Khóa học hữu cơ cấp tốc

KHÓA HỌC HỮU CƠ CẤP TỐC (JAKOB MAGOLAN – NHÀ HÓA HỌC HỮU CƠ) Tôi muốn bạn tự hỏi mình, bạn cảm thấy thế nào khi nghe từ hóa học hữu cơ? Bạn nghĩ gì về? Hầu hết mọi trường đại học đều cung cấp một khóa học như vậy gọi là hóa học hữu cơ, một khóa học rất phức tạp và mệt mỏi về hóa học hữu cơ, với rất nhiều nội dung khiến sinh viên phàn nàn, nếu bạn muốn trở thành bác sĩ, nha sĩ hoặc bác sĩ thú y, bạn sẽ để làm tốt môn học này, đó là lý do tại sao rất nhiều học sinh xem môn học này như một chướ.

KHÓA HỌC HỮU CƠ CẤP TỐC (JAKOB MAGOLAN – NHÀ HÓA HỌC HỮU CƠ)

Tôi muốn bạn tự hỏi mình, bạn cảm thấy thế nào khi nghe từ "hóa học hữu cơ"? Bạn nghĩ gì về? Hầu hết mọi trường đại học đều cung cấp một khóa học như vậy gọi là "hóa học hữu cơ", một khóa học rất phức tạp và mệt mỏi về hóa học hữu cơ, với rất nhiều nội dung khiến sinh viên phàn nàn, nếu bạn muốn trở thành bác sĩ, nha sĩ hoặc bác sĩ thú y, bạn sẽ để làm tốt môn học này, đó là lý do tại sao rất nhiều học sinh xem môn học này như một chướng ngại vật trong tương lai Họ sợ nó, ghét nó, và gọi nó là "sa thải" Môn học này tàn nhẫn đến mức nào đối với những người trẻ tuổi - hãy đánh gục họ Và nhận thức đó đã lan rộng ra ngoài khuôn viên trường đại học từ lâu Có một sự lo lắng chung xung quanh bốn từ này

Tôi tình cờ yêu thích ngành học này và tôi nghĩ không thể bào chữa được rằng chúng tôi đã định vị nó theo cách này Nó không tốt cho xã hội và khoa học, và tôi không nghĩ nó phải như vậy Tôi không nói rằng nội dung khóa học nên đơn giản hơn, không nên đơn giản hóa nó Nhưng nhận thức của bạn về bốn từ đó không nên được định nghĩa bằng kinh nghiệm của những sinh viên tiền thiền, những người mà nói sự thật là họ đang trải qua một khoảng thời gian rất lo lắng trong cuộc đời của họ Vì vậy, tôi nói ở đây hôm nay bởi vì tôi tin rằng những điều cơ bản của hóa học hữu cơ là có giá trị và tôi nghĩ rằng nó có thể tiếp cận được với tất cả mọi người và hôm nay, tôi muốn chứng minh điều đó cho mọi người Bạn có thể cho tôi thử nó không?

Đây là một cây bút epinephrine đắt tiền Nó chứa một loại thuốc gọi là

epinephrine Epinephrine tái tạo nhịp tim và ngăn ngừa các phản ứng dị ứng chết người Chỉ cần một cú đâm ở đây sẽ hiệu quả Nó giống như công tắc đánh lửa kích hoạt cơ chế chiến đấu hoặc bỏ chạy trong tôi Nhịp tim và huyết áp của tôi tăng lên, cho phép máu chảy vào các cơ Đồng tử của tôi sẽ giãn ra và tôi sẽ cảm thấy có một lực Đối với nhiều người, adrenaline là sự sống và cái chết Nó giống như một phép màu nhỏ mà bạn có thể nắm giữ giữa các ngón tay của mình

