میخواهم که از خودتان بپرسید،
چه حسی به شما دست میدهد وقتی کلمه "شیمی آلی" را میشنوید؟
چه به ذهنتان میآید؟
درسی است که تقریبا در همه دانشگاهها ارائه میشود،
و نامش شیمی آلی است،
و مقدمهای است سنگین و خستهکننده در مبحث مذکور،
سیلی از محتوا که دانشجویان را در خود غرق میکند،
و اگر میخواهید پزشک یا دندانپزشک یا دامپزشک شوید
باید در آن نمره عالی بگیرید.
و برای همین دانشجویان آن را اینگونه تصور میکنند…
مانعی در مسیرشان،
و از آن میترسند و از آن متنفرند
و آن را درس علف هرز مینامند.
این جوانان چه عنوان ظالمانهای برای این مبحث به کار میبرند،
بندازیدش دور.
و این برداشت مدتهاست که در محیطهای دانشگاهی جاری است.
یک اضطراب جهانی از این دو کلمه وجود دارد.
اتفاقا من عاشق این علم هستم،
و فکر میکنم این جایگاهی که برایش قایل هستیم
قابل توجیه نیست.
برای علم خوب نیست، و برای جامعه خوب نیست
و فکر میکنم نباید اینگونه باشد.
منظورم این نیست که این کلاس باید سادهتر باشد. نباید باشد.
ولی برداشت شما از این دو کلمه
نباید بر اساس تجارب دانشجویان پیش-پزشکی شکل بگیرد.
کسانی که انصافا در حال گذراندن زمانی بسیار پراسترس از زندگیشان هستند.
بنابراین من اینجا هستم چون اعتقاد دارم
که دانش پایه شیمی آلی باارزش است،
و فکر میکنم میتواند در دسترس همگان باشد،
و این را امروز میخواهم ثابت کنم.
میگذارید سعیم را بکنم؟
حضار: بله
جاکوب ماگولان: بسیار خوب، بزن بریم.
(خنده)
اینجا من یکی از این اپیپنهای گرانقیمت را با خودم آوردهام.
داخلش دارویی است به نام اپینفرین.
اپینفرین میتواند ضربان قلبم را دوباره راهاندازی کند،
یا میتواند یک واکنش آلرژیک مرگآور را متوقف کند.
یک تزریق از این دارو در این قسمت این کار را انجام میدهد.
مثل چرخاندن سوییچ استارت
در ماشینهای پرواز یا جنگی بدن من.
شدت ضربان قلبم، فشار خونم میتواند افزایش یابد تا خون به ماهیچههایم برسد.
مردمک چشمم گشاد میشود و موجی از قدرت را احساس میکنم.
برای بسیاری از افراد، اپینفرین فرق بین مرگ و زندگی است.
مثل معجزه کوچکی است که میتوانید در انگشتانتان نگه دارید.
این ساختار شیمیایی اپینفرین است.
این چیزی است که شیمی آلی به آن شباهت دارد.
شبیه خطوط و حروف…
برای اکثر افراد بیمعنی است.
میخواهم به شما نشان دهم وقتی به این تصویر نگاه میکنم چه میبینم.
من یک جسم فیزیکی میبینم
که عمق و بخشهای چرخنده دارد،
و دارد حرکت میکند.
ما به این، ترکیب یا مولکول میگوییم،
و این شامل ۲۶ اتم است که با پیوندهای اتمی به یکدیگر متصل شدهاند.
چیدمان منحصر به فرد این اتمها به اپینفرین خواصش را داده است.
اما تا به حال هیچکس یکی از اینها را ندیده است،
چون خیلی کوچک هستند،
بنابراین قصد داریم این را تجسم هنری بنامیم.
میخواهم توضیح دهم که این چقدر کوچک است.
اینجا، کمتر از نیم میلیگرم از این در آب حل شدهاست.
این جرم یک دانه شن است.
تعداد مولکولهای اپینفرین در اینجا یک کوینتیلیوم است.
که ۱۸ تا صفر دارد.
تجسم همچین عددی سخت است.
هفت میلیارد از ما روی این سیاره؟
شاید ۴۰۰ میلیارد ستاره در کهکشان ما؟
به این عدد حتی نزدیک هم نیستند.
