مولکول ناپایداری در آب زنده ماند!

زهرا وجدانی: در یکی از هیجان‌انگیزترین دستاورد‌های شیمی در دهه‌های اخیر، پژوهشگران موفق شدند یک مولکول بسیار واکنش‌پذیر و ناپایدار را در آب تولید و تثبیت کنند. این موفقیت بزرگ، فرضیه‌ای را که اولین بار در سال ۱۹۵۸ میلادی (معادل ۱۳۳۷ شمسی) توسط شیمی‌دانی از دانشگاه کلمبیا مطرح شده بود، به‌صورت تجربی تأیید می‌کند؛ فرضیه‌ای که سال‌ها از سوی بسیاری از دانشمندان «دیوانه‌وار» و ناممکن تلقی می‌شد.

این کشف نه‌تنها به یکی از سؤالات دیرینه بیوشیمی پاسخ می‌دهد، بلکه می‌تواند مسیر تازه‌ای را برای تولید سبزتر، ایمن‌تر و پایدارتر دارو‌ها و مواد شیمیایی باز کند.

تأیید فرضیه بریسلو پس از ۶۷ سال

در دهه ۱۹۵۰، رونالد بریسلو، شیمی‌دان برجسته دانشگاه کلمبیا، فرضیه‌ای جسورانه مطرح کرد: اینکه ویتامین B۱ (تیامین) در واکنش‌های بیوشیمیایی بدن، می‌تواند به صورت موقتی به یک مولکول کاربن تبدیل شود و نقش کلیدی در فرآیند‌های زیستی ایفا کند.

کاربن نوعی مولکول کربن است که تنها شش الکترون ظرفیتی دارد (در حالی که اتم‌های پایدار کربن معمولاً هشت الکترون دارند)؛ همین الکترون‌های ناقص باعث می‌شود کاربن‌ها بسیار ناپایدار و واکنش‌پذیر باشند. در حضور آب، این مولکول‌ها معمولاً در کسری از ثانیه تجزیه می‌شوند و از بین می‌روند.

با وجود شواهد غیرمستقیم از عملکرد احتمالی این مولکول در بدن، تا امروز هیچ‌کس نتوانسته بود آن را به‌صورت پایدار در محیط آبی مشاهده و اثبات کند تا اینکه تیمی از دانشگاه کالیفرنیا در ریورساید به رهبری پروفسور وینسنت لاوالو این ناممکن را ممکن ساخت.

زرهی برای حفاظت از مولکولی فرار

پژوهشگران با طراحی و سنتز یک مولکول محافظ اختصاصی، موفق شدند مرکز فعال و واکنش‌پذیر کاربن را بپوشانند و از تجزیه آن در آب جلوگیری کنند. این ساختار که لاوالو آن را «زره مولکولی» می‌نامد، باعث شد کاربن نه‌تنها در آب پایدار باقی بماند، بلکه بتوان آن را درون یک ظرف شیشه‌ای ذخیره و حتی برای چند ماه نگهداری کرد.

به گفته لاوالو: «این نخستین باری است که کسی موفق شده یک کاربن پایدار در آب بسازد. همه تصور می‌کردند این ایده دیوانه‌وار است، اما بریسلو درست می‌گفت.»

این کاربن پایدار به اندازه‌ای تثبیت شده که با استفاده از روش‌های دقیق نظیر طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته (NMR) و پراش پرتو ایکس قابل بررسی و تصویربرداری است؛ شواهدی غیرقابل انکار از وجود چنین مولکولی در محیط آبی.

گامی مهم به‌سوی شیمی دارویی سبزتر

کاربن‌ها معمولاً به‌عنوان لیگاند ساختار‌های پشتیبان در کاتالیزگر‌های فلزی استفاده می‌شوند. این کاتالیزگر‌ها ستون فقرات بسیاری از فرآیند‌های صنعتی از جمله تولید داروها، سوخت‌ها و مواد شیمیایی هستند. اما اغلب این واکنش‌ها در حلال‌های سمی آلی انجام می‌شود که برای انسان و محیط‌ زیست خطرناک‌اند.

تکنیکی که پژوهشگران برای تثبیت کاربن در آب ارائه داده‌اند، می‌تواند مسیر را برای استفاده از آب که حلالی فراوان، بی‌خطر و دوست‌دار محیط‌زیست است، در این واکنش‌ها هموار سازد.

وارون راوی‌پرولو، نویسنده اول مقاله و پژوهشگر پسا‌دکتری در دانشگاه UCLA می‌گوید: «اگر بتوانیم این کاتالیزگر‌های قدرتمند را در آب به‌کار ببریم، گام بزرگی به‌سوی شیمی پاک‌تر برداشته‌ایم.»

تقلید از شیمی سلولی در آزمایشگاه

یکی دیگر از دستاورد‌های مهم این پژوهش، نزدیکی بیشتر به درک و بازسازی فرآیند‌های شیمیایی درون سلول‌هاست. محیط داخلی سلول‌ها عمدتاً از آب تشکیل شده و بسیاری از واکنش‌های حیاتی بدن در محیط‌های آبی انجام می‌شوند. اینکه اکنون می‌توان مولکول‌های واسطه‌ی بسیار ناپایدار مانند کاربن را در آب تثبیت کرد، چشم‌اندازی تازه برای شبیه‌سازی واقعی‌تر شیمی زیستی در آزمایشگاه فراهم می‌کند.

به گفته لاوالو: «مولکول‌های فعال بسیاری در طبیعت هستند که هرگز موفق به جداسازی یا مطالعه‌شان نشده‌ایم. حالا با این روش‌های محافظتی می‌توانیم آنها را ببینیم، بررسی کنیم و از آنها بیاموزیم.»

برای لاوالو، این موفقیت نه‌تنها یک دستاورد علمی بلکه نقطه اوج دو دهه کار تحقیقاتی بر روی کاربن‌هاست. او با اشاره به پیش‌داوری‌های گذشته می‌گوید: «تا همین ۳۰ سال پیش، فکر می‌کردند این مولکول‌ها حتی قابل ساخت نیستند. حالا می‌توانیم آنها را در آب نگه داریم. بریسلو درست می‌گفت.»

راوی‌پرولو نیز تأکید می‌کند که این کشف یادآور اهمیت پایداری و سرمایه‌گذاری بلندمدت در پژوهش‌های علمی است: «چیزی که امروز غیرممکن به‌نظر می‌رسد، شاید فردا ممکن شود، اگر به علم بها بدهیم.»

رؤیایی که به واقعیت تبدیل شد!

تثبیت یک مولکول کاربن در محیط آبی آن هم به‌صورت پایدار چیزی فراتر از تأیید یک فرضیه قدیمی است. این موفقیت پنجره‌ای تازه به روی درک بهتر شیمی زیستی، طراحی داروها، و توسعه روش‌های سبزتر در تولیدات صنعتی باز می‌کند. در دنیایی که علم و فناوری به‌طور فزاینده‌ای به پایداری و سازگاری با محیط‌زیست می‌اندیشند، این کشف می‌تواند نقطه عطفی برای شیمی مدرن باشد.

انتهای پیام/