रसायनशास्त्र एखाद्या रेणूच्या दोन आरसा-रूपांपैकी एक रूप कसे निवडून वाढवू शकते, हे त्यांनी दाखवले.
- अनेक रेणू डावे आणि उजवे अशा आरशातल्या प्रतिमेसारख्या दोन रूपांत असतात, आणि सजीव त्यापैकी फक्त एकच रूप वापरतात.
- Kagan यांना आढळले की उत्प्रेरकाच्या न जुळणाऱ्या डाव्या-उजव्या जोड्या हळू काम करतात, त्यामुळे ज्या रूपाची संख्या जास्त असते ते अपेक्षेपेक्षा जास्त जिंकते.
- Soai यांनी स्वतःचीच प्रत तयार करणारा रेणू बनवला, जो योगायोगाने निर्माण झालेल्या अगदी लहान असमतोलाचे जवळपास शुद्ध उत्पादनात रूपांतर करतो.
आधीची समस्या
अनेक रेणू, उदाहरणार्थ अमिनो आम्ले, डाव्या आणि उजव्या हातासारख्या दोन आरसा-रूपांत असतात. सजीव फक्त एकच रूप वापरतात, पण प्रयोगशाळेतील नेहमीच्या अभिक्रिया दोन्ही रूपांचे नेहमी समसमान मिश्रण तयार करत.
रसायनशास्त्रज्ञांना वाटत असे की उत्पादनाची शुद्धता उत्प्रेरकाच्या शुद्धतेबरोबर सरळ रेषेत वाढते, त्यामुळे अशुद्ध उत्प्रेरक त्या रेषेच्या पुढे कधीच जाऊ शकत नाही. भौतिकशास्त्रज्ञ Charles Frank यांनी 1953 मध्ये जवळपास समसमान मिश्रणातून एकाच हाताकडे जाण्याचे गणित मांडले. पण असे प्रत्यक्ष करून दाखवणारी खरी अभिक्रिया कोणीच दाखवली नव्हती.
हे कसे काम करते
Soai अभिक्रिया घ्या. एक झिंक संयुग पिरिमिडीन अल्डिहाइड नावाच्या कड्यासारख्या आकाराच्या रेणूशी अभिक्रिया करून एक अल्कोहोल तयार करते. हे अल्कोहोल डाव्या आणि उजव्या रूपात असते, आणि प्रत्येक रूप स्वतःच्याच रूपाचे आणखी रेणू तयार होण्याचा वेग वाढवते. Kagan यांच्या कल्पनेवर आधारित एका प्रमुख स्पष्टीकरणानुसार, एकाच हाताच्या प्रती एकत्र येऊन संघ बनवतात आणि वेगाने काम करतात, तर डाव्या-उजव्या मिश्र संघांचे काम नीट होत नाही आणि ते कमी संख्येच्या रूपाला अडकवून ठेवतात. एक प्रतिस्पर्धी स्पष्टीकरण याचे कारण दुसरीकडे असल्याचे सांगते, आणि यातले कोणते बरोबर यावर रसायनशास्त्रज्ञांमध्ये अजूनही वाद आहे.
Soai यांच्या 1995 च्या कामात, एका रूपाचे 5% अधिक्य असलेल्या सुरुवातीच्या बॅचमधून एका फेरीनंतर 55%, दोन फेऱ्यांनंतर 87% आणि पाच फेऱ्यांनंतर सुमारे 90% मिळाले. नंतरच्या एका चाचणीत, फक्त 0.00005% इतके सुरुवातीचे अधिक्य तीन फेऱ्यांत 99.5% च्या पुढे गेले.
मुद्दाम कोणताही असमतोल ठेवला नाही, तर सुरुवातीचे पारडे योगायोग झुकवतो. अशा 37 प्रयोगांत एक रूप 18 वेळा जिंकले आणि दुसरे 19 वेळा.
