Curso acelerado de química orgánica

Jakob Magolan está aquí para cambiar a vosa percepción da química orgánica. Nunha charla moi accesible chea de gráficos sorprendentes, apréndenos os fundamentos, ao tempo que desbarata o estereotipo de que a química orgánica é algo ao que lle hai que ter medo.

Gustaríame que vos preguntásedes

que sentides ao escoitar as palabras
"química orgánica"

Que se vos vén á cabeza?

Case tódalas universidades
ofrecen un curso

que se titula Química Orgánica,

unha dura e pesada introdución á materia,

unha avalancha de contidos
que afoga aos estudantes

e nos que hai que ser un ás
para converterse en médico ou dentista

ou veterinario.

Por iso moitos estudantes
ven así esta ciencia:

como un atranco no camiño,

e témena e ódiana

e considérana un curso "peneira".

Que cruel que unha materia
lle faga iso á xente nova,

que os peneire.

E hai moito que esta percepción
se estendeu alén dos campus.

Esas dúas palabras
causan angustia universal.

Acontece que eu adoro esta ciencia,

e considero que a situación
na que a puxemos

é imperdoable.

Non é bo para a ciencia
e non é bo para a sociedade,

e penso que non ten por que ser así.

Non quero dicir que ese curso
debería ser máis doado. Non tal.

Pero a nosa percepción desas dúas palabras

non debera depender da experiencia
de estudantes de medicina

que sinceramente pasan por unha etapa
anguriosa das súas vidas.

Así que hoxe estou aquí porque penso

que ter coñecementos básicos
de química orgánica é moi útil,

e penso que se poden facer accesibles
para todo o mundo,

e hoxe gustaríame demostrárvolo.

Permitídesme que o intente?

Audiencia: Si!

Jakob Magolan: De acordo, imos aló.

(Risas)

Este é un deses carísimos
autoinxectores Epipens.

Contén un fármaco chamado epinefrina.

A epinefrina pode reiniciar
os latexos do meu corazón

ou deter unha reacción alérxica mortal.

Abonda cunha inxección disto xusto aquí.

Sería como darlle ao interruptor

da maquinaria corporal de loita ou fuxida.

Subirían o ritmo cardíaco e a tensión
para que o sangue chegase aos músculos.

Dilataríanseme as pupilas.
De súpeto sentiríame moi forte.

A epinefrina leva sido para moitos
a diferenza entre vivir ou morrer.

É coma un pequeno milagre
que che cabe na man.

E esta é a estrutura química
da epinefrina.

Este é o aspecto da química orgánica.

Semellan liñas e letras...

Sen significado para a maioría.

Gustaríame amosarvos o que vexo eu
cando miro esa imaxe.

Vexo un obxecto físico

con profundidade e partes que rotan

e que está en movemento.

É o que chamamos un composto ou molécula,

e consta de 26 átomos unidos
por enlaces atómicos.

A disposición única destes átomos
dálle á epinefrina a súa identidade,

pero en realidade ninguén viu isto nunca,

porque é algo moi pequeno,

así que ímolo tomar como
unha representación artística

e quérovos explicar
ata que punto é pequeno.

Aquí teño menos de medio miligramo
disolto en auga.

Ten a masa dun gran de area.

O número de moléculas de epinefrina
que hai aquí é un trillón.

Son 18 ceros.

É unha cifra difícil de visualizar.

Os sete mil millóns que somos no planeta?

En torno a 400.000 millóns
de estrelas na galaxia?

Nin sequera nos achegamos.

Para facer unha estimación máis precisa,

temos que imaxinar
ata o último gran de area

que hai en tódalas praias e
baixo tódolos océanos e lagos

e comprimilos todos para metelos aquí.

A epinefrina é tan pequena que nunca
chegaremos a vela,

nin sequera a través do microscopio,

pero sabemos como é,

porque se mostra por medio de
sofisticados aparatos

de nomes rebuscados

como "espectrómetros de resonancia
magnética nuclear".

