aufbauten, was durch die Tatsache belegt wird, dass sein Name immer noch drei verschiedene chemische Reaktionen kennzeichnet, die in verschiedenen Jahrzehnten seiner Karriere entdeckt wurden, was auf eine dauerhafte, generative Denkweise hindeutet und nicht auf eine einzelne glückliche Erkenntnis. Das ehrliche Gegenargument ist, dass Barton die Konformationsanalyse nicht aus dem Nichts erfunden hat: Er baute direkt und explizit auf Odd Hassels früherer struktureller Arbeit über Cyclohexan auf, und das Nobelkomitee erkannte die beiden Männer genau aus diesem Grund gemeinsam an. Sein Genie, wenn man es so nennen will, lag in der Synthese und Erweiterung – zu erkennen, dass eine Nischen-Strukturerkenntnis über Ringformen zu einem Leitprinzip der organischen Reaktivität verallgemeinert werden konnte – und nicht in der solitären Entdeckung.

Vermächtnis

Barton starb am 16. März 1998 nach zwölf Jahren an der Texas A&M. Die Tonbridge School, an der er als Junge ausgebildet wurde, eröffnete 2019 das Barton Science Centre in seinem Gedenken, und 1977 hatte die britische Post sein Bild bereits unter sechs Nobelpreisträgern der britischen Chemie auf einer Reihe von Gedenkmarken platziert. Seine Memoiren von 1996, Reason and Imagination: Reflections on Research in Organic Chemistry, bleiben der vollständigste Bericht über eine Arbeitsmethode, die eine flache Zeichnung in eine dreidimensionale Wissenschaft verwandelte.