Сер Вилијам Џексон Поуп

Кога ја проучуваме органската хемија, поимот хиралност и просторната структура на молекулите најчесто ги врзуваме за тетраедарскиот јаглероден атом. Меѓутоа, науката ретко се задржува во цврсто поставени граници. Човекот кој ја разниша оваа догма, ја прошири визијата за стереохемијата низ целиот периоден систем беше Сер Вилијам Џексон Поуп.

Sir William Jackson Pope
(1870–1939)

Поуп бил архетип на класичниот викторијански и едвардијански научник - беспрекорно дотеран, со брилијантна интуиција за кристалографија. За разлика од некои негови колеги кои повеќе теоретизирале на табла, Поуп бил врвен експериментатор чии раце биле подеднакво вешти во синтезата како и неговиот ум.

Во академските кругови во Кембриџ се прераскажувала неговата неверојатна способност со голо око (или со помош на обична лупа и поларизирана светлина) да препознае суптилни кристални симетрии и асиметрични форми кои другите научници со денови ги пропуштале под микроскоп. Тој бил познат по тоа што влегувал во лабораторијата наутро во костум со вратоврска, а излегувал навечер со совршено синтетизирани соединенија, без ниту една дамка од киселина на облеката - што во тоа време било рамно на чудо.

До крајот на 19 век, хемискиот свет бил опседнат со јаглеродот. Се верувало дека само јаглеродниот атом може да создаде асиметрија и оптичка активност (теоријата наЈакобус Хенрикус ван'т Хоф и Жозеф Ахил Ле Бел).

Хирален C-атом (или асиметричен јаглероден атом) е јаглероден атом кој е ковалентно врзан за четири различни атоми или атомски групи.Бидејќи јаглеродот во органските соединенија има тетраедарска геометрија (формира четири врски насочени кон темињата на замислен тетраедар), кога сите четири супституенти се различни, молекулата нема центар ниту рамнина на симетрија.Оваа суштинска карактеристика значи дека таквиот јаглероден атом создава хиралност - односно две можни просторни форми (енантиомери) кои се меѓусебно како предметот и неговата огледална слика (како левата и десната рака), и кои не можат да се преклопат кога ќе се ротираат.

Оптичка активност е способност на одредени супстанци да ја ротираат рамнината на поларизираната светлина. Ова својство е тесно поврзано со хиралноста – просторната асиметрија на молекулите.

Ајде да го објасниме со една фасцинантна аналогија.

Замисли ја левата и десната рака. Левата и десната рака се огледални слики една на друга. Имаат иста градба, но не можеш целосно да ги преклопиш.

Истото се случува со некои молекули

Тие имаат:

• Иста хемиска формула.
• Исти атоми.
• Исти хемиски врски.
• Но различен тридимензионален распоред.

Овие две форми се нарекуваат енантиомери.

Како ја ротираат светлината?

Обичната светлина осцилира во повеќе рамнини.Кога поминува низ посебен оптички филтер, наречен поларизатор, добиваме линеарно поларизирана светлина – нејзиното електрично поле осцилира во една определена рамнина.

Кога оваа светлина ќе помине низ раствор што содржи хирални молекули, рамнината на поларизација може да се заврти.

Тоа е оптичка активност.

• Едниот енантиомер ја врти светлината во една насока.
• Другиот енантиомер ја врти во спротивна насока.
• Рацемската смеса, со еднакви количества од двата енантиомера, во идеални услови нема вкупна оптичка ротација.

Живите организми се извонредно селективни во однос на молекуларната просторна структура.

На пример:

• Протеините главно се изградени од L-аминокиселини.
• Природните протеини користат претежно L-аминокиселини, додека многу шеќери во биолошките системи се од D-конфигурација.
• Енантиомерите на одредени лекови можат да имаат различни биолошки ефекти.

Тоа значи дека просторната ориентација на атомите може да биде пресудна за биолошката функција

Но, Поуп решил да ја тестира таа „догма“ на многу потежок терен - со азотот, сулфурот, па дури и калајот. Кога во 1899 година објавил дека успел да добие оптички активно соединение со асиметричен азот, но без ниту еден јаглероден атом, постарите академици го гледале со сомнеж. Многумина мислеле дека станува збор за лабораториска грешка.

Тогаш Поуп ја применил својата омилена тактика: ги поканил најголемите скептици лично во својата лабораторија во Кембриџ. Ним им ги дал чистите супстанци, ги наместил инструментите и им дозволил со свои очи да видат како поларизираната светлина ротира надесно или налево. Кога колегите се увериле во резултатите, скептицизмот се претворил во воодушевување.

Како и многу други врвни умови од неговото време, судбината на Поуп била сурово пресечена од геополитиката. Кога започнала Првата светска војна, Велика Британија го мобилизирала неговиот научен гениј за воени цели.

Поуп добил задача да го реши проблемот со масовното производство на иперит (сенф гас), чиешто користење на боиштата во Фландрија веќе носело стотици илјади жртви. Неговиот тим развил нов, поефикасен синтетички процес (познат како Левинстајн-Поуп процес).

Тука се крие длабоката иронија на неговиот живот: човек кој со децении ја проучувал суптилната тридимензионална хармонија на молекулите и кристалите - убавината на симетријата и асиметријата - морале да ја стави својата врвна интелигенција во служба на создавање молекули чија единствена цел била да горат кожата и да ги трујат војниците. По војната, Поуп ретко зборувал за тој период, но историчарите на науката забележуваат дека токму таа воена епизода фрлила тенка сенка врз неговиот иначе беспрекорен академски углед.

Сер Вилијам Џексон Поуп останува запаметен како човек кој ја ослободи стереохемијата од стегите на јаглеродот. Неговата порака до денешните генерации хемичари останува јасна: хиралноста е универзален закон на тридимензионалниот свет, а просторот во кој егзистираат молекулите е исто толку важен колку и атомите што ги сочинуваат.