Derek Barton : Architecte de la forme moléculaire

En 1950, un jeune chimiste britannique a examiné les dessins plats des molécules de stéroïdes que les chimistes organiciens utilisaient depuis des décennies et les a déclarés essentiellement faux. Il a soutenu que les molécules n'étaient pas des diagrammes, mais des objets tridimensionnels dont la forme dans l'espace déterminait la manière dont elles réagissaient — et un seul article de neuf pages fondé sur cette idée lui vaudrait finalement un prix Nobel et réorganiserait la manière dont la chimie elle-même est enseignée.

Un écolier du Kent devenu chimiste

Derek Harold Richard Barton est né le 8 septembre 1918 à Gravesend, dans le Kent, fils de William Thomas et Maude Henrietta Barton. Il a fréquenté la Gravesend Grammar School, la King's School de Rochester et la Tonbridge School avant d'entrer à l'Imperial College de Londres en 1938. Il y a obtenu son diplôme en 1940 et a terminé un doctorat en chimie organique en 1942, suivi d'un doctorat en sciences (DSc) en 1949 — une formation qui le maintiendrait lié à l'Imperial College, par intermittence, pour le reste de sa vie professionnelle.

Chimie gouvernementale et début de carrière agité

Les premières années professionnelles de Barton furent inhabituellement itinérantes pour un scientifique qui allait devenir l'un des chimistes les plus décorés de sa génération. Il a travaillé comme chimiste de recherche gouvernemental de 1942 à 1944, puis est passé dans l'industrie chez Albright and Wilson à Birmingham. Il est retourné à l'Imperial College en tant que maître de conférences, a bénéficié d'une bourse de recherche ICI de 1946 à 1949, puis a traversé l'Atlantique en tant que professeur invité à l'université Harvard en 1949-1950 — la période durant laquelle il a rédigé l'article qui a changé son domaine. Il est revenu en Grande-Bretagne pour occuper un poste de lecteur puis de professeur au Birkbeck College, a été nommé Regius Professor de chimie à l'université de Glasgow en 1955, et en 1957 a pris la chaire de chimie organique à l'Imperial College, l'institution où il avait commencé en tant qu'étudiant de premier cycle deux décennies plus tôt.

L'article qui a réécrit la stéréochimie

Le tournant s'est produit en 1950 avec un article intitulé « The Conformation of the Steroid Nucleus » (La conformation du noyau stéroïde). S'appuyant sur les travaux antérieurs du chimiste norvégien Odd Hassel sur les formes des cycles cyclohexane, Barton a montré que la forme tridimensionnelle « conformationnelle » adoptée par une molécule — et non simplement quels atomes étaient liés à quels autres — déterminait son comportement chimique, sa réactivité, ainsi que la vitesse et la direction de ses réactions. Appliquée d'abord aux stéroïdes, une classe de molécules essentielles aux hormones et aux produits pharmaceutiques, l'idée a donné aux chimistes une géométrie de travail prédictive : les atomes d'une molécule pouvaient être visualisés comme se repliant en arrangements de type chaise ou bateau, et ce repliement expliquait pourquoi une réaction se déroulait facilement alors qu'une réaction chimiquement similaire stagnait. L'analyse conformationnelle, comme le domaine a été appelé, a fourni aux chimistes synthétiques une carte qui leur manquait auparavant, et elle est devenue un outil standard pour planifier la synthèse de produits naturels complexes.

Le prix Nobel et les honneurs d'un chimiste

En 1969, Barton a partagé le prix Nobel de chimie avec Hassel « pour leurs contributions au développement du concept de conformation et son application en chimie » — une reconnaissance du fait que l'intuition géométrique de 1950 était devenue, en deux décennies, fondamentale plutôt que simplement ingénieuse. Ce fut une reconnaissance parmi tant d'autres. Il a été élu membre de la Royal Society en 1954, a remporté le prix Corday-Morgan en tant que premier récipiendaire en 1949 et le prix Tilden en 1952, a reçu la médaille Davy en 1961 et la médaille royale en 1972, l'année où il a également été anobli. La Royal Society lui a plus tard décerné sa médaille Copley en 1980, et l'American Chemical Society lui a remis la médaille Priestley en 1995. Il était membre de l'Académie allemande des sciences Leopoldina, de l'Académie nationale des sciences des États-Unis et de l'American Philosophical Society — une reconnaissance internationale inhabituellement étendue pour un chimiste dont l'intuition déterminante était née de l'observation attentive d'une seule classe de molécules.

Une deuxième et une troisième carrière, tard dans la vie

Contrairement à de nombreux lauréats du prix Nobel qui s'installent dans une seule chaire institutionnelle une fois le prix reçu, Barton a continué à bouger. En 1978, il a quitté l'Imperial College pour diriger l'Institut de chimie des substances naturelles près de Paris, s'immergeant dans la vie scientifique française pendant près d'une décennie. En 1986, à un âge où la plupart des scientifiques ralentissent, il a accepté une chaire distinguée à l'université Texas A&M, où il a travaillé jusqu'à sa mort en 1998 — un quatrième pays, effectivement, dans une carrière qui avait déjà couvert l'Angleterre, les États-Unis et la France. Plusieurs réactions portent son nom de cette période ultérieure et prolifique : la réaction de Barton, la décarboxylation de Barton et la désoxygénation de Barton-McCombie, des méthodes qui ont donné aux chimistes en activité de nouveaux moyens fiables d'éliminer ou de réorganiser des atomes spécifiques dans une molécule sans perturber le reste de sa structure.

Pourquoi Derek est qualifié de génie

La prétention de Barton au génie repose sur un acte de perception spécifique et à l'apparence peu glamour : il a regardé les formules structurelles plates et bidimensionnelles que tous les chimistes organiciens de son époque utilisaient sans se plaindre, et a vu qu'elles cachaient la seule variable — la forme tridimensionnelle — qui contrôlait réellement la réactivité. C'est un saut conceptuel, pas technique ; cela ne nécessitait aucun nouvel instrument, seulement une volonté de se méfier d'une convention dont tout le domaine avait hérité des manuels scolaires. Le langage du comité Nobel — le créditant du « développement » d'un concept, et non simplement de son application — reflète le fait que sa contribution était un échafaudage théorique sur lequel les générations suivantes ont construit, comme en témoigne le fait que son nom étiquette encore trois réactions chimiques distinctes découvertes au cours de différentes décennies de sa carrière, suggérant une manière de penser durable et générative plutôt qu'une seule idée heureuse. Le contre-argument honnête est que Barton n'a pas inventé l'analyse conformationnelle à partir de rien : il s'est appuyé directement et explicitement sur les travaux structurels antérieurs d'Odd Hassel sur le cyclohexane, et le comité Nobel a reconnu les deux hommes conjointement pour cette raison précise. Son génie, tel qu'il était, résidait dans la synthèse et l'extension — voir qu'une découverte structurelle de niche sur les formes des cycles pouvait être généralisée en un principe directeur de la réactivité organique — plutôt que dans la découverte solitaire.

Héritage

Barton est décédé le 16 mars 1998, après douze ans à Texas A&M. La Tonbridge School, où il a été éduqué enfant, a ouvert le Barton Science Centre en sa mémoire en 2019, et en 1977, la poste britannique avait déjà placé son image parmi six chimistes britanniques lauréats du prix Nobel sur une série de timbres commémoratifs. Ses mémoires de 1996, Reason and Imagination: Reflections on Research in Organic Chemistry, restent le compte rendu le plus complet d'une méthode de travail qui a transformé un dessin plat en une science tridimensionnelle.