پازل های شیمیایی: شیمیدان ها چگونه مولکول ها را شناسایی می کنند؟

یک نکته سریع قبل از اینکه وارد بحث شیمی این ماه شوم: حدس می زنم که شما، خواننده دوست داشتنی، از خواندن مطالب علمی لذت می برید. به خصوص مطالبی که توسط جمعی شگفت انگیز از ارتباطات علمی سختکوش نوشته شده است، که یکی از آنها واقعاً مال شماست. بنابراین، لطفا در نظر بگیرید گسترش این کلمه در درباره این کتاب عالی: توضیحات عالی. یا حتی بهتر از آن، تعهد کنید! در سطوح مختلف تعهد پاداش های شگفت انگیزی وجود دارد. در هر صورت، ممنون x

خوب، به آن برگرد! اخیراً، الف کمی استدلال در توییتر در مورد آنچه که در واکسیناسیون کووید وجود دارد و نیست منفجر شد. ماده خاص du jour اکسید گرافن بودن در @TakeThatChem حساب اشاره کرد که یکی از منابعی که توسط برخی به عنوان “شواهد” برای حضور آن تبلیغ می شود (مقاله مورد بحث توسط رابرت او یانگ بود، او را به خاطر دارید؟ بله، منبعی که زمان واقعی زندان را پشت سر گذاشت) استفاده از این مقاله را توصیف نکرد. هر نوع تکنیکی که میتوانست اکسید گرافن را شناسایی کنید که برای روشن بودن، مطلقاً جزء واکسیناسیون کووید نیست.

بحث با سؤالاتی در مورد چگونگی، دقیقاً، دانشمندان به اوج خود رسید انجام دادن شناسایی مواد در سطح مولکولی @TakeThatChem تعجب کرد که آیا یکی از کاربرانی که در این بحث درگیر شده بود می‌دانست که چگونه یک شیمیدان ممکن است ساختار یک مولکول را بسازد، و سپس یک تصویر ارسال کرد.

دانش‌آموزان شیمی بریتانیایی برای اولین بار در حدود سنین 17 تا 18 سالگی با چنین تصاویری روبرو می‌شوند، بنابراین اگرچه این تا حدودی پیشرفته است، اما اساساً در سطح مدرسه است. این بدان معناست که برای یک شیمیدان، این یکی از چیزهایی است که آنقدر آشناست که در نیمی از اوقات، احتمالاً فراموش می کنیم که بقیه جهان مطلقاً هیچ ایده ای ندارند.

اما برای کسانی که هرگز شیمی سطح A یا مشابه آن را مطالعه نکرده اند: چیست؟

پاسخ این است که این یک طیف پروتون NMR یا رزونانس مغناطیسی هسته ای است. اکنون، NMR بسیار مشکل است. تحمل کنید، من سعی می کنم آن را در یک پاراگراف توضیح دهم…

در اینجا آمده است: آیا آهن ربا را می شناسید؟ و چگونه، اگر یک آهنربا را نزدیک آهنربای دیگر قرار دهید، چگونه حرکت می کند؟ حال تصور کنید که انواع خاصی از هسته های اتمی اساساً آهنرباهای ریز هستند. اگر آنها را در یک میدان مغناطیسی واقعا قدرتمند قرار دهید، به نوعی حرکت می کنند. اگر آن میدان مغناطیسی را تغییر دهید، با تغییر میدان حرکت می کنند. یک کامپیوتر آن تغییرات را ثبت و تجزیه و تحلیل می‌کند، و نموداری را که شبیه همان نموداری است بیرون می‌دهد – که شیمیدان‌ها آن را طیف می‌نامند.

به هر حال، فعلا انجام خواهد شد. اگر NMR را در سطح پیشرفته‌تری مطالعه می‌کنید، به این قسمت از Crash Course Organic Chemistry که توسط… شخصی به نام Kat Day نوشته شده است نگاهی بیندازید. هیچ نظری ندارم اون کیه😉

اتفاقاً از همین روش در پزشکی استفاده می شود – اما در آنجا شما آن را به عنوان MRI یا تصویربرداری رزونانس مغناطیسی می شناسید. به نظر می رسد که اگر یک انسان (یا تقریباً هر چیزی که حاوی مقدار زیادی مولکول مبتنی بر کربن است) را به یک میدان مغناطیسی قدرتمند پرتاب کنید، هسته های اتم کار خود را انجام می دهند. ممکن است تصور کنید که انجام تمام اتم‌های شما نوعی چا-چا به شما آسیب می‌زند، اما نه – همانطور که هر کسی که تا به حال MRI انجام داده است تأیید می‌کند، این صدا عمدتاً بسیار بلند و کمی کسل‌کننده است. نتیجه نهایی یک تصویر با کنتراست متفاوت برای انواع مختلف بافت است. به عنوان مثال، بافت چربی تمایل دارد به عنوان مناطق روشن ظاهر شود، در حالی که استخوان تمایل دارد تیره تر به نظر برسد – بنابراین برای تشخیص انواع مشکلات مفید است.

اما برگردیم به شیمی. شیمیدان ها که زندگی ساده تری را ترجیح می دهند (هاها)، اغلب با مواد منفرد کار می کنند. یا حداقل تلاش کنید. اگر یک مولکول را به عنوان یک تصویر تصور کنیم، نگاه کردن به یک طیف پروتون NMR کمی شبیه نگاه کردن به یک پازل مختلط از آن تصویر است. هر قطعه – یا اوج – در طیف، یک اتم یا گروهی از اتم ها را نشان می دهد.