प्रतिस्पर्ध्याला अडकवणारे झेरॉक्स मशीन
कल्पना करा, एक खोली झेरॉक्स मशीननी भरलेली आहे, आणि ही मशीन फक्त नवी झेरॉक्स मशीनच छापू शकतात. डावखुरी मशीन डावखुरी मशीन छापतात, उजवी मशीन उजवी मशीन छापतात, आणि जेव्हा जेव्हा एक डावे आणि एक उजवे मशीन जोडीत येते, तेव्हा ते एकमेकांना अडकवतात आणि बंद पडतात. सुरुवातीला उजव्यांपेक्षा फक्त एक किंवा दोन डावी मशीन जास्त असली, तरी हे अडथळे आधी उजवी मशीन बाद करतात, आणि खोलीवर डाव्या बाजूचा ताबा येतो. ही उपमा इथे पूर्णपणे लागू पडत नाही, कारण रेणू कोणताही निर्णय घेत नाहीत: हा ताबा अभिक्रियांच्या वेगातून आणि योगायोगातून येतो, आणि अणूच्या पातळीवर हा “अडथळा” नेमका कसा घडतो यावर रसायनशास्त्रज्ञांमध्ये अजूनही वाद आहे.
- जवळपास समसमान मिश्रणातून एका हाताचे रसायन कसे निर्माण होऊ शकते, याबद्दलच्या Frank यांच्या 1953 च्या मॉडेलचे हे प्रयोगशाळेतील पहिले प्रत्यक्ष प्रात्यक्षिक होते.
- Soai यांच्या अभिक्रियेने दोन रूपांमधील गुणोत्तर 630,000 पटीने वाढवले, 0.00005% अधिक्यापासून 99.5% पेक्षा जास्त इतके.
- Kagan यांचा नॉन-लिनियर परिणाम आज एक महत्त्वाचे साधन आहे, ज्याच्या मदतीने रसायनशास्त्रज्ञ उत्प्रेरक कसे काम करते हे शोधतात आणि त्यात सुधारणा करतात.
- या परिणामाचे व्यावहारिक उपयोगही आहेत: Merck मधील रसायनशास्त्रज्ञांनी एक संभाव्य औषध तयार करताना 70% शुद्ध सुरुवातीच्या पदार्थापासून बनवलेला अभिकारक वापरला आणि त्यांना 95% शुद्ध उत्पादन मिळाले.
- औषधे, स्वाद, सुगंध आणि शेतीची रसायने बनवणाऱ्यांना एकच आरसा-रूप लागते, आणि नोबेल समितीच्या मते अशा अभिक्रियांची रचना करताना या कल्पना दिशा देतात.
10 सेकंद
“डावखुऱ्या” रेणूंकडे असलेला अगदी थोडासा कल वाढत वाढत जवळपास सगळे डावखुरे कसे होऊ शकतात, हे त्यांनी दाखवले. जीवनाचे रसायन असेच दिसते.
मुलाला
काही अगदी छोटे छोटे घटक डाव्या हाताचे आणि उजव्या हाताचे असे दोन प्रकारांत असतात, हातमोज्यांसारखे. सजीव फक्त एकाच प्रकारचे वापरतात. या शास्त्रज्ञांनी असा मार्ग शोधला ज्यात हातमोजे स्वतःच्या प्रती तयार करतात, म्हणजे थोडे जास्त डावे हातमोजे वाढत जाऊन डाव्या हातमोज्यांचा मोठा ढीग तयार होतो.
30 सेकंद
अनेक रेणू डावे आणि उजवे अशा आरशातल्या प्रतिमेसारख्या दोन रूपांत असतात, आणि सजीव फक्त एकच रूप वापरतात. प्रयोगशाळेतील अभिक्रिया सहसा 50-50 मिश्रण तयार करतात. Henri Kagan यांना आढळले की न जुळणारे डावे आणि उजवे भाग असलेले उत्प्रेरक हळू काम करते, त्यामुळे जास्त संख्येच्या रूपाला बळ मिळते. त्यानंतर Kenso Soai यांनी स्वतःच्या प्रती तयार करणारा रेणू बनवला, ज्यामुळे योगायोगाने मिळालेली छोटीशी आघाडी वाढत जाऊन जवळपास शुद्ध बॅच तयार होते.
