بیوگرافی پدر شیمی مدرن ، رابرت بویل

رابرت بویل از بزرگ‌ترین دانشمندان قرن ۱۷ بود که شیمی را از کیمیاگری به علمی مستقل با ساختارهای منطقی و مبتنی بر دانش تبدیل کرد.

رابرت بویل (Robert Boyle) دانشمند ایرلندی قرن ۱۷ میلادی بود که بیشتر به‌عنوان فیلسوف علوم طبیعی، شیمی‌دان و فیزیک‌دان شناخته می‌شود. او امروز به‌عنوان اولین شیمی‌دان مدرن تاریخ شناخته می‌شود و لقب بنیان‌گذار شیمی مدرن را نیز یدک می‌کشد. به‌علاوه بویل یکی از پیش‌گامان روش‌های علمی مدرن تجربی بود. او اولین دانشمندی بود که راهنمای آزمایش‌های علمی را برای دیگر دانشمندان ارائه کرد و ارزش نتایج آزمایشگاهی پایدار و قابل تکرار را مطرح کرد.

شیمی تا پیش از فعالیت‌های علمی و تحقیقاتی رابرت بویل، بیشتر مرتبط با کیمیاگری و مفاهیم عرفانی و حتی خرافات بود. درواقع درآن زمان مجامع علمی هنوز شیمی را به‌عنوان یک دانش و علم پایه نپذیرفته بودند. بویل مفاهیمی همچون عنصر، ترکیب و مخلوط را در علم شیمی تعریف کرد که پایه‌ی مفهومی به‌نام تحلیل شیمیایی را شکل دادند.

قانون بویل یکی از مهم‌ترین یادگارهای دانشمند ایرلندی است که رابطه‌ی بین فشار مطلق گاز و حجم آن را تفسیر می‌کند. بویل کتابی به‌نام شیمی‌دان شکاک دارد که از نظر اکثر دانشمندان و علاقه‌مندان به علم شیمی، به‌عنوان سنگ بنای این علم شناخته می‌شود. به‌علاوه بویل عبور نیروهای الکتریسیته از خلأ را مطرح و اثبات کرد و همچنین تأثیر گرما را بر حرکت ذرات مورد مطالعه قرار داد.

تولد و تحصیل

رابرت بویل در ۲۵ ژانویه‌ی سال ۱۶۲۷ در خانواده‌ای اشرافی متولد شد. خانواده‌ی بویل در آن زمان در قلعه‌ی لیسمور شهر لیسمور ایرلند ساکن بودند. پدرش ریچارد بویل نام داشت و در سال ۱۵۸۸ با سرمایه‌ای متوسط از انگلستان به ایرلند رفته و به‌مرور کسب‌وکار خود را در آن منطقه گسترش داده بود. در زمان تولد بویل، پدرش یکی از بزرگ‌ترین ثروتمندان منطقه محسوب می‌شد. مادر رابرت، کترین فنتون نام داشت که از خانواده‌ای ثروتمند در ایرلند بود.

رابرت فرزند چهاردهم خانواده بود. پدرش او را در سال‌های کودکی برای زندگی نزد یک خانواده‌ی فقیر فرستاده بود. او اعتقاد داشت فرزندان با این شیوه، دشواری‌های زندگی را به‌صورت تجربی می‌آموزند. به‌هرحال رابرت در آن سال‌ها کمی لکنت زبان هم پیدا کرد و شاید چنان روش تربیتی، برایش مناسب نبود. رابرت مادرش را در دو سالگی از دست داد و چند سال بعد برای تحصیلات بهتر نزد خانواده بازگشت. اولین آموزش‌های علمی او، زبان‌های فرانسه و لاتین بودند و رابرت،‌ علاقه‌ی زیادی به یادگیری زبان فرانسه داشت.

بیوگرافی پدر شیمی مدرن ، رابرت بویل

کالج اتون (Eton College) در انگلستان یکی از برترین مدارس خصوصی قرن ۱۷ بود. رابرت در هشت سالگی برای ادامه‌ی تحصیل به آنجا رفت. او سه سال در کالج اتون به تحصیل پرداخت و در ۱۲ سالگی به یکی از مهم‌ترین سفرهای زندگی‌اش رفت.

