انديشه ها، اشتباه ها و تصادف ها در تهيه مواد آلي صناعي
نويسنده:رويستون رابرتس
مترجم: محي الدين غفراني
منبع:سرگذشت اكتشافات تصادفي در علم
مترجم: محي الدين غفراني
منبع:سرگذشت اكتشافات تصادفي در علم
سردرک هـ. ر. بارتون جايزه نوبل سال 1969 شيمي را مشترکاً با اودهاسل از نروژ برد. بارتون متخصص شيمي آلي در کالج سلطنتي علوم و تکنولوژي لندن، و هاسل استاد بازنشسته شيمي فيزيک در دانشگاه اسلو بود؛ اين دو به سبب پژوهشهايشان در زمينه تحليل هم آرايشي، يعني مطالعه روابط سه بعدي مولکولها، مورد تقدير قرار گرفتند. هم آرايي را گهگاه " چهارمين کلمه" در توصيف ساختار مولکولهاي آلي خوانده اند، که سه کلمه ديگر ترکيب، ساختمان، و آرايش هستند.از دو واژه اخيربراي تشريح جنبه هاي سه بعدي ساختار مولکولي استفاده مي شود .
اودهاسل در سال 1897 در اسلو به دنيا آمد. از سال 1915 تا سال 1920 در دانشگاه اسلو تحصيل کرد. در فاصله سالهاي 1922 تا 1924 در دانشگاه برلين زير نظر پروفسور هرمان مارک مشغول پژوهش شد، و پس از اخذ دانشنامه دکترا به دانشگاه اسلو بازگشت. گرچه تمايل داشت به پژوهشهاي خود در زمينه بلور نگاري با پرتو ايکس که زير نظر مارک آموخته بود ادامه دهد، اما در اسلو مجبور شد به اندازه گيري گشتاورهاي دو قطبي رضايت دهد، چون در ابتدا ابزار لازم براي استفاده از پرتو ايکس موجود نبود. مطالعه گشتاورهاي دو قطبي با ابزارهاي ساده تري که هاسل بدانها دسترسي داشت مقدور بود. شايد همان بهتر، چون پژوهش بر روي دو قطبيها، که با اندازه گيري آنها در ترکيبات شش کربني حلقوي (سيکلوهگزانها) آغاز شد، مستقيماً به تحقيقاتي انجاميد که با اعطاي جايزه نوبل مورد تقدير قرار گرفت.
از زمان آدولف فون باير در سال 1885 تا دهه 1920 ، اکثر شيميدانان حلقه شش کربني سيکلوهگزان را مسطح مي دانستند. اما در فاصله سالهاي 1918 تا 1925 درستي دو شکل خميده نامسطح متفاوت به اثبات رسيد. اين اشکال هم آراييهاي قايق و صندلي ناميده شدند، که به سبب دافعه اي که ميان اتمهاي شکل قايق ايجاد مي شد، شکل صندلي ترجيح داده شد. در سال 1943 هاسل نتايجي که به دست آورده بود استدلال کرد که تقريباً تمام ترکيبات حاوي حلقه شش ضلعي سيکلو هگزان شکل صندلي دارند، اما اين نتيجه گيري خود را به زبان نروژي و در مجله پژوهشي نروژي گمنامي منتشر ساخت، که کلاً توجه کسي را به خود جلب نکرد.
چندي نگذشت که نروژ به دست آلمانيها اشغال شد و نازيها براي دو سال هاسل را به بازداشتگاه فرستادند. پس از جنگ به عنوان استاد به دانشگاه اسلو بازگشت، و گر چه تا هنگام بازنشستگي اش در سال 1964 آنجا بود، اما تا مرگش به سال 1981 ارتباطش را با دانشگاه قطع نکرد. تصادف جالبي که اتفاق افتاد، هم زنداني بودنش در بازداشتگاه با رگنار فريش بود، که او نيز در سال 1869، يعني همان سالي که هاسل و بارتون برنده جايزه نوبل شيمي شدند، برنده جايزه نوبل ( در رشته علوم اقتصاد) شد.
