مهروماه

واکنشی که منجر به ایجاد پیوندهای کربن-کربن می‌شود، بیش از ۱۲۰ سال است که کشف شده؛ اما تاکنون دانشمندان به چگونگی انجام آن شناخت پیدا نکرده بودند.

120 سال پیش بود که “واکنش گرینیارد”(Grignard reaction) برای اولین بار اجازه شکل‌گیری مناسب پیوندهای کربن-کربن را داد. وقتی صحبت از معادلات مربوط به ساخت مولکول‌های جدید می‌شود، هیچ‌کدام از واکنش “گرینیارد” مهم‌تر یا پیچیده‌تر نیستند. این واکنش برای سنتز پیوندهای کربن-کربن استفاده می‌شود.

“واکنش گرینیارد” یک واکنش شیمیایی در شیمی آلی فلزی است که در آن آلکیل، آلیل، وینیل یا آریل یک منیزیم هالید (واکنش‌گر گرینیارد) به یک گروه کربونیل در آلدهید یا کتون اضافه می‌شود. این واکنش برای تشکیل پیوندهای کربن-کربن مهم است. واکنش یک هالید آلی با منیزیم، “واکنش گرینیارد” نیست، اما یک واکنش‌گر گرینیارد فراهم می‌کند.

واکنش‌ها و واکنش‌گر گرینیارد توسط شیمیدان فرانسوی “ویکتور گرینیارد” از دانشگاه نانسی فرانسه کشف و به نام وی نام‌گذاری شد. گرینیارد نخستین بار این واکنش را در سال ۱۹۰۰ “واکنش‌گر ناب” نام گذاشت و به خاطر این کار جایزه نوبل شیمی سال ۱۹۱۲ را از آن خود کرد.

با این وجود، یافتن مواد کم‌هزینه و حداقل منابع انرژی برای این واکنش بیش از ۱۰۰ سال است که مورد توجه قرار گرفته است و دلیل آن، این است که نحوه عملکرد دقیق واکنش گرینیارد ناشناخته بود. اکنون پس از ۱۲۰ سال همه چیز تغییر کرده است، زیرا دانشمندان موفق به دستیابی به درک چگونگی عملکرد واکنش گرینیارد شده‌اند و از آنجایی که در نهایت با آن آشنا شده‌ایم، ممکن است راه‌های بهبود آن را نیز کشف کنیم.

۱۲۰ سال پیش بود که واکنش گرینیارد برای اولین بار اجازه شکل‌گیری مناسب پیوندهای کربن-کربن را داد. واکنشی که از آن زمان مورد مطالعه قرار گرفته است، اما تاکنون هرگز کاملاً درک نشده بود. پنج سال پیش پروفسور “اودیل آیزنشتاین” و پروفسور “میشل کاسلا” تصمیم گرفتند با استفاده از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای، نگاه دقیق‌تری به این واکنش داشته باشند و این مشکل را برطرف کنند.

آنها در مدل‌سازی واکنش‌گر ناب و حلال، قادر به شناسایی گونه‌های شیمیایی متعدد در طول “تعادل شلنک”(Schlenk equilibrium) شدند. “تعادل شلنک” که به احترام کاشف آن “ویلهلم شلنک” نام‌گذاری شده است، یک تعادل شیمیایی است که در محلول‌های واکنش‌گر ناب‌های گرینیارد و پایه‌های “هازر”(Hauser) اتفاق می‌افتد.

“تعادل شیمیایی”(Chemical equilibrium) نیز به حالتی گفته می‌شود که در آن فعالیت شیمیایی و در نتیجه غلظت واکنش‌گرها و محصولات در واکنش شیمیایی با گذشت زمان تغییر نکند. معمولاً این تعادل در شرایطی حاصل می‌شود که سرعت واکنشِ رفت با برگشت برابر باشد.

“واکنش‌گر ناب” به ماده یا ترکیبی گفته می‌شود که آن را به یک سامانه اضافه می‌کنند تا یک ترکیب شیمیایی روی دهد یا آن را به یک سامانه اضافه می‌کنند تا ببینند آیا واکنش شیمیایی امکان‌پذیر است یا خیر. تفاوت واکنش‌گر با واکنش‌گر ناب در این است که واکنش‌گر، خود در جریان واکنش شیمیایی مصرف می‌شود، ولی واکنش‌گر ناب چنین نیست. حلال‌ها و آسان‌گرها با اینکه در متن واکنش درگیر هستند، اما هرگز از آنها به عنوان واکنش‌گر یاد نمی‌شود. در شیمی آلی، واکنش‌گرهای ناب به صورت ترکیب یا مخلوط هستند و معمولاً از مواد غیرآلی یا مولکول‌های کوچک آلی تشکیل شده‌اند.

همچنین به ماده‌ای که بخش عمده یک محلول را تشکیل می‌دهد، حلال می‌گویند. محققان دریافتند که کل فرآیند گرینیارد توسط مولکول‌های حلال که از اتم‌های منیزیم جدا می‌شوند یا با آنها جمع می‌شوند، تعیین می‌شود. با کشف اینکه واکنش‌گر ناب گرینیارد یک ترکیب کاملاً تعریف نشده نیست، بلکه یک رقصنده همیشه در حال تغییر است، اکنون می‌توان به این واکنش نگاه کرد.

“کاسلا” گفت: یکی از مزایای یک مطالعه محاسباتی این است که شما محدود به واقعیت فیزیکی نیستید، می‌توانید چندین فرضیه را به طور سیستماتیک آزمایش کنید و تعیین کنید که بهترین حالت کدام است. با استفاده از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای همراه با داده‌های شیمی کوانتومی سطح بالا، مجموعه‌ای از نکات کلیدی ایجاد شد. “کاسلا” توضیح داد: آنچه که همیشه به عنوان واکنش گرینیارد شناخته شده است، در واقع گروهی از واکنش‌هایی است که همزمان در همان نمونه اتفاق می‌افتند و این تازه شروع کار ما است.

“آیزنشتاین” گفت: ما تازه به پوسته رسیده‌ایم. از مدت‌ها قبل شناخته شده بود که با وجود افزودنی‌های زیادی مانند نمک، مشتقات سایر ترکیبات فلزی و غیره می‌توان واکنش‌های ارگانیک را افزایش داد، با این وجود افزودنی‌ها می‌توانند سریعتر و تمیزتر شوند، اما با این وجود هیچ کس واقعاً نمی‌دانست که این واکنش چگونه کار می‌کند. اکنون که درک کافی از واکنش گرینیارد داریم، می‌توانیم از آن استفاده کنیم. وقتی می‌دانیم چگونه یک کیک بپزیم، می‌توانیم آن را خوشمزه‌تر و زیباتر کنیم. به عبارت دیگر می‌توانیم نقش مواد افزودنی را درک کنیم و امیدوارم موارد جدیدی پیدا شود.