رابرت بویل به‌همراه برادر بزرگ‌ترش فرانسیس به تور علمی بزرگی به سرتاسر اروپا رفت. سفر مذکور که به‌نام Grand Tour شناخته می‌شد، بخشی از روند مرسوم تحصیلی دانش‌آموزان ثروتمند در آن سال‌ها بود. این سفر عموما شامل بازدید از بزرگ‌ترین مناطق تاریخی ایتالیا و یونان می‌شد که در کشف شهودی تاریخ به کودکان و نوجوانان کمک می‌کرد. رابرت در سفر اروپا بخش عمده‌ای از زمان خود را در ژنو سوئیس گذراند.

سفر دور اروپای رابرت در ۱۴ سالگی او را به ایتالیا و یافته‌های گالیلئو گالیله رساند. رابرت در آنجا روش تحقیقاتی گالیله را برای درک و تشریح ریاضیاتی مفهوم حرکت آموخت. شایان ذکر است، در آن سال‌ها مطالعه‌ی کتاب و مقاله‌های گالیله در ایتالیا ممنوع بوده و بویل احتمالا به‌صورت قاچاقی مقاله‌ها را از سوئیس به ایتالیا برده بود.

زمانی‌که رابرت بویل به شهر تاریخی و بزرگ فلورانس در ایتالیا رفت، گالیله سال‌های پایانی عمر را می‌گذراند. در آن سال‌ها دانشمند بزرگ ایتالیایی در حبس خانگی به سر می‌برد و در زمان اقامت بویل در فلورانس، در خانه‌ای نزدیک همان شهر از دنیا رفت. رابرت بویل از طرفداران نظریه‌ی گالیله و نیکولاس کوپرنیک بود و زمین و سیاره‌های دیگر را به‌صورت دوار به دور خورشید تفسیر می‌کرد.

پدر رابرت در دوران تور اروپایی او از دنیا رفت و ثروت قابل توجهی را به‌همراه زمین‌های متعدد برایش به ارث گذاشت. در میان آن‌ها خانه‌ای در حومه‌ی شهر استالبریج انگلستان هم وجود داشت که رابرت در ۱۷ سالگی و پس از بازگشت از سفر دور اروپا در آن ساکن شد. در آن سال‌ها انگلستان درگیر جنگ داخلی میان مجلس و پادشاه بود و بویل هم به‌عنوان عضوی از یک خانواده‌ی اشرافی، وضعیت خطرناکی را می‌گذراند. به‌هرحال رابرت وارد نبردهای سیاسی نشد و هیچ‌یک دو طرف درگیر هم او را به چشم دشمن نمی‌دیدند. شایان ذکر است، رابرت فردی مذهبی بود و دخالت در جنگ و فعالیت‌های نظامی را موجب تخریب روح می‌دانست.

در سال‌هایی که انگلستان در آتش جنگ داخلی می‌سوخت، رابرت بویل (که به فلسفه روی آورده بود) مشغول نوشتن اولین کتاب خود شد. او کتاب اولش را به‌نام Aretology نوشت که متمرکز بر موضوعات اخلاقی بود. رابرت پس از نگارش کتاب اول، به مطالعه و آزمایش‌ و درک مباحث علمی علاقه‌مند شد.

رابرت بویل در سال ۱۶۴۶ و در آستانه‌ی جوانی، بیش از همیشه به آزمایش‌های علمی علاقه‌مند شده بود. او آزمایشگاهی را در همان سال تهیه کرد و برای مطالعات عمیق‌تر، با گروه‌های علمی وارد رابطه شد. یکی از گروه‌ها به‌نام Philosophical College یا Invisible College در لندن فعالیت می‌کرد. آن‌ها جلسه‌هایی دوره‌ای برگزار می‌کردند و مباحث علمی تجربی و تبادل ایده‌ها به‌عنوان زمینه‌ی اصلی فعالیت‌شان شناخته می‌شد.

بسیاری از دانشمندان در میانه‌ی قرن ۱۷، مطالعات خود را روی مباحثی به‌نام کیمیاگری (Alchemy) متمرکز می‌کردند. رابرت بویل هم با جریان مذکور همراه شد و آزمایش‌های متعددی برای درک هرچه بهتر این دانش انجام داد. به‌هرحال او هم مانند دیگران موفق به کشف سنگ جادو نشد و تلاش‌هایش در آن حوزه را با عبارتی ترکیبی به‌نام Chemistry شرح داد.