در کنفرانسي که در آلمان برگزار شد، بارتون تاريخچه جالبي از موفقيتهاي خود و هاسل را در زمينه شيمي ارائه داد. عنوان مقاله اش، خود بيانگر محتواي آن است: " چگونه برنده جايزه نوبل شويد: سرگذشت دوران نخست تحليل هم آرايشي". بخشي از آنچه در باره هاسل و بارتون گفته شد و نيز آنچه در پي خواهد آمد از اين مقاله اقتباس شده است.
درک هارولدريچارد بارتون به سال 1918 در گريوسند انگلستان به دنيا آمد. هم پدر و هم پدر بزرگش نجار بودند. پدرش به تجارت چوب روي آورد و آن قدر در کارش با موفقيت روبه رو شد که توانست پسر خود را به مدرسه خوبي (تونبريج) بفرستد، اما بارتون مجبور شد با مرگ پدرش در سال 1935 " بدون هيچ مدرکي" آنجا را ترک کند. دو سال کار در تجارت چوب درک جوان را متقاعد ساخت که در زندگي مسائل جالبترين نيز وجود دارند؛ و هنوز چند سالي نگذشته بود که از کالج سلطنتي علوم و تکنولوژي وابسته به دانشگاه لندن، ليسانس و دکتراي شيمي آلي گرفت. سپس در مدت جنگ دو سال در بخش تجسس نظامي خدمت کرد و يک سال را در صنعت گذراند، تا سرانجام فرصت را غنيمت شمرد و براي تدريس به کالج سلطنتي بازگشت.
بارتون در بهار سال 1949 به دعوت پروفسور لوئيس فيزر به هاروارد رفت تا جاي خالي ر. ب. و ودوارد را که به مسافرت رفته بود، موقتاً پر کند. در سالي که درهاروارد بود، مقاله اي انقلابي ( و به قول بارتون مختصر، چون مجبور بود خودش آن را تايپ کند!) نوشت که به ادعاي او موجب بردن جايزه نوبل شد. مقاله بارتون راه حل مسئله اي بود که فيزر در سميناري مطرح کرده بود- يعني تحليل نتايج فيزر برحسب بهترين همارايي مولکولي استروئيدي که حاوي چندين حلقه کربني شش ضلعي بود. اين مقاله طرز تفکر متخصصان شيمي آلي را در باره بسياري از مولکولها عوض کرد. بارتون، هاسل را به حق پايه گذار نظريه اي مي داند که در باره تحليل هم آرايشي ارائه داد.
بارتون به انگلستان بازگشت و مسئوليتهايي را در دانشکده برکبک دانشگاه لندن در دانشگاه گلاسکو بر عهده گرفت، تا در سال 1975 به کالج سلطنتي بازگشت و 22 سال صاحب کرسي شيمي آلي بود. سردرک در سال 1978 از آنجا استعفاء داد و سرپرستي انستيتو شيمي فرآورده هاي طبيعي را در حومه پاريس بر عهده گرفت. وي در سال 1987 آن انستيتو را ترک کرد و عهده دار کرسي تدريس در دانشگاه A&M تگزاس در کالج استيشن شد.
سردرک پژوهش خود را به سه فرايند انديشه، اشتباه و تصادف تقسيم بندي کرده است. اشتباهها و تصادفهايي که ذکر مي کند نمونه کامل بخت ياري اند، و انديشه هايي که شرح مي دهد به روشني اهميت پژوهش برنامه ريزي شده ( يا انديشيده) را نشان مي دهند. گر چه در اين کتاب تاکيد من بر تصادفهايي بوده است که به اکتشافات ارزشمندي منجر شده اند، اما سعي کرده ام در هر مورد نشان دهم که اگر " ذهن مستعد" ( به قول پاستور) و " ذکاوت " ( به قول والپول) در کسي که با اين تصادف مواجه مي شد نبود، هرگز به آن اکتشاف نمي رسيد.
سردرک به عنوان نمونه اي از يک فرايند صناعي انديشيده، تبديل ترکيب فراواني به نام استات کورتيکو سترون را به آلدوسترون، هورموني که وظيفه عمده آن حفظ تعادل طبيعي املاح در بدن انسان است، شرح مي دهد. هنگامي که بارتون به فکر فرايند نور شيميايي خود افتاد، ذخيره جهاني آلدوسترون خالص را به ميليگرم مي سنجيدند( يک قطره کوچک آب حدود 50 ميليگرم وزن دارد). بارتون و همکارانش ظرف يک سال 60 گرم (60000 ميليگرم) هورمون خالص به دست آوردند، و بدين ترتيب ارزيابي فعاليت زيست شناختي آن را براي نخستين بار ممکن ساختند.