اگر میخواستید به تخمینی درست برسید،
باید تمام دانههای شن را تصور کنید
تمام شنهای همه سواحل، زیر همه اقیانوسها و دریاچهها
و همه را کوچک کنید و اینجا جا دهید.
اپینفرین اینقدر کوچک است که ما هرگز آنرا نخواهیم دید،
هرگز از طریق هیچگونه میکروسکوپی،
اما میدانیم شبیه چیست،
چون از طریق دستگاههایی پیچیده خودش را نشان میدهد
دستگاههایی با نامهای فانتزی
مثل "طیفسنج تشدید مغناطیسی هستهای."
پس چه قابل دید باشد چه نباشد، ما این مولکول را خیلی خوب میشناسیم.
میدانیم از چهار نوع اتم تشکیل شدهاست،
هیدروژن، کربن، اکسیژن و نیتروژن.
برای نمونه، اینها رنگهایی هستند که ما برای این اتمها استفاده میکنیم.
همه چیز در جهان ما از کرات ریزی ساخته شده است
که ما به آنها اتم میگوییم.
حدود صد نوع از این اجزای پایهای وجود دارد،
و همه آنها از سه ذره کوچکتر ساخته شدهاند:
پروتونها، نوترونها و الکترونها.
ما این اتمها را در این جدول آشنا مرتب میکنیم.
به هر یک از آنها یک نام و یک عدد اختصاص میدهیم.
اما همانگونه که میدانیم، حیات به همه اینها نیاز ندارد،
فقط زیرمجموعهای کوچکتر، فقط اینها.
و به طور ویژه، این چهار اتم هستند که از مابقی جدا هستند
به عنوان اجزای اساسی سازنده حیات،
و همانهایی هستند که در اپینفرین وجود دارند:
هیدروژن، کربن، نیتروژن و اکسیژن.
اکنون چیزی که میخواهم بگویم، مهمترین بخش سخنرانی است.
وقتی این اتمها به یکدیگر وصل میشوند تا مولکولها را بسازند،
از یک سری قوانین تبعیت میکنند.
هیدروژن یک پیوند میسازد،
اکسیژن همیشه دو تا میسازد،
نیتروژن سه تا میسازد
و کربن چهار تا میسازد.
فقط همین.
HONC-- یک، دو، سه، چهار
اگر میتوانید تا چهار بشمارید و میتوانید کلمه "honk" را غلط بنویسید،
میتوانید این را تا آخر عمر به خاطر بسپارید.
(خنده)
اکنون من اینجا چهار کاسه از این اجزا دارم.
از اینها میتوانیم برای ساخت مولکولهااستفاده کنیم.
اجازه دهید با اپینفرین شروع کنیم.
حالا، این پیوندهای بین اتمی، اینها از الکترونها ساخته شدهاند.
اتم ازالکترون مثل دست استفاده میکند تا به همسایههایش برسد و آنها را بگیرد.
دو الکترون در هر پیوند، مثل دست دادن،
و مانند دست دادن، پیوندها دایمی نیستند.
آنها میتوانند اتمی را رها کنند و یکی دیگر را بگیرند.
این چیزی است که به آن واکنش شیمیایی میگوییم،
هنگامی که اتمها شرکا را عوض میکنند و مولکولهای جدید میسازند.
اسکلتبندی اپینفرین بیشتر از اتمهای کربن ساخته شده است.
و این خیلی معمول است.
کربن، اسکلتبندی مورد علاقه ساختمان حیات است،
چون میتواند تعداد خوبی از دست دادن را ایجاد کند
فقط با قدرت محکم گرفتن صحیح.
برای همین است که ما شیمی آلی را مطالعه مولکولهای کربن تعریف میکنیم.
اکنون، اگر کوچکترین مولکولها را بسازیم میتوانیم به نحوه تبعیت از قوانین دقت کنیم،
اینها قوانین را برجسته میکنند و نامهای آشنایی دارند:
آب، آمونیاک، متان، NH3، H2O و CH4
کلمات "هیدروژن"، "اکسیژن" و "نیتروژن" --
ما کلمات مشابه استفاده میکنیم
برای نامگذاری این سه مولکول که هر یک دو اتم دارند.
