تهیه اوره به دست وٌهلر

نوشته رویستون م.رابرتس ترجمه محی الدین غفراین

شاید پیچیده ترین ماده طبیعی که تاکنون در آزمایشگاه تولید شده است ویتامین B12 باشد. (شکل 1). در 1972 رابرت ب.وودوارد و آلبرت اشنموزر اعلام کردند که آن را به طور کامل در آزمایشگاه تهیه کرده اند. این موفقیت نتیجه همکاری 11 ساله 100 شیمیدان از 19 کشور جهان در دانشگاه های هاروارد و زوریخ بود. اگرچه این روش آزمایشگاهی هرگز منبع قابل استفاده ای برای تامین ویتامین نبود و در آینده نیز نخواهد بود، اما نقطه عطفی در تولید مواد آلی به شمار می آمد، چون طی این فعالیت علمی، واکنشها، روشها، و نظریات جدیدی ابداع شدند. اوره، به عنوان اولین ماده طبیعی تهیه شده در آزمایشگاه، ساختار بسیار ساده تری داشت (شکل 2). در 1828 فریدریش وهلر آن را تصادفا در آزمایشگاهش در برلین تهیه کرد. در آن زمان اوره را به عنوان یکی از انواع ترکیبات آلی می شناختند. یان یاکوب برسیلویس که شیمیدان سوئدی مشهوری بود، واژه آلی (ارگانیک) را در حوالی 1807 تعریف کرد. این عنوان به هر ماده ای که سازواره های (ارگانیسمهای) زنده – چه گیاه چه جانور – تولید کننده اطلاق می شود، و در مقابل آنها موادی هستند که منشأ غیر زنده و معدنی دارند، و مواد غیر آلی یا معدنی نامیده شدند. در اوایل سده نوزده همه مواد شیمیایی شناخته شده تا آن زمان را در یکی از این دو گروه طبقه بندی می کردند. مواد معدنی، نظیر عناصر رایج فلزی و ترکیبات آنها که در سنگهای معدنی یافت می شدند، بسیار ساده تر از مواد آلی نظیر قند، نشاسته، و چربی حیوانی بودند. عقیده بر آن بود که مواد آلی نوعی “نیروی حیاتی” دارند که می تواند از گیاهان یا جانوران به یکدیگر منتقل شود. در نظریه حیات گرایی این فرض اولیه حاکم بود که برخلاف مواد معدنی که می توانستند در آزمایشگاه تولید شوند، مواد آلی در آزمایشگاه قابل تهیه نبودند – دست کم از مواد معدنی نمی شد آنها را تولید کرد. در 1828 بخوبی می دانستند که اوره نوعی ماده آلی است. در واقع وجود اوره در ادرار توجه وهلر را جلب کرده بود، و هنگامی که او دانشجوی پزشکی در دانشگاه هایدلبرگ بود، آزمایشهایی را در زمینه تولید آن در سگها و حتی روی خودش انجام داد. فریدریش وهلر در 1800 در روستای اشرشایم، در نزدیکی فرانکفورت آلمان متولد شد. در فرانکفورت به دبیرستان رفت، اما در دوران دانش آموزی نبوغ چندانی از خود نشان نداد. الیزابت نی، مجسمه ساز آلمانی، هنگامی که وهلر 68 ساله بود، تندیسی از وی تراشید. قالب گچی این تندیس در موزه الیزابت نی در آوستین تگزاس نگهداری می شود؛ مجسمه مرمرین اصلی و نیز تندیس یوستوسن فون لیبیگ که کار همان مجسمه ساز بود، در دو سوی در ورودی بخش شیمی دانشگاه پلی تکنیک در مونیخ آلمان قرار داشتند. این تندیس های مرمرین در جنگ جهانی دوم هنگام بمباران دانشگاه پلی تکنیک نابود شدند. همان طور که خود بعدا اذعان کرد، قسمت عمده ای از وقت خویش را صرف انجام آزمایش در شیمی می کرد، و فرصت کافی برای درس خواندن باقی نمی گذاشت. قاعدتا باید مادرش از دست او ذله شده باشد، چون در خانه اتاقش را به آزمایشگاه تبدیل کرده بود، و از اجاق ذغالی آشپزخانه برای گرم کردن سنگهای معدنی و دیگر مواد شیمیایی استفاده می کرد. پس از آنکه وهلر جوان از دبیرستان فارغ التحصیل شد، به دانشگاه ماربورگ راه یافت، و به همان دلیلی که اهل خانه از دست او عاصی شده بودند، با صاحب خانه اش اختلاف پیدا کرد – به عبارت دیگر در محل سکونتش زیادی آزمایش انجام می داد! پس از یک سال تحقیق در ماربورگ، خود را به هایدلبرگ انتقال داد، و تحت تأثیر لئوپولت گملین که در آن هنگام از شیمیدانان مشهور آلمان بود، قرار گرفت. اگر چه وٌهلر با دانشنامه پزشکی از هایدلبرگ فارغ التحصیل شد، اما به توصیه گلمین، که خود زمانی پزشک بود، طب عملی را کنار گذاشت و خود را وقف شیمی کرد. وهلر با کمک گلمین به استکهلم رفت تا زیر نظر برسیلیوس به مطالعه و پژوهش بپردازد. گرچه فقط یک سال را در آنجا گذراند، اما با برسیلیوس رفاقتی پیدا کرد که تا آخر عمر ادامه یافت. وهلر برای مدت کوتاهی به هایدلبرگ بازگشت، و سپس در یکی از دانشکده های برلین به تدریس مشغول شد. اگر چه مقام دانشگاهی مهم نبود و در آن شهر بزرگ بیشتر به تدریس شبانه شباهت داشت، اما آزمایشگاهی در اختیارش بود که کمال