Бёрч, Артур Джон

Артур Джон Бёрч (; 3 августа 1915 — 8 декабря 1995) — австралийский учёный, . Внёс вклад в развитие биохимии и металлорганической химии, наиболее известен благодаря реакции восстановления ароматических соединений раствором натрия и этанола в жидком аммиаке, названной его именем. Восстановление по Бёрчу используется в органическом синтезе, в частности при модификации стероидов. В 1948 году впервые опубликовал полный синтез мужского полового гормона — 19-нортестостерона.

Член Лондонского королевского общества (1958)Birch; Arthur John (1915—1995), иностранный член АН СССР (1976), вице-президент Королевского Австралийского Химического Института (1976—1977), президент Королевского Австралийского Химического Института (1977—1978).

Биография

Ранние годы Артур Бёрч родился в Сиднее 3 августа 1915 года, был единственным ребёнком в семье. Отец Спенсер Бёрч родился в Нортгемптоншире, Англия, жил в Канаде, Фиджи и Новой Зеландии, где познакомился с Лили Бэйли, эмигрировавшей из центральной части Тасмании. Спенсер Бёрч работал шеф-поваром в крупном отеле в Сиднее, а позже был менеджером в кафетерии Woolworth. Артур родился через год после переезда пары в Сидней, учился в школе в пригороде Вуллахры, окончив которую был зачислен в Сиднейскую техническую среднюю школуAustralian Academy of Science — Biographical memoirs-Arthur Birch (6 августа 2011). Дата обращения 14 декабря 2017.

В 1932 году выиграл грант на бесплатное обучение в Сиднейском университете. После смерти отца в 1937 году Артур работал для обеспечения себя и семьи, получение стипендии в конце первого года обучения позволило продолжить учёбу. После окончания университета в 1936 году Бёрч был отмечен медалью Университета по химии.

Научная деятельность Бёрча во время обучения под руководством профессора Дж. К. Эрла заключалась в анализе пиперитона, получаемого из эвкалиптового маслаBirch A. and Earl J. The structure of origanene. Part II. Its identity with α-thujene // J. Proc. Roy. Soc. New South Wales. 1938. V. 72. P. 55-61.Birch A. Isonitroso-α-thujene //J. Proc. Roy. Soc. New South Wales. 1938. V.72. P. 106—108.[Birch A. Note on the exudation of Araucaria bidwilli // J. Proc. Roy. Soc. New South Wales. 1938. V. 71. P. 259—260.Birch A. The structure of origanene. I //J. Proc. Roy. Soc. New South Wales. 1938. V. 71. P. 330—335.Birch A.Theα-phellandrene fraction of eucalyptus oils //J. Proc. Roy. Soc. New South Wales. 1938. V.71. P. 261—266.. В 1938 году Бёрч был награждён стипендией Королевской Комиссии для получения степени доктора в Англии, (в Австралии в то время научные степени по химии не присуждались).

Работа в университетах Великобритании, Австралии и США В 1938 году Бёрч переехал в Оксфорд, Англия, где в рамках работы над диссертацией под руководством доктора Роберта Робинсона занимался изучением карбоновых кислот, в частности структурой жирных кислот, входящих в состав липидных мембран микобактерий. В 1940 году Бёрч прекратил работу с жирными кислотамиBirch A. and Robinson R. Long chain acids containing a quaternary carbon atom. Part I //J. Chem. Soc. P. 488—497.. В 1942 году Артур Бёрч стал сотрудником Imperial Chemical Industries и получил грант на исследования в области синтеза аналогов стероидных гормонов. Данная работа стала основной отраслью фармацевтической промышленности. С 1949 года Артур Бёрч продолжил исследования по синтезу стероидов в Кембридже совместно с Х. Смитом, которые начал в ICI. Его деятельность была сосредоточена на определении новых структур природных соединений.

