उन्होंने दिखाया कि रसायन विज्ञान किसी अणु के दो आईना-रूपों में से एक को कैसे चुनकर बढ़ा सकता है।
- कई अणु बाएँ और दाएँ, आईने जैसे दो रूपों में आते हैं, और जीवन इनमें से सिर्फ़ एक रूप इस्तेमाल करता है।
- Kagan ने पाया कि उत्प्रेरक के बेमेल बाएँ-दाएँ जोड़े धीरे काम करते हैं, इसलिए जिस रूप की संख्या ज़्यादा होती है, वह उम्मीद से ज़्यादा जीतता है।
- Soai ने एक ऐसा अणु बनाया जो अपनी ही नकल बनाता है, और संयोग से बने छोटे से असंतुलन को लगभग शुद्ध उत्पाद में बदल देता है।
पहले की समस्या
कई अणु, जैसे अमीनो एसिड, दो आईना-रूपों में आते हैं, जैसे बायाँ और दायाँ हाथ। जीव-जंतु सिर्फ़ एक रूप इस्तेमाल करते हैं, लेकिन प्रयोगशाला की आम अभिक्रियाएँ हमेशा दोनों रूपों का बराबर मिश्रण बनाती थीं।
रसायनज्ञ मानते थे कि उत्पाद की शुद्धता उत्प्रेरक की शुद्धता के साथ सीधी रेखा में बढ़ती है, इसलिए अशुद्ध उत्प्रेरक कभी उस रेखा से आगे नहीं जा सकता। भौतिक विज्ञानी Charles Frank ने 1953 में वह गणित बताया जिससे लगभग बराबर मिश्रण से एक ही हाथ तक पहुँचा जा सके। किसी ने भी ऐसी असली अभिक्रिया नहीं दिखाई थी जो यह कर सके।
यह कैसे काम करता है
Soai अभिक्रिया को लीजिए। एक ज़िंक यौगिक, पिरिमिडीन एल्डिहाइड नाम के एक छल्ले जैसे अणु से अभिक्रिया करके एक अल्कोहल बनाता है। यह अल्कोहल बाएँ और दाएँ रूप में आता है, और हर रूप अपने ही रूप के और अणु बनने की रफ़्तार बढ़ाता है। एक प्रमुख व्याख्या के अनुसार, जो Kagan के विचार पर टिकी है, एक ही हाथ वाली नकलें टीम बनाकर तेज़ी से काम करती हैं, जबकि बाएँ-दाएँ की मिली-जुली टीमें ठीक से काम नहीं करतीं और कम संख्या वाले रूप को बाँधे रखती हैं। एक प्रतिद्वंद्वी व्याख्या इसकी वजह कहीं और बताती है, और रसायनज्ञ अब भी बहस करते हैं कि कौन-सी सही है।
Soai के 1995 के काम में, एक रूप की 5% अधिकता वाले शुरुआती बैच से एक दौर के बाद 55%, दो दौर के बाद 87% और पाँच दौर के बाद लगभग 90% मिला। बाद के एक परीक्षण में, सिर्फ़ 0.00005% की शुरुआती अधिकता तीन दौर में 99.5% से ऊपर पहुँच गई।
जब जानबूझकर कोई असंतुलन नहीं रखा जाता, तब शुरुआत का पलड़ा संयोग झुकाता है। ऐसे 37 प्रयोगों में एक रूप 18 बार जीता और दूसरा 19 बार।
वह फ़ोटोकॉपी मशीन जो अपनी विरोधी को अटका देती है
सोचिए, एक कमरा फ़ोटोकॉपी मशीनों से भरा है जो सिर्फ़ नई फ़ोटोकॉपी मशीनें छाप सकती हैं। बाएँ हाथ वाली मशीनें बाएँ हाथ वाली मशीनें छापती हैं, दाएँ हाथ वाली मशीनें दाएँ हाथ वाली, और जब भी एक बाईं और एक दाईं मशीन की जोड़ी बनती है, दोनों एक-दूसरे को अटका देती हैं और रुक जाती हैं। अगर शुरुआत में दाईं से सिर्फ़ एक या दो बाईं मशीनें ज़्यादा हों, तो ये अटकाव पहले दाईं मशीनों को हटा देते हैं, और कमरे पर बाईं तरफ़ का कब्ज़ा हो जाता है। यह मिसाल पूरी तरह फ़िट नहीं बैठती, क्योंकि अणु कोई फ़ैसला नहीं लेते: यह कब्ज़ा अभिक्रिया की रफ़्तार और संयोग से होता है, और रसायनज्ञ अब भी बहस करते हैं कि परमाणु के स्तर पर यह “अटकाव” ठीक-ठीक कैसे होता है।
- यह Frank के 1953 वाले मॉडल का प्रयोगशाला में पहला प्रदर्शन था, जो बताता है कि लगभग बराबर मिश्रण से एक-हाथ वाला रसायन कैसे पैदा हो सकता है।
- Soai की अभिक्रिया ने दोनों रूपों के अनुपात को 630,000 गुना बढ़ाया, 0.00005% अधिकता से 99.5% से ज़्यादा तक।
- Kagan का नॉन-लीनियर प्रभाव आज एक अहम औज़ार है, जिससे रसायनज्ञ समझते हैं कि कोई उत्प्रेरक कैसे काम करता है और उसे बेहतर बनाते हैं।
- इस प्रभाव के व्यावहारिक इस्तेमाल भी हैं: Merck के रसायनज्ञों ने एक संभावित दवा बनाते समय 70% शुद्ध शुरुआती पदार्थ से बना अभिकर्मक इस्तेमाल किया और 95% शुद्ध उत्पाद पाया।
