Vài nét về quá khứ và tương lai của hóa hữu cơ

12:00' AM - Thứ năm, 18/09/2003

Theo S.Starnhell giáo sư hóa hữu cơ ở Đại học Tổng hợp Sydney, Ôxtrâylia thì trong năm mươi năm qua, ngành hóa hữu cơ đã đạt đến độ trưởng thành với nhiều tiến bộ về chiến lược phát triển, về lý thuyết và thực nghiệm; có nhiều dự báo đã được chứng minh là đúng...

Sự chuyển biến về phương pháp

Vào khoảng những năm 1950, những bộ óc xuất sắc nhất của ngành hóa hữu cơ đều bị cuốn hút vào việc xác định cấu trúc của các hợp chất hữu cơ có trong thiên nhiên với mức độ phức tạp ngày càng tăng.

Trước đây, việc nghiên cứu cấu trúc phân tử được tiến hành nhờ những phương tiện của thời đó, ví dụ suy đoán cấu trúc của một chất từ hoạt tính hóa học của nó. Phương pháp này có nhược điểm là khó thực hiện ngoài ra còn có thể dẫn đến những kết quả sai lạc.

Vào cuối những năm 60, xuất hiện một thay đổi đầy ấn tượng về phương pháp nghiên cứu. Phương pháp tinh thể học tia X phát triển mạnh. Người ta đã để nhiều công sức nghiên cứu về limonin, một thành phần chủ yếu của tinh dầu họ chanh, cam, có công thức phân tử là C26H30O8, được phân lập từ năm 1841. Chất này đã từng là đề tài của hơn 32 luận án tiến sỹ về hóa hữu cơ. Thế nhưng vấn đề cấu trúc phân tử của nó thì chỉ thực sự được giải quyết sau 120 năm kể từ ngày phân lập được. Đó là sự nỗ lực lớn lao của 3 nhóm nghiên cứu dưới sự lãnh đạo của: D.H.R Barton ở trường Impenal College, của O.Jeger và D.Arigoni ở Đại học ETH và E.J.Corey ở Đại học Tống hợp Illinois. Cả 3 nhóm này đều đã sử dụng những kỹ thuật tiên tiến như tia U.V; tia hồng ngoại IR, và cộng hưởng từ hạt nhân H1 (1HNMR). Sự phát triển đầy ấn tượng thuộc về phương pháp nghiên cứu tinh thể học tia X. Derek Barton gửi một mẫu cấu trúc tinh thể limonin rất đẹp tới J.M. Robertson ở đại học Glasgow và các kết quả về nghiên cứu bằng phương pháp hóa học ở Impenal College, ETH và Illinois giảm xuống còn hai cấu trúc có thể có của limonin. Các thư từ đã được trao đổi đồng thời giữa các nhà nghiên cứu và một trong những cấu trúc của Robertson trùng hợp với một trong những cấu trúc của nhóm Balton (Cấu trúc thứ hai của nhóm Robertson là không thể có về mặt hóa  học: một nguyên tử cacbon trao đổi với một nguyên tử oxy). Thời gian mà Robertson cần chỉ là 8 tháng trong khi đó nhóm Balton phải dựa trên một quá trình suốt 120 năm bằng cách nghiên cứu hóa học.

Như vậy phương pháp tinh thể học tia X hoàn toàn có thể thay thế cho cả phương pháp hóa học lẫn phương pháp quang phổ trong việc xác định câu trúc phân tử. Ngoài ra còn phải kể đến phương pháp đầy triển vọng là quang phổ NMR. Ngày nay, một chuyên gia giỏi về tia X có thể giải quyết câu trúc limonin trong một tuần, còn một người điều khiển máy quang phổ NMR chỉ cần một ngày.

Những bước phát triển quan trọng.

Việc đưa phương pháp vật lý vào để xác định cấu trúc phân tử được nhiều nhà hoá học xem là sự phát triển quan trọng nhất của hóa hữu cơ trong hơn 50 năm qua. Bên cạnh đó, còn 3 hướng phát triển quan trọng nữa.