اینها همچنان تابع قوانین هستند،
چونکه آنها یک، دو و سه پیوند بین اتمها دارند.
برای همین اکسیژن O۲ نام گرفته است.
میتوانم احتراق را به شما نشان دهم.
این دیاکسیدکربن است، CO2
بالای آن، اجازه دهید آب و اکسیژن بگذاریم و کنارش برخی سوختهای اشتعالپذیر
این سوختها فقط از هیدروژن و کربن تشکیل شدهاند.
برای همین به آنها هیدروکربن میگوییم. ما خیلی خلاقیم.
(خنده)
بنابراین وقتی به مولکولهای اکسیژن شکسته میشوند،
همان کاری که در موتور یا کبابپز شما انجام میدهند،
انرژی آزاد میکنند و دوباره سرهم میشوند،
هر اتم کربن در نهایت در مرکز مولکول CO2 قرار میگیرد،
و دو اتم اکسیژن را نگه میدارد،
و همه هیدروژنها بعنوان بخشی از مولکولهای آب پایان مییابند،
و همه تابع قوانین هستند.
اینها اختیاری نیستند،
برای مولکولهای بزرگتر هم اختیاری نیستند،
مثل این سه تا.
این ویتامین مورد علاقه ماست
که کنار داروی مورد علاقه ما قرار دارد،
(خنده)
و مورفین یکی از مهمترین داستانهای تاریخ پزشکی است.
و به عنوان اولین دستاورد غلبه بر دردهای جسمانی شناخته میشود،
و هر مولکول داستانی دارد،
و همه به چاپ رسیدهاند.
توسط دانشمندان نوشته شده و توسط دیگر دانشمندان خوانده میشود،
بنابراین تجسمهای خوبی داریم تا سریع آنها را روی کاغذ بیاوریم،
و نیاز است به شما یاد دهم که چگونه این کار را بکنید.
خب ما اپینفرین را روی یک صفحه به پهنا میخوابانیم،
سپس همه کرات را با حروف ساده جایگزین میکنیم،
و سپس پیوندهایی که در پهنای صفحه خوابانده میشوند،
آنها فقط به خطوط معمولی تبدیل میشوند،
و پیوندهایی که در جهت جلو یا پشت هستند،
مثلثهای کوچکی میشوند،
چه توپر چه خطچین برای بیان عمق.
ما در واقع کربنها را نمیکشیم.
و با پنهانکردنشان در زمان صرفهجویی میکنیم.
زوایای بین پیوندها بیانگر کربنهاست،
و ما هیدروژنهایی که با کربن پیوند دارند را هم پنهان میکنیم.
میدانیم که آنجا هستند
هر موقع کربنی کمتر از چهار پیوند داشت.
آخرین کاری که انجام میشود پیوندهای بین OH و NH است.
ما فقط خودمان را از اینها خلاص میکنیم تا واضحتر شود،
و این، همه آن چیزی است که باید باشد.
این روش حرفهای رسم مولکولهاست.
این چیزی است که شما در صفحات ویکیپدیا میبینید.
یک مقدار تمرین میخواهد ولی فکر میکنم هر کس اینجاست میتواند انجامش دهد،
اما برای امروز، این اپینفرین است.
به آن آدرنالین هم میگویند. این دو یکی هستند.
توسط غدههای آدرنالین شما تولید میشوند.
همین الان این مولکول در بدنتان در حال شناست.
این یک مولکول طبیعی است.
این اپیپن فقط سریعاً یک کوینتیلیون بیشتر از اینها به شما میدهد.
(خنده)
ما میتوانیم اپینفرین را استخراج کنیم
از غدد آدرنالین گوسفند یا گاو،
اما این جایی نیست که این مواد از آنجا آمده باشد.
ما این اپینفرین را در یک کارخانه میسازیم
با اتصال مولکولهای کوچکتر به یکدیگر که بیشتر از نفت بدست میآیند.
و این صددرصد مصنوعی است.
و برخی از ما با کلمه "مصنوعی" راحت نیستیم.
مثل کلمه "طبیعی" نیست که به ما احساس امنیت میدهد.
اما این دو مولکول، این دو را نمیتوان از یکدیگر تمییز داد.
