Aș vrea să vă puneți întrebarea:
ce sentimente vă provoacă cuvintele „chimie organică”?
Ce vă vine în minte?
Există un curs oferit de aproape fiecare universitate,
care se intitulează Chimie Organică,
și are o introducere istovitoare și grea,
un conținut extenuant care copleșește elevii,
și trebuie să obții nota maximă dacă vrei să devii doctor sau stomatolog
sau veterinar.
Din acest motiv atât de mulți elevi percep această știință astfel.
Drept un obstacol în calea lor,
și le este frică de ea și o urăsc
și o numesc un curs de povară.
Ce lucru crud poate face o materie tinerilor:
să îi pice examenul.
Această percepție s-a răspândit în universități de mult timp.
Există o anxietate universală la auzul acestor două cuvinte.
Se întâmplă ca eu să iubesc această știință,
și cred că poziția aceasta pe care i-am acordat-o
este de nescuzat.
Nu e bine pentru știință, și nu bine nici pentru societate
și nu cred că trebuie să fie în acest fel.
Și nu cred nici că acest curs ar trebui să fie mai ușor. Chiar nu ar trebui!
Însă percepția voastră cu privire la aceste două cuvinte
nu ar trebui să fie definită de experiența unor studenți de la Medicină
care, sincer vorbind, trec printr-o perioadă extrem de încordată.
Mă aflu astăzi aici deoarece cred
că o cunoaștere fundamentală a chimiei organice e valoroasă,
și cred că poate fi accesibilă tuturor,
și vreau să vă demonstrez acest lucru astăzi.
Îmi permiteți să încerc?
Spectatorii: Da!
Jakob Magolan: În regulă, hai s-o facem!
(Râsete)
Aici am unul dintre stilourile injectoare super-scumpe EpiPens
Înăuntru e un medicament numit epinefrină.
Epinefrina poate porni din nou bătăile inimii mele,
poate opri o reacție alergică care îmi periclitează viața.
O injecție ca aceasta, aici, mă va salva.
Ca și cum aș porni comutatorul de aprindere
și aș declanșa în corpul meu reacția de fugă sau de luptă.
Pulsul, tensiunea arterială ar urca încât sângele ar ajunge la mușchi.
Pupilele s-ar dilata. Aș simți imediat un val de putere.
Epinefrina a însemnat diferența dintre viață și moarte pentru multe persoane.
E ca un mic miracol pe care-l poți strânge între degete.
Aceasta e structura chimică a epinefrinei.
Așa arată chimia organică.
E formată din linii și litere,
ce nu au niciun înțeles pentru majorutatea oamenilor.
Aș vrea să vă arat ceea ce văd eu când mă uit la acea imagine.
Văd un obiect fizic
care are adâncime și părți rotative,
și se mișcă.
Numim aceasta un compus sau o moleculă,
și e formată din 26 de atomi care sunt prinși împreună prin legături atomice.
Modul de așezare unic al acestor atomi îi dă epinefrinei identitatea sa,
însă nimeni nu i-a văzut vreodată pe acești atomi
deoarece sunt foarte mici,
deci vom numi aceasta o reprezentare artistică
și vreau să vă explic cât e de mică.
Aici am mai puțin de jumătate de miligram de epinefrină dizolvată în apă
E cât un bob de nisip.
Numărul de molecule de epinefrină de aici este de un cvintilion.
Asta are 18 zero-uri.
Numărul acela este greu de vizualizat.
Șapte miliarde de persoane pe această planetă?
Poate 400 de miliarde de stele în galaxia noastră?
Nici pe aproape!
Dacă vreți să nimeriți numărul aproximativ corect,
ar trebui să vă imaginați fiecare bob de nisip
de pe fiecare plajă, sub toate oceanele și lacurile,
și apoi să le micșorați pe toate astfel încât să intre aici.
Epinefrina este atât de minusculă încât nu o vom vedea vreodată,
nici măcar cu ajutorul unui microscop,
însă noi știm cum arată,
pentru că se arată prin niște mașinării sofisticate
cu nume excentrice precum
„spectrometru de rezonanță magnetică nucleară”.
