Szerves kémiai gyorstalpaló

Jakob Magolan azt szeretné, hogy máshogy gondolkodjunk a szerves kémiáról. Ebben a közérthető, gyönyörű grafikákkal tarkított előadásban megtanítja az alapokat és egyúttal ledönti a szerves kémia félelmetességéről kialakult mítoszt.

Szeretném, ha feltennék
maguknak a kérdést:

mi jut eszükbe
a "szerves kémia" szavakról?

Mire gondolnak?

Majdnem minden egyetem
indít kurzust

Szerves kémia címmel.

Ezek nehézkesen, fárasztóan
vezetnek be a témába,

elárasztva információval a diákokat,

akiknek teljesíteni kell, ha orvosok,
fogorvosok,

vagy állatorvosok akarnak lenni.

Ezért gondolják sokan
erről a tudományról,

hogy csak nyűg, akadály,

ezért félnek tőle, utálják

és hívják buktatótárgynak.

Milyen kegyetlen ez a tárgy,

hogy fiatalokat buktat.

Ez a hozzáállás pedig
rég kijutott az egyetemi falakon túlra.

E két szó általában szorongást vált ki.

Én történetesen szeretem ezt a tudományt,

és ezért elfogadhatatlannak tartom

ezt a helyzetet.

Nem jó sem a tudománynak,
sem a társadalomnak,

és nem hiszem, hogy így kell maradnia.

Nem arra gondolok, hogy a tárgyat
könnyebbé kellene tenni. Nem.

De az e két szó által keltett érzéseket

ne orvosis hallgatók
élményei befolyásolják,

akik amúgy is egy elég
zaklatott életszakaszban vannak.

Azért vagyok ma itt,

mert a szerves kémiai alapismeretek
szerintem értékesek,

és mindenki által elérhetővé tehetők,

ahogy ezt ma be is fogom bizonyítani.

Megengedik?

Közönség: Igen!

Jakob Magolan: Rendben, kezdjük.

(Nevetés)

Ez itt egy túlárazottnak
mondott EpiPen.

Epinefrint tartalmaz.

Az epinefrin újra tudja
indítani a szívverésem,

vagy képes leállítani
egy életveszélyes allergiás reakciót.

Egy injekció ezzel pont ezt teszi.

Olyan, mintha elfordítanánk
az indítókulcsot

a testem megszoksz-vagy-megszöksz
masináján.

A pulzusom és vérnyomásom felmenne,
hogy a vér eljusson az izmaimba.

A pupilláim kitágulnának.
Erősnek érezném magam.

Az epinefrin jelenti sokaknak
a különbséget élet és halál között.

Ez egy csoda, ami elfér a kezedben.

Ez az epinefrin kémiai felépítése.

Így néz ki a szerves kémia.

Vonalak és betűk...

A többségnek nem sokat mond.

Elmesélem, én mit látok ezen a képen.

Egy fizikai objektumot látok,

aminek mélysége van és forgatható részei,

és mozog.

Ezt vegyületnek vagy molekulának hívjuk,

és 26 atom, melyeket
kötések tartanak össze.

Az atomok egyedi elhelyezkedése
adja az epinefrin lényegét,

de ilyen formában senki sem látta még,

mert nagyon kicsi,

ezért hívjuk ezt inkább
egy művészi interpretációnak,

én pedig elmagyarázom,
mennyire apró is.

Kevesebb mint fél milligramm
van feloldva ebben.

Egy homokszemnyi mennyiség.

Ebben 1 trillió epinefrinmolekula van.

Tíz a tizennyolcadikon.

Elképzelni is nehéz ezt a számot.

A földön hétmilliárdan vagyunk.

400 milliárd csillag van a galaxisban.

Ez sokkal több.

Ha a jó nagyságrendet keressük,

el kellene képzelnünk
az összes homokszemet

az összes strandon,
az összes óceán és tó alján,

és lekicsinyíteni őket,
hogy beférjenek ide.

