لويي پاستور
بيشتر به سبب نقشي كه در پيشرفت ميكروب شناسي ايفا كردهاست شهرت دارد، نه شيمي. گر چه زندگي حرفه اي خود را به عنوان شيميدانآغاز كرد، اما شهرتش عمدتاً به دليل آن است كه نخستين كسي بود كه پديدههاي زيست شناختي بسياري را توضيح داد، همچون نقش باكتري ها در تخمير ،فاسد شدن غذا ( هنوز هم پاستوريزاسيون شير كه از ابداعات اوست انجام ميشود)، عفوني شدن زخمها ( روش جراحي استريل كه به دست لردليستر به كارگرفته شد، تحولي در حرفه جراحي به وجود آورد) و بيماري ( تحقيقاتش بر رويبيماري كرم ابريشم، صنعت ابريشم فرانسه را نجات داد و تهيه واكسن هاري بهدست او جان هزاران نفر را از مرگ بر اثر هاري خلاص كرد). با اين حال، نقشيكه او در پيشبرد شيمي داشت، گر چه كمتر شناخته شده است، اما كافي بود تاشهرتش را تضمين كند.
در سال 1848 كه پاستور در 25 سالگي تازهدانشنامه دكتراي خود را از دانشكده سوربن پاريس گرفته بود، به مطالعه برروي يكي از نمك هاي اسيد راسميك، كه در مدت تخمير بر سطح خمره هاي شرابرسوب مي كند، پرداخت ( نام راسميك از كلمه لاتيني راسموس به معناي خوشهانگور مشتق شده است). شيميدان ديگري به نام ايلهارد ميتسشرليش گزارش دادهبود كه يكي از نمك هاي اسيد راسميك ( نمك سديم آمونيم آن، كه از اثرآمونياك و سود بر اسيد راسميك به دست مي آيد) تقريباً درست به يكي ازنمكهاي اسيد تارتاريك ( جوهر غوره) كه آن نيز بر سطح خمره هاي شراب يافتمي شود شباهت دارد: فقط نمك اسيد تار تاريك فعاليت نوري داشت، در حالي كهنمك اسيد راسميك داراي چنين خاصيتي نبود ( نمك اسيدي پتاسيم با اسيدتارتاريك، طرطير (Cream of tartar) ناميده مي شود).

ماده ايفعاليت نوري دارد كه صفحه نور قطبيده ( پولاريزه) را بگرداند. مطابق نظريهموجي، نور معمولي از امواجي تشكيل شده است كه در صفحه هايي با جهت هايمختلف ارتعاش دارند. برخي از بلورها نور را به نحوي از خود عبور مي دهندكه تنها از امواجي كه در صفحه خاصي ارتعاش مي كنند بگذرند. نوري كه بدينترتيب بيرون آيد نوري قطبيده است.

پاستور در سال 1848 دانسته بودكه برخي مواد طبيعي ( نظير بلورهاي كوارتز، سقز، و محلول هاي قندي) نيزنور قطبيده را مي چرخانند، اما كسي نمي فهميد چگونه باعث چنين اثري ميشوند. چرخش نور قطبيده در ابزاري به نام قطبش سنج مشاهده و سنجيده مي شود.وقتي ماده اي صفحه نور قطبيده را در جهت عقربه هاي ساعت بچرخاند راستگردان است- به عبارتي ديگر باعث چرخش مثبت مي شود. ماده اي كه صفحه نورقطبيده را در خلاف جهت عقربه هاي ساعت بگرداند چپ گردان است- يعني موجبچرخش منفي مي شود.





پاستور حيران بود. گفته ميشد كه نمك هاي اسيد تارتاريك و اسيد راسميك از لحاظ تركيب شيميايي و شكلبلوري يكسانند، اما آثار متفاوتي بر نور قطبيده دارند. نمك اسيد راسميك برآن تأثيري نداشت، در حالي كه نمك اسيد تارتاريك راست گردان بود. وقتيپاستور بلورهاي نمك اسيد راسميك را كه به روش ميتسشرليش تهيه شده بودندمورد بررسي قرار داد، چيزي مشاهده كرد كه ميتسشرليش متوجه آن نشده بود. درواقع دو نوع بلور وجود داشت، و نسبت آنها به يكديگر مثل نسبت دست چپ بهدست راست بود.

پاستور با استفاده از انبرك ريزي، بلورهاي دست چپرا به دقت در زير ميكروسكوپ از بلورهاي دست راست جدا كرد. وقتي به اندازهكافي از هر دو نوع سوا كرد، دست به كاري زد كه يا پيگيري يك حدس بود، ياجرقه نبوغ. پاستور مقداري از هر نوع بلور را به طور جداگانه در آب حل كردو اين محلول ها را به نوبت در قطبش سنجي در مسير نور قطبيده قرار داد. اودريافت كه محلول بلورهاي دست چپ ، نور قطبيده را به چپ، و محلول بلورهايدست راست نور قطبيده را به راست منحرف مي كند. رنه والري- رادو در كتابزندگي پاستور (1902) نوشت كه دانشمند جوان آن قدر از اكتشافش هيجان زدهبود در حالي كه وضعش با ارشميدس زياد فرقي نمي كرد از آزمايشگاه بيروندويد و فرياد زد: پيدايش كردم!

