• مشکی
  • سفید
  • سبز
  • آبی
  • قرمز
  • نارنجی
  • بنفش
  • طلایی
  • تعداد بازديد :
  • 11648
  • يکشنبه 1385/6/12
  • تاريخ :

تصادفی در آزمایشگاه سرآغاز شیمی صنعتی جدیدی می شود


نام واکنش فریدل- کرفتس از کاشفانش، چارلز فریدل و جیمز م. کرفتس، گرفته شده است. این دو در سال 1877 پس از انجام آزمایشی در آزمایشگاه فریدل در پاریس نتیجه نامنتظره ای مشاهده کردند. فریدل و کرفتس به اهمیت کاربردی بالقوه ای که ممکن بود اکتشاف تصادفی آنها داشته باشد پی بردند، و روش تهیه هیدروکربنها و ستنها را، هم در فرانسه و هم در انگلستان، به نام خود ثبت کردند. قضاوتشان هم صحیح بود. شاید هیچ واکنش آلی دیگری به اندازه این واکنش ارزش کاربردی پیدا نکرده باشد. فرایندهای عمده تولید بنزین با عدد اکتان بالا، لاستیک صناعی، پلاستیکها، و شوینده های صناعی، همه از کاربردهای " شیمی فریدل- کرفتس" هستند.

جیمز میسون کرفتس در سال 1839در بوستون به دنیا آمد. پس از آنکه در نوزده سالگی از دانشگاه هاروارد فارغ التحصیل شد، یک سال را به خواندن مهندسی معدن گذراند، و به هنگام تحصیل متالورژی در فرایبورگ آلمان، به شیمی علاقه مند شد. او در آزمایشگاههای رابرت ویلهلم بونزن در هایدلبرگ و شارل آدولف وورتز در پاریس به پژوهش پرداخت. در آزمایشگاه وورتز با چارلز فریدل آشنا شد، و آن دو از سال 1861 همکاری خود را با یکدیگر آغاز کردند.

در سال 1865 کرفتس به ایالات متحده بازگشت. پس از آن که برای مدت کوتاهی در مکزیک و کالیفرنیا به عنوان بازرس معدن به کار پرداخت، در دانشگاه کورنل که به تازگی تأسیس شده بود استاد شیمی شد. سه سال بعد به انستیتو تکنولوژی ماساچوست رفت و در روش تدریس و آزمایشگاههای آنجا اصلاحات متعددی به عمل آورد. در سال 1874 بر اثر وضع نامناسب جسمی اش به پاریس بازگشت؛ او و فریدل مجدداً در آزمایشگاه وورتز همکاریشان را ادامه دادند.

وقتی کرفتس انستیتو تکنولوژی ماساچوست را ترک می گفت، پیش بینی می کرد پس از مدت کوتاهی بدانجا برگردد. گرچه بر اثر تغییر آب و هوا یا شاید به سبب هیجان کشفی که با فریدل کرده بود، تندرستی اش را به نحو چشمگیری بازیافت، اما 17 سال در پاریس باقی ماند. بین سالهای 1877 و 1888 فریدل و کرفتس بیش از50 مقاله یا حق امتیاز در زمینه واکنشهای کلرید آلومینیم با ترکیبات آلی را منتشر یا به نام خود ثبت کردند.

با مرگ وورتز در سال 1884، فریدل به عنوان استاد شیمی آلی و سرپرست پژوهشی دانشکده سوربون جانشین او شد. فریدل از بنیانگذاران انجمن شیمی فرانسه بود و طی چهار دوره ریاست آن انجمن را به عهده داشت.

در سال 1891 کرفتس به انستیتو تکنولوژی ماساچوست بازگشت تا مجدداً مقام استادی آنجا را به عهده گیرد، و در 1897 به ریاست انستیتو برگزیده شد. کرفتس تلاش کرد تا انستیتو تکنولوژی ماساچوست را از راه ارتقای معیارهای تدریس و پژوهش به سطحی همردیف انستیتوهای اروپایی برساند. پس از سه سال، از مقام اجرایی خود استعفا داد تا وقت بیشتری را صرف پژوهشهای تجربی کند، و تا 78 سالگی به هنگام مرگش در 1917 به این کار ادامه داد.