Vizibilă sau nu, cunoaștem această moleculă foarte bine.
Știm că este compusă din patru tipuri diferite de atomi,
hidrogen, carbon, oxigen și nitrogen.
Acestea sunt culorile pe care le folosim în mod obișnuit.
Totul din univers e compus din sfere mici
pe care le numim atomi.
Există în jur de o sută din aceste ingrediente de bază,
și toate sunt compuse din trei particule mai mici:
protoni, neutroni, electroni.
Aranjăm acești atomi în acest tabel familiar.
Fiecăruia îi dăm un nume și un număr.
Viața după cum o cunoaștem, nu are nevoie de toate acestea,
ci doar de un subansamblu mai mic, doar de acestea.
Există patru atomi care se diferențiază de restul.
principalele elemente constitutive ale vieții
sunt exact aceleași care se găsesc în epinefrină:
hidrogen, carbon, nitrogen și oxigen.
Ceea ce am să vă spun acum este cel mai important lucru.
Când acești atomi se conectează pentru a forma molecule,
aceștia urmează un set de reguli.
Hidrogenul formează o legătură chimică,
oxigenul întotdeauna formează două,
nitrogenul trei,
iar carbonul formează patru.
Asta e tot.
HONC - unu, doi, trei, patru.
Dacă știți să numărați până la patru și țineți minte „HONC”,
vă veți aminti asta pentru tot restul vieții.
(Râsete)
Aici sunt patru vase cu aceste ingrediente
Putem să le folosim pentru a construi molecule.
Să începem cu epinefrina.
Aceste legături dintre atomi sunt alcătuite din electroni.
Atomii folosesc electroni precum brațele care se întind să își țină vecinii.
sunt ca o strângere de mână,
și acestea nu sunt permanente.
Pot da drumul unui atom și să ia un altul.
Asta numim noi reacție chimică,
atunci când atomii schimbă partenerii și formează molecule noi.
Epinefrina e alcătuită în principal din atomi de carbon,
și acesta e comun.
Carbonul e „materialul de construcție” preferat
deoarece creează un număr mare de strângeri de mână
cu o forță de legătură potrivită.
De aceea definim chimia organică drept studiul moleculelor de carbon.
Dacă construim cele mai mici molecule care respectă aceste reguli,
acestea ne evidențiază regulile și au nume familiare:
apă, amoniac și metan, H20 și NH3 și CH4.
Cuvintele „hidrogen”, „oxigen” și „nitrogen”,
folosim aceleași cuvinte
pentru a denumi trei molecule care au doi atomi fiecare.
Acestea respectă regulile
pentru că au una, două și trei legături între ele.
De aceea oxigenul se numește O2.
Pot să vă arăt arderea.
Acesta e dioxidul de carbon, CO2.
Deasupra să punem apa și oxigenul, și alături combustibili inflamabili.
Acești combustibili sunt făcuți doar din hidrogen și carbon.
De asta îi numim hidrocarburi. Suntem foarte creativi.
(Râsete)
Când acestea se sfărâmă în molecule de oxigen,
cum se întâmplă în motorul mașinii sau la grătar,
acestea eliberează energie și se reasamblează
și fiecare atom de carbon se află în centrul unei molecule de CO2
ținându-se de doi oxigeni,
și toți hidrogenii formează apa
și toții urmează aceleași reguli.
Nu sunt opționale,
nu sunt opționale nici pentru moleculele mai mari,
cum ar fi acestea trei.
Aceasta e vitamina noastră preferată
stând alături de medicamentul nostru preferat.
(Râsete)
Morfina are una dintre cele mai importante povești din istoria medicinei.
Marchează primul triumf real al medicinei asupra durerilor fizice
și fiecare moleculă are o poveste
și toate sunt publicate.
Sunt scrise de oameni de știință și citite de alți oameni de știință,
și avem o reprezentare la îndemână pentru a face asta repede pe hârtie
și trebuie să vă învăț cum să faceți asta.
Așezăm epinefrina culcată pe pagină,
apoi înlocuim toate sferele cu litere simple,
apoi legăturile care se află pe hârtie,
devin doar niște linii obișnuite,
iar legăturile care țintesc în față și în spate
devin mici triunghiuri
fie solide sau punctate pentru a indica adâncimea.