بیوگرافی پدر شیمی مدرن ، رابرت بویل

دوران جوانی و اولین فعالیت‌های علمی رابرت بویل سرشار از خرافات و ایده‌های غیر علمی در میان مردم بود. هنوز سال‌ها با دوران شکوفایی علمی اروپا در قرن ۱۸ فاصله بود؛ دورانی که درنهایت علم و منطق را بر باورها و خرافات پیروز کرد. در آن سال‌ها مردم با عقیده به مفاهیمی همچون جادوگری زندگی می‌کردند و افرادی به‌نام شکارچی جادوگر، شغل‌‌های پردرآمدی داشتند. به‌عنوان نمادی از وضعیت آن سال‌ها جالب است بدانید در خلال سال‌های ۱۶۴۴ تا ۱۶۴۷، فردی به‌نام متیو هاپیکینز (که خود را ژنرال شکارچیان جادوگر می‌نامید) ۳۰۰ زن را در شرق انگلستان به جرم جادوگری به مرگ محکوم کرد.

رابرت بویل پس از چند سال زندگی در انگلستان و درک شرایط دشوار و خرافاتی آن منطقه، در ۲۵ سالگی به ایرلند بازگشت. او پس از دو سال زندگی در ایرلند، متوجه مشکلات و موانع پیشرفت علمی در آنجا شد و همچنین بیماری سختی را هم تجربه کرد. بیماری مذکور تأثیری شدید روی بینایی رابرت داشت؛ به‌حدی که او تا پایان عمر توانایی خواندن سریع را از دست داد و برای نوشتن نیز دستیار استخدام می‌کرد.

تأثیرات رابرت بویل بر پیشرفت علم

رابرت بویل در سال ۱۶۵۴ به شهر دانشگاهی آکسفورد در انگلستان رفت. هدف او تحصیل در دانشگاه نبود و تنها از محیط علمی منطقه لذت می‌برد. رابرت بدون نیاز به دریافت حقوق یا سرمایه‌گذاری از دانشگاه، آزمایشگاه شخصی خود را تأسیس کرد تا مطالعات را هرچه بیشتر به‌صورت تجربی پیش ببرد. یک سال بعد، ملاقاتی تأثیرگذار در زندگی رابرت رخ داد. او با رابرت هوک دیدار کرد و پس از شناخت توانایی‌های بی‌شمارش در کار با تجهیزات آزمایشگاهی، او را به‌عنوان دستیار استخدام کرد.

پمپ خلأ از اختراعات مهم علمی بود که در سال ۱۶۵۴ و توسط اوتو فون گوریک معرفی شد. رابرت در سال ۱۶۵۷ درباره‌ی این اختراع مهم شنید و مجذوب آن شد. اولین مذاکره‌ها با هوک صورت گرفت و درنهایت آن‌ها طراحی‌های اولیه‌ی گوریک را بهبود دادند. تجهیز آزمایشگاهی جدید به بویل و هوک امکان داد تا مطالعه‌ی عمیقی روی ساختار هوا و خلأ داشته باشند.

بیوگرافی پدر شیمی مدرن ، رابرت بویل

بنیان‌گذار شیمی مدرن

رابرت بویل در سال ۱۶۶۱ کتابی به‌نام شیمی‌دان شکاک منتشر کرد که نقطه‌ی حساسی در تاریخ علم بود. بویل در کتاب خود شیمی را به‌صورت کامل از مفاهیم پر رمز و راز کیمیاگری جدا کرد. او اعتقاد داشت طرفداران کیمیاگری مفاهیم اصلی و بنیادی علم و علت پدیده‌ها را رها کرده‌اند و تنها روی مفاهیم غیبی و احتمالات متمرکز هستند.

مفهوم و تعریفی که بویل در کتابش پیرامون علم شیمی مطرح کرد، باز هم ارجاعی به اصول گالیله داشت؛ اصولی که درک جهان را از طریق ریاضیات ممکن می‌دانست. بویل با انتشار کتاب مذکور قصد داشت تا شیمی را به علمی کمّی تبدیل کند.