Az epinefrin olyan kicsi,
hogy soha nem fogjuk látni,

semmilyen mikroszkóppal,

de mégis ismerjük a formáját,

mert megmutatkozik olyan
kifinomult gépekben,

mint a

"mágneses magrezonancia
spektrométer".

Ha látható, ha nem,
jól ismerjük a molekulát.

Tudjuk, hogy négy
különféle atom alkotja:

hidrogén, szén, oxigén és nitrogén.

Általában ezekkel a színekkel
ábrázoljuk őket.

Az univerzumban minden

atomoknak nevezett kis gömbökből áll.

Körülbelül száz ilyen alapelemből,

ami ugyanabból a
három részecskéből épül fel:

protonból, neutronból és elektronból.

Ebbe az ismerős táblázatba
rendezzük az atomokat.

Mindegyiknek van neve és száma.

De az élethez nincs szükség
mindegyikre,

csak erre a kisebb halmazra.

És ez a négy atom különösen
kiemelkedik a többi közül,

ezek a fő építőelemek,

és ezt a négyet találjuk
az epinefrinben is:

hidrogén, szén, nitrogén és oxigén.

A következő rész a legfontosabb.

Mikor ezek az atomok
molekulává állnak össze,

szabályokat követnek.

A hidrogén egy kötést alkot,

az oxigén kettőt,

a nitrogén hármat,

a szén pedig négyet.

Ennyi.

HONC -- egy, kettő, három, négy.

Ha el tudsz számolni négyig,
és elgépelni azt, hogy "konc",

egy életre megjegyezted.

(Nevetés)

Itt van négy edény
ezekkel a hozzávalókkal.

Építsünk belőlük molekulákat.

Kezdjük az epinefrinnel.

Az atomok közötti kötések
elektronokból állnak.

Az atomok az elektronokon keresztül
kapaszkodnak a szomszédaikba.

Minden kötés két elektron.

Akár egy kézfogás, a kötés sem állandó.

Elengedhetik egymást
és elkaphatnak másokat.

Ezt kémiai reakciónak hívjuk -

mikor az atomok partnert cserélnek
és új molekulát formálnak.

Az epinefrin gerincét
főként szénatomok adják,

ami nem kirívó.

A szén az élet legnépszerűbb építőköve,

mert elég sok kezet fog meg,

pont elég erősen.

Ezért a szerves kémia
a szénvegyületek vizsgálata.

Ha megépítjük a legkisebb, még
e szabályok szerint működő molekulákat,

azok kidomborítják a szabályokat,
és ismerősek is:

víz, ammónia és metán.
H2O, NH3 és CH4.

Azt is hidrogénnek, oxigénnek
és nitrogénnek hívjuk,

amikor ezek a molekulák

kettesével állnak össze.

Ugyanazok a szabályok,

mert egy, kettő
és három kötés van köztük.

Ezért hívjuk az oxigént O2-nek.

Megmutatom az égést.

Ez a szén-dioxid, CO2.

Helyezzünk fölé vizet és oxigént,
mellé pedig némi gyúlékony anyagot.

Ez az anyag csak hidrogénből
és szénből áll.

Ezért hívjuk szénhidrogénnek.
Nagyon kreatívak vagyunk.

(Nevetés)

Mikor ezek oxigénmolekulákba
ütköznek,

mint a motorban vagy a grill tetején,

energia szabadul fel,

és a szénatomok bekerülnek
a CO2 molekulába,

a két oxigén közé,

a hidrogénatomok pedig a vízbe,

és mindenki követi a szabályokat.

Nem opcionálisak,

még a nagyobb molekuláknak sem,

mint ez a három.

Ez a kedvenc vitaminunk

és a kedvenc drogunk,

(Nevetés)

a morfium pedig az orvostörténet
egyik legfontosabb felfedezése.

Az orvostudomány első győzelme
a fizikai fájdalom fölött,

mert minden molekulának van története,

és mindet publikálták is.

Tudósok írják meg a történetüket
más tudósoknak,

akik egyszerűen próbálják
ábrázolni őket,

ezt megtanítom most önöknek is.

