کشف شگفتانگیز در شیمی: نقض یک قانون صدساله
به مدت بیش از یک قرن، شیمیدانان بر این باور بودهاند که ایجاد پیوند دوگانه در برخی مولکولهای ارگانیک ناممکن است. این محدودیت که به نام «قاعده برِدت» (Bredt’s Rule) شناخته میشود، بر پایه مشاهده تجربی شکل گرفت و به طور گسترده در منابع علمی به عنوان یک اصل پذیرفته شد. این قاعده اولین بار توسط شیمیدان آلمانی، جولیوس برِدت، مطرح شد. برِدت پس از بررسی ترکیبات حلقوی مختلف و مشاهده نبود پیوندهای دوگانه در برخی از این ترکیبات، به این نتیجه رسید که این نوع پیوند تحت شرایط خاصی غیرممکن است. اما حالا یک تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور نیل گارگ در دانشگاه یوسیالای UCLA موفق شده است مولکولهایی ایجاد کند که این قاعده صدساله را به چالش میکشند.
قاعده برِدت چیست و چرا اینقدر مهم است؟
قاعده برِدت میگوید که در مولکولهای دارای ساختار حلقوی، به ویژه هنگامی که دو حلقه کربنی بهطور پیوسته از طریق یک «پل» به هم متصل میشوند، ایجاد یک پیوند دوگانه در محل اتصال این پل به حلقهها امکانپذیر نیست. این به اصطلاح «نقطه پل» یا «سر پل» (bridgehead) مکانی است که تنش زیادی به دلیل هندسه مولکول در آن ایجاد میشود. وجود پیوند دوگانه در این قسمت باعث ایجاد فشار اضافی بر ساختار مولکول میشود و باعث میشود که اتمها از صفحه ساختاری خود خارج شوند. در نهایت، مولکول ناپایدار میشود و به سرعت تجزیه میگردد. به همین دلیل، شیمیدانان این پیوند را غیرممکن یا بسیار ناپایدار تلقی کردهاند.
در واقع، قاعده برِدت بر پایه مشاهدات متعددی بنا شده بود که نشان میداد مولکولهایی با دو حلقه و یک پل بین آنها هیچ پیوند دوگانهای در نقطه پل ندارند. این نظریه در طی سالها برای ترکیبات دارای حلقههای بزرگتر تغییر یافت و امروز شیمیدانان معتقدند که ایجاد پیوندهای دوگانه در برخی از حلقههای بزرگتر امکانپذیر است، اما مولکولهایی با حلقههای کوچکتر همچنان از این قانون تبعیت میکنند.
نقض قاعده برِدت: چگونه این امکانپذیر شد؟
پروفسور گارگ و تیم او توانستند مولکولهایی به نام اولِفینهای ضدبرِدت (anti-Bredt olefins) تولید کنند که با این قاعده تناقض دارند. این مولکولها شامل پیوند دوگانه در سر پل هستند، اما تیم تحقیقاتی با استفاده از ترکیبات خاصی به نام هالیدهای سیلیل (silyl halides) توانستند شرایطی فراهم کنند که این مولکولها را بهطور موقت پایدار کنند. در ابتدا، این ترکیبات بسیار ناپایدار بودند، اما با استفاده از عوامل مختلف تیم تحقیقاتی موفق به تثبیت و مطالعه آنها شد.
گارگ در خصوص اهمیت این کشف میگوید: این پژوهش به شیمیدانان امکان میدهد که در جهتهایی حرکت کنند که پیشتر تصور میشد غیرممکن است. او باور دارد که مولکولهای جدید مانند اولفینهای ضدبرِدت میتوانند در صنعت داروسازی تحولی بزرگ ایجاد کنند. ساختار سهبعدی این مولکولها به گونهای است که در فرآیندهای تحقیق و توسعه داروهای جدید کاربرد فراوان دارند.
انتقاد به قواعد محدودکننده: آیا قوانین تجربی خلاقیت را محدود میکنند؟
این دستاورد نشان میدهد که برخی از اصول و قواعد پذیرفتهشده شیمی، که بر اساس مشاهدات تجربی بنا شدهاند، ممکن است در همه شرایط به درستی عمل نکنند و نباید به عنوان اصول ثابت در نظر گرفته شوند. گارگ معتقد است که قوانینی مانند قاعده برِدت باید تنها به عنوان یک راهنما در نظر گرفته شوند و نباید آنها را مطلقاً غیرقابل شکستن تلقی کرد. او میگوید که وجود چنین قوانینی بهطور ناخودآگاه خلاقیت و نوآوری را محدود میکند و بهویژه در شیمی که رشتهای پر از احتمالات پیچیده و پنهان است، این قوانین باید همواره با احتیاط مورد استفاده قرار گیرند.
آینده پژوهش و کاربردهای احتمالی
این کشف، علاوه بر اینکه دانش ما درباره شیمی ارگانیک را توسعه میدهد، ممکن است در کاربردهای صنعتی و پزشکی نیز نقش مهمی ایفا کند. بسیاری از مولکولهایی که تا به حال به دلیل محدودیتهای قاعده برِدت غیرممکن تلقی شدهاند، حالا با استفاده از اولفینهای ضدبرِدت میتوانند ساخته شوند و بهویژه در فرآیند کشف داروهای جدید به کار گرفته شوند. این دستاورد همچنین نشان میدهد که دانشمندان با به چالش کشیدن فرضیات پذیرفتهشده میتوانند راههای جدیدی برای بهبود و نوآوری در زمینههای مختلف علمی بیابند.
مطالب مرتبط