Đây là cấu trúc hóa học của epinephrine Đây là những gì hóa học hữu cơ trông như thế này Giống như một loạt các dòng và chữ cái đối với nhiều người, nó không có ý nghĩa Tôi muốn cho bạn xem bức tranh này trông như thế nào đối với tôi Tôi thấy một vật rắn, có độ sâu vững chắc và một phần quay, và nó cũng đang quay Chúng tôi gọi nó là một hợp chất hoặc phân tử, và nó có 26 nguyên

tử liên kết với nhau bằng các nguyên tử Sự sắp xếp độc đáo của các nguyên tử này xác định các đặc tính của adrenaline, nhưng chưa ai từng nhìn thấy chúng tận mắt, vì chúng rất nhỏ, vì vậy chúng tôi gọi đây là một hình ảnh nghệ thuật,

và tôi sẽ giải thích cho bạn biết nó nhỏ như thế nào Ở đây, tôi hòa tan ít hơn nửa miligam epinephrine trong nước Tương đương với khối lượng của một hạt cát Số lượng phân tử adrenaline trong đó là một triệu khối Đó là 18 số không Con số này thật khó tưởng tượng 7 tỷ người sống trên hành tinh này? Hay 400

tỷ ngôi sao trong Dải Ngân hà? Nó quá xa Để ước tính gần đúng, bạn phải hình dung tất cả cát trên tất cả các bãi biển, đáy biển, đáy hồ và thu nhỏ tất cả lại để vừa với ống nghiệm này

Adrenaline nhỏ đến mức chúng ta sẽ không bao giờ nhìn thấy nó, thậm chí không phải bằng kính hiển vi, nhưng chúng ta biết nó trông như thế nào bởi vì

nó có thể nhìn thấy được bằng các dụng cụ phức tạp có cái tên thú vị như

"Quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân" Vì vậy, dù có nhìn thấy hay không, chúng

ta cũng biết phân tử này từ trong ra ngoài Chúng ta biết rằng nó được tạo ra từ bốn loại nguyên tử khác nhau, hydro, carbon, oxy và nitơ Đây là những màu được sử dụng để đại diện cho chúng Mọi thứ trong vũ trụ đều được tạo thành từ những quả cầu nhỏ này, mà chúng ta gọi là nguyên tử Có khoảng 100 thành phần cơ bản như vậy, và chúng đều được tạo thành từ ba hạt nhỏ hơn: proton, neutron và electron Chúng tôi xếp các nguyên tử này vào bảng nguyên tố quen thuộc này Chúng tôi đặt cho mỗi nguyên tử một cái tên và một con số Nhưng

sự sống như chúng ta biết nó không cần tất cả những nguyên tử này, chỉ cần một tập hợp con nhỏ hơn, và thế là xong Và có 4 nguyên tử đặc biệt nổi bật Chúng

là khối cấu tạo chính của sự sống và là 4 nguyên tử trong adrenaline: hydro, carbon, nitơ và oxy Điều tôi sẽ nói tiếp theo là phần quan trọng nhất Khi các nguyên tử này liên kết với nhau để tạo thành phân tử, chúng tuân theo những quy luật nhất định Hydro tạo thành một liên kết hóa học, oxy luôn tạo thành hai liên kết, nitơ tạo thành ba liên kết và cacbon tạo thành bốn liên kết Đó là nó HONC - 1, 2, 3, 4 Nếu bạn có thể đếm đến bốn và viết sai chính tả từ "honk (bấm còi; âm thanh giống như honc)", bạn sẽ nhớ nó suốt đời

Đây là bốn bát của những thành phần này Chúng ta có thể sử dụng chúng để xây dựng các phân tử Hãy bắt đầu với adrenaline Các liên kết này giữa các nguyên tử được tạo ra từ các electron Các nguyên tử hình thành liên kết với các electron, giống như vươn ra và kéo các nguyên tử bên cạnh Với hai electron trong mỗi liên kết, nó giống như bắt tay, và tất nhiên là bắt tay nhau, chúng không phải là vĩnh cửu Họ có thể buông bỏ một nguyên tử này và nắm lấy một

nguyên tử khác Chúng tôi gọi đây là một phản ứng hóa học, trong đó các

nguyên tử hoán đổi đối tác để tạo ra các phân tử mới Xương sống của

epinephrine được tạo thành phần lớn từ các nguyên tử carbon, điều này rất phổ biến Carbon là vật liệu xây dựng phổ biến nhất trong cuộc sống bởi vì nó có nhiều tay và có độ "bắt tay" vừa phải Đó là lý do tại sao chúng tôi định nghĩa hóa học hữu cơ là ngành nghiên cứu các phân tử cacbon