در مورد دو ماشین صحبت نمیکنیم که از یک خط تولید خارج شدهاند.
یک ماشین ممکن است خراشی داشته باشد،
و شما نمیتوانید روی اتم خراش بیاندازید.
این دو دقیقاً یکسان هستند به لحاظ ریاضی و سورئال
در این مقیاس اتمی، ریاضیات عملا لمس واقعیت است.
و یک مولکول اپینفرین…
هیچ خاطرهای از منشا خود ندارد.
فقط همان چیزی است که هست،
و هر موقع آن را داشته باشید،
دو کلمه "طبیعی" و "مصنوعی" اهمیتی ندارند،
و طبیعت این مولکول را میسازد دقیقاً همانگونه که ما میسازیم،
فقط طبیعت در این کار از ما خیلی بهتر عمل میکند.
قبل از اینکه حیات روی زمین باشد،
همه مولکولها کوچک و ساده بودند:
دیاکسیدکربن، آب، نیتروژن
فقط چیزهای ساده.
پیدایش حیات این وضعیت را تغییر داد.
حیات، کارخانههای بیوسنتزی که با نور خورشید کار میکنند را بوجود آورد،
و درون این کارخانهها،
مولکولهای کوچک در یکدیگر شکسته میشوند
و مولکولهای بزرگتری میشوند: کربوهیدراتها، پروتئینها، اسید نوکلئیکها،
شیمیدان آلی واقعی، طبیعت است،
و سازندگی طبیعت، آسمان ما را با اکسیژنی که تنفس میکنیم پر کرد،
این اکسیژن پرانرژی.
همه این مولکولها با انرژی خورشید پر شدهاند.
آن را مانند باتری ذخیره میکنند.
پس طبیعت از مواد شیمیایی تشکیل شده است.
شاید شما بتوانید به من کمک کنید تا این کلمه "مواد شیمیایی" را احیا کنیم،
چون از ما مصادره شده است.
معنایش سمی نیست، معنایش مضر نیست،
و معنایش مصنوعی یا غیرطبیعی نیست.
فقط به معنای "چیز" است، درست است؟
(خنده)
زغال بدون مواد شیمیایی وجود ندارد.
این احمقانه است.
(خنده)
و میخواهم یک کلمه دیگر هم بازتعریف کنم.
کلمه "طبیعی" به معنی "سالم" نیست،
و همه شما این را میدانید.
بسیاری از مواد شیمیایی طبیعی کاملاً سمی هستند،
بعضیها خوشمزه هستند،
و بعضیها هر دو…
(خنده)
سمی و خوشمزه.
تنها راهی که میتوان گفت چیزی مضر است
آزمایش کردن است،
و منظورم شماها نیستید.
سمشناسان حرفهای: ما اینگونه افراد را داریم.
آنها خوب تعلیم دیدهاند،
و شما هم مثل من باید به آنها اعتماد کنید.
پس مولکولهای طبیعت همه جا هستند،
شامل آنهایی که تجزیه شدهاند
به این ترکیبات سیاه که به آن نفت میگوییم.
ما این مولکولها را پالایش میکنیم.
هیچ چیز، غیر طبیعی نیست.
آنها را خالص میکنیم.
اکنون، وابستگی ما به آنها به خاطر انرژی --
به این معنی که هر یک از این کربنها به مولکول CO۲ تبدیل میشوند.
این یک گاز گلخانهای است که دارد وضعیت آب و هوا را بر هم میزند.
شاید دانستن این شیمی پذیرش این واقعیت را آسانتر خواهد کرد
برای بعضیها، نمیدانم،
اما این مولکولها فقط سوختهای فسیلی نیستند.
اینها ارزانترین مواد اولیه در دسترس هستند
برای انجام چیزی که به آن سنتز میگوییم.
ما از آنها بعنوان اجزای بازی لگو استفاده میکنیم.
ما آموختهایم که چگونه با کنترل عالی آنها را متصل کنیم یا بشکنیم.
خودم خیلی زیاد از این کارها کردهام،
و همچنان فکر میکنم شگفتآور است و حتی ممکن است.