O caso é que, visible ou non,
coñecemos esta molécula moi ben.

Sabemos que se compón de catro
tipos distintos de átomos,

hidróxeno, carbono, osíxeno e nitróxeno.

Estas son as cores
que adoitamos usar para cada un.

Todo no noso universo está feito
de pequenas esferas

que chamamos átomos.

Existen uns cen
destes ingredientes básicos.

e todos están feitos
de tres partículas máis pequenas:

protóns, neutróns e electróns.

Organizamos estes átomos
por medio desta táboa ben coñecida.

Dámoslle un nome e un número a cada un.

Pero a vida tal e como a coñecemos
non require todo isto,

só un subconxunto, só estes.

E catro átomos en concreto
distínguense do resto

por seren os elementos esenciais da vida.

E son os mesmos que atopamos
na epinefrina:

hidróxeno, carbono, nitróxeno
e osíxeno.

Mais o que vos vou contar agora
é a parte máis importante.

Cando estes átomos se asocian
para formar moléculas,

seguen unha serie de normas.

O hidróxeno forma un enlace,

o osíxeno sempre forma dous,

o nitróxeno, tres

e o carbono, catro.

E xa está.

HONC: un, dous, tres, catro.

Se sabedes contar ata catro
e sodes quen de escribir mal "honk",

ides lembrar isto para o resto
da vosa vida.

(Risas)

Ben, aquí teño catro cuncas
con estes ingredientes.

Podemos usalos para facer moléculas.

Comecemos pola epinefrina.

Ben, estes enlaces entre átomos
están feitos de electróns.

Os átomos usan os electróns a modo
de brazos para agarrar aos veciños.

Dous electróns en cada enlace,
como dándose a man,

e coma unha aperta de mans,
non son permanentes.

Poden soltar un átomo
e agarrar outro.

É o que chamamos unha reacción química,

na que os átomos cambian de parella
e crean moléculas novas.

O eixe central da epinefrina está formado
sobre todo por átomos de carbono,

o que é moi común.

O carbono é o material de construción
favorito da vida,

porque dá unha boa cantidade
de apertas de mans

coa forza xusta.

Por iso definimos a química orgánica
como o estudo das moléculas de carbono.

As moléculas máis pequenas que podemos
construír segundo as nosas regras

poñen de relevo esas regras
e teñen nomes familiares:

auga, amoníaco e metano,
H2O e NH3 e CH4.

As palabras "hidróxeno", "osíxeno"
e "nitróxeno"...

usamos as mesmas palabras

para nomear estas tres moléculas
de dous átomos cada unha.

Tamén cumpren as regras,

porque teñen un, dous e tres
enlaces entre eles.

Por iso ao osíxeno se lle chama O2.

Podo amosarvos a combustión.

Isto é dióxido de carbono, CO2.

Poñemos enriba auga e osíxeno,
e ao pé, combustibles.

Estes combustibles constan
só de hidróxeno e carbono

Por iso lles chamamos hidrocarburos.
Somos moi creativos.

(Risas)

Así que cando chocan
con moléculas de osíxeno,

como no motor do voso coche
ou na barbacoa,

liberan enerxía e reagrúpanse,

e cada átomo de carbono acaba
no centro dunha molécula de CO2,

agarrado a dous osíxenos,

e os hidróxenos acaban como
parte de moléculas de auga

e todo o mundo segue as regras.

Non son optativas.

E tampouco o son
para as moléculas de maior tamaño

como estas tres.

Esta é a nosa vitamina preferida,

a carón da nosa menciña preferida.

(Risas)

O da morfina é un dos relatos
máis importantes da historia da medicina.

Sinala o primeiro verdadeiro triunfo
sobre a dor física,

e cada molécula ten a súa historia,

e todas están publicadas.

Escribíronas científicos,
e lenas outros científicos

así que temos boas representacións
á man para facer isto nunha folla

e teño que ensinarvos a facelo.