فرايندي که در تهيه نمونه هاي صناعي ديگر مواد طبيعي مفيد واقع شد بر اثر اشتباهي کشف شد. روش اصلي بدين منظور طراحي شده بود که بتوان در مولکول پيچيده اي يک واحد حلقوي به نام گاما- لاکتون توليد کرد. اما هيچ گاما- لاکتوني از آن حاصل نشد، بلکه نتيجه کاملاً نامنتظره اي به دست آمد. بارتون و همکارانش توانستند با تجربه و تحليل دقيق مسير واقعي واکنش، از اين واکنش جديد در تهيه مواد صناعي ارزشمند ديگري استفاده کنند. اما بارتون از اينکه نتوانسته بودند به هدف اصلي شان برسند ناراحت بود، پس تصميم گرفت بار ديگر سعي کند تا با اصلاح مواد اوليه و واکنشگرها، گاما- لاکتون تهيه کند.اين بار موفق شد، و چند سال بعد با همکاري جک بالدوين ( که اکنون استاد دانشگاه آکسفورد است) از روش اصلاح شده براي تبديل استرون به 18- هيدروکسي استرون استفاده کرد. ماده اخير" ترکيبي است که مقدار آن در ادرار زن آن قدر ناچيز است که ارزيابي فعاليت زيست شناختي آن ( مانند آلدوسترون) تنها پس از تهيه نمونه صناعي آن ممکن بود". بدين ترتيب اشتباه اوليه سردرک منجر به دو انديشه نوظهور و پر اهميت شد که در شيمي آلي موجودات زنده بسيار ارزشمند بودند.
در اين مقاله چندين نمونه تصادف ذکر شده است، و در پاييز سال 1984 سر درک نمونه ديگري را در سميناري در دانشگاه تگزاس در آوستين شرح داد ( سر درک اين سمينار را با اين جمله شروع کرد: " راستش را بخواهيد، بسياري از واکنشهاي مهم شيمي آلي به طور تصادفي کشف شدند"؛ و در ادامه صحبت قبل از آنکه آخرين باري را که بخت ياري نصيبش شده بود شرح دهد، چندين مثال در اين زمينه ذکر کرد. در آن هنگام سالها مي شد که به بخت ياري و نقش آن در علم علاقه مند شده بودم، و چندي از آن سمينار نگذشته بود که جداً تصميم گرفتم کتابي در اين باره تنظيم کنم). يک سال پيش از آن او و همکارانش در انستيتو شيمي فراورده هاي طبيعي تصميم گرفتند چند ترکيب نمونه را براي مقايسه با ترکيب طبيعي پيچيده اي که بررسي مي کردند تهيه کنند.
آنان دريافتند که محصول به دست آمده جزو دسته اي از ترکيبات به نام تروپون هاست که توجه بسياري از متخصصان شيمي آلي و زيست شيمي را به خود جلب کرده بود. تروپونها و تروپولونها( ترکيباتي که به تروپونها شباهت بسيار دارند) تا حدي از لحاظ نظري مرموزند، چون يک حلقه عجيب هفت ضلعي در ساختار مولکولي شان وجود دارد، و تا حدي بدين سبب جالب توجه اند که موادي طبيعي هستند که آثار فيزيولوژيک ارزشمندي دارند. به عنوان نمونه کلشي سين با موفقيت دردرمان نقرس به کار رفته است، و چون تعداد کروموزومها را در حين تقسيم ياخته اي در گياهان افزايش مي دهد، در تجارت براي توليد گونه هاي گياهي جديد استفاده شده است. تا پيش از اين تهيه تروپونها و تروپولونها کار ساده اي نبود. چون ترکيب اوليه (الف ) و ترکيبات مشابه آن به سهولت ازمواد اوليه ساده اي قابل تهيه اند، بارتون و همکارانش دريافتند که اين اکتشاف تصادفي کلاً روش مفيدي در تهيه مواد شيميايي خواهد بود.