هر قطعه چیزی را به شما می گوید و در عین حال در مورد بیت هایی که هستند نیز به شما می گوید ملحق شد به آن همان طور که ممکن است به یک قطعه اره منبت کاری اره مویی نگاه کنید و فکر کنید، “خب، این قطعه چسبنده ای دارد، بنابراین قطعه ای که در کنار آن قرار می گیرد باید یک بیت داخلی داشته باشد”، شیمیدان ها به یک طیف نگاه می کنند و می گویند: خوب، این بیت به نظر می رسد اینبنابراین اتم کربن آن باید به گروهی از اتم ها متصل شود که.

خوب، پس قطعات موجود در طیف @TakeThatChem که پست شده به ما چه چیزی را نشان می دهند؟ خوب، خواندن طیف ها نیاز به تمرین دارد، اما، مانند بسیاری از کارها، اگر این تمرین را انجام دهید، پس از مدتی عادت می کنید که فوراً چیزها را تشخیص دهید.

به عنوان مثال، برای من کاملاً واضح است که هر چه که باشد احتمالاً دارای یک گروه کربوکسیلیک اسید (COOH) است و قطعاً یک حلقه بنزن دارد. همچنین می توانم ببینم که حلقه بنزن دارای چیزهایی است که به نقاط مخالف هم متصل شده اند، به عبارت دیگر، اگر کربن های حلقه را از 1 تا 6 شماره گذاری کنید، چیزهایی به کربن 1 و کربن 4 متصل است. زنجیره ای از کربن وجود دارد که منشعب است و یک CH دیگر وجود دارد₃ در جایی گروه برای دقیق تر شدن، باید با دقت بیشتری به انتگرال ها نگاه کنم (نمادهای ∫ با اندازه های متفاوت بر روی قله ها)، به دنبال برگه داده و مطالعه مقیاس در محور افقی در امتداد پایین باشم.

قبل از من مغز من تا حد “هوم، شاید آسپرین باشد، اوه نه، نمی تواند باشد” رسید. با پاسخی که قبلا ارسال شده بود برخورد کردم. من آن را از دست نمی دهم – اسپویلر، عزیزم – اما بیایید بگوییم این یک مولکول است نه یک میلیون مایل ناهمسان از آسپرین

بنابراین بله، شیمیدانان انجام دادن ابزاری برای شناسایی تک تک مولکول‌ها دارند، اما برای اجرای تکنیک‌ها و تفسیر نتایج به کمی دانش و آموزش نیاز دارد. علیرغم آنچه هالیوود ممکن است ما را باور کند، ما (هنوز) ماشینی نداریم که وقتی نمونه ای را در آن فرو می بری، «این ماده تقریباً 40 درصد ایزوبوتیل فنیل پروپیونیک اسید است، کاپیتان» (هنوز) نداریم.

این واقعیت که شیمی واقعی (و علم به طور کلی) است نه ساده دقیقاً به همین دلیل است که شبه علم عرضه شده توسط افرادی مانند رابرت او یانگ بسیار جذاب است: خوب و آسان است، از نوعی روایت “عقل سلیم” پیروی می کند، در انواع زبان های فنی گنجانده نشده است. هر کسی می تواند آن را بخواند و بدون هیچ آموزش دیگری، احساس کند که آن را کاملاً درک می کند.

هیچ یک از ما چیزهایی را که نمی دانیم نمی دانیم. اگر کسی توضیحی آسان ارائه دهد، باور کردن آن وسوسه انگیز است – به خصوص اگر او همچنان با نگرانی های ما بازی کند و به ما بگوید که ما انتظار شنیدن آن را داشتیم.

که مرا به یک موضوع دوست داشتنی می رساند دکتر بن جناوی، یک توییت که بسیار شیوا گفت:

لطفا اذیت نکنید [people protesting covid vaccines]. لطفا آنها را سرزنش نکنید. تحصیلات من امتیازی است که آنها از عهده آن بر نمی آیند. آنها فاقد هوش نیستند، به آنها آموزش داده نمی شود که چگونه چیزهای بسیار پیچیده را درک کنند، بیشتر آنها پنهان است. چه کنیم، گوش کنیم و صحبت کنیم.

نکته او نکته خوبی است. تنها کاری که می‌توانیم انجام دهیم این است که به انتشار این خبر تا حد امکان شفاف ادامه دهیم و فقط امیدوار باشیم که شاید در جایی نظر یک نفر تغییر کند. زیرا شاید آن ذهن دیگری را تغییر دهد و شاید حس گسترش یابد.

مراقب باشید، ایمن باشید و واکسن بزنید. آنفولانزای خود را نیز دریافت کنید، اگر در آن زمان از سال در منطقه شما از جهان است.

---

از کتاب توضیحات بزرگ در اینجا حمایت کنید!

آیا می خواهید چیزی غیر علمی شما را از همه چیز پرت کند؟ چرا به وبلاگ داستانی من نگاهی نمی اندازید: فیلد داستانی؟ همچنین می‌توانید در پادکست ترسناک PseudoPod.org در حال انجام کارهای مختلف از نوع ویرایشگر باشید – پس شما هم به آنجا سر بزنید!