Nếu chúng ta tạo ra các phân tử nhỏ nhất mà chúng ta có thể nghĩ ra phù hợp với các quy tắc, chúng sẽ hiển thị các quy tắc của chúng ta và có những cái tên quen thuộc: nước, amoniac và metan, H O, NH₂ 3 và CH4 "Hydro", "Oxy" và

"Nitrogen", chúng tôi sử dụng cùng tên (làm nguyên tử cấu thành) cho ba phân

tử tảo cát này Chúng vẫn tuân theo các quy tắc vì chúng có một, hai và ba chìa khóa tương ứng giữa chúng Đó là lý do tại sao oxy được gọi là "O2"

Tôi có thể cho bạn thấy đốt cháy là gì Đây là khí cacbonic, CO2 Chúng tôi đổ nước và ôxy vào đó, và chúng tôi đặt một số nhiên liệu dễ cháy ở bên cạnh Những nhiên liệu này chỉ bao gồm hydro và carbon Do đó, [propan, butan, octan] được gọi là hydrocacbon Cách đặt tên của chúng tôi thực sự rất sáng tạo Khi các phân tử này va chạm với oxy, như trong động cơ hoặc lò nướng, chúng giải phóng năng lượng và tái kết hợp, và mỗi nguyên tử carbon cuối cùng trở thành trung tâm của phân tử carbon dioxide, lấy hai nguyên tử oxy, và tất cả các nguyên tử hydro cuối cùng trở thành một phần của phân tử nước, và mọi nguyên

tử đều tuân theo các quy tắc Các quy tắc này không phải là tùy chọn, và các phân tử lớn hơn cũng phải tuân theo các quy tắc, chẳng hạn như ba quy tắc này Đây là loại vitamin yêu thích của chúng tôi, [vitamin C] bên cạnh loại thuốc yêu thích của mọi người, [caffeine]

Và morphin - một trong những câu chuyện quan trọng nhất trong lịch sử y học

Nó đánh dấu lần đầu tiên y học thực sự chiến thắng nỗi đau thể xác Mỗi phân

tử đều có một câu chuyện, và tất cả đều được xuất bản Những câu chuyện này được viết bởi các nhà khoa học để các nhà khoa học khác đọc, vì vậy chúng tôi

có một số cách diễn đạt hữu ích để nhanh chóng vẽ các phân tử trên giấy và tôi

sẽ dạy bạn cách làm điều đó

Hãy đặt adrenaline trên một tờ giấy, và thay thế tất cả các hình cầu bằng các chữ cái đơn giản, những liên kết hóa học nằm trên cùng một mặt phẳng của tờ giấy

sẽ trở thành những đường thẳng bình thường và những liên kết hướng ra mặt trước hoặc mặt sau của tờ giấy trở nên nhỏ hơn tam giác, ảo và thực của tam giác nhỏ thể hiện chiều sâu Thay vì thực sự vẽ các nguyên tử cacbon này,

chúng ta bỏ qua chúng để tiết kiệm thời gian Cacbon được biểu diễn bằng các giao điểm giữa các liên kết Chúng tôi cũng bỏ qua hydro gắn với mỗi carbon, bởi vì bất cứ khi nào carbon cho thấy ít hơn bốn liên kết, chúng ta biết có hydro

ở đó Một điều cuối cùng cần làm với liên kết giữa OH và NH Hãy xóa các phím này để làm cho nó ngắn gọn hơn, và chúng ta đã hoàn tất Đây là cách chuyên nghiệp để vẽ các phân tử Đây là loại hình ảnh bạn thấy trên các trang wiki

Cần phải thực hành một chút, nhưng tôi chắc rằng mọi người ở đây đều có thể làm được, nhưng ngày nay bạn chỉ cần biết rằng đây là epinephrine, hoặc

adrenaline, cả hai đều giống nhau Nó được tiết ra bởi tuyến thượng thận Phân

tử này hiện đang bơi trong cơ thể bạn Nó là một phân tử tự nhiên Chiếc bút này chỉ cung cấp cho bạn một triệu khối lập phương của những phân tử này trong nháy mắt