استفاده را از آن کرد. او نخستین کسی بود که آلومینیوم را در 1827 به حالت فلزی آزاد تولید کرد. البته روشی که به کار برد عملی نبود، و 60 سال طول کشید تا یک دانشجوی امریکایی در دانشکده اوبرلین در اوهایو روشی را برای تولید صنعتی آلومینیوم با استفاده از جریان برق کشف کند. در همین آزمایشگاه بود که وهلر در 1828 آزمایشی انجام داد که شهرتش را در تاریخ شیمی آلی تضمین کرد. او قصد داشت سیانات آمونیوم خالص را، که تصور می شد فرمولش همانی باشد که در شکل 3 نشان داده شده است، از سیانات پتاسیم و سولفات آمونیوم، که دو نمک معدنی معمولی بودند، تهیه کند. پس از آنکه دو نمک را در مجاورت یکدیگر حرارت داد، محلولی را که پیش بینی میکرد در آن سیانات آمونیوم باشد، تبخیرکرد. اما بلورهای سفید رنگی بدست آورد که درست به اوره ای که بارها از ادرار سگ و انسان جدا کرده بود شباهت داشت! بلافاصله ثابت کرد که این بلورها واقعا اوره هستند. وهلر این نتیجه را به عنوان: “واقعیتی شگفت آور که بیانگر نمونه ای از تولید صناعی ماده ای آلی و به اصطلاح جانوری از مواد معدنی است” توصیف کرد. این نتیجه شگفت آور جنبه دیگری هم داشت که برای وهلر و نیز برسیلیوس، که پس از مدت کوتاهی که به کشف وهلر پی برده بود، اهمیت داشت. سیانات آمونیوم و اوره ای که از آن تولید شده بود “ایزومر” یا “همپار” یکدیگر بودند (مشتق از معادل یونانی “پاره های یکسان”) – این واژه را برسیلیوس برای توصیف ترکیباتی که از عناصر یکسان با نسبتهای برابر تشکیل می شدند، وضع کرده بود. سیانات آمونیوم و اوره هر دو حاوی یک اتم کربن، یک اتم اکسیژن، دو اتم نیتروژن، و چهار اتم هیدروژن هستند. ظاهرا وهلر و برسیلیوس به جای اینکه به تاثیری که این کشف می توانست بر نظریه حیات گرایی داشته باشد توجه کنند، بیشتر بر این جنبه تهیه اوره تاکید داشتند. اما کشف تصادفی وهلر سرآغازی بر زوال نظریه حیات گرایی بود، که مدتها مانع از پیشرفت شیمی ترکیبات کربن می شد. دیگر شیمیدانان آن عصر خاطر نشان کردند که گرچه سیانات پتاسیم و سولفات آمونیوم را معمولا غیر آلی می دانند، اما وهلر آنها را از موادی آلی نظیر شاخ و خون جانوران تهیه کزده بود، نه از عناصر سازنده شان، بنابراین نمی شد نتیجه گرفت که تهیه اوره به دست وهلر، نظریه حیات گرایی را از اعتبار ساقط می کند. تنها وقتی که هرمان کولبه در 1845 اسید استیک را با عناصر تشکیل دهنده اش (کربن، هیدروژن و اکسیژن) تهیه کرد، افراطیان بالاخره مرگ نظریه حیات گرایی را پذیرفتند. از آن پس تعریف شیمی آلی به “شیمی ترکیبات کربن” (تعریف پذیرفته شده امروزی) تغییر یافت، چه این ترکیبات از منشاء طبیعی باشند و چه از تولیدات آزمایشگاهی. وهلر می توانست بقیه عمرش را وقف شیمی آلی کند، اما این کار را نکرد –علاقه ای که از ابتدا به سنگهای معدنی داشت هم چنان پا برجا بود، و اکثر کارهای بعدی اش به شیمی مربوط می شد. وهلر پس از ترک برلین در 1831، برای مدت کوتاهی در دانشکده فنی دیگری در کاسل به کار مشغول شد، و سپس در 1836 به هدف خود که استادی در یکی از دانشگاه های بزرگ آلمان گوتینگن بود، دست یافت. وی در آنجا برخی از بهترین کارهای پژوهشی خود را با همکاری دوستانش یوستوس لیبیگ که استاد دانشگاه گیسن بود، ارائه داد. وهلر که وجودش در بخش شیمی گوتینگن بر اعتبار آن می افزود، شیمیدانانی را از سراسر جهان به سوی آن جذب کرد. وی در گونتینگن به تدریس، تربیت شیمیدانان پژوهشگر، نوشتن کتابهای دانشگاهی، و ویرایش مجلات پژوهشی شیمی ادامه داد تا سرانجام در 1882 درگذشت. وهلر حدود 8000 دانشجو را در گونتینگن پرورش داد. از جمله اینها رودولف فیتیگ بود، که بعدها استاد دانشگاه توبینگن شد و ایرارمسن به ایالات متحده بازگشت، و سطح علمی بخش شیمی دانشگاه جانز هاپکینز را تا حد دانشگاههای اروپایی ارتقا داد. این بخش مرکز عمده ای برای تربیت نسلهای بعدی شیمیدانان در امریکا شد. گذشته از افتخارات بسیاری که نصیب وهلر شد، تهیه غیرمترقبه ترکیب ساده ای به نام اوره از طریق گرم کردن سیانات آمونیوم در سن 27 سالگی به عنوان مهمترین موفقیتش جلوه گر می شود و امروزه تقریبا در هر کتاب درسی شیمی آلی ذکری از آن به میان می آید. تهیه یک ترکیب آلی از ترکیب معدنی نشانگر پایان حاکمیت نظریه حیات گرایی، و سرآغاز پایه گذاری شیمی آلی بر مبنایی معقول بود.