مولکول شگفت‌انگیزی که واکنشی شیمیایی دارد!
مجله علمی ایلیاد - در اواسط قرن بیستم، برای بیشتر از یک دهه دانشمندان در پی یافتن پاسخ این سوال بودند که «کربوکاتیون‌ها» واقعاً چگونه هستند؟ کربوکاتیون‌ها مولکول‌هایی هستند که یک اتم کربن مثبت دارند. آنچه که آن‌را دیدگاه کلاسیک می‌نامیم و در آغاز قرن بیستم مطرح بوده است، بر این پایه استور است که کربن موجود در این مولکول‌ها شارژ را در خود دارند. حال آن‌که دیدگاه غیرکلاسیک می‌گوید که شارژ می‌تواند توسط دیگر اتم‌های مجاور به اشتراک گذاشته شود. هر دوی این نظریه‌ها در نهایت اثبات کردند که کربوکاتیون‌های غیرکلاسیک وجود دارند و در نتیجه این بحث منتفی شد. حتی اگر چنین ساختاری وجود داشته باشد، بیشتر شیمیدان‌ها بر این باور هستند که ارتباط عملی‌ای میان آن‌ها وجود ندارد.
محققین UCLA واکنشی شیمیایی را کشف کردند که شاید روزی بتوان از آن در فرآیند تبدیل نفت به عناصر مفید، بهره جست که در آن کربوکاتیون غیرکلاسیک نقشی اساسی ایفا می‌کنند. نتایج این تحقیق که در ۲۷ جولای در مجله‌ی Science منتشر شد، اهمیت کربوکاتیون غیرکلاسیک را که در واقع یون‌هایی با میزان کمتری از الکترون در مقایسه با پروتون هستند و در واقع یک شارژ مثبت را مشخص می‌کند. یافته‌ها همچنین واکنش جدیدی را برای تبدیل آلکان‌ها نشان می‌دهد. آلکان‌ها مواد شیمیایی هستند که در متان و پروپان وجود داشته و تبدیل‌شان به محصولات دیگر، دشوار است.
«هوسی نلسون» استادیار گروه شیمی و بیوشیمی UCLA و محقق ارشد تحقیق فوق، می‌گوید: «در این واکنش پتانسیل عملی فراوانی وجود داشته و در ورای آن نیز شگفتی علم شیمی نهفته است.» «کندال هوک» استاد «سائول وینستین» در حوزه‌ی شیمی اُرگانیک در موسسه‌ی UCLA و عضو گروه تحقیق فوق می‌گوید: «ما توانستیم اهمیت این نمونه‌ها را در توضیح واکنش‌دهی و انتخاب نشان دهیم. وینستین دانشمندی در این موسسه بود که چهره‌ی برجسته مفهوم یون در دیدگاه غیرکلاسیک محسوب می‌شد. در واقع تلاش‌های وی منجر به تبدیل موسسه‌ی UCLA به دانشگاه برتر در حوزه‌ی مطالعات کربوکاتیون شود.»
آزمایشگاه نلسون بر یافتن واکنش‌های شیمیایی نوینی که کاربردی عملی در تولید دارو و تبدیل محصولات زائد ناخواسته دارند، متمرکز است. نلسون می‌گوید: «هدف ما جذب زباله‌های دودکش لکوموتیو از فرآیند تصفیه و تبدیل آن به دارو است. آلکان‌های این نوع از مواد زائد مشکل بزرگی ایجاد کرده‌اند، چرا که به لحاظ شیشمیایی بسیار با دوام هستند و این بدین معنا است که شکستن پیوندهای بین مولکولی آن‌ها بسیار دشوار است.»
هرچند سال گذشته، نلسون و همکارانش واکنشی شیمیایی کشف کردند که به نظر می‌رسید در تغییر آلکان‌ها به فرآورده ثانویه‌ای که از لحاظ شیمیایی کاربرد بیشتری داشته باشد، موثر است. نلسون می‌گوید: «در این میان تنها یک مشکل وجود داشت که این واکنش بسیار قوی بود، ولی نمی‌توانستیم چرایی و چگونگی آن‌را توضیح دهیم.» نلسون و هوک گروه تحقیقی شکل دادند تا راه‌حلی برای این مشکل به‌دست آورند.
با تحلیل‌های بیشتری که محققین با استفاده از روش‌های محاسباتی در خصوص این واکنش انجام دادند، مشخص شد که واکنش مذکور، ترکیب کربوکاتیون غیرکلاسیکی را دارا است. نلسون اظهار می‌دارد: «این یافته بسیار شگفت‌انگیز بود و خود سوالات فراوان دیگری مطرح ساخت. ما معتقد هستیم که ویژگی غیرکلاسیک این واکنش‌ها این امکان را به باد خواهد داد که بسیاری از قوانین سنتز شیمیایی را زیر پا بگذاریم تا واکنش‌های جدیدی از آن‌ها سر بر آورد.»
از آنجایی که در مدل غیرکلاسیک شارژ در میان اتم‌های چندگانه‌ای به اشتراک گذاشته می‌شود، مولکول انعطاف‌پذیری بیشتری برای تحمل یک دسته واکنش متفاوت دارد که شامل همان مواردی است که برای شکستن پیوندهای محکم آلکانی بدان‌ها نیازمند هستیم. تنها با بررسی واکنش‌های دینامیک مولکولی و پیگیری حرکات اتم‌ها در زمان بروز واکنش‌ها، می‌توان واکنش‌ها را شناخته و درک کرد.
هوک می‌گوید: «ما موفق شدیم از طریق شبیه‌سازی دینامیک‌های مولکولی، روشی کاملاً نوین در بررسی واکنش‌ها ارائه دهیم.» فعلاً امکان تبدیل مستقیم آلکان‌ها به دارو وجود ندارد، ولی تا حدی می‌توانیم آن‌ها را به مواد شیمیایی دیگری تبدیل کنیم که می‌توانند در فرآیند مولکولی داروها موثر باشند. نلسون بر این باور است که این واکنش‌ها می‌توانند در شکستن پیوندهای طویل مولکولی آلکان‌ها که در بعضی پلاستیک‌های غیرقابل تجزیه دیده می‌شوند، به‌کار روند.
نوشته: University of California
ترجمه: مریم رفیعی - مجله علمی ایلیاد
ترجمه: مریم رفیعی - مجله علمی ایلیاد