Chúng ta có thể lấy adrenaline từ tuyến thượng thận của cừu hoặc bò, nhưng đó không phải là nguồn gốc của thứ này Epinephrine này được sản xuất trong một nhà máy - bằng cách ghép các phân tử nhỏ lại với nhau, chủ yếu có nguồn gốc

từ dầu mỏ Đây là 100% tổng hợp Từ "tổng hợp" có thể khiến một số người cảm thấy khó chịu Nó không khiến chúng ta cảm thấy an toàn như từ “tự

nhiên” Nhưng không thể phân biệt được hai phân tử Chúng tôi không nói về hai chiếc xe sắp ra khỏi dây chuyền lắp ráp Một chiếc xe có thể có vết xước, nhưng bạn không thể làm xước một nguyên tử Hai phân tử giống hệt nhau theo nghĩa siêu thực, gần như toán học Trong lĩnh vực của kích thước nguyên tử, toán học có thể nói là chạm đến thực tế Và một phân tử adrenaline nó không còn nhớ nó đến từ đâu Nó là chính nó, và một khi nó được tạo ra, các từ "tự nhiên" hay "tổng hợp" không quan trọng, và thiên nhiên tổng hợp phân tử theo cách chúng ta làm, chỉ có thiên nhiên mới làm điều đó tốt hơn chúng ta

Trước khi sự sống xuất hiện trên Trái đất, tất cả các phân tử đều nhỏ và đơn giản: carbon dioxide, nước, nitơ, chỉ là một vài thứ đơn giản Sự ra đời đã thay đổi điều đó Sự sống đã mang đến cho các nhà máy sinh tổng hợp dựa trên ánh sáng mặt trời, trong đó các phân tử nhỏ va chạm với nhau và trở thành các phân

tử lớn: carbohydrate, protein, axit nucleic, vô số sáng tạo tuyệt vời Thiên nhiên

là nhà hóa học hữu cơ ban đầu, và sự sáng tạo của cô ấy cũng lấp đầy bầu trời với lượng oxy mà chúng ta hít thở, loại oxy năng lượng cao này

Tất cả các phân tử này được tiêm năng lượng của mặt trời và được lưu trữ giống như một cục pin Vì vậy, thiên nhiên được tạo ra từ các chất hóa học Có lẽ các

bạn có thể giúp tôi lấy lại từ "hóa học" vì nó đã bị quỷ hóa Nó không có nghĩa

là độc hại hoặc có hại, nhân tạo hoặc phi tự nhiên Nó chỉ có nghĩa là "cái gì đó", được chứ?

Không tồn tại than củi không hóa chất Thật là nực cười

Tôi muốn nói về một từ khác "Tự nhiên" không có nghĩa là "an toàn", như tất

cả các bạn đều biết Có một số hóa chất độc hại trong tự nhiên, một số thì ngon,

và một số thì…

Độc và ngon

Cách duy nhất để biết thứ gì đó có hại hay không là thử nghiệm nó, và tôi không nói rằng hãy để mọi người tự làm thí nghiệm Nhà độc chất học chuyên nghiệp: Chúng tôi có những người này Họ được đào tạo bài bản và bạn nên tin tưởng

họ như tôi

Các phân tử trong tự nhiên có ở khắp mọi nơi, kể cả những phân tử đã bị phân huỷ thành hỗn hợp màu đen mà chúng ta gọi là dầu mỏ Chúng tôi tinh chỉnh các phân tử này Không có gì bất thường về chúng Chúng tôi thanh lọc chúng Chúng tôi dựa vào chúng để cung cấp năng lượng - có nghĩa là mỗi nguyên tử carbon được chuyển đổi thành phân tử carbon dioxide Đó là một loại khí nhà kính làm xáo trộn khí hậu của chúng ta Có thể biết hóa học này giúp một số người chấp nhận thực tế đó dễ dàng hơn, nhưng những phân tử này không chỉ là nhiên liệu hóa thạch Chúng cũng là những nguyên liệu thô rẻ nhất hiện có và có thể được sử dụng cho quá trình "tổng hợp" Chúng tôi sử dụng những phân tử này giống như những viên gạch LEGO Chúng tôi đã học cách kết nối chúng hoặc tách chúng ra với điều khiển chính xác Tôi đã tự mình thực hiện rất nhiều công việc tổng hợp và tôi vẫn nghĩ rằng thật khó tin khi có thể làm được điều này Những gì chúng tôi đã làm giống như đặt rất nhiều hộp gạch vào máy giặt