Vetítsük le az epinefrint egy lapra,

cseréljük ki a gömböket betűkre,

a kötéseket pedig

egyszerű vonalakra,

az iránnyal rendelkező kötések pedig

legyenek kis háromszögek,

kitöltöttek vagy szaggatottak,
a mélység érzékeltetésére.

A szénatomot nem rajzoljuk.

Időt spórolunk az elrejtésével.

A kötések közötti szögek jelölik őket,

ahogy a szénhez kapcsolódó
hidrogéneket is elrejtjük.

Tudjuk, hogy ott vannak,

ha egy szénatomnak kevesebb,
mint négy kötése van.

Az utolsó lépés az OH és NH közti
kötések eltüntetése.

Eltüntetjük az átláthatóság kedvéért,

és ennyi az egész.

Ez a molekulák professzionális
ábrázolása.

Ez van fent a Wikipédián is.

Kicsit gyakorolni kell,
de itt mindenki képes rá.

Hát ez az epinefrin.

Adrenalinnak is hívják.
Ugyanaz a kettő.

A mellékvese termeli.

Most is kering ilyen molekula a testükben.

Egy természetes vegyület.

Ez az EpiPen csak pár trilliót adna hozzá.

(Nevetés)

Az epinefrint kivonhatjuk

birkák vagy tehenek mellékveséjéből,

de nem innen vesszük.

Gyárban állítjuk elő,

főként olajból származó
kisebb molekulák összefércelésével.

100 százalékban mesterséges.

"Mesterséges" - ettől a szótól
kényelmetlenül érezzük magunkat.

Nem olyan, mint a "természetes",
ami megnyugtatóan hangzik.

De a két molekula között
nincsen különbség.

Nem a gyártósorról legördülő
két kocsiról beszélünk.

Egy kocsin lehet karcolás,

egy atomon nem.

Ezek szürreális, szinte matematikai
értelemben azonosak.

Atomok szintjén
a matematika valósággá válik.

Az epinefrin molekula

nem emlékszik rá, honnan jön.

Csak úgy van,

és ha már megvan,

nem számít, hogy "természetes",
"mesterséges",

mert a természet
ugyanúgy készíti ezt a molekulát,

csak nálunk sokkal jobban.

Az élet megjelenése előtt

minden molekula kicsi volt és egyszerű:

szén-dioxid, víz, nitrogén,

egyszerű dolgok.

Az élet megváltoztatta ezt.

Napfénnyel működő
bioszintetikus gyárak jöttek létre,

amikben kis molekulák ütköznek
és olvadnak össze nagyobbakká:

szénhidráttá, fehérjévé, nukleinsavvá,

rengeteg lenyűgöző alkotássá.

A természet az eredeti szerves kémikus,

alkotásai pedig kitöltik
a teret oxigénnel,

az energiával teli oxigénnel.

Minden molekula
napenergiával van töltve.

Mint egy-egy akkumulátor.

A természet vegyületekből áll.

Vissza kellene foglalnunk
a "vegy-" szavakat,

mert ellopták őket tőlünk.

Nem azt jelenti, hogy mérgező, hogy káros,

vagy hogy mesterséges.

A vegy-dolgok csak dolgok, oké?

(Nevetés)

Nincsen kemikália-mentes széndarab.

Nevetséges.

(Nevetés)

Még egy szóval foglalkoznék.

A "természetes" nem azt jelenti,
hogy "biztonságos",

és ezt mindannyian tudják.

Rengeteg természetes vegyület
kifejezetten mérgező,

másik pedig finomak,

és van, ami mindkettő,

(Nevetés)

mérgező és finom.

Csak onnan tudjuk, mi mérgező és mi nem,

ha kipróbáljuk,

persze nem önökre gondolok.

Professzionális toxikológusok:
van erre foglalkozás.

Magasan képzettek,

és bíznunk kell bennük.

A természet molekulái körülvesznek,

beleértve a kőolaj nevű

fekete dologgá lebomlott vegyületeket.

Ezeket még finomítjuk.

Nincs benne semmi természetellenes.