Dispoñemos a epinefrina
no plano da páxina

e substituímos todas as esferas
por simples letras,

e logo os enlaces que figuran
na superficie da páxina

convértense en simples liñas,

e os enlaces que apuntan
cara a adiante ou atrás

convértense en trianguliños,

sólidos ou raiados para indicar
profundidade.

En realidade, non debuxamos
estes carbonos.

Aforramos tempo simplemente
ocultándoos.

Están representados polos ángulos
entre os enlaces,

e tamén agachamos todos os hidróxenos
unidos a carbonos.

Sabemos que están aí

cando un carbono nos mostra
menos de catro enlaces.

O último que se pon son os enlaces
entre OH e NH.

Librámonos deles para que quede
máis limpo

e iso é todo.

Este é o modo profesional
de debuxar moléculas.

É o que atopades nas páxinas da Wikipedia.

Require algo de práctica, pero penso
que calquera podería facelo,

pero por hoxe, temos aquí a epinefrina.

Tamén se lle chama adrenalina.
Son exactamente o mesmo.

Segrégana as glándulas adrenais.

Agora mesmo tedes esta molécula
flotando polo corpo.

É unha molécula natural.

Este EpiPen inxectaríavos nun instante
outro trillón delas.

(Risas)

Podemos extraer epinefrina

das glándulas adrenais de ovellas
ou gando vacún,

pero non é de aí de onde procede
esta substancia.

Esta epinefrina fabricámola

xuntando moléculas máis pequenas
que saen sobre todo do petróleo.

Isto é totalmente sintético.

E esa palabra, "sintético",
incomódanos a algúns.

Non é como a palabra "natural",
que nos fai sentir seguros.

Mais estas dúas moléculas
non se distinguen unha da outra.

Aquí non falamos de dous coches
que saen dunha cadea de montaxe.

Un coche pode ter unha rascadura,

pero non se pode rascar un átomo.

Estas dúas son idénticas nun sentido
surrealista, case matemático.

A escala atómica, as matemáticas
convértense na realidade.

E a molécula da epinefrina

non garda memoria da súa orixe.

É simplemente o que é,

e unha vez que a temos,

as palabras "natural" e "sintética"
xa non importan,

e a natureza sintetiza esta molécula
do mesmo xeito ca nós,

só que a natureza faino moito mellor.

Antes de que houbese vida na terra,

tódalas moléculas eran pequenas, simples:

dióxido de carbono, auga, nitróxeno,

só cousas simples.

A aparición da vida cambiou iso.

A vida trouxo fábricas biosintéticas
alimentadas pola luz solar,

e nestas fábricas as pequenas moléculas
chocan entre si e convértense

noutras máis grandes: carbohidratos,
proteínas, ácidos nucleicos,

unha morea de creacións espectaculares.

A natureza foi
o primeiro químico orgánico,

e a súa construción tamén enche o ceo
dese aire que respiramos,

ese osíxeno cargado de enerxía.

Todas estas moléculas están impregnadas
da enerxía do sol

Almacénana coma baterías.

Así que a natureza componse
de substancias químicas.

Se cadra podedes axudarme a reclamar
ese termo, substancia "química",

porque nolo roubaron.

Non significa tóxico, nin nocivo,

non significa fabricado ou artificial.

Significa simplemente "substancia",
estamos?

(Risas)

Non existe o carbón vexetal
sen substancias químicas.

Iso é ridículo.

(Risas)

E quero comentar unha palabra máis.

"Natural" non significa "seguro",

e todos sabedes iso.

Moitas das substancias da natureza
son bastante tóxicas,

e outras son deliciosas,

e algunhas son ámbalas dúas cousas,

(Risas)

tóxicas e deliciosas.

O único xeito de saber se algo é nocivo

é analizándoo,

e non me refiro a vós,

senón a toxicólogos profesionais.
Existen.

Son persoas moi preparadas,

e deberiades confiar neles como fago eu.

As moléculas da natureza
están por todas partes,

incluso as que se descompuxeron

nesas misturas negras
que chamamos petróleo.

Refinamos esas moléculas.

Non teñen nada de artificial.

