变形的分子

英国化学家和诺贝尔奖获得者德里克·巴顿出生于1918年。同年,一个重要的步骤是对发现这项技术将发挥关键作用在他最显著的成就。Peter Medawar说另一个诺贝尔奖得主,詹姆斯•沃森,他并没有成功,因为他非常聪明,而且还因为他是幸运地找到一些重要的要聪明,在正确的时间。在巴顿的案例中,一位科学家的杰出能力面临的一个重要问题的解决变得可用。

这个融合的男人的故事和方法涉及的问题影响我们所有人。天然类固醇化合物对于我们身体的正常工作至关重要,和steroid-based药物可以治愈或缓解大量的疾病——尽管长期使用类固醇(例如在激素替代疗法,或提高运动性能)包括健康风险。胆固醇-类固醇的近亲家庭扮演这样一个至关重要的流程中的关键部分,监测水平在我们的血液是百万的例程。

不过,虽然许多化学家(包括几个诺贝尔奖)类固醇研究做出了杰出贡献,巴顿的工作转换它。纪念他的出生给我们提供了一个机会反思他的遗产。

椅子和船

德里克。巴顿是肯特木工和木材商人的儿子。他父亲死后1935年,他离开学校支持家族企业,但两年后,他进入当地1938年大专和大学入学资格。伦敦帝国学院他动力通过修读两年,并于1942年完成了他的博士学位。医学上免除兵役工作在帝国战争相关项目,伯明翰和化学公司奥尔布赖特和威尔逊。1944年,他娶了珍妮威尔金斯。他们有一个儿子,结婚于1969年解散。

巴顿回到帝国助理讲师,1945年进行了研究常用药用——天然多环碳氢化合物。他们的分子结构常常表现出立体异构现象,虽然与这广为人知的现象巴顿成为参与当时的构象分析的相对模糊的话题。

ICI的奖奖学金1948年启用巴顿延长他的调查研究类固醇化合物。越来越多的人意识到他们的医疗效用——例如,用可的松治疗关节炎——类固醇的一个热门话题。然而,从天然来源中提取它们,净化他们医学上可接受的标准被证明是困难的,虽然它们合成问题。巴顿的工作产生有价值的改进合成类固醇,但欣赏它的重要性我们需要回顾早期的历史,他采用的技术。

光学异构现象的调查Jacobus范特霍夫和约瑟夫•勒贝尔在1870年代早期。他们的工作表明,当一个碳原子形成四个单键他们指向一个正四面体的角落,使相邻的债券之间的夹角约109°。1885年,德国化学家阿道夫·冯·贝耶尔认为,这个角度是不可持续的在循环烃分子,必须忍受测量结构应变,表现在反常的生成热。

然而,拜耳的结论,认为碳环分子环己烷持平。1890年一位名叫赫尔曼·萨克森建议的年轻德国化学家拜耳的菌株对环己烷环预测将松了口气,如果他们被扭曲或皱。萨克森提出两个这样的形状,后来被称为“椅子”和“船”的形式。(两个中间体——“twist-boat”和“half-chair”——已经被认可的)。

萨克森于1893年去世,享年31岁。他的建议被忽视,直到恩斯特莫尔在德国海德堡,化学教授在1918年复苏,德里克·巴顿出生的。莫尔认为,预测的不同形式的环己烷萨克森仍未被发现,因为碳碳单键的旋转形状容易互换。换句话说,环己烷分子就像一把雨伞,可以开启和关闭没有肋骨变得独立。

莫尔预言十氢化萘-两个融合环己烷环C的一个公式₁₀H₁₈——可能存在于不同的形状都不是轻易可互换的。之间的一个有用的类比可能是一个封闭的伞和一个被大风吹由内向外。莫尔是正确的在1925年,当沃尔特Huckel成功地分离萘烷的两种形式。随后发现了三分之一。

构象的困惑

在1929年,英国化学家沃尔特·诺曼·霍沃思——他对糖的研究之后,诺贝尔奖得主——引入了“构象”这一术语来表示一个可能的三维排列的原子分子。如果不打破这个形状可以改变任何化学键,然后结果现在被称为构象异构体形式,或矫形器。霍沃思和他的同事发现了几个分子糖的家庭可以承担不同的构象,但所需的物理技术调查他们没有现成的更紧密地合作。

在1930年代,这种情况开始改变。挪威化学家奇怪激战第一次尝试使用x射线衍射探测器环己烷的三维结构,没有成功。然而,1938年,他开始使用电子衍射,并在1943年证实环己烷的椅子上,船的存在形式——他的成就与巴顿分享诺贝尔奖。

同时,主题被霍勒斯的时候袭击了从另一个角度,一个化学家在美国国家标准。的时候显示一些循环分子表现出明显不同的化学性质在不同的构象,由于取代基的相对位置的变化关键——“邻近部落效应”。