بیوگرافی پدر شیمی مدرن ، رابرت بویل

تأثیر گالیله بر دستاوردهای علمی بویل هیچ‌گاه قابل حذف نیست. همان‌طور که دانشمند ایتالیایی زمانی نظریه‌ی حرکت ارسطو را نقض کرده بود، دانشمند بریتانیایی نظریه‌ای دیگر از او را نقض می‌کرد. ارسطو زمانی خاک، آب، هوا و آتش را به‌عنوان عناصر بنیادی جهان هستی مطرح کرده بود. بویل با نقض این قضیه، سعی در ارائه‌ی تعریفی جدید برای عناصر داشت. او نظریه‌ی پاراسلسوس را نیز نقض می‌کرد که نمک، گوگرد و جیوه را به‌عنوان عناصر حیاتی مطرح کرده بود.

بویل پس از نقض نظریه‌‌ی دانشمندان گذشته، سعی در ارائه‌ی تعریفی جدید برای عناصر داشت. او عنصر را ماده‌ای ساده تعریف کرد که امکان تجزیه به مواد دیگر ندارد. در تعریف بویل، با ترکیب کردن عناصر گوناگون، ماده‌ی جدیدی ایجاد می‌شود که نام Compound یا همان ترکیب شیمیایی برای آن استفاده شد. بویل مفهوم ترکیب را متفاوت از مفهوم مخلوط دانست که در آن هیچ ماده‌ی جدیدی تولید نمی‌شود.

پس از ارائه‌ی تعریفی جامع برای عناصر و ترکیب‌ها، نوبت به کشف و اثبات آن‌ها از سوی بویل رسید. او تنها ادعا کرد که هیچ عنصر خالصی تا آن زمان کشف نشده است و ابزاری هم برای اثبات ترکیب یا عنصر بودن مواد نداشت. به‌‌همین دلیل بویل موادی همچون طلا و نقره را در آن زمان ترکیب نامید. یک قرن بعد، آنتونی لاوازیه روش‌هایی برای اثبات عنصر بودن مواد معرفی کرد و در زمان او اولین عناصر شیمیایی معرفی شدند.

بویل اولین دانشمندی بود که مفهوم عنصر را به علم شیمی اضافه کرد

مفهوم اتم قرن‌ها پیش از رابرت بویل در یونان باستان مطرح شده بود. دموکریت اولین دانشمندی بود که اتم و فضای خالی را به‌عنوان عناصر تشکیل‌دهنده‌ی مواد مطرح کرد. گالیله و رنه دکارت از دانشمندانی بودند که نظریه‌ی دموکریت را تأیید می‌کردند. البته دکارت اعتقاد داشت که فضای خالی در تعریف مذکور، صحیح نیست. بویل در نتیجه‌ی آزمایش‌ها به این نتیجه رسید که احتمال وجود فضای خالی یا خلأ، دور از ذهن نیست.

رابرت بویل شیمی را علم مطالعه‌ی رفتار مواد می‌دانست. او اعتقاد داشت که با مطالعه‌ی حرکت اتم‌ها می‌توان تعریف و درک عمیقی از شیمی داشت. برای درک حرکت اتم‌ها نیز علم مکانیک از سوی دانشمند ایرلندی مطرح می‌شد که باز هم در پی تعاریف و نظریه‌های گالیله مبنی بر مطالعه‌ی جهان با ریاضیات بود. امروز می‌توان ادعا کرد که بویل نظریه‌ای صحیح پیرامون درک جهان داشته است. ما امروز به‌کمک مکانیک کوانتوم، علم شیمی را به‌صورت ریاضیاتی درک می‌کنیم.

بیوگرافی پدر شیمی مدرن ، رابرت بویل

با وجود ارائه‌ی تعریف علم شیمی و مخالفت با مفاهیم غیر علمی، رابرت بویل باز هم به آزمایش‌هایش در حوزه‌ی کیمیاگری ادامه می‌داد. او اعتقاد داشت می‌توان یک عنصر را به عنصری دیگر تبدیل کرد. دانشمند ایرلندی به درستی می‌گفت که با تغییر وضعیت و ساختار ذره‌های اساسی تسکیل‌دهنده‌ی عنصر، می‌توان آن را تغییر داد. چنین رویکردی برای اولین‌بار در سال ۱۹۱۹ توسط ارنست رادرفورد انجام شد که نیتروژن را به اکسیژن تبدیل کرد.