- दवाओं, स्वाद, खुशबू और खेती के रसायनों के निर्माताओं को सिर्फ़ एक आईना-रूप चाहिए, और नोबेल समिति कहती है कि ये विचार ऐसी अभिक्रियाओं को डिज़ाइन करने में रास्ता दिखाते हैं।
10 सेकंड
उन्होंने दिखाया कि “बाएँ हाथ वाले” अणुओं की ओर ज़रा-सा झुकाव कैसे बढ़ते-बढ़ते लगभग पूरी तरह बाएँ हाथ वाला बन सकता है, और जीवन का रसायन ऐसा ही दिखता है।
बच्चे को
कुछ बहुत छोटे-छोटे टुकड़े बाएँ हाथ और दाएँ हाथ वाले रूप में आते हैं, जैसे दस्ताने। जीव-जंतु सिर्फ़ एक तरह के इस्तेमाल करते हैं। इन वैज्ञानिकों ने एक ऐसा तरीका खोजा जिसमें दस्ताने अपनी नकल खुद बनाते हैं, ताकि कुछ ज़्यादा बाएँ दस्ताने बढ़कर बाएँ दस्तानों का पूरा ढेर बन जाएँ।
30 सेकंड
कई अणु बाएँ और दाएँ, आईने जैसे दो रूपों में आते हैं, और जीवन सिर्फ़ एक रूप इस्तेमाल करता है। प्रयोगशाला की अभिक्रियाएँ आम तौर पर 50-50 का मिश्रण बनाती हैं। Henri Kagan ने पाया कि बेमेल बाएँ और दाएँ हिस्सों वाला उत्प्रेरक धीरे काम करता है, इसलिए ज़्यादा संख्या वाले रूप को बढ़त मिलती है। फिर Kenso Soai ने एक ऐसा अणु बनाया जो अपनी नकलें खुद बनाता है, जिससे संयोग से मिली छोटी-सी बढ़त बढ़कर लगभग शुद्ध बैच बन जाती है।
2 मिनट
आपके दोनों हाथ एक-दूसरे का आईना-रूप हैं, और कई अणु भी ऐसे ही हैं। जीवन इस मामले में चुनिंदा है: आपके प्रोटीन अमीनो एसिड का सिर्फ़ एक हाथ इस्तेमाल करते हैं। रसायनज्ञ कभी नहीं समझा पाए कि ऐसा कैसे होता है, क्योंकि आम अभिक्रियाएँ बराबर मिश्रण बनाती हैं। एक ऐसे कमरे के बारे में सोचिए जो फ़ोटोकॉपी मशीनों से भरा है, जो अपनी ही नकलें छापती हैं, और जब भी एक बाईं और एक दाईं मशीन की जोड़ी बनती है, वे एक-दूसरे को अटका देती हैं। शुरुआत में कुछ बाईं मशीनें ज़्यादा हों, तो अटकाव दाईं मशीनों को बाहर करते जाते हैं, जब तक कमरे पर बाईं तरफ़ का राज न हो जाए। Kagan ने 1986 में अटकाव वाला हिस्सा खोजा: मिले-जुले बाएँ और दाएँ टुकड़ों से बने उत्प्रेरक धीरे काम करते हैं, इसलिए ज़्यादा संख्या वाला हाथ उम्मीद से ज़्यादा जीतता है। Soai ने नकल वाला हिस्सा खोजा: एक ऐसा अणु जो अपने ही बनने की रफ़्तार बढ़ाता है। एक प्रयोग में 0.00005% की बढ़त तीन दौर में 99.5% से ऊपर पहुँच गई। इससे साबित होता है कि सरल रसायन अपने-आप बराबरी तोड़ सकता है। जीवन ने खुद यह कैसे किया, यह अब भी एक खुला सवाल है।
- काइरल (chiral)
- जिसका आईना-रूप मूल के ऊपर रखकर ठीक-ठीक नहीं मिलाया जा सकता, जैसे बायाँ और दायाँ हाथ।
- एनैन्टिओमर (enantiomers)
- किसी काइरल अणु के दो आईना-रूप।
- होमोकाइरल (homochiral)
- सब एक ही हाथ के। यूनानी भाषा में इसका मतलब है “एक ही हाथ”। जीवन के अमीनो एसिड और शर्करा होमोकाइरल हैं।
- रेसेमिक मिश्रण (racemic mixture)
- दोनों आईना-रूपों का 50-50 मिश्रण, जो आम अभिक्रियाएँ बनाती हैं।
- एनैन्टिओमेरिक अधिकता (enantiomeric excess, ee)
- एक रूप दूसरे से कितना ज़्यादा है, प्रतिशत में।
- उत्प्रेरक (catalyst)
- ऐसा पदार्थ जो खुद खर्च हुए बिना किसी अभिक्रिया की रफ़्तार बढ़ाता है।
- ऑटोकैटलिसिस (autocatalysis)
- ऐसी अभिक्रिया जिसका उत्पाद अपने जैसे और उत्पाद बनने की रफ़्तार बढ़ाता है।
- नॉन-लीनियर प्रभाव (non-linear effect)
- जब उत्पाद की शुद्धता उत्प्रेरक की शुद्धता के साथ सीधी रेखा में नहीं बढ़ती।
- असममित संश्लेषण (asymmetric synthesis)
- जानबूझकर एक आईना-रूप को दूसरे से ज़्यादा बनाना।
Sources, reader versions and the quiz are on the English page.