2 मिनिटे
आपले दोन्ही हात एकमेकांच्या आरशातल्या प्रतिमा आहेत, आणि अनेक रेणूही तसेच आहेत. जीवन याबाबतीत चोखंदळ आहे: आपली प्रथिने अमिनो आम्लांचा फक्त एकच हात वापरतात. हे कसे घडते ते रसायनशास्त्रज्ञांना कधीच स्पष्ट करता आले नाही, कारण नेहमीच्या अभिक्रिया समसमान मिश्रण तयार करतात. अशा एका खोलीचा विचार करा जी स्वतःच्या प्रती छापणाऱ्या झेरॉक्स मशीननी भरलेली आहे, आणि जेव्हा जेव्हा एक डावे आणि एक उजवे मशीन जोडीत येते, तेव्हा ते एकमेकांना अडकवतात. सुरुवातीला काही डावी मशीन जास्त असली, तर हे अडथळे उजवी मशीन बाद करत जातात, आणि शेवटी खोलीवर डाव्या बाजूचे राज्य येते. Kagan यांनी 1986 मध्ये अडथळ्याचा भाग शोधला: मिश्र डाव्या आणि उजव्या तुकड्यांपासून बनलेली उत्प्रेरके हळू काम करतात, त्यामुळे जास्त संख्येचा हात अपेक्षेपेक्षा जास्त जिंकतो. Soai यांनी प्रतीचा भाग शोधला: स्वतःच्याच निर्मितीचा वेग वाढवणारा रेणू. एका प्रयोगात 0.00005% ची आघाडी तीन फेऱ्यांत 99.5% च्या पुढे गेली. यावरून सिद्ध होते की साधे रसायन आपोआप बरोबरी मोडू शकते. जीवनाने स्वतः हे कसे केले, हा प्रश्न अजूनही खुला आहे.
- कायरल (chiral)
- ज्याची आरशातील प्रतिमा मूळ वस्तूवर ठेवून तंतोतंत जुळवता येत नाही, जसे डावा आणि उजवा हात.
- एनँटिओमर (enantiomers)
- कायरल रेणूची दोन आरसा-रूपे.
- होमोकायरल (homochiral)
- सगळे एकाच हाताचे. ग्रीकमध्ये याचा अर्थ “एकच हात”. जीवनातील अमिनो आम्ले आणि शर्करा होमोकायरल आहेत.
- रेसेमिक मिश्रण (racemic mixture)
- दोन्ही आरसा-रूपांचे 50-50 मिश्रण, जे नेहमीच्या अभिक्रिया तयार करतात.
- एनँटिओमेरिक अधिक्य (enantiomeric excess, ee)
- एक रूप दुसऱ्यापेक्षा किती जास्त आहे, टक्केवारीत.
- उत्प्रेरक (catalyst)
- स्वतः खर्च न होता अभिक्रियेचा वेग वाढवणारा पदार्थ.
- ऑटोकॅटॅलिसिस (autocatalysis)
- अशी अभिक्रिया जिचे उत्पादन स्वतःसारखे आणखी उत्पादन तयार होण्याचा वेग वाढवते.
- नॉन-लिनियर परिणाम (non-linear effect)
- जेव्हा उत्पादनाची शुद्धता उत्प्रेरकाच्या शुद्धतेबरोबर सरळ रेषेत वाढत नाही.
- असममित संश्लेषण (asymmetric synthesis)
- मुद्दाम एक आरसा-रूप दुसऱ्यापेक्षा जास्त तयार करणे.
Sources, reader versions and the quiz are on the English page.