رابرت بویل در سال ۱۶۶۸ آکسفورد را به مقصد لندن ترک کرد تا در پال مال و خانه‌ی خواهر بزرگ‌ترش کاترین جونز ساکن شود. او در آزمایشگاه خواهرش به ادامه‌ی تحقیقات می‌پرداخت و در جلسه‌های علمی تشکیل شده در سالن اصلی قصر نیز شرکت می‌کرد. این خواهر و برادر سال‌های زیادی در کنار یکدیگر به تحقیقات و آزمایش‌های علمی پرداختند همکاری در انجام آزمایش‌ها، به اشتراک‌گذاری یافته‌های علمی و پزشکی، معرفی دستاوردهای یکدیگر به جوامع علمی و ویرایش یادداشت‌ها و مقاله‌ها، از فعالیت‌هایی بودند که بویل و خواهرش در همکاری با یکدیگر انجام می‌دادند.

تعریف و گسترش مطالعه‌ی تجربی علوم

مطالعه‌ی علوم به‌صورت تجربی و به‌طور کلی مفهومی به‌نام علم تجربی، توسط رابرت بویل به دنیای علم معرفی شد. فرانسیس بیکن از دانشمندانی بود که برای اولین‌بار نگارش نتیجه‌ی مطالعات و آزمایش‌های علمی را مطرح کرد. او اعتقاد داشت به محض دریافت نتیجه‌ای قابل‌توجه از یک آزمایش، باید مفاهیم آن را به‌صورت تصویر یا متن به نمایش گذاشت. بویل در جریان آزمایش‌های خود به کاربرد چنین روشی پی برده بود. او براساس همین موارد مفاهیمی را در علوم تجربی مطرح کرد که انقلابی در روش مطالعه ایجاد کردند.

رابرت بویل از همان ابتدای فعالیت علمی مرز مشخصی را بین خود و کیمیاگرها کشیده بود. کیمیاگرها دستاوردهای خود را مخفیانه نگه‌داری می‌کردند. بویل برخلاف آن‌ها تصمیم گرفت تا دستاوردهای علمی را منتشر کند که اولین حرکت برخلاف جریان کیمیاگری بود.

دانشمند ایرلندی بنیان‌گذار شیمی مدرن، روش‌های تحقیق و آزمایش خود را در اختیار دیگر دانشمندان می‌گذاشت. به‌عنوان مثال او می‌گفت که در جریان آزمایش‌هایی شیمیایی نباید مواد غیرخالص وارد شوند. به‌علاوه استفاده‌ی ناصحیح از تجهیزات نیز از سوی بویل به‌عنوان عامل خطا در آزمایش‌های شیمیایی مطرح شد. بویل مستندسازی روندهای آزمایش را روشی کاربردی برای جلوگیری از خطا و اختلاف میان دانشمندان می‌دانست. او اعتقاد داشت که افراد متفاوت، احتمالا نتایج متفاوتی را از یک آزمایش دریافت می‌کنند. به‌همین دلیل روند آزمایش باید مستند شود تا چگونگی رسیدن به نتیجه‌ی مذکور، روشن باشد.

بیوگرافی پدر شیمی مدرن ، رابرت بویل

اهمیت تکرار آزمایش‌ها مورد دیگری بود که توسط رابرت بویل به دنیای علوم تجربی وارد شد. او اعتقاد داشت که تکرار موجب بهینه‌سازی روش‌های تجربی می‌شود. درواقع اگر با تکرار یک آزمایش نتایج متفاوتی برداشت شود، دلیل تفاوت در آن‌ها باید مورد بررسی قرار گیرد.

بویل در ادامه‌ی مطالعات خود روی خواص و رفتار مواد، بررسی تأثیر گرما را در دستور کار قرار داد. او با پیروی از یافته‌ها و نظریه‌های گالیله و دکارت اعتقاد داشت که گرما به حرکت ذرات مرتبط می‌شود. دانشمند ایرلندی در سال ۱۶۷۵ تعریف مناسبی را برای ارتباط بین گرما و حرکت ذرات مطرح کرد. او گرم شدن و جوشیدن آن را برای تعریف اثر گرما بر حرکت ذرات مطرح کرد و اعتقاد داشت جنب‌وجوش ذرات با افزایش دما افزایش می‌یابد تا درنهایت به‌صورت بخار در سطح آب خارج می‌شوند.

