Un curs intensiv de chimie organică

Jakob Magolan se află, astăzi, aici, pentru a vă schimba percepția despre chimia organică. Într-un discurs accesibil, plin de grafice impresionante, el ne predă bazele chimiei organice în timp ce dorește să anuleze stereotipul conform căruia chimia organică este o materie de care ar trebui să ne fie frică.

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)