وقتي در همان حالي كه محلول ها راتهيه مي كرد به دقت مقدار هر نوع بلور را اندازه گرفت، متوجه شد كه مقاديرمساوي درست به يك اندازه باعث چرخش مي شدند، اما در دو جهت مخالف؛ بهعبارتي ديگر ميزان چرخش بلورهاي راست گردان با مقدار چرخشي كه محلولمشابهي از نمك اسيد تارتاريك ايجاد مي كرد، برابر بود. بدين ترتيب پاستورنشان داده بود كه نمك راست گردان اسيد راسميك وي عملاً با نمك اسيدتارتاريك راست گردان يكسان است، و نمك چپ گردان اسيد راسميك تصوير آينه اينمك اسيد تارتاريك است كه تا آن موقع شناخته نشده بود. سرانجامپاستورمخلوطي از نسبت هاي مساوي دو نوع بلور تهيه كرد، و همان طوري كه پيشبيني مي كرد دريافت محلولي كه با اين نسبت تهيه شود از لحاظ نوري غير فعالاست. با جدا سازي دو نوع بلور نمك اسيد راسميك، پاستور نخستين و مشهورتريننمونه از آنچه امروزه شيمي دانان ، تفكيك يك مخلوط راسميك مي نامند، انجامداد ( امروز نام تركيب خاصي كه پاستور بر روي آن كار كرد، يعني اسيدراسميك، بر هر مخلوطي از مواد قرينه آينه اي اطلاق مي شود).

آزمايشهاي بلور شناختي عجيب پاستور موضوع بحث دانشمندان در پاريس شد و چندينگذشت كه خبر آن به گوش ژان باتيست بيو ، فيزيكدان محترمي كه اكتشافاتبنياديني در زمينه چرخش نور قطبيده در بلورها كرده بود، رسيد. بيو كه عضوفرهنگستان علوم و 74 ساله بود، به آزمايش هاي پاستور با ديده ترديد مينگريست. از پاستور خواست كه قبل از ارائه گزارشي از نتايج مطالعاتش بهفرهنگستان، همان آزمايش ها را در حضورش تكرار كند. پاستور، در حالي كه بيوشخصاً محلول هايي را كه بلورها از آن به دست مي آمد تهيه مي كرد، همين كاررا انجام داد. وقتي بيو پس از عبور نور قطبيده از بلورهاي چپ گردان، چرخشآن را به چپ ديد، ديگر به اندازه گيري اش نپرداخت و در حالي كه دستي بربازوي پاستور جوان گذاشت با لحني هيجان آميز گفت: فرزندم، آن قدر در طولعمرم به علم عشق ورزيده ام كه اين واقعاً قلبم را تكان مي دهد .





جداسازي بلورهايي كه شكل متفاوتي داشتند، و اثبات اين كه محلول آنها صفحه نورقطبيده را در جهت هاي مخالف مي چرخاند، از يك لحاظ آزمايشي جالب، اما بيفايده بود. چه فرقي مي كرد كه مواد خاصي صفحه نور قطبيده را در قطبش سنجبه يك سو بچرخانند يا سويي ديگر؟ اما وقتي دقيق تر بنگريم مي بينيم كهآزمايش هاي پاستور اهميت فوق العاده اي داشتند. او نخستين كسي بود كه نشانداد تركيبات آلي در سطح مولكولي به صورت تصاوير آينه اي يكديگر وجوددارند؛ به عبارتي ديگر مولكول ها داراي ويژگي دستوارگي ياكايراليته هستند.منشاء اين واژه معادل يوناني دست است، و از اين لحاظ مناسبت دارد كه دودست نمونه بارز دو جسمي هستند كه تصوير آينه اي يكديگر باشند. نه تنهامولكول ها، بلكه اشياي معمولي را هم مي توان كايرال يا غير كايرال دانست.به عنوان نمونه دستكش كايرال است، ولي جوراب غير كايرال. چون فرقي نمي كندجوراب به پاي راست پوشيده شود يا پاي چپ.

تا پيش از آزمايش هايپاستور، دانشمندان براي توضيح اثر بلورهاي كوارتز بر نور قطبيده ، به شكلاين بلورها استناد مي كردند، چون وقتي بلورهاي كوارتز ذوب مي شوند فعاليتنوري شان از بين مي رود. اما تأثيرات نوري برخي از مايعات نظير سقز ومحلول هاي قندي قابل توجيه نبود. پژوهش هاي پاستور نشان داد كه اختلاف شكلبلورهاي نمك اسيد راسميك بيانگر اختلاف در شكل مولكول هاي نمك است، چون حلكردن بلورها در آب درست مثل ذوب شدن بلورهاي كوارتز، ساختار بلوري نمك رااز بين مي برد. با اين حال، محلول هاي دو نوع بلور نمكي كه پاستور استفادهمي كرد هنوز هم فعاليت نوري داشتند. پاستور بعدها نمكهاي جدا شده اسيدراسميك را به اسيد تبديل كرد و نشان داد كه دو شكل ايزومري چپ گردان يا(-) اسيد تارتاريك و راست گردان يا(+) اسيد تارتاريك وجود دارد ( شكل1).