巴顿迅速承认这些发现为自己工作的相关性对萜烯和类固醇,多个环的碳原子可以假设各种构象。他总结的位置如下:

这样的分子内拥挤是常见的复杂的结构调查。更好地欣赏其影响,巴顿设计三维物理模型,说明更清楚的机会和问题提出了不同的构象异构体。他最早的成功之一是建立二萜衍生物的构象、松香酸,C_20.H_30.O₂。

这是一个构象分析的关键步骤。借助他的模型(加上物理测量的数据),巴顿使相干混淆大众的萜类化合物的反应和类固醇的信息。他的调查也发现了新的可能性并不明显,只要这些分子是代表只有二维图。

哈佛大学在美国是一个领先的类固醇研究中心,并于1949年路易费塞尔邀请巴顿呆一年。他的影响是戏剧性的。

访问期间(在后来的场合)巴顿与未来的诺贝尔奖获得者罗伯特·伍德沃德,他也感兴趣的类固醇化学和制药行业有联系。他们相互鼓励进一步在这个领域重要的发展。

在高峰

1950年,巴顿的突破的文章“甾核的构象”出现了。只有四页,在瑞士小流通》期刊上发表,Experientia,不过它成为具有很大的影响力。巴顿的构象分析的应用开辟了捷径通过复杂的迷宫的合成路线,大大提高了收益率的一些关键反应。

特别值得注意的是巴顿的演示不同的矫形器相同的类固醇分子可以与一个给定的反应试剂在不同的利率,根据相关群体的可访问性(或没有)的分子。这有重要影响医学上有价值的合成类固醇化合物。

他的哈佛年后巴顿回到伦敦大学作为一个读者在伯克贝克学院(以及后来的教授)。他在那里继续工作在类固醇和萜类化合物而探索有机化学的其他分支,包括生物碱的生物合成。他被选为英国皇家学会会员,1954年任命格拉斯哥大学1955年的钦定讲座教授化学。

在格拉斯哥,巴顿与x射线晶体学家们进一步研究有机分子的结构。这一技术最终将他开创了副业构象分析的方法,指出在他的诺贝尔演讲:

其他物理方法为研究分子结构——特别是核磁共振光谱学——补充构象分析,巴顿的注意力转向新领域。在格拉斯哥,他研究了光化学反应,在大学假期期间他继续说这些研究在医学研究所和化学在剑桥,马萨诸塞州,

在巴顿成为帝国理工学院有机化学教授在1957年,这些访问持续,导致“巴顿反应”的发展在1960年被他的剑桥集团:photolysing烷基亚硝酸盐形成亚硝基的酒精。光化学过程扮演了一个关键部分合成醛固酮(C₂₁H₂₈O₅),激素控制着人体电解质平衡。

到那时世界上的全部股票的纯醛固酮测定在毫克,但巴顿的方法使它产生更大的数量。他继续做一些进一步显著进步的合成生物学上重要的有机化合物。

避开退休

巴顿在1969年获得了诺贝尔化学奖,并在1972年他被授予英国骑士法国军团的英国皇家学会和皇家肯奖章。第二年他成为总统的化学学会(RSC的先进的社会之一),但是显示没有渴望退休元老的科学的位置。他继续做尖端研究植物中生物碱的生物合成,并在1975年(Stuart McCombie)开发了一个程序,增加了一些抗生素的活性,利用自由基中间体。通常称为Barton-McCombie反应,它有许多其他应用程序在有机合成。

随着强制退休的临近,巴顿在1978年离开帝国成为研究中心主任de Chimie des物质只是在温度,巴黎西南20公里。流利(自1969年以来,嫁给了一个法国人,克丽丝汀Cognet),他很舒服地到这个社区,同时继续他的研究。随后的出版物包括作品的使用自由基在有机合成,在多功能试剂现在被称为巴顿酯、维生素D和青霉素。他还研究方法将石化转化为原料的精细化工行业。的国家传记词典》中竟巴顿说:“在每种情况下作出了重要贡献,是大多数其他有机化学家的高点。

巴顿的强大的智慧,广博的知识和不容忍马虎的工作倾向于恐吓学生(同事)。但他私下透露更温暖的性格,与广泛的利益以外的科学,在成就欢喜他的前学生和帮助促进他们的职业生涯。

再次逃脱退休,巴顿在1985年迁移到德州农工大学。克丽丝汀于1992年去世,1993年他娶了Judith Von-Leuenberger柯布,他活了下来。直到自己死在1998年,他继续演讲,作为一个工业顾问和研究新的化学反应。在他六十多岁时,他把自己的目标发布一生共有一千研究论文由他的八十岁生日。他遇到了(超过)提前。

Mike Sutton是科学历史学家位于纽卡斯尔的英国

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D巴顿,原因和想象力:反思有机化学,1996年世界科学