Thứ nhất là những tiến bộ lớn lao về phương pháp và về chiến lược tổng hợp hóa học. Người ta có thể tổng hợp bất cứ một cấu tạo đề xuất nào, tuy có những chất ngoại lai miễn là không vi phạm nhỡng nguyên tắc cơ bản của hóa học

Ví dụ: hóa trị bốn của cacbon

Thứ hai là không được đánh giá thấp sự phát triển của kỹ thuật thí nghiệm, đặc biệt là kỹ thuật phân ly (tách), ví dụ sắc ký lỏng cao áp (HPLC) hoặc kỹ thuật sắc ký dùng đèn chớp (flash). Kỹ thuật tổng hợp sử dụng các chất nền ở trạng thái rắn là một hướng phát triển khác.

Cuối cùng và tập trung nhất là những bước phát triển có tính chất cách mạng nhất về lý thuyết hóa hữu cơ. Không gì minh hoạ cho điều này sâu sắc hơn là vào năm 1950, những khái niệm về phân tích cấu hình và tính đối xứng, khống chế các phản ứng khép vòng điện tử vẫn là chuyện tương lai và thậm chí những mũi tên (về chuyển dịch điện tử) được biểu diễn ở mọi nơi còn là một "thuyết" cao cấp cho các sinh viên năm cuối cùng, thì 50 năm vừa qua đã được đánh dấu bởi sự phát triển vừa mang tính cách mạng vừa bất ngờ.

Tương lai của hóa hữu cơ là gì ?

Trong khi còn chưa thể dự báo điều gì về tương lai của hoá học hữu cơ thì có hai hướng chính có thể nhận thức được.

Hướng thứ nhất là tác động của sinh học đã đạt tới mức phân tử. Vào năm 1932, dường như người ta đã dự báo rằng ngành sinh học (nên trong lĩnh vực tình yêu), "về nguyên tắc", đã được hợp lý hóa nhờ hoá học. Còn chúng ta ngày nay đã biết nhiều chi tiết về điều đó trong nhiều lĩnh vực của hoá học và mỗi ngày lại có thêm một khám phá mới .

Hai sai lầm mang tính lịch sử gây trở ngại cho công tác nghiên cứu mà quan trọng nhất là sự tách rời giữa ngành hóa học và ngành sinh hoá. Sai lầm thứ hai ít quan trọng hơn, là, sự lạm dụng thuật ngữ "sinh học phân tử" chỉ để nói về các thao tác cơ học của ADN chứ không nói  về các vấn đề ở ranh giới giữa sinh học và hóa học. Bất chấp điều đó, hóa học (nhất là hóa hữu cơ) được dự báo là sẽ ngày càng tập trung vào các khoa học sinh học và điều này hết sức đúng kể từ công nghiệp hóa dược mới cho đến cách hành nghề của nhà hóa học.

Hướng thứ hai là "kỹ thuật phân tử" (có người còn gọi là "tổng hợp các hợp chất phi tự nhiên) - kỹ thuật này bao gồm cả việc thiết kế và tổng hợp các phân tử trước đây còn chưa biết cho một mục đích riêng. Sự cường điệu quá mức đang bao quanh vấn đề này, nhằm thâm nhập vào công nghệ "nano", nhưng vẫn còn chút nghi ngại về  giai đoạn cuối của công nghệ này là thiết kế vật chất bằng nguyên tử. Thậm chí nếu các máy tính phân tử, các enzym nhân tạo, máu nhân tạo v.v còn chưa thực hiện đượcc trong một tương lai gần, thì các việc tìm kiếm, khảo sát vẫn cuốn hút một số nhà hóa học hữu cơ giỏi nhất.

Đó chắc chắn cũng là niềm vui cho bất cứ nhà hóa học nào bước tiếp tới tương lai.

NGÂN THANH

Theo Chemistry in Ausrralia (7/1998)

Sponsor links (Provided by VIEPortal.net - The web cloud services for enterprises)
Thiết kế web, Thiết kế website, Thiết kế website công ty, Dịch vụ thiết kế website, Dịch vụ thiết kế web tối ưu, Giải pháp portal cổng thông tin, Xây dựng website doanh nghiệp, Dịch vụ web bán hàng trực tuyến, Giải pháp thương mại điện tử, Phần mềm dịch vụ web, Phần mềm quản trị tác nghiệp nội bộ công ty,