В 1951 году Бёрч переехал в Австралию по приглашению химического факультета Сиднейского университета, деканом которого он стал в 1952 году. Оснащение лабораторий и финансирование университета оставляло желать лучшего, поэтому приходилось прибегать к финансовой поддержке фондов Наффилда и Рокфеллера. В 1954 году Бёрч был избран членом Австралийской академии наук. В 1955 году получил предложение возглавить кафедру фундаментальной химии в Исследовательской школе Физических наук в новом Австралийском национальном университете (ANU) в Канберре. Ввиду плохого финансирования университетов в Австралии Бёрч предпочёл ANU Манчестерский университет, куда переехал в 1956 году. Данный поступок учёного привел к последующей реорганизации австралийских университетов. Позднее Бёрч заметил: «Своим демонстративным уходом я, вероятно, внес свой самый большой вклад в австралийскую университетскую систему».

В Манчестере Бёрч продолжил сотрудничество с Х. Смитом в рамках исследования половых гормонов и других природных соединений, которые интересовали его вплоть до выхода на пенсию. В 1958 году Бёрч был избран членом Королевского Научного Общества, создал и возглавил первый Факультет биологической химии в Манчестере. Бёрч присутствовал на 1-м симпозиуме IUPAC по природным соединениям, который состоялся в Сиднее, Канберре и Мельбурне в 1960 году. Бёрч был инициатором создания в Канберре Исследовательской школы химии в ANU, с 1965 года был избран деканом (до 1976 года), что стало одной из причин его переезда в Канберру в 1967 году. Впоследствии главное здание Исследовательской школы было названо в честь Артура Бёрча. В 1977—1978 годах был избран вице-президентом, а впоследствии и президентом Королевского Австралийского Химического Института.

Отставка и пенсионные годы В 1980 году Артур Бёрч вышел на пенсию в должности профессора кафедры органической химии в ANU, однако и после этого продолжал организационную и научную деятельность. В 1994 году стал почётным стипендиатом Королевского Австралийского Химического Института. В 1982—1986 годах являлся президентом Австралийской академии наук. В 1979—1987 годах был консультантом проекта Программы развития ЮНЕСКО «Усовершенствование исследований и преподавания в университетах» в Китайской Народной Республике.

Научная автобиография Бёрча («Видеть очевидное»Birch A. To See the Obvious //Profiles, pathways, and dreams. Autobiographies of eminent chemists (ed Seeman J.). Washington: American Chemical Society.PP. xxviii and 269.), была написана в течение последних 10 лет его жизни для серии «Профили, пути и мечты Американского химического общества. Автобиографии видных химиков», была опубликована незадолго до его 80-летия в августе 1995 года.

Артур Бёрч умер в Канберре 8 декабря 1995 года.

Научная деятельность и достижения

Разработка реакции восстановления В рамках исследования по синтезу стероидных гормонов Артур Бёрч разработал метод восстановления производных ароматических соединений до дигидропроизводных под действием натрия и этанола в жидком аммиаке. Продукты данной реакции являются прекурсорами для получения стероидных гормонов и их аналогов. Важным является устойчивость предшественников природных соединений ко многим изменениям с сохранением функциональных групп, необходимых для их синтеза.

Первым прямым применением нового метода получения аналогов стероидных гормонов было превращение глицеринового эфира эстрадиола в 19-нортестостерон с помощью неконъюгированного изомера. 19-Нортестостерон оказался мощным анаболическим андрогеном, а неконъюгированный изомер был эстрогеном.

Берч также предположил механизм открытой им реакции (рис. 1). Его заключительная работа по данной теме появилась в сотрудничестве с Лео Радом, который использовал ab initio вычисления для обоснования механизма, уже описанного в ранней экспериментальной работеBirch, A.,Hinde A., Radom L. A theoretical approach to the Birch reduction. Structures and stabilities of cyclohexadienes // J. Am. Chem. Soc. 1981. V. 103. P. 284—289.. Метоксибензол присоединяет сольватированный электрон из раствора натрия в аммиаке, обратимо превращается в ион-радикал, который, в свою очередь, присоединяет протон из спирта. Полученный нейтральный радикал обратимо присоединяет второй электрон с образованием стабилизированного аниона. Окончательное присоединение второго протона к этому аниону практически необратимо в обычных условиях восстановления по Бёрчу и приводит к термодинамическому продукту — 2,5-дигидро-1-метоксибензолу.

