88 Â

WIAT

N

AUKI

Paêdziernik 1998

W

1848 roku abdykowa∏ konsty-
tucyjny monarcha Francji –
i nie by∏ on bynajmniej jedy-

nym w∏adcà europejskim, który musia∏
tego roku ustàpiç przed republikà. Po
pewnym czasie jednak stary porzàdek
powraca∏: nawet cesarze przetrwali
I wojn´ Êwiatowà. Wiosnà tego samego
roku Karol Marks i Fryderyk Engels
og∏osili drukiem krótkà, ale zapadajàcà
w pami´ç publikacj´ – Manifest Komu-
nistyczny. Radykalne postulaty Manife-
stu naznaczy∏y ca∏e nast´pne stulecie,
a stosunek do niego do dziÊ odró˝nia
w polityce prawic´ od lewicy, mimo i˝
po 150 latach przepowiadany przezeƒ
zmierzch paƒstwa wydaje si´ bardziej
odleg∏y ni˝ kiedykolwiek. Metaforycz-
ne znaczenie strony prawej i lewej tkwi
w nas g∏´boko, ale w Êwiecie czàsteczek
chemicznych rozró˝nienie to jest do-
s∏owne – chodzi tu o dobrze, choç ra-
czej subtelnie zdefiniowanà w∏aÊciwoÊç
trójwymiarowej przestrzeni. Rok 1848
przyniós∏ tak˝e zrozumienie jej znacze-
nia w budowie materii.

˚aden znany wzór chemiczny poda-

jàcy liczb´ i rodzaj atomów w czàstecz-
ce, na przyk∏ad H

2

O, nie wystarczy, by

opisaç w pe∏ni jej kszta∏t. Wszystkie
wzajemne po∏àczenia atomów trzeba
podaç w sposób graficzny. Na p∏asz-
czyênie jest to proste, lecz w przypadku
prawdziwych trójwymiarowych czàste-
czek sprawa si´ komplikuje. Prawa i le-
wa r´kawiczka sà do siebie tak podob-
ne, ˝e ró˝nic´ trudno wyjaÊniç w pros-
tym opisie, a przecie˝ wiadomo, ˝e na
r´k´ pasuje tylko jedna z nich. R´ka-
wiczka jest dok∏adnym obrazem dru-
giej od pary w idealnie p∏askim zwier-
ciadle. Czàsteczki chemiczne tak˝e mo-
˝na by nazwaç prawo- lub lewor´czny-
mi; chemicy ochrzcili je enancjomerami
od greckiego s∏owa „przeciwne” lub
czàsteczkami chiralnymi, tak˝e z greki
– od s∏owa „r´ka”.

Do roku 1840 chemicy wyizolowali

z winogron i osadów w starych becz-
kach z winem wiele zwiàzków w posta-
ci krystalicznie czystej. Bardzo zagad-
kowe okaza∏y si´ dwa podobne kwasy

– winowy i gronowy. Ich sole mia∏y
identyczne w∏aÊciwoÊci chemiczne, lecz
roztwór soli kwasu winowego skr´ca∏
p∏aszczyzn´ polaryzacji przechodzàce-
go przezeƒ Êwiat∏a spolaryzowanego
w prawà stron´, a jego chemiczny od-
powiednik, sól kwasu gronowego, by∏a
optycznie nieczynna, tzn. nie powodo-
wa∏a skr´cenia. Pewien chemik, Êwie˝o
po doktoracie, który mia∏ r´k´ zegarmi-
strza i oko artysty, przyjrza∏ si´ uwa˝nie
kryszta∏kom soli wytràconym z nieak-
tywnego optycznie roztworu. Nast´p-
nie cierpliwie porozdziela∏ kryszta∏ki,
kierujàc si´ drobnymi ró˝nicami w ich
budowie, na dwa stosiki tak du˝e, aby
mo˝na by∏o rozpuÊciç sól i zmierzyç jej
skr´calnoÊç. R´czne rozdzielenie krysz-
ta∏ków nie by∏o oczywiÊcie idealne, mi-
mo to zmierzone skr´calnoÊci optyczne
mia∏y przeciwne znaki i ca∏kiem zbli˝o-
ne wartoÊci.

Ów m∏ody chemik, Louis Pasteur we

w∏asnej osobie, odkry∏ w maju 1848 ro-
ku przedziwny, dualistyczny Êwiat bio-
czàsteczek. Nieaktywna sól kwasu gro-
nowego okaza∏a si´ na poziomie czà-
steczkowym mieszaninà dwóch zwiàz-
ków: znanej ju˝ prawoskr´tnej soli kwa-
su winowego i jej lewoskr´tnego odpo-
wiednika. Wywo∏ane przez nie skr´-
cenia p∏aszczyzny polaryzacji Êwiat∏a
znosi∏y si´ wzajemnie w nieczynnej
optycznie próbce. Pasteur ujrza∏ prawe
r´kawiczki, lewe r´kawiczki oraz ich
mieszanin´ w stosunku 1:1. Jak niedaw-
no wykazano po dok∏adnym przestu-
diowaniu jego notatek laboratoryjnych,
s∏ynne rozdzielenie wcale nie nale˝a∏o
do pierwotnie zamierzonego doÊwiad-
czenia, lecz zosta∏o raczej spontanicz-
nie podj´te w jego trakcie.

