Дерек Бартон: Архитектор молекулярной формы

В 1950 году молодой британский химик взглянул на плоские, схематичные изображения стероидных молекул, которые химики-органики использовали десятилетиями, и объявил их в корне неверными. Он утверждал, что молекулы — это не диаграммы, а трехмерные объекты, форма которых в пространстве определяет их реакционную способность. Девятистраничная статья, основанная на этом озарении, в конечном итоге принесла ему Нобелевскую премию и изменила сам подход к преподаванию химии.

Школьник из Кента, ставший химиком

Дерек Гарольд Ричард Бартон родился 8 сентября 1918 года в Грейвсенде, графство Кент, в семье Уильяма Томаса и Мод Генриетты Бартон. Он учился в Грейвсендской грамматической школе, Королевской школе в Рочестере и Тонбриджской школе, прежде чем поступить в Имперский колледж Лондона в 1938 году. Там он получил степень в 1940 году и завершил докторскую диссертацию по органической химии в 1942 году, а затем получил степень доктора наук (DSc) в 1949 году — подготовка, которая связывала его с Имперским колледжем на протяжении всей его профессиональной жизни.

Правительственная химия и беспокойное начало карьеры

Первые профессиональные годы Бартона были необычайно насыщенными переездами для ученого, который впоследствии стал одним из самых титулованных химиков своего поколения. С 1942 по 1944 год он работал правительственным химиком-исследователем, затем перешел в промышленность, в компанию Albright and Wilson в Бирмингеме. Он вернулся в Имперский колледж в качестве ассистента-лектора, получил исследовательскую стипендию ICI с 1946 по 1949 год, а затем отправился за океан в качестве приглашенного лектора в Гарвардский университет в 1949–50 годах — именно в этот период он написал статью, изменившую его область. Он вернулся в Великобританию на должность ридера, а затем профессора в Биркбек-колледже, в 1955 году был назначен королевским профессором химии в Университете Глазго, а в 1957 году возглавил кафедру органической химии в Имперском колледже, где два десятилетия назад начинал как студент.

Статья, переписавшая стереохимию

Поворотный момент наступил в 1950 году со статьей под названием «Конформация стероидного ядра». Опираясь на более ранние работы норвежского химика Одда Хасселя о формах циклогексановых колец, Бартон показал, что трехмерная «конформационная» форма, которую принимает молекула — а не просто то, какие атомы с какими связаны — определяет ее химическое поведение, реакционную способность, а также скорость и направление реакций. Эта идея, впервые примененная к стероидам, классу молекул, имеющих центральное значение для гормонов и фармацевтических препаратов, дала химикам рабочую, предсказательную геометрию: атомы молекулы можно было представить как складывающиеся в кресловидные или лодковидные структуры, и это складывание объясняло, почему одна реакция протекает легко, а химически похожая — тормозится. Конформационный анализ, как стали называть эту область, дал химикам-синтетикам карту, которой им раньше не хватало, и стал стандартным инструментом для планирования синтеза сложных природных продуктов.

Нобелевская премия и признание

В 1969 году Бартон разделил Нобелевскую премию по химии с Хасселем «за вклад в развитие концепции конформации и ее применение в химии» — признание того, что геометрическое озарение 1950 года за два десятилетия стало фундаментальным, а не просто остроумным. Это было лишь одно из многих признаний. В 1954 году он был избран членом Королевского общества, в 1949 году стал первым лауреатом премии Кордея-Моргана, в 1952 году получил премию Тилдена, в 1961 году — медаль Дэви, а в 1972 году — Королевскую медаль, в том же году он был посвящен в рыцари. Позже Королевское общество наградило его медалью Копли в 1980 году, а Американское химическое общество вручило ему медаль Пристли в 1995 году. Он был членом Немецкой академии естествоиспытателей «Леопольдина», Национальной академии наук США и Американского философского общества — необычайно широкий международный охват признания для химика, чье определяющее озарение пришло из пристального изучения одного класса молекул.

Вторая и третья карьера в зрелом возрасте

В отличие от многих нобелевских лауреатов, которые после получения премии оседают на одной кафедре, Бартон продолжал двигаться. В 1978 году он покинул Имперский колледж, чтобы возглавить Институт химии природных веществ под Парижем, погрузившись во французскую научную жизнь почти на десятилетие. В 1986 году, в возрасте, когда большинство ученых сбавляют темп, он принял должность почетного профессора в Техасском университете A&M, где проработал до своей смерти в 1998 году — фактически четвертая страна в карьере, охватившей Англию, США и Францию. Несколько реакций носят его имя из этого позднего, плодотворного периода: реакция Бартона, декарбоксилирование по Бартону и дезоксигенирование по Бартону-Маккомби — методы, которые дали химикам новые, надежные способы удаления или перегруппировки специфических атомов в молекуле, не нарушая остальную ее структуру.

Почему Дерека называют гением

Претензия Бартона на гениальность основана на специфическом и на первый взгляд неброском акте восприятия: он посмотрел на плоские, двухмерные структурные формулы, которые каждый химик-органик его эпохи использовал без жалоб, и увидел, что они скрывают единственную переменную — трехмерную форму — которая на самом деле контролирует реакционную способность. Это концептуальный скачок, а не технический; он не требовал новых инструментов, только готовность усомниться в конвенции, которую вся область унаследовала из учебников. Формулировка Нобелевского комитета — приписывающая ему «развитие» концепции, а не просто ее применение — отражает то, что его вклад был теоретическим каркасом, на котором строились последующие поколения. Об этом свидетельствует тот факт, что его имя до сих пор носят три различные химические реакции, открытые в разные десятилетия его карьеры, что говорит о долговечном, генеративном способе мышления, а не об одной удачной догадке. Честный контраргумент заключается в том, что Бартон не изобрел конформационный анализ на пустом месте: он прямо и явно опирался на предыдущую структурную работу Одда Хасселя по циклогексану, и Нобелевский комитет признал обоих ученых совместно именно по этой причине. Его гениальность, если можно так выразиться, заключалась в синтезе и расширении — в понимании того, что нишевое структурное открытие о формах колец можно обобщить до руководящего принципа органической реакционной способности, — а не в одиночном открытии.

Наследие

Бартон скончался 16 марта 1998 года после двенадцати лет работы в Техасском университете A&M. Тонбриджская школа, где он учился в детстве, в 2019 году открыла Научный центр Бартона в память о нем, а в 1977 году британская почта уже поместила его изображение среди шести британских химиков-нобелевских лауреатов на серии памятных марок. Его мемуары 1996 года Reason and Imagination: Reflections on Research in Organic Chemistry остаются наиболее полным отчетом о методе работы, который превратил плоский чертеж в трехмерную науку.