데릭 바턴: 분자 형태의 설계자
1950년, 한 젊은 영국 화학자가 유기화학자들이 수십 년 동안 사용해 온 스테로이드 분자의 평면적인 교과서 그림을 보고 그것들이 본질적으로 틀렸다고 선언했다. 그는 분자가 도표가 아니라 공간에서의 형태가 반응 방식을 결정하는 3차원 물체라고 주장했다. 이 통찰력을 바탕으로 한 9페이지짜리 논문은 결국 그에게 노벨상을 안겨주었고 화학 교육 방식 자체를 재편하게 되었다.
켄트의 학동에서 화학자로
데릭 해럴드 리처드 바턴(Derek Harold Richard Barton)은 1918년 9월 8일 켄트주 그레이브센드에서 윌리엄 토머스와 모드 헨리에타 바턴의 아들로 태어났다. 그는 그레이브센드 그래머 스쿨, 로체스터의 킹스 스쿨, 톤브리지 스쿨을 거쳐 1938년 런던 임페리얼 칼리지에 입학했다. 1940년에 학위를 취득하고 1942년에 유기화학 박사 학위를, 1949년에 이학 박사 학위(DSc)를 취득했다. 이 훈련은 그가 남은 직업 생활 동안 임페리얼 칼리지와 계속 인연을 맺게 했다.
정부 화학과 불안정한 초기 경력
바턴의 초기 직업 생활은 그 세대에서 가장 많은 훈장을 받은 화학자가 될 인물치고는 이례적으로 떠돌이 생활이 많았다. 1942년부터 1944년까지 정부 연구 화학자로 일했고, 그 후 버밍엄의 올브라이트 앤 윌슨에서 산업계로 옮겼다. 임페리얼 칼리지로 돌아와 조교수로 일했고, 1946년부터 1949년까지 ICI 연구 펠로우를 지낸 뒤 1949~50년 하버드 대학교 객원 강사로 대서양을 건넜다. 이 기간 동안 그는 자신의 분야를 바꾼 논문을 썼다. 영국으로 돌아와 버크벡 칼리지에서 강사 및 교수를 역임했고, 1955년 글래스고 대학교의 화학 레기우스 교수로 임명되었으며, 1957년 20년 전 학부생으로 시작했던 임페리얼 칼리지의 유기화학 석좌 교수가 되었다.
입체화학을 다시 쓴 논문
전환점은 1950년 '스테로이드 핵의 배좌(The Conformation of the Steroid Nucleus)'라는 논문으로 찾아왔다. 노르웨이 화학자 오드 하셀의 시클로헥산 고리 형태에 관한 선행 연구를 바탕으로, 바턴은 분자가 채택하는 3차원 '배좌' 형태가 어떤 원자가 어떤 원자와 결합했는지뿐만 아니라 화학적 거동, 반응성, 반응 속도와 방향을 결정한다는 것을 보여주었다. 호르몬과 의약품의 핵심 분자군인 스테로이드에 처음 적용된 이 아이디어는 화학자들에게 예측 가능한 작업 기하학을 제공했다. 분자의 원자는 의자형이나 배형 배열로 접히는 것으로 상상할 수 있었고, 그 접힘은 왜 어떤 반응은 쉽게 진행되는데 화학적으로 유사한 다른 반응은 정체되는지를 설명했다. 이 분야는 '배좌 분석'으로 알려지게 되었고, 합성 화학자들에게 이전에는 없던 지도를 제공했으며 복잡한 천연물 합성을 계획하는 표준 도구가 되었다.