بازگردیم به اتفاق پژوهشی نامترقبه ای که نقش آن در ثبت شدن نام فریدل و کرفتس در نوشته های علمی و صنعتی بسیار بیشتر از مقامهای دانشگاهی و اجرایی بالایی بود که آن دو داشتند. آنان سعی داشتند یدید آمیل را از طریق قراردادن کلرید آمیل در معرض آلومینیم و ید تهیه کنند. این واکنش مقادیر زیادی کلرید هیدروژن، و بر خلاف انتظار، هیدروکربن تولیدکرد. سپس آنان متوجه شدند که کلرید آلومینیم نیز به جای آلومینیم همان نتایج نامنتظره را دارد. پژوهشگران پیشین، نتایج مشابهی را از واکنش کلریدهای آلی با برخی از فلزات( نظیر روی) گزارش داده بودند، اما نتوانسته بودند آن را توضیح دهند یا نقش کلرید فلز را به عنوان واکنشگر یا کاتالیزور تعیین کنند. فریدل و کرفتس برای نخستین بار نشان دادند که وجود کلرید فلز ضروری است.

آنان به هنگام شرح اکتشاف خود برای انجمن شیمی فرانسه، گزارش دادند:" با مخلوط شدن کلرید و هیدروکربن و کم شدن یک H از هیدروکربن و CL از کلرید، هیدروکربنهایی با بازدهی زیاد تشکیل می شوند، و بدین ترتیب است که اتیل بنزن، آمیل بنزن، بنزوفنون و غیره به دست می آیند."

فریدل و کرفتس دریافته بودند که نتیجه نامنتظره آنها نوید تهیه انواع گوناگونی از هیدروکربنها و ستنها را می دهد( بنزوفنون نمونه ای از یک ستن است، که دومین گروه مهم از ترکیباتی بود که از راه واکنش جدیدشان قابل تولید بود) و آن دو با انجام آزمایشهایی این مطلب را اثبات کردند. در سالهای بعد، انبوه مقالات تحقیقی و اکتشافات فریدل و کرفتس شالوده پهنه جدیدی از پژوهش و کاربرد را در شیمی آلی ریخت، و اساس برخی از مهمترین فرایندهای شیمی صنعتی امروزی را پایه گذاری کرد.

شاید شیمی فریدل- کرفتس فنی و پیچیده به نظر آید، ولی از راههای گوناگونی بر زندگی مان تأثیر داشته است. وقتی وینستون چرچیل از پیروزی خلبانان جنگنده ها در جنگ هوایی انگلستان سخن می راند گفت:" در پهنه درگیریهای بین انسانها، هیچ گاه نشده است که چنین شمار عظیمی مدیون چنین شمار اندکی باشند." پیروزی در جنگ هوایی نه تنها به سبب جرأت و مهارت خلبانان انگلیسی بود، بلکه از برتری بنزین هواپیماهایشان نیز ناشی می شد. هواپیماهای جنگنده آلمانی نسبت به هواپیماهای انگلیسی و امریکایی برتری داشتند، اما سوختشان بهتر نبود. سوختی که در هواپیماهای انگلیسی و امریکایی به کار می رفت باعث می شد از نظر قابلیتهای عملی گوی سبقت را بربایند. این سوخت از ثمرات مستقیم شیمی فریدل- کرفتس بود. در آن مادی نظیر تولوئن و دیگر هیدروکربنهای آروماتیک آلکیله وجود داشت.