شناسايي تروپون به عنوان محصول غير مترقبه واکنشي که به منظور ديگري انجام شده بود موفقيت کوچکي نبود، و تشريح ساز و کار واکنش، نمونه بي نظيري از کار برد منطق شيمي آلي بود. به جرات مي توان گفت که اين نتيجه نا منتظره بسيار مهمتر از نتيجه اي که براي واکنش پيش بيني مي شد بود، بنابراين اين مثال نمونه اي حقيقي از بخت ياري است.
اودهاسل در سال 1897 در اسلو به دنيا آمد. از سال 1915 تا سال 1920 در دانشگاه اسلو تحصيل کرد. در فاصله سالهاي 1922 تا 1924 در دانشگاه برلين زير نظر پروفسور هرمان مارک مشغول پژوهش شد، و پس از اخذ دانشنامه دکترا به دانشگاه اسلو بازگشت. گرچه تمايل داشت به پژوهشهاي خود در زمينه بلور نگاري با پرتو ايکس که زير نظر مارک آموخته بود ادامه دهد، اما در اسلو مجبور شد به اندازه گيري گشتاورهاي دو قطبي رضايت دهد، چون در ابتدا ابزار لازم براي استفاده از پرتو ايکس موجود نبود. مطالعه گشتاورهاي دو قطبي با ابزارهاي ساده تري که هاسل بدانها دسترسي داشت مقدور بود. شايد همان بهتر، چون پژوهش بر روي دو قطبيها، که با اندازه گيري آنها در ترکيبات شش کربني حلقوي (سيکلوهگزانها) آغاز شد، مستقيماً به تحقيقاتي انجاميد که با اعطاي جايزه نوبل مورد تقدير قرار گرفت.
از زمان آدولف فون باير در سال 1885 تا دهه 1920 ، اکثر شيميدانان حلقه شش کربني سيکلوهگزان را مسطح مي دانستند. اما در فاصله سالهاي 1918 تا 1925 درستي دو شکل خميده نامسطح متفاوت به اثبات رسيد. اين اشکال هم آراييهاي قايق و صندلي ناميده شدند، که به سبب دافعه اي که ميان اتمهاي شکل قايق ايجاد مي شد، شکل صندلي ترجيح داده شد. در سال 1943 هاسل نتايجي که به دست آورده بود استدلال کرد که تقريباً تمام ترکيبات حاوي حلقه شش ضلعي سيکلو هگزان شکل صندلي دارند، اما اين نتيجه گيري خود را به زبان نروژي و در مجله پژوهشي نروژي گمنامي منتشر ساخت، که کلاً توجه کسي را به خود جلب نکرد.
چندي نگذشت که نروژ به دست آلمانيها اشغال شد و نازيها براي دو سال هاسل را به بازداشتگاه فرستادند. پس از جنگ به عنوان استاد به دانشگاه اسلو بازگشت، و گر چه تا هنگام بازنشستگي اش در سال 1964 آنجا بود، اما تا مرگش به سال 1981 ارتباطش را با دانشگاه قطع نکرد. تصادف جالبي که اتفاق افتاد، هم زنداني بودنش در بازداشتگاه با رگنار فريش بود، که او نيز در سال 1869، يعني همان سالي که هاسل و بارتون برنده جايزه نوبل شيمي شدند، برنده جايزه نوبل ( در رشته علوم اقتصاد) شد.
در کنفرانسي که در آلمان برگزار شد، بارتون تاريخچه جالبي از موفقيتهاي خود و هاسل را در زمينه شيمي ارائه داد. عنوان مقاله اش، خود بيانگر محتواي آن است: " چگونه برنده جايزه نوبل شويد: سرگذشت دوران نخست تحليل هم آرايشي". بخشي از آنچه در باره هاسل و بارتون گفته شد و نيز آنچه در پي خواهد آمد از اين مقاله اقتباس شده است.