Рис.1. Схема механизма реакции восстановления по Бёрчу

Хотя восстановление по Берчу, безусловно, являлось его главным научным достижением в Оксфорде, он также внес вклад в некоторые исследования Робинсона в области синтеза стероидов, включая широко применимый метод введения угловых метильных группBirch A. and Robinson R. The direct introduction of angular Me groups //J. Chem. Soc. 1944. P. 501—502..

Поликетидная теория ароматического биосинтеза Исследование происхождения растущего числа фенольных соединений, выделенных из природных источников, в частности из новогвинейского дерева, привело к поликетидной теории биосинтеза ароматических соединений. Бёрч предположил, что сцепление ацетатных единиц голова к хвосту может приводить к фенольным веществам несколькими способамиBirch A., Donovan F. Studies in relation to biosynthesis. I. Some possible routes to derivatives of orcinol and phloroglucinol // Aust. J. Chem. 1953. V. 6. P. 360—368.. В частности, замыкание цикла поликетоновых интермедиатов посредством альдольной конденсации или C-ацилирования может приводить к производным орцинола или флороглюцина соответственно (рис. 2). Кислота, инициирующая цепь, может быть уксусной или другой природной алифатической, ароматической кислотой, например, гидроксикоричная кислоты. Стильбены и флавоноиды также могут являться инициаторами реакции.

Рис.2. Схема синтеза фенольных соединений в процессе биосинтеза.

Биохимическое доказательство гипотезы было получено при изучении распределения радиоактивного углерода в 6-метилсалициловой кислоте. Данная кислота была выделена из гриба Penicíllium griseofúlvum, растущего в среде, содержащей [карбоксил-14C]-меченную уксусную кислотуBirch A., Massy-Westropp R., Moye C. Studies in relation to biosynthesis. VII. 2-Hydroxy-6-methylbenzoic acid in Penicillium griseofulvum Dierckx // Aust. J. Chem. 1955. V. 8. P. 539—544..

Синтез металлоорганических соединений В 1960-е годы Бёрчем и Смитом был получен ряд трикарбонильных комплексов железа и изучена их реакционная способность с рядом соединенийBirch, A.,Cross P., Lewis J., White D. Iron tricarbonyl adducts of dihydroanisoles: an adduct of a tautomer of phenol // Chemy Ind. 1964. V. 20. P. 838.. При этом разработанный метод используется для синтеза соединений и разделения полученных изомеров с целью получения промежуточных звеньев биохимического пути.

Награды и научное признание

Премии и награды Университетская медаль по химии, Сиднейский университет (1937). Премия Эрнеста Гюнтера (1963). Премия Франклина за выдающийся вклад в химию (1963). Медаль Дэви (1972). Медаль Флинтоффа, Химическое общество (1972). Медаль Мэтью Флиндерса(1972). Премия Роберта Робинсона (1981). Премия Королевского химического общества (1982). Премия Тетраэдр за творчество в области органической химии (1987). Медаль ANZAAS (1990).

Почётные звания Магистр Манчестерского университета (1962). Иностранный член АН СССР (1976). Почётный доктор наук Сиднейского университета (1977). Кавалер ордена Святого Михаила и Святого Георгия (1979). Почётный член Королевского химического общества (1980). Почётный доктор наук Университет Монаша (1982). Почётный доктор наук Манчестерского университета (1982). Почётный член Королевского общества Нового Южного Уэльса (1986). Почётный член Королевского Австралийского Химического Института (1994).

Членства в различных организациях Член Австралийской академии наук (1954). Член Королевского общества (1958). Член Королевского химического института (1960). Член Королевского Австралийского Химического Института (1968).

В честь Артура Бёрча названа Медаль, которая вручается Отделом органической химии Королевского Австралийского Химического Института с 1992 года. В 1995 году Главное здание Исследовательской школы химии Австралийского национального университета носит имя Артура Бёрча.

Научные труды