Tisztítjuk őket.

A függésünk a bennük tárolt energiától --

hogy ezek minden szénatomját
CO2 molekulává alakítjuk.

Ez pedig egy üvegházhatást okozó gáz,
ami felforgatja az időjárásunkat.

Talán ha ismerjük a kémiát,

könnyebb lesz elfogadni ezt is,
nem tudom,

de ezek a molekulák
nem csak fosszilis üzemanyagok.

Hanem egyúttal a legolcsóbb
alapanyagai

a szintézis folyamatának.

LEGO-darabokként használjuk őket.

Megtanultuk őket precízen
szétszedni és újra összerakni.

Én is sokat csináltam,

és még mindig varázslatnak tűnik,
hogy ilyet lehet.

Úgy rakjuk össze a LEGO-t,

mintha doboznyi mennyiséget
a mosógépbe dobnánk,

de működik.

Pontos másolatokat tudunk
készíteni például az epinefrinről,

vagy sajátokat alkothatunk
az alapoktól, mint ez a kettő.

Az egyik a szklerózis multiplex
hatásait enyhíti,

a másik pedig a T-sejtes limfóma
nevű daganatot gyógyítja.

A tökéletes méretű és formájú molekula,
mint egy kulcs a zárba,

ha odakerül, megzavarja
a betegség folyamatát.

Így működnek a gyógyszerek.

Természetes vagy mesterséges,

ezek csak molekulák,
amik pont egy fontos helyre illenek.

De a természet sokkal ügyesebben
állítja őket elő, mint mi,

ezért az övé lenyűgözőbben néz ki,

mint például ez.

Ezt vancomycinnek hívják.

Ennek a tekintélyt parancsoló
szörnynek két klóratomot adott,

mintha fülbevalói lennének.

A vancomycint a borneói dzsungelben
találtuk egy pocsolyában, 1953-ban.

Baktériumok állítják elő.

Nem tudjuk költséghatékonyan
szintetizálni.

Túl bonyolult, de be tudjuk
gyűjteni a természetes forrásból,

és meg is tesszük, mert ez
az egyik legerősebb antibiotikumunk.

Minden nap új molekulákat
közölnek a szakirodalomban.

Készítjük vagy megtaláljuk őket
a bolygó eldugott zugaiban.

Ebből lesznek a gyógyszerek,

és ezért olyan ügyesek az orvosaink --

(Nevetés)

a halálos fertőzések gyógyításában.

Orvosnak lenni ma olyan,
mintha páncélos lovag lennél.

Bátran és elegánsan vívják a csatákat,

de jól felszerelten.

Úgyhogy ne feledkezzünk meg
a kovácsról sem,

aki nélkül máshogy nézne ki a dolog...

(Nevetés)

De a tudomány túlmutat az egészségügyön.

Olajok, oldószerek, ízesítők,
anyagok, műanyagok,

a párnák amiken ülnek --

mindet főként szénből állítottuk elő,

úgyhogy a szerves kémia termékei.

Ez egy gazdag terület.

Sokat kihagytam ma:

a foszfort, ként és más atomokat,

és hogy miért úgy kötődnek, ahogy;

és a szimmetriát,

nem kötődő elektronokat,

töltéssel rendelkező atomokat,

reakciókat és mechanizmusokat
és a többi és a többi,

és a szintézist is több idő megtanulni.

De nem szerves kémiát tanítani jöttem --

csak be akartam mutatni,

és ebben sokat segített egy
Weston Durland nevű fiatalember,

akit már láthattak.

Egy kémia alapszakos hallgató,

aki elég jó a számítógépes grafikában is.

(Nevetés)

Weston tervezte meg a mozgó molekulákat,

amiket ma mutattam.

Be akartuk mutatni,
hogy ilyen grafikákkal hogyan lehet

a mondanivalót segíteni
egy bonyolult területen.

De a fő cél az volt,

hogy ne féljenek a szerves kémiától.

Alapvetően csak egy ablak,

ami betekintést nyújt
a természet szépségébe.

Köszönöm.

(Taps)