سال‌های پایانی و مرگ

بیماری که از زمان جوانی بویل را تحت فشار گذاشته بود، در سال ۱۶۶۹ به وضعیت نگران‌کننده‌ای رسید. وضعیت سلامتی او به‌شدت رو به وخامت رفت و دانشمند بزرگ را از حضور در مجامع عمومی محروم کرد. درنتیجه ارتباط او با انجمن سلطنتی علوم هم قطع شد. این شرایط تا چند دهه با رابرت همراه بود و او تنها در شرایط خاص با میهمانان خاص دیدار می‌کرد.

رابرت بویل سرانجام در ۳۱ دسامبر سال ۱۶۹۱ از دنیا رفت. خواهرش کاترین نیز یک هفته قبل فوت کرده بود. پیکر رابرت بویل در گورستام کلیسای سنت مارتین به خاک سپرده شد. او در وصیت‌نامه‌اش تعدادی از یادداشت‌ها و یافته‌های علمی را بر جای گذاشته بود که بعدا به‌نام Boyle Lectures مشهور شدند.

از جوایز و افتخاراتی که در زمان حیات به رابرت بویل اهدا شدند، می‌توان به عضویت در انجمن سلطنتی علوم در سال ۱۶۶۳ اشاره کرد که خودش یکی از بنیان‌گذاران آن بود. افتخارات بعدی عموما سال‌‌ها و قرن‌ها پس از مرگ بویل به‌نام او ثبت شدند. از میان آن‌ها می‌توان به جایزه‌ی رابرت بویل در حوزه‌ی علوم تحلیلی اشاره کرد. به‌علاوه مدال بویل در ایرلند در سال ۱۸۹۹ معرفی شد.

جهت مشاهده بیشتر مطالب اینجا کلیک کنید

www.shimisanat.com

شیمی‌دان‌های مدرن در تلاشند با جایگزین کردن کاتالیزورهای فلزی‌ فراوان و سازگار با محیط زیست به‌جای فلزهای ارزشمند به تولید دارو بپردازند.

کیمیاگرهای کهن تلاش می‌کردند سرب و دیگر فلزهای متداول را به طلا و پلاتین تبدیل کنند. امروزه شیمی‌دان‌های مدرن در آزمایشگاه پاول چیریک در پرینستون در تلاش‌اند با یافتن جایگزین‌های سازگار با محیط و ارزان برای فلزهای ارزشمندی مثل پلاتین، رودیوم و… وابستگی تولید دارو و صنایع داروسازی را به این فلزهای ارزشمند و ناسازگار با محیط از بین ببرند.

آن‌ها به یک روش انقلابی برای تولید یک نوع داروی صرع رسیده‌اند، در این روش به‌جای رودیوم و دی‌کلرومتان (حلال‌های سمی)، از کبالت و متانول برای تولید دارو استفاده می‌شود. واکنش جدید سریع‌تر و ارزان‌تر است و تأثیر کمی بر محیط دارد. به گفته‌ی چیریک، استاد شیمی دانشگاه ادواردز اس. سانفورد:

این یافته بر اهمیت شیمی سبز تأکید می‌کند، در شیمی سبز محلول سازگار با محیط به محلول شیمیایی ترجیح داده می‌شود. این کشف دارویی تمام عناصر سمی را در برمی‌گیرد. ما این برنامه را تقریبا ۱۰ سال پیش شروع کردیم که با هزینه‌ی زیادی همراه بود. فلزهایی مثل رودیوم و پلاتین بسیار گران‌قیمت هستند؛ اما با شروع کار فهمیدیم مشکلات ما فراتر از هزینه و سرمایه‌‌ی مادی است. این آزمایش با نگرانی‌های شدید محیطی همراه بود، استخراج پلاتین از زمین مستلزم حفر تا عمق یک مایلی زمین است و نشر انبوه کربن‌دی اکسید را به همراه خواهد داشت.

چیریک و تیم پژوهشی برای یافتن روش‌های سازگارتر با محیط و تولید مواد موردنیاز برای شیمی دارویی مدرن، با شیمی‌دان‌های مؤسسه‌ی Merck & Co همکاری کردند. این همکاری به‌واسطه‌ی یکی از برنامه‌های مؤسسه‌ی ملی علوم با عنوان GOALI امکان‌پذیر شد.