Purificámolas.

Ben, a nosa dependencia delas
como fonte de enerxía,

iso significa que cada un deses carbonos
vaise converter nunha molécula de CO2.

É un gas de efecto invernadoiro
que está a estragar o clima.

Pode que saber de química faga
a realidade máis doada de aceptar

para algúns, non sei,

pero estas moléculas non son
só combustibles fósiles.

Son tamén as materias primas
máis baratas das que dispoñemos

para facer iso que chamamos síntese.

Usámolas como pezas de LEGO.

Aprendemos a conectalas ou separalas
de forma moi controlada.

Eu mesmo fíxeno moitas veces

e sigo pensando que é sorprendente
que sexa posible.

O que facemos vén ser
como ensamblar pezas de LEGO

botando caixas delas nunha lavadora,

pero funciona.

Podemos facer moléculas que son copias
exactas da natureza, coma a epinefrina,

ou elaborar creacións propias
partindo de cero, coma estas dúas.

Unha delas alivia os síntomas
da esclerose múltiple;

a outra cura un tipo de cancro no sangue
denominado linfoma das células T.

Unha molécula do tamaño e forma correctos
e coma unha chave para unha pechadura,

e cando encaixa, interfire nos procesos
químicos dunha enfermidade.

Así funcionan os medicamentos.

Sexan naturais ou sintéticos,

non son máis que moléculas que resulta
que encaixan nalgún lugar importante.

Só que a natureza fainas
moito mellor ca nós,

así que as súas son
máis espectaculares cás nosas,

como esta de aquí.

Chámase vancomicina.

Regaloulle a esta besta maxestosa
dous átomos de cloro

para que os usase de pendentes.

Atopamos a vancomicina nunha lameira
na selva de Borneo en 1953.

Faina unha bacteria.

Non se pode sintetizar nun laboratorio
de forma rendible.

Para nós é demasiado complicado, pero
podemos obtela da súa fonte natural,

e así o facemos, porque é un
dos nosos antibióticos máis potentes.

E nas nosas publicacións infórmase
a diario de novas moléculas.

Facémolas ou atopámolas
en cada recuncho do planeta.

E de aí saen os medicamentos,

razón pola que os nosos médicos
teñen poderes incribles

(Risas)

para curar infeccións mortais
e todo o demais.

Ser médico hoxe en día é coma ser
un cabaleiro de relucente armadura.

Libran batallas con coraxe e compostura,

pero tamén con bo equipo.

Non esquezamos o papel do ferreiro
nesta imaxe,

porque sen o ferreiro,
as cousas serían un pouquiño distintas...

(Risas)

Pero esta ciencia é moito
máis que a medicina.

Son os aceites e os disolventes e
os aromas, as teas, tódolos plásticos,

o coxín enriba do que sentades,

son todos manufacturados,
e son esencialmente carbono,

o que converte todo iso
en química orgánica.

É unha ciencia moi rica.

Hoxe deixei moitas cousas fóra:

o fósforo e o xofre e os outros átomos,

e por que se enlazan como o fan

e a simetría

e os electróns libres

e os átomos que se cargan,

e as reaccións e os seus mecanismos,
etcétera, etcétera

e a síntese leva moito aprendela.

Pero eu non vin aquí aprendervos
química orgánica.

Só quería amosárvola,

E niso axudoume moito hoxe
un rapaz chamado Weston Durland,

a quen vós xa vistes.

É un estudante do grao de Química,

a quen resulta que se lle dan moi ben
os gráficos por ordenador.

(Risas)

Así que Weston foi quen deseñou
todas as moléculas en movemento

que vistes hoxe.

El e mais eu queriamos probar
o uso de gráficos coma estes

como apoio para alguén que queira
falar desta complexa ciencia.

Pero o principal obxectivo era
simplemente mostrarvos

que a química orgánica non é
algo que haxa que temer.

É, en esencia, unha xanela

a través da cal a beleza do mundo natural
semella aínda máis rica.

Grazas.

(Aplausos)