قانون ۱۰۰ ساله شیمی به چالش کشیده شد!

به گزارش مجله خبری نگار/ایمنا و به نقل از ساینس دیلی، در مقاله‌ای که بتازگی در نشریه معتبر Nature Chemistry منتشر شده است، تیم شیمی‌دانان به سرپرستی نیل گارگ نشان داده‌اند که برخی از قوانین کلاسیک و طولانی‌مدت شیمی آلی — از جمله «قانون بردت» — آن‌گونه که فکر می‌شدند، ثابت و غیرقابل‌تغییر نیستند.

قانون بردت بیش از یک قرن است که به عنوان یک اصل بنیادین در شیمی آلی پذیرفته شده است و می‌گوید که نمی‌توان پیوند‌های دوگانه کربن–کربن را در موقعیت «سرپل» (bridgehead) در ساختار‌های خاص مولکولی ایجاد کرد؛ زیرا این حالت به‌دلیل فشار فضایی بسیار نامطلوب است. اما گروه تحقیقاتی گارگ توانستند مولکول‌های بسیار پیچیده و سه‌بعدی بسازند که این پیوند‌های دوگانه را در شرایطی که قبلاً تصور می‌شد غیرممکن است، در ساختار‌های cage-شکل جای‌گذاری کنند.

مولکول‌های «غیرممکن» و پیوند‌های تغییرشکل‌یافته

محققان موفق شدند ساختار‌هایی موسوم به cubene و quadricyclene بسازند مولکول‌هایی با شکل‌های سه‌بعدی بسیار پیچیده که پیوند‌های دوگانه در آنها برخلاف انتظار از حالت صاف و مسطح، به صورت خمیده و سه‌بعدی قرار می‌گیرند.

در حالت معمولی، پیوند‌های دوگانه کربن–کربن به گونه‌ای هستند که اتم‌ها حول این پیوند در یک صفحه قرار می‌گیرند. اما در این مولکول‌های جدید، به دلیل فشار فضایی شدید و شکل پیچیده ساختار، پیوند‌ها حالتی می‌یابند که دانشمندان آن را «ابرهرمی‌شده» یا hyperpyramidalized توصیف می‌کنند.

چرا این کشف مهم است؟

این پیشرفت بیش از آن‌که یک بازی انتزاعی در شیمی باشد، می‌تواند تأثیرات عمیقی بر طراحی مولکول‌های جدید و دارو‌های آینده داشته باشد. امروزه پژوهشگران در طراحی دارو‌ها به دنبال مولکول‌های سه‌بعدی پیچیده‌تر و کارآمدتر هستند که می‌توانند بهتر با اهداف بیولوژیکی تعامل کنند. با توجه به محدودیت‌های ساختاری سنتی، بسیاری از مسیر‌های طراحی مولکولی کمتر مورد توجه قرار می‌گرفتند؛ اما اکنون با گشوده شدن درک از ساختار‌های غیرمنتظره، افق‌های جدیدی برای داروسازی و مهندسی مولکولی باز شده است.

چگونه این مولکول‌ها ساخته شدند؟

برای تولید این ساختارها، تیم گارگ ابتدا پیش‌ماده‌هایی پایدار تهیه کرد که شامل گروه‌های سیلیل (اتم سیلیکون در مرکز) و گروه‌های قابل جدا شدن بودند. با قرار دادن این ترکیبات در واکنش با نمک‌های فلورید، مولکول‌های هدف cubene یا quadricyclene به طور لحظه‌ای درون ظرف واکنش شکل گرفتند. این مولکول‌ها بسیار واکنش‌پذیر و ناپایدار هستند و به سرعت با دیگر مواد واکنش داده و ساختار‌های پیچیده‌تر را پدید آوردند.

اگرچه این مولکول‌های «غیرممکن» هنوز نمی‌توانند به شکل خالص جدا یا پایدار مشاهده شوند، شواهد آزمایشگاهی و مدل‌های محاسباتی نشان می‌دهند که آنها واقعاً در مسیر واکنش شکل می‌گیرند. محققان معتقدند که پیش‌روی در این حوزه می‌تواند به توسعه ساختار‌های جدید و کاربردی در شیمی منجر شود — به‌ویژه در زمینه داروسازی، موادی که نیاز به ساختار‌های سه‌بعدی منحصر‌به‌فرد دارند تا با اهداف زیستی بهتر تعامل کنند.

نیل گارگ در این باره گفته است که باور به اینکه قوانین کلاسیک «حقیقت مطلق» هستند می‌تواند محدودیت‌آفرین باشد و تأکید کرده که تحقیق و پرسشگری بنیادین، موتور پیشرفت علمی است.

کشف اخیر دانشمندان UCLA نشان می‌دهد که بسیاری از قوانین پذیرفته‌شده در علم شیمی ممکن است چیزی کمتر از راهنما باشند تا قواعد قطعی. این تغییر نگاه نه فقط فهم ما از ساختار مولکولی بلکه رویکرد ما به طراحی دارو‌ها و مواد نوین را دگرگون خواهد کرد، و احتمالاً دریچه‌ای به نسل آینده علم مولکولی باز می‌کند.