Noi nu desenăm efectiv acești carboni.
Economisim timp ascunzându-i.
Sunt reprezentați de colțuri dintre legături,
și ascundem de asemenea fiecare hidrogen care se leagă de un carbon.
Știm că sunt acolo
de fiecare dată când un carbon ne arată mai puțin de patru legături.
În final, legătura dintre OH și NH.
Ne debarasăm de asta ca să fie mai clar,
și asta e tot.
Acesta e modul profesionist de a desena molecule.
Asta găsiți și pe paginile Wikipedia.
Trebuie puțină practică dar cred că toți cei de aici puteți să o faceți,
dar pentru astăzi, asta e epinefrina.
Se mai numește și adrenalină. Sunt același lucru.
E produsă de glandele suprarenale.
Aveți această moleculă în corpul vostru chiar acum.
E o moleculă naturală.
Acest stilou EpiPen v-ar da rapid cu un cvintilion mai mult.
(Râsete)
Putem extrage epinefrina
din glandele suprarenale ale oilor sau vitelor,
dar nu așa obținem asta.
Fabricăm această epinefrină într-o fabrică
adunând la un loc molecule mai mici care provin în mare parte din petrol.
Aceasta e în procent de 100% sintetică.
Cuvântul „sintetic” ne face pe unii să ne simțim inconfortabil.
Nu e precum cuvântul „natural” care ne face să ne simțim în siguranță.
Dar aceste două molecule nu diferă una de alta.
Nu discutăm despre două mașini care ies de pe aceeași bandă de producție.
O mașină poate avea o zgârietură pe ea,
și nu putem zgâria un atom.
Acestea două sunt identice într-un mod supranatural, aproape matematic.
La această scală atomică, matematica practic atinge realitatea.
Iar o moleculă de epinefrină
nu are memorie în ceea ce privește originea.
E pur și simplu ceea ce e,
și odată ce o aveți,
cuvintele „natural” și „sintetic” nu mai contează.
Natura sintetizează această moleculă după cum o facem și noi,
exceptând faptul că natura e mai bună decât noi.
Înainte să fie viață pe Pământ,
toate moleculele erau mici, simple:
dioxid de carbon, apă, nitrogen,
doar lucruri simple.
Apariția vieții a schimbat asta.
Viața a adus fabrici bio-sintetice care sunt activate de lumina soarelui,
în interiorul acestor fabrici, mici molecule se ciocnesc
și devin molecule mai mari: carbohidrați, proteine, acizi nucleici,
o multitudine de creații spectaculoase.
Natura e chimistul organic natural,
construcția ei umple cerul cu oxigenul pe care-l respirăm,
acest oxigen plin de energie.
Toate aceste molecule sunt infuzate cu energia ce vine de la soare.
O depozitează ca bateriile.
Drept urmare, natura este compusă din substanțe chimice.
Poate mă puteți ajuta să revendic acest cuvânt, „chimic”,
deoarece a fost furat de la noi.
Nu se traduce prin toxic și nu înseamnă dăunător
și nu înseamnă nici creat de om sau ne-natural.
Înseamnă doar „un lucru”.
(Râsete)
Nu puteți avea cărbune fără chimicale.
E ridicol.
(Râsete)
Și aș vrea să mai subliniez ceva.
Cuvântul „natural” nu înseamnă „siguranță”
și cu toții știți aceasta.
Multe dintre produsele chimice produse de natură sunt destul de toxice,
altele sunt delicioase,
iar unele sunt în același timp
(Râsete)
toxice și delicioase.
Singura modalitate de a afla dacă ceva este dăunător
este acela de a-l testa
și nu mă refer la voi.
Toxicologi profesioniști: avem următoarele persoane.
Sunt bine instruiți
și ar trebui să aveți încredere în ei, așa cum am și eu.
Moleculele din natură se află pretutindeni,
inclusiv acolo unde s-au decompus
în aceste mixturi negre pe care le numim petrol.
Rafinăm aceste molecule.
Nu e nimic nenatural la ele.