از طرفی بسیاری از مولکول‌ها در شکل‌های راست‌گرد و چپ‌گرد، عملکرد متفاوتی دارند و گاهی این واکنش‌ها با پیامدهای خطرناکی همراه هستند. سازمان غذا و داروی آمریکا با اعمال محدودیت‌هایی تأکید دارد که داروها تنها یک جهت (راست‌گرد یا چپ‌گرد) داشته باشند، به چنین داروهایی تک آنانتیومری گفته می‌شود.

انقلاب در شیمی سبز توسط شیمیدان های نوین

چیریک می‌گوید:

شیمی‌دان‌ها به‌دنبال روش‌هایی هستند که تنها یک جهت مولکول‌های دارویی را ترکیب کنند (به‌جای ترکیب هردو جهت و سپس جداسازی آن). کاتالیزورهای فلزی که قبلا از فلزهای ارزشمندی مثل رودیوم ساخته می‌شدند، به حل این مشکل می‌پردازند. این مقاله نشان می‌دهد می‌توان از فلزهایی با فراوانی بیشتری مثل کبالت برای ساخت داروی صرع ازجمله کپرا استفاده کرد.

پنج سال پیش پژوهشگرها در آزمایشگاه چیریک نشان دادند می‌توان از کبالت برای تولید مولکول‌های تک آنانتیومری طبیعی استفاده کرد و به‌جای ترکیب‌های فعال و حلال‌های سمی از ترکیب‌های ساده برای تولید آن‌ها استفاده کرد. تیم این آزمایش را روی نمونه‌های واقعی انجام داد تا نشان دهد کبالت نسبت به فلزهای ارزشمند، سازگاری بیشتری با محیط دارد.

سازگاری متانول با محیط از حلال‌های کلری بیشتر است

آن‌ها به این نتیجه رسیدند که روش جدید مبتنی برکبالت نسبت به روش رودیوم سریع‌تر است. به‌گفته‌ی چیریک، این مقاله یک نمونه‌ی نادر را نشان می‌دهند که در آن یک فلز با فراوانی زیاد نسبت در ترکیب داروهای تک آنانتیومری بهتر از فلزهای ارزشمند عمل می‌کند و قطعا استفاده از کاتالیزورهای فراوان‌ در طبیعت به‌جای فلزهای ارزشمند، مزایای زیست‌محیطی و مادی زیادی را به همراه دارد. برای مثال می‌توان به واکنش‌پذیری بهبودیافته و کاهش اثر محیطی اشاره کرد؛ البته ممکن است مزایای دیگری هم وجود داشته باشند که قبلا در هیچ نمونه‌ای مشاهده نشده‌اند.

فلزهای اصلی نه‌تنها ارزان‌تر هستند بلکه نسبت به فلزهای کمیاب، سازگاری بیشتری با محیط دارند، اما این روش جدید از متانول استفاده می‌کند که نسبت به حلال‌های کلری موردنیاز رودیوم، با محیط سازگارتر است. چیریک می‌گوید:

تولید مولکول‌های دارویی به دلیل پیچیدگی بالا یکی از پراتلاف‌ترین فرآیندها در صنایع شیمیایی است. ‌ عامل اصلی تولید ضایعات، نوع حلال به‌کاررفته در واکنش است. روند و فرآیند تولید داروی به دی‌کلرومتان وابسته است که یکی از حلال‌های ارگانیک دارای حداقل سازگاری با محیط است. پژوهش ما نشان می‌دهد کاتالیزورهای فراوان نه‌تنها در متانول (به‌عنوان یک حلال سازگار) واکنش می‌دهند بلکه عملکرد بهینه‌ای در این واسطه دارند.

این کشف یک پیشرفت انقلابی برای کاتالیزورهای فلزی فراوان است؛ زیرا درگذشته پایداری و مقاومت آن‌ها به‌اندازه‌ی فلزهای ارزشمند نبود. پژوهش ما نشان می‌دهد هر دو واسطه‌ی حلال و فلزی می‌توانند به‌صورت سازگار با محیط عمل کنند.