کاری که ما میکنیم مثل سر هم کردن لگو است
با روی هم گذاشتن قطعات لگو و ساخت ماشین لباسشویی،
اما کار میکند.
ما میتوانیم مولکولهایی بسازیم که کپی دقیق طبیعت است مثل اپینفرین
یا میتوانیم مخلوقاتی با دستکاری خودمان بسازیم، مثل این دو تا.
یکی از اینها عوارض بیماری اماس را سبک میکند؛
و آن یک، نوعی سرطان خون را درمان میکند که به آن لنفوم تی سل میگوییم.
یک مولکول با شکل و اندازه صحیح، مثل کلید یک قفل است،
و هنگامی که به قفل بخورد، در شیمی بیماری دخالت میکند.
داروها اینگونه عمل میکنند.
طبیعی یا مصنوعی،
آنها فقط مولکولهایی هستند که در مکانی مهم جا خوش میکنند.
اما طبیعت در ساخت آنها خیلی بهتر از ما عمل میکند،
چون دقت آن از ما بیشتر و موثرتر است،
مثل این یکی.
به این، وانکومایسین گفته میشود.
طبیعت به این غول باشکوه دو اتم کلر داده است
تا مثل یک جفت گوشواره به گوش اندازد.
ما وانکومایسین را در سال ۱۹۵۳ در گودالی از گِل در جنگلی در بورنئو پیدا کردیم.
توسط باکتریها ساخته میشود.
نمیتوانیم آن را بصورت اقتصادی در آزمایشگاه سنتز کنیم.
برای ما خیلی پیچیده است، ولی میتوانیم از منابع طبیعی جمعآوری کنیم،
و این کار را میکنیم، چون یکی از قویترین آنتیبیوتیکهای ماست.
و هر روز مولکولهای جدید در مقالات گزارش میشود.
یا آنها را میسازیم یا پیدا میکنیم در هر گوشهای از این سیاره.
و این جایی است که داروها از آن آمدهاند،
و این است دلیل قدرت شگفتآور دکترها…
(خنده)
تا عفونتهای مرگآور یا هر چیز دیگر را درمان کنند.
امروزه دکتر بودن مثل شوالیهای با زره درخشان بودن است.
آنها با شجاعت و تسلط در نبردها شرکت میکنند،
اما همچنین با ابزار خوب.
بگذارید نقش آهنگر را در این تصویر فراموش نکنیم،
چون بدون آهنگر، اوضاع کمی متفاوت به نظر میرسد…
(خنده)
اما این علم بزرگتر از پزشکی است.
روغنها، حلالها، طعمدهندهها، پارچهها، پلاستیکها،
مبل راحتی که الان روی آن نشستید--
همه آنها تولید شدهاند و بیشتر از کربن تشکیل شدهاند،
و همه اینها شیمی آلی را میسازد.
دانشی است غنی.
امروز خیلیها را کنار گذاشتم:
فسفر و گوگرد و دیگر اتمها،
و اینکه چرا اینگونه تشکیل پیوند میدهند،
و تقارن،
و الکترونهای غیرپیوندی،
و اتمهایی که بار الکتریکی دارند،
و واکنشها و مکانیزمهایشان، و همینگونه ادامه دارد،
و سنتز راه درازی است برای یادگیری.
ولی اینجا نیامدهام که به شما شیمی آلی درس دهم --
فقط خواستم به شما نشان دهم،
و امروز کمک زیادی دریافت کردم از مرد جوانی به نام وستون دورلند،
و شما قبلا او را دیدهاید.
او یک دانشجوی کارشناسی شیمی است،
و اتفاقا مهارت خوبی هم در گرافیک کامپیوتری دارد.
(خنده)
بنابراین همه مولکولهای متحرک را وستون طراحی کردهاست
که شما امروز دیدید.
من و او خواستیم با استفاده از گرافیکهایی مثل این نشان دهیم
تا به کسی که در مورد این دانش پیچیده صحبت میکند کمک شود.
ولی هدف اصلی ما فقط این بود که به شما نشان دهیم
که شیمی آلی چیزی نیست که ترسناک باشد.
این علم در اصل پنجرهای است
که از دریچه آن زیبایی جهان طبیعی غنیتر به نظر میرسد.
متشکرم.
(تشویق)