به همین ترتیب در جنگ جهانی دوم، پس از آنکه متفقین از منابع لاستیک طبیعی محروم شدند، لاستیک صناعی از مواد حیاتی برای جنگ زمینی بود، تایر برای اتومبیل، کامیون و هواپیما نیازی مبرم به شمار می رفت. با همکاری مقامات دولتی، و دانشمندان و متخصصان صنعتی و دانشگاهی، لاستیک صناعی به سرعت تولید شد. آن را از استیرن تهیه می کردند. این لاستیک صناعی را GRS که مخفف لاستیک دولتی نوع استیرن بود، نامیدند. GRS کوپلیمری از استیرن و بوتادین (C4H6) است. هر کوپلیمر مولکول درشتی است که از پلیمره کردن مخلوطی از دو منومر تهیه می شود؛ در این مورد استیرن و بوتادین منومرها هستند.

پلیمری از اکریلونیتریل( C3H3N)، بوتادین، و استیرن به نام ABS تولید شده است که کاربرد گسترده ای پیدا کرده. این پلیمر سختی کوپلیمراستیرن/ اکریلونیتریل و مقداری از انعطاف پذیری کوپلیمراستیرن/ بوتادین را دارد. به عنوان نمونه از پلیمرهای ABS برای ساخت چمدان و قطعات اتومبیل استفاده شده است.

استیرن به تنهایی نیز قابل پلیمریزه کردن است. این پلیمر، که اختصاراً پلی استیرن خوانده می شود، مصارف متعددی دارد. می توان آن را به شکل قاب رادیو، باتری، اسباب بازی و انواع ظروف مختلف، قالبریزی کرد. به دلیل سبکی و ویژگیهای عایق کنندگی تخته های پلی استیرن( استیروفوم) از آن برای عایق کاری ساختمانها استفاده می شود، و آن را به شکل یخدان و لیوانهای یک بار مصرف برای نوشیدنیهای گرم و سرد قالبریزی می کنند. از کاربردهای جدید، استفاده از استیروفوم در مجسمه ها برای تبلیغات خیابانی است. در سال 1982 حدود دو میلیون تن فراورده های پلی استیرن به تولید رسیدند.

امروزه شوینده های صناعی انقلابی در نحوه زندگی مان به وجود آورده اند. برای شستن ظروف و البسه از آنها استفاده می کنیم، شوینده ها بر خلاف صابون در آب سخت نیز پاک کنندگی خوبی دارند. این مواد از اجزای عمده شامپوها هستند. نمونه ای از شوینده های صناعی که در محیط زیست تجزیه می شود دودسیل بنزن سولفونات سدیم است. در این مولکول یک زنجیر 12 کربنی جانبی از طریق واکنش آلکیلاسیون فریدل- کرفتس به یک مولکول بنزل متصل می شود.

فنلی که برای تولید آسپرین به کار می رود . از ایزوپروپیل بنزن ( که به کومن نیز معروف است) تهیه می شود، که خود از طریق واکنش بنزن با پروپیلن به روش فریدل- کرفتس به دست می آید. تنها در ایالات متحده هر سال حدود 20 هزار تن آسپرین تولید می شود، یعنی حدود 300 قرص برای هر مرد، زن و کودک امریکایی.

اینها نمونه هایی از کاربردهای عملی ای هستند که از هنگامی که چارلز فریدل و جیمز م. کرفتس حدود یک قرن پیش در 1877 تصادفی را در آزمایشگاه مشاهده کردند و به واسطه ذکاوتشان آن را به کشف بزرگی تبدیل کردند، به ارمغان آمده اند. در کتاب فریدل- کرفتس و واکنشهای مربوطه ( 1963)، گ.آ.اولاه، و ر.ا.آ.دی یر درباره کشف فریدل و کرفتس چنین می نویسند:" نمی توان انکار کرد که اکتشافات علمی مهم بسیاری ناشی از بخت بوده اند، اما لازم است شخصی که مشغول پژوهش است حس مشاهده گری دقیق و توانایی خلاقی داشته باشد تا کشفی صورت گیرد، و ناشناخته و نادیده باقی نماند."