درک هارولدريچارد بارتون به سال 1918 در گريوسند انگلستان به دنيا آمد. هم پدر و هم پدر بزرگش نجار بودند. پدرش به تجارت چوب روي آورد و آن قدر در کارش با موفقيت روبه رو شد که توانست پسر خود را به مدرسه خوبي (تونبريج) بفرستد، اما بارتون مجبور شد با مرگ پدرش در سال 1935 " بدون هيچ مدرکي" آنجا را ترک کند. دو سال کار در تجارت چوب درک جوان را متقاعد ساخت که در زندگي مسائل جالبترين نيز وجود دارند؛ و هنوز چند سالي نگذشته بود که از کالج سلطنتي علوم و تکنولوژي وابسته به دانشگاه لندن، ليسانس و دکتراي شيمي آلي گرفت. سپس در مدت جنگ دو سال در بخش تجسس نظامي خدمت کرد و يک سال را در صنعت گذراند، تا سرانجام فرصت را غنيمت شمرد و براي تدريس به کالج سلطنتي بازگشت.
بارتون در بهار سال 1949 به دعوت پروفسور لوئيس فيزر به هاروارد رفت تا جاي خالي ر. ب. و ودوارد را که به مسافرت رفته بود، موقتاً پر کند. در سالي که درهاروارد بود، مقاله اي انقلابي ( و به قول بارتون مختصر، چون مجبور بود خودش آن را تايپ کند!) نوشت که به ادعاي او موجب بردن جايزه نوبل شد. مقاله بارتون راه حل مسئله اي بود که فيزر در سميناري مطرح کرده بود- يعني تحليل نتايج فيزر برحسب بهترين همارايي مولکولي استروئيدي که حاوي چندين حلقه کربني شش ضلعي بود. اين مقاله طرز تفکر متخصصان شيمي آلي را در باره بسياري از مولکولها عوض کرد. بارتون، هاسل را به حق پايه گذار نظريه اي مي داند که در باره تحليل هم آرايشي ارائه داد.
بارتون به انگلستان بازگشت و مسئوليتهايي را در دانشکده برکبک دانشگاه لندن در دانشگاه گلاسکو بر عهده گرفت، تا در سال 1975 به کالج سلطنتي بازگشت و 22 سال صاحب کرسي شيمي آلي بود. سردرک در سال 1978 از آنجا استعفاء داد و سرپرستي انستيتو شيمي فرآورده هاي طبيعي را در حومه پاريس بر عهده گرفت. وي در سال 1987 آن انستيتو را ترک کرد و عهده دار کرسي تدريس در دانشگاه A&M تگزاس در کالج استيشن شد.
سردرک پژوهش خود را به سه فرايند انديشه، اشتباه و تصادف تقسيم بندي کرده است. اشتباهها و تصادفهايي که ذکر مي کند نمونه کامل بخت ياري اند، و انديشه هايي که شرح مي دهد به روشني اهميت پژوهش برنامه ريزي شده ( يا انديشيده) را نشان مي دهند. گر چه در اين کتاب تاکيد من بر تصادفهايي بوده است که به اکتشافات ارزشمندي منجر شده اند، اما سعي کرده ام در هر مورد نشان دهم که اگر " ذهن مستعد" ( به قول پاستور) و " ذکاوت " ( به قول والپول) در کسي که با اين تصادف مواجه مي شد نبود، هرگز به آن اکتشاف نمي رسيد.
سردرک به عنوان نمونه اي از يک فرايند صناعي انديشيده، تبديل ترکيب فراواني به نام استات کورتيکو سترون را به آلدوسترون، هورموني که وظيفه عمده آن حفظ تعادل طبيعي املاح در بدن انسان است، شرح مي دهد. هنگامي که بارتون به فکر فرايند نور شيميايي خود افتاد، ذخيره جهاني آلدوسترون خالص را به ميليگرم مي سنجيدند( يک قطره کوچک آب حدود 50 ميليگرم وزن دارد). بارتون و همکارانش ظرف يک سال 60 گرم (60000 ميليگرم) هورمون خالص به دست آوردند، و بدين ترتيب ارزيابي فعاليت زيست شناختي آن را براي نخستين بار ممکن ساختند.