اشاره
پاستوربه اين مطلب پي برده بود كه اكتشاف وي اشاره به رابطه مستقيمي ميان هندسهمولكولي و فعاليت نوري دارد. او چنين پيشنهاد كرد كه نسبت مولكول هايي كهصفحه نور قطبيده را در جهت هاي مخالف مي چرخانند مانند نسبت هر شيئي بهتصوير آينه اي آن است. اما لازم بود 25 سال بگذرد تا دو شيميدان جوان بهنام هاي ياكوب وانت هوف و ژوزف لبل توضيح دهند كه دقيقاً اتمها چگونه بهشكل اين ساختارهاي مولكولي در كنار هم قرار مي گيرند. در اين فاصله،پاستور توجه خود را به برخي از مسائل زيست شناسي كه پيشتر ذكر آنها رفتمعطوف كرد و به موفقيت هاي چشمگيري دست يافت. اما پژوهش هاي پيشگامانه اودر زمينه تفكيك اسيد راسميك راه را براي شيمي دانان ديگر هموار كرد، تارابطه ميان كايراليته در ساختار مولكول و فعاليت زيست شناختي را توضيحدهند؛ اهميت واقعي كار پاستور در همين است.
گرچه دانستن اين كهمولكول هاي چپ گردان اسيد راسميك [(-) – اسيد تارتاريك] صفحه نور قطبيدهرا در خلاف جهت عقربه هاي ساعت مي گردانند اهميتي ندارد، اما بسيار مهماست كه بدانيم چرا مولكول راست گردان ويتامينC[(+) – اسيد آسكوربيك]ويتامين هست در حالي كه (-) – اسيد آسكوربيك فعاليت زيست شناختي ندارد-يعني ويتامين نيست؛ چرا(+)- گلوكوز( دكستروز) ماده اي مغذي است در حالي كه(-) – گلوكوز(لوولوز) ارزش غذايي ندارد؛ چرا(-) – كلرومايستين آنتي بيوتيكنيرومندي است در حالي كه (+) – كلرومايستين چنين خاصيتي ندارد؛ و اينكهچرا(-)- آدرنالين هورموني بسيار فعالتر از (+) – ادرنالين است.

نمونهاي تأسف بار از اهميت كايراليته مولكول ها استفاده از داروي تاليد وميدبود. در دهه 1950 زنان باردار قبل از آنكه شيمي دانان دريابند كه اگر چهشكل (+) اين مولكول خطري ندارد و براي درمان كسالت صبحگاهي مفيد است، اماشكل (-) آن ماده جهش زاي فعالي است ( يعني ماده اي كه باعث جهش هاي زيستشناختي مي شود)، از اين دارو استفاده كردند. چون در داروي مزبور هر دو شكلاين موكول وجود داشت، ناهنجاري هاي جنيني شديد و متعددي به بار آمد.





گرچهمشاهده شكل هاي مختلف بلورها، جداسازي اين شكل هاي مختلف، و نتيجه گيريدرباره علت تأثيرات متضاد آنها بر نور قطبيده حقيقتاً ناشي از نبوغ پاستوربودند، اما بخت ياري نقش عمده اي در اكتشافاتش ايفا كرد. در اين كشفياتبخت دوبار وارد صحنه شد. اولاً نمك سديم آمونيم اسيد راسميك- نمكي كهپاستور بررسي مي كرد- تقريباً تنها نمك اين اسيد است كه به دو شكل آينه ايتبلور مي يابد، و هر كسي مي تواند با مشاهده اين اختلاف با دست آنها را ازهم جدا سازي كند. ثانياً تبلور اين دو شكل تنها در دماهاي كمتر از 26 درجهسانتي گراد صورت مي گيرد؛ در دماهاي بالاتراز 26 درجه سانتي گراد بلورهاييكه تشكيل مي شوند همگي يكسان و فاقد فعاليت نوري هستند. پاستور ظرف حاويمحلول نمك را در جاي خنكي در كنار پنجره آزمايشگاهش در پاريس قرار داد ، وبراي تبلور محلول ، آن را تا روز بعد همان جا گذاشت. اگر انتخاب بختيارانه نمك مناسب اسيد راسميك و آب و هواي خنك شهر پاريس نبود، چه بساپاستور به اكتشاف چشمگيرش دست نمي يافت.

پاستور مانند ديگربزرگاني كه از بخت ياري بهره بردند، به فرقي كه ميان تصادف و اكتشافتصادفي وجود دارد پي برد، و آن را به زيبايي به زبان خود چنين بيان كرد:در پهنه مشاهده ، بخت فقط به ذهن مستعد ياري مي رساند .

وقتيفيزيكدان مشهور آمريكايي جوزف هنري جمله زير را پيش از آن به زبان ميآورد، همين قاعده كلي در نظرش بود: بذر اكتشافات بزر گ دايماً ما را فراگرفته اند، اما تنها در ذهن هايي ريشه مي دوانند كه آمادگي پذيرش آنها راداشته باشند .