Sami posiadamy dwa kryszta∏y kwar-

cu, ka˝dy wielkoÊci mniej wi´cej po∏o-

wy kostki mas∏a. Jeden obraca p∏aszczy-
zn´ polaryzacji Êwiat∏a zgodnie ze wska-
zówkami zegara, drugi w przeciwnà
stron´. Dok∏adne przyjrzenie si´ i po-
równanie Êcian kryszta∏u przekonuje, ˝e
rzeczywiÊcie te dwa kamienie sà dok∏ad-
nymi lustrzanymi odbiciami. W podziw
wprawia nas jednak rozdzielenie przez
Pasteura setek maleƒkich kryszta∏ków
za pomocà tylko r´ki i oka, zarazem tak
b∏yskotliwe i tak pracoch∏onne.

Na poczàtku br. byliÊmy na dowcip-

nym i przykuwajàcym uwag´ wyk∏a-
dzie K. Barry’ego Sharplessa, chemika
ze Scripps Research Institute. Pokaza∏
on ciekawà fotografi´ m∏odego, krzep-

kiego doktora chemii ze
Scripps trzymajàcego w ka˝-
dej r´ce pi´ciokilowà butl´
z krystalicznym kwasem wi-
nowym. Ta iloÊç dwóch po-
staci optycznych zwiàzku
by∏a owocem jednodniowej
syntezy z u˝yciem miesza-

nin katalitycznych. Kontrast mi´dzy
pracà chemika nad tym samym zada-
niem w roku 1848 i pó∏ wieku póêniej
dobitnie obrazuje pot´g´ wspó∏czesnej
syntezy organicznej.

Sharpless ze wspó∏pracownikami

opracowali w ciàgu 20 lat wiele przy-
datnych metod katalitycznej syntezy
czàsteczek chiralnych. Na ogó∏ zaczyna
si´ od prostego ∏aƒcucha oko∏o 12 ato-
mów w´gla z kilkoma grupami bocz-
nymi; do niego do∏àcza si´ grupy funk-
cyjne o po˝àdanej chiralnoÊci. Do roz-
ró˝nienia, którà z czàsteczek-r´kawi-
czek nale˝y wybraç, s∏u˝y wyst´pujàca
w przyrodzie czysta optycznie pochod-
na chininy. Katalizatorem jest jon me-
talu, cz´sto wielowartoÊciowy i o wy-
sokim ∏adunku. Najlepszy z nich to osm,
gwa∏townie utleniajàcy zwiàzki orga-

ZADZIWIENIA

Philip i Phylis Morrison

Prawa strona, lewa strona

KOMENTARZ

Istnieje czàsteczka,

która wywo∏uje zapach kminku,

jej odbicie lustrzane zaÊ - mi´ty.

Ciàg dalszy na stronie 90

DUSAN PETRICIC

90 Â

WIAT

N

AUKI

Paêdziernik 1998

niczne. Wokó∏ ka˝dego z kosztownych
kompleksów osmu kr´ci si´ chiralny
substrat i kilka innych reagentów, dzie-
siàtki tysi´cy razy wià˝àce si´ i odry-
wajàce w molekularnym menuecie.

Naturalne enzymy – wszystkie wi´k-

sze katalizatory bia∏kowe – mogà jed-
nak tworzyç taki kompleks nie tysiàce,
a miliony razy. Dostarczajà te˝ produk-
ty idealnie czyste optycznie do sied-
miu miejsc po przecinku, synteza labo-
ratoryjna zawodzi zaÊ w paru pro-
centach. Znakomita precyzja natury
wynika z d∏ugiego ewolucyjnego do-
pasowywania enzymu-zamka do pro-
duktu-klucza. Cenà za dok∏adnoÊç
w przyrodzie jest jednak Êcis∏e ograni-
czenie startu i mety reakcji. Inaczej jest
w przypadku syntezy katalitycznej. Ta
mo˝e byç zarazem selektywna i ela-
styczna dzi´ki wykorzystaniu kom-
pleksu przejÊciowego o wysokiej ener-
gii, a nie – jak w biochemii – wielu
niskoenergetycznych etapów reakcji
enzymatycznej.

Laika uderza w tym opisie, ˝e reak-

cja chemiczna to znacznie wi´cej, ni˝
da si´ wyczytaç z krótkiego równania

reakcji. Zapisane w nim stany równo-
wagowe to tylko poczàtek i koniec, zu-
pe∏nie jakby ktoÊ w podró˝y przez kon-
tynent amerykaƒski zobaczy∏ jedynie
Cambridge w Massachusetts i San Die-
go w Kalifornii, nie dostrzegajàc kor-
ków i przeszkód po drodze. GdybyÊmy
mogli to widzieç, ujrzelibyÊmy, jak ka-
talizator-kompleks ci´˝kiego metalu
przyciàga do siebie towarzyszy, stop-
niowo tworzy i zrywa z nimi wiàzania
i jak ca∏y ten cykl powtarza si´ od po-
czàtku. Materia∏u dostarczajàcego do-
dawane w syntezie grupy jest wystar-
czajàco du˝o. Katalityczna mieszanina
zawiera ∏àcznie z pomocniczymi oko∏o
szeÊciu zwiàzków – starannie dobra-
nych zgodnie ze zgromadzonà wiedzà
o syntezie i wielokrotnie sprawdzonych
w praktyce. Dodaje si´ je w okreÊlonej
kolejnoÊci do wielkiego kot∏a ozi´bio-
nego alkoholowego rozpuszczalnika,
∏atwego do odparowania – tu nikt nie
bawi si´ w rozdzielanie ziarnko