để lắp ráp Lego, và nó đã hoạt động

Chúng ta có thể tạo ra các phân tử giống hệt như tự nhiên, như epinephrine, hoặc chúng ta có thể tạo ra các phân tử của riêng mình từ đầu, như hai phân tử này Một loại có thể làm giảm các triệu chứng của bệnh đa xơ cứng; loại kia có thể điều trị một loại ung thư máu được gọi là u lympho tế bào T Một phân tử có kích thước và hình dạng phù hợp giống như cắm một chiếc chìa khóa vào ổ khóa, và khi nó vừa vặn, nó có thể can thiệp vào cơ chế hóa học của bệnh tật

Đó là cách hoạt động của thuốc Dù tự nhiên hay tổng hợp, chúng đều chỉ là những phân tử hoàn toàn phù hợp ở một vị trí quan trọng

Nhưng thiên nhiên tạo ra các phân tử tốt hơn chúng ta rất nhiều, vì vậy các phân

tử của tự nhiên tuyệt vời hơn chúng ta, như phân tử này Phân tử được gọi là vancomycin Cô ấy đã thêm hai nguyên tử clo vào cái đầu to tuyệt đẹp này, giống như một đôi hoa tai Chúng tôi phát hiện ra vancomycin vào năm 1953 trong vũng lầy của rừng rậm Borneo Nó được tạo ra bởi một loại vi khuẩn Chúng tôi không thể tổng hợp nó với giá rẻ trong phòng thí nghiệm Nó quá phức tạp đối với chúng tôi, nhưng chúng tôi có thể thu hoạch nó từ nguồn tự nhiên của nó, và chúng tôi đang làm vì nó là một trong những loại kháng sinh mạnh nhất Tài liệu của chúng tôi báo cáo các phân tử mới mỗi ngày Chúng tôi tạo ra các phân tử, hoặc tìm thấy chúng ở mọi ngóc ngách của hành tinh Đó là nguồn gốc của thuốc, và đó là lý do tại sao bác sĩ của bạn có những quyền năng đáng kinh ngạc

Để điều trị nhiễm trùng chết người và nhiều vấn đề khác

Các bác sĩ ngày nay giống như những hiệp sĩ trong bộ áo giáp sáng chói Họ ra trận không chỉ bằng lòng dũng cảm và sự điềm tĩnh mà còn với trang bị tuyệt vời Vì vậy, chúng ta đừng quên công lao của người thợ rèn trong bức tranh này, bởi vì nếu không có áo giáp của người thợ rèn, mọi thứ sẽ khác một chút Nhưng khoa học vượt xa y học Đó là dầu, dung môi, nước hoa, vải, tất cả nhựa, đệm ghế mà bạn đang ngồi - tất cả đều là sản phẩm được sản xuất và chúng chủ yếu là carbon, có nghĩa là tất cả đều là hóa học hữu cơ Đó là một khoa học phong phú

Tôi vẫn còn rất nhiều điều để nói đến ngày nay: phốt pho và lưu huỳnh và các nguyên tử khác, tại sao chúng lại được kết nối theo cách này, tính đối xứng, các cặp electron đơn lẻ, nguyên tử tích điện, cơ chế và phản ứng hóa học, và nhiều hơn nữa, và quá trình tổng hợp mất nhiều thời gian thời gian để tìm hiểu

Nhưng tôi không ở đây để dạy bạn hóa học hữu cơ - tôi chỉ muốn cho bạn xem hóa học hữu cơ, và một người đàn ông trẻ tên là Weston Durland đã giúp tôi rất nhiều ngày hôm nay, bạn đã thấy anh ấy đây rồi, anh ấy là sinh viên chưa tốt nghiệp ngành hóa học khá giỏi về đồ họa máy tính

Tất cả các phân tử chuyển động mà bạn thấy ngày nay đều do Weston thiết kế Anh ấy và tôi muốn giúp giải thích khoa học phức tạp này bằng một bài thuyết trình bằng hình ảnh như thế này Nhưng mục tiêu chính của chúng tôi chỉ là chứng tỏ rằng không cần phải sợ hãi về hóa học hữu cơ Về cơ bản, nó là một cửa sổ mà qua đó vẻ đẹp của thiên nhiên sẽ hiện ra phong phú hơn