노벨상과 화학자의 영예
1969년 바턴은 '배좌 개념의 발전과 화학에의 응용에 대한 공로'로 하셀과 노벨 화학상을 공동 수상했다. 이는 1950년의 기하학적 통찰이 20년 안에 단순히 영리한 아이디어가 아니라 기초적인 것이 되었다는 인식이었다. 이는 수많은 인정 중 하나였다. 1954년 왕립학회 펠로우로 선출되었고, 1949년 첫 수상자로 코데이-모건 상을, 1952년 틸든 상을 수상했다. 1961년 데이비 메달, 1972년 로열 메달을 받았으며 같은 해 기사 작위를 받았다. 왕립학회는 나중에 1980년에 코플리 메달을 수여했고, 미국 화학회는 1995년에 프리스틀리 메달을 수여했다. 독일 레오폴디나 과학 아카데미, 미국 국립 과학 아카데미, 미국 철학 협회의 회원이기도 했으며, 단일 분자군을 뚫어지게 쳐다보는 것에서 결정적인 통찰을 얻은 화학자로서는 이례적으로 광범위한 국제적 인정을 받았다.
인생 후반의 제2, 제3의 경력
상을 받으면 하나의 기관 석좌 교수에 안주하는 많은 노벨상 수상자와 달리 바턴은 계속 움직였다. 1978년 임페리얼 칼리지를 떠나 파리 외곽의 천연물 화학 연구소(Institut de Chimie des Substances Naturelles) 소장으로 부임하여 10년 가까이 프랑스 과학계에 몰두했다. 1986년 대부분의 과학자가 속도를 늦추는 나이에 텍사스 A&M 대학교의 석좌 교수가 되어 1998년 사망할 때까지 일했다. 영국, 미국, 프랑스에 이어 사실상 네 번째 국가에서의 경력이었다. 이 후기의 다작 시기부터 그의 이름을 딴 반응이 몇 가지 있다. 바턴 반응, 바턴 탈탄산 반응, 바턴-맥콤비 탈산소화 반응 등이 그것이며, 이는 현직 화학자들에게 분자의 나머지 구조를 방해하지 않고 특정 원자를 제거하거나 재배열하는 새롭고 신뢰할 수 있는 방법을 제공했다.
데릭이 천재라고 불리는 이유
바턴의 천재성에 대한 주장은 특정하고 덜 화려해 보이는 지각 행위에 근거한다. 그는 당시 모든 유기화학자가 불평 없이 사용하던 평면 2차원 구조식을 보고, 그것들이 실제 반응성을 제어하는 유일한 변수인 '3차원 형태'를 숨기고 있다는 것을 간파했다. 이는 기술적 도약이 아니라 개념적 도약이다. 새로운 기구는 필요 없었고, 분야 전체가 교과서에서 물려받은 관습을 의심하려는 의지만 필요했다. 노벨 위원회의 언어(단순히 적용한 것이 아니라 개념을 '발전시켰다'고 평가함)는 그의 기여가 후대 세대가 구축한 이론적 발판이었음을 반영한다. 그의 이름이 경력의 다른 수십 년에 걸쳐 발견된 세 가지 별개의 화학 반응에 여전히 붙어 있다는 사실은, 단 한 번의 운 좋은 통찰이 아니라 지속적이고 생성적인 사고방식을 시사한다. 솔직한 반론은 바턴이 배좌 분석을 무에서 발명한 것은 아니라는 점이다. 그는 오드 하셀의 시클로헥산에 관한 선행 구조 연구에 직접적이고 명시적으로 기반을 두었으며, 노벨 위원회가 이 이유로 두 사람을 공동으로 인정한 것은 정확하다. 그의 천재성은 고립된 발견이 아니라, 고리 형태에 관한 틈새 구조적 발견이 유기 반응성의 지배 원리로 일반화될 수 있음을 간파한 종합과 확장에 있었다.
유산
바턴은 텍사스 A&M에서 12년을 보낸 후 1998년 3월 16일에 사망했다. 그가 어린 시절 교육받은 톤브리지 스쿨은 2019년 그의 기억을 기리기 위해 바턴 과학 센터를 개관했고, 1977년 영국 우체국은 이미 노벨상을 수상한 6명의 영국 화학자 중 한 명으로 기념 우표 세트에 그의 초상을 실었다. 1996년 회고록 Reason and Imagination: Reflections on Research in Organic Chemistry는 평면 도면을 3차원 과학으로 바꾼 작업 방식에 대한 가장 완전한 기록으로 남아 있다.