پسنوشت

چند سال پس از آنکه در دانشگاه تگزاس در آوستین مشغول به کار شدم، تابستانی را در آزمایشگاه ملی اوک ریج به آموختن چگونگی استفاده از کربن پرتوزا(C14) به عنوان یک ابزار پژوهشی در شیمی آلی گذراندم. کربن پرتوزا از فرآورده های جنبی طرحهای انرژی اتمی است. اتمهای آن را می توان وارد مولکولهای آلی کرد و با ابزار ویژه ای وجود و حتی موقعیت آنها را به دلیل پرتوزایی شان تشخیص داد. وقتی به دانشگاه بازگشتم از این روش جدید در پژوهشهایم استفاده کردم. مسئله ای که من برای آزمایش ردیابی C14 انتخاب کردم یکی از واکنشهای فریدل- کرفتس بود که شیمیدانان آلمانی در سال 1892 گزارش داده بودند. با توجه به تفسیرهایی که امروزه از واکنشهای فریدل- کرفتس ارائه می شود، نتایج آنان مشکوک به نظر می رسید و قراین تجربی به هیچ وجه متقاعد کننده نبود. برای خود فرصتی دیدم تا با استفاده از روشهای آزمایشگاهی امروزی نتایج آنان را تأیید یا رد کنم. از جمله این روشها، تحلیل فروسرخ و تحلیل کروماتوگرافی بود، ممکن بود با هر یک از این دو روش پاسخ قابل اعتمادی برای مسئله به دست آید و هر دو نیز ذاتاً ساده تر از تحلیل پرتو شیمیایی C14 بودند. اما به دلیل علاقه به روش پرتو شیمیایی C14 که ( برای من) تازگی داشت، تصمیم گرفتم از این آزمون استفاده کنم. استنلی برندنبرگر، که از دانشجویان من بود، انجام آزمایشها را تقبل کرد.

اگر از تحلیل فروسرخ یا کروماتوگرافی گازی برای آزمایش استفاده می کردیم، می دیدیم تا جایی که به آن پژوهش ابتدایی مربوط می شد، همه چیز درست بود. اما با استفاده از روش C14 بازآرایی مولکولی ناشناخته ای را کشف کردیم. گرچه یافته هیجان انگیزی بود، اما هیچ اهمیت کابردی نداشت، چون مولکولهای نشاندار شده با C14 که استفاده می کردیم از هیدروکربنهای آروماتیک معمولی نبودند. ولی با توجه به کشفی که در مولکولهای نشاندار شده با C14 کردیم، به جست و جو برای بازآراییهای مشابهی در مولکولهای هیدروکربن آروماتیک معمولی پرداختیم، و آنها را- که برخی اهمیت کاربردی نیز داشتند- پیدا کردیم.

ما توانستیم برخی از گزارشهای نادرستی را که در متون علمی شیمی وجود داشت تصحیح کنیم و نتایج بحث انگیز دیگری را نیز روشن سازیم. مطالعه بر" بازآرایی آلکیل بنزن" که به طور نامنتظره کشف کرده بودیم، ما را تا سالها به خود مشغول کرد، و اتفاقاً علاقه دایمی مرا به نمونه های دیگر بخت یاری علمی برانگیخت.

منبع :

سرگذشت اكتشافات تصادفی در علم

نوشته : رویستون رابرتس- مترجم: محی الدین غفرانی


لینک:

 اكتشافات تصادفی در پزشكی 

 آیا می دانید ادوارد جنر چگونه موفق به كشف واكسن آبله شد 

 چگونه تصادف ها تبدیل به اكتشاف می شوند 

 آیا می دانید باتری الكتریكی و الكترومغناطیس چگونه كشف شد؟ 

 L S D چیست؟ 

 رؤیایی كه سبب یك كشف شد 

 آیا می دانید برای اولین بار چه كسی و چگونه موفق به عكاسی شد ؟ 

 رد پایی از بهشت 

 از تپه های پیش از تاریخ دشت قزوین چه می دانید؟ 

 ماجرای كشف گردش خون 

 كپكی كه سبب كشف پنی سیلین شد 

UserName