به‌گفته‌ی مکس فردفلد مؤلف ارشد این مقاله و دانشجوی فارغ‌التحصیل آزمایشگاه چیریک، متانول یک حلال متداول برای ساختار شیمیایی تک جهتی است؛ اما اولین بار است که در یک سیستم کبالتی به‌خوبی عمل می‌کند. میل ترکیبی کبالت با حلال‌های سازگار با محیط شگفت‌انگیز است. چریک می‌گوید:

تقریبا به مدت ۱۰ سال، کاتالیزورهای فلزهای فراوان مثل آهن و کبالت برای واکنش به شرایطی با خلوص و خشکی بالا نیاز داشتند، این کاتالیزورها بسیار شکننده بودند. با واکنش در متانول نه‌تنها شکل محیطی واکنش بهبود پیدا کرد؛ بلکه استفاده از کاتالیزورها و کنترل آن‌ها نیز آسان‌تر شد. این نتیجه کبالت را به رقیبی برای فلزهای ارزشمند تبدیل کرده که می‌تواند در بسیاری از کاربردها ازجمله هیدروژنه‌سازی مورداستفاده قرار بگیرد.

 

انقلاب در شیمی سبز توسط شیمیدان های نوین

همکاری با مرک، کلید دستیابی به این کشف بود. به گفته‌ی چیریک این یک نمونه‌ی برجسته از همکاری صنعتی، آموزشی است که به کاربرد روش‌های بنیادی برای مثال جریان متفاوت الکترون‌ها در کبالت در مقایسه با رودیوم یا ساخت یک داروی مهم به شیوه‌ای پایدارتر تأکید می‌کند.. شلوین می‌گوید:

به‌جای چند مرتبه آزمایش فرضیه‌ی خیلی سریع، مجموعه‌ آزمایش‌های بزرگی را طراحی کردیم که دامنه‌ی فضای شیمیایی آن‌ها بزرگ‌تر است. همکاری بین آن‌ها شگفت‌انگیز بود؛ دانشمندانی مثل مک فردفیلد و آرون ژانگ می‌توانند صدها آزمایش را در آزمایشگاه ما اجرا کنند و سپس نتایج دقیقی را به پرینستون ارائه دهند. اطلاعات به‌دست‌آمده می‌تواند زمینه‌ای برای طرح آزمایش‌های جدید باشد.

آزمایشگاه چیریک بر کاتالیزورهای همگن متمرکز است، در این شرایط از موادی استفاده می‌شود که در حلال‌های صنعتی قابل‌حل باشند. به ‌گفته‌ی چیریک، کاتالیزور همگن معمولا حوزه‌ی فلزهای ارزشمند را در برمی‌گیرد، فلزهایی که در پائین جدول تناوبی جای می‌گیرند.

این فلزها به‌دلیل موقعیتی که در جدول تناوبی دارند، دچار تغییرات الکترونی قابل پیش‌بینی می‌شوند و به‌همین دلیل می‌توان از این عناصر، جواهرات مختلف را تولید کرد، زیرا دچار اکسایش نمی‌شوند و با اکسیژن واکنش نمی‌دهند؛ بنابراین وقتی به‌سراغ عناصر فراوان بروید (برای مثال عناصر سطر اول جدول تناوبی)، ساختار الکترونیکی (جابه‌جایی الکترون‌ها در عنصر) تغییر می‌کند و با بررسی شیمی تک الکترونی می‌توانید به‌دلیل زنگ زدن و واکنش این عناصر پی ببرید. به‌گفته‌ی ویوی دونگ، استاد شیمی دانشگاه کالیفرنیا، روش چیریک تغییرات بنیادی را برای شیمی به همراه خواهد داشت. شیمی سنتی به بررسی اکسایش دوالکترونی می‌پردازد و روش پاول به اکسایش تک الکترونی. شاید در ظاهر اختلاف بزرگی نباشد؛ اما برای یک شیمی‌دان تفاوت این دو بسیار چشم‌گیر است.

مسئله‌ی حائز اهمیت برای یک شیمی‌دان عملکرد مواد در سطح الکترونی و اتمی است.  بر اساس نتایج به‌دست‌آمده، این آزمایش‌ را می‌توان بر مواد دیگر هم پیاده‌سازی کرد. به گفته‌ی چیریک این پژوهش به بررسی حوزه‌ای از جدول تناوبی می‌پردازد که مدت‌هاست موردبررسی قرار نگرفته و بنابراین ثروت عظیمی برای شیمی بنیادی به شمار می‌رود. با یادگیری روش کنترل جریان الکترونی، پنجره‌ی جدیدی به روی جهان باز خواهد شد.