فرايندي که در تهيه نمونه هاي صناعي ديگر مواد طبيعي مفيد واقع شد بر اثر اشتباهي کشف شد. روش اصلي بدين منظور طراحي شده بود که بتوان در مولکول پيچيده اي يک واحد حلقوي به نام گاما- لاکتون توليد کرد. اما هيچ گاما- لاکتوني از آن حاصل نشد، بلکه نتيجه کاملاً نامنتظره اي به دست آمد. بارتون و همکارانش توانستند با تجربه و تحليل دقيق مسير واقعي واکنش، از اين واکنش جديد در تهيه مواد صناعي ارزشمند ديگري استفاده کنند. اما بارتون از اينکه نتوانسته بودند به هدف اصلي شان برسند ناراحت بود، پس تصميم گرفت بار ديگر سعي کند تا با اصلاح مواد اوليه و واکنشگرها، گاما- لاکتون تهيه کند.اين بار موفق شد، و چند سال بعد با همکاري جک بالدوين ( که اکنون استاد دانشگاه آکسفورد است) از روش اصلاح شده براي تبديل استرون به 18- هيدروکسي استرون استفاده کرد. ماده اخير" ترکيبي است که مقدار آن در ادرار زن آن قدر ناچيز است که ارزيابي فعاليت زيست شناختي آن ( مانند آلدوسترون) تنها پس از تهيه نمونه صناعي آن ممکن بود". بدين ترتيب اشتباه اوليه سردرک منجر به دو انديشه نوظهور و پر اهميت شد که در شيمي آلي موجودات زنده بسيار ارزشمند بودند.
در اين مقاله چندين نمونه تصادف ذکر شده است، و در پاييز سال 1984 سر درک نمونه ديگري را در سميناري در دانشگاه تگزاس در آوستين شرح داد ( سر درک اين سمينار را با اين جمله شروع کرد: " راستش را بخواهيد، بسياري از واکنشهاي مهم شيمي آلي به طور تصادفي کشف شدند"؛ و در ادامه صحبت قبل از آنکه آخرين باري را که بخت ياري نصيبش شده بود شرح دهد، چندين مثال در اين زمينه ذکر کرد. در آن هنگام سالها مي شد که به بخت ياري و نقش آن در علم علاقه مند شده بودم، و چندي از آن سمينار نگذشته بود که جداً تصميم گرفتم کتابي در اين باره تنظيم کنم). يک سال پيش از آن او و همکارانش در انستيتو شيمي فراورده هاي طبيعي تصميم گرفتند چند ترکيب نمونه را براي مقايسه با ترکيب طبيعي پيچيده اي که بررسي مي کردند تهيه کنند.
آنان دريافتند که محصول به دست آمده جزو دسته اي از ترکيبات به نام تروپون هاست که توجه بسياري از متخصصان شيمي آلي و زيست شيمي را به خود جلب کرده بود. تروپونها و تروپولونها( ترکيباتي که به تروپونها شباهت بسيار دارند) تا حدي از لحاظ نظري مرموزند، چون يک حلقه عجيب هفت ضلعي در ساختار مولکولي شان وجود دارد، و تا حدي بدين سبب جالب توجه اند که موادي طبيعي هستند که آثار فيزيولوژيک ارزشمندي دارند. به عنوان نمونه کلشي سين با موفقيت دردرمان نقرس به کار رفته است، و چون تعداد کروموزومها را در حين تقسيم ياخته اي در گياهان افزايش مي دهد، در تجارت براي توليد گونه هاي گياهي جديد استفاده شده است. تا پيش از اين تهيه تروپونها و تروپولونها کار ساده اي نبود. چون ترکيب اوليه (الف ) و ترکيبات مشابه آن به سهولت ازمواد اوليه ساده اي قابل تهيه اند، بارتون و همکارانش دريافتند که اين اکتشاف تصادفي کلاً روش مفيدي در تهيه مواد شيميايي خواهد بود.
شناسايي تروپون به عنوان محصول غير مترقبه واکنشي که به منظور ديگري انجام شده بود موفقيت کوچکي نبود، و تشريح ساز و کار واکنش، نمونه بي نظيري از کار برد منطق شيمي آلي بود. به جرات مي توان گفت که اين نتيجه نا منتظره بسيار مهمتر از نتيجه اي که براي واکنش پيش بيني مي شد بود، بنابراين اين مثال نمونه اي حقيقي از بخت ياري است.