Le purificăm.
Dependența noastră de ele pentru energie
înseamnă că fiecare din acei carboni se convertește într-o moleculă de CO2.
E un gaz cu efect de seră care murdărește climatul nostru.
Poate faptul că știți asta va face mai ușor de acceptat realitatea
pentru unii oameni, nu știu,
însă aceste molecule nu sunt doar simpli combustibili fosili.
Sunt, de asemenea, cea mai ieftină materie primă la îndemână
pentru a face ceva ce noi numim sinteză.
Le folosim ca pe niște piese de LEGO.
Am învățat cum anume să le conectăm sau să le despărțim cu mare grijă,
Am făcut și eu asta de o mulțime de ori
și încă cred că e uluitor că e posibil.
Ceea ce facem e un fel de asamblare de piese LEGO
prin punerea pieselor în mașina de spălat,
dar chiar funcționează.
Putem crea molecule care sunt copii exacte ale naturii, ca epinefrina,
sau putem să le creăm pe ale noastre, din nimic, ca pe acestea două.
Una dintre acestea atenuează simptomele sclerozei multiple;
cealaltă vindecă un tip de cancer de sânge pe care-l numim limfom cu celule T.
O moleculă cu mărimea și forma potrivită e ca o cheie în lacăt,
când aceasta se potrivește, interferează cu chimia unei boli.
Așa funcționează medicamentele.
Naturale sau sintetice,
sunt doar molecule care se potrivesc cu precizie într-un loc important.
Natura e mult mai bună în a le crea decât suntem noi,
deci ale ei arată mai impresionant decât ale noastre,
ca aceasta.
Acesta ne numește vancomicină.
A dat acestei figuri maiestuoase doi atomi de clor
să le poarte asemenea unei perechi de cercei.
Am găsit vancomicina într-o baltă de noroi dintr-o junglă în Borneo în 1953.
E făcută de o bacterie.
Nu putem sintetiza aceasta în mod rentabil într-un laborator.
E prea complicat pentru noi, însă o putem recolta din sursa sa naturală,
ceea ce și facem, deoarece e unul dintre cele mai puternice antibiotice.
Molecule noi sunt raportate zilnic în literatura noastră.
Le creăm sau le găsim în fiecare colț al planetei.
Și de aici provin medicamentele,
și din acest motiv medicii au puteri uluitoare,
(Râsete)
pentru a vindeca infecții mortale și orice altceva.
A fi medic în zilele noastre e ca și cum ai fi un cavaler în armură strălucitoare
Aceștia se luptă cu curaj și autocontrol,
dar și cu un echipament bun.
Să nu uităm de rolul acestui fierar din fotografie,
deoarece fără fierar, lucrurile ar fi puțin diferite.
(Râsete)
Această știință e mai mare decât medicina.
Sunt uleiuri și solvenți, arome, structuri, materiile plastice,
pernele pe care stați chiar acum,
sunt toate produse și sunt în mare parte carbon,
deci acestea toate sunt chimie organică.
Este o știință bogată.
Am omis multe lucruri astăzi:
fosfor și sulf și alți atomi,
de ce se leagă toate acestea în modul în care se leagă,
și simetria
și electronii care nu creează legături
și atomii care sunt încărcați electric,
și reacții și mecanismul lor, și totul merge așa,
și ne ia foarte mult timp să învățăm sinteza.
Nu am venit aici să vă predau chimia organică.
Am vrut doar să v-o arăt
și am primit mult ajutor astăzi de la un tânăr pe nume Weston Durland
pe care deja l-ați văzut.
Este student la chimie
și de asemenea e foarte priceput și la grafica pe calculator.
(Râsete)
Weston a proiectat toate moleculele mișcătoare
pe care le-ați văzut astăzi.
El și eu am vrut să vă demonstrăm cu ajutorul acestor grafice,
să înțelegeți această știință încâlcită.
Scopul nostru principal era de a vă arăta
că chimia organică nu e ceva de care ar trebui să vă fie frică.
E, în esență, o fereastră
prin care frumusețea lumii naturale arată mai bogată.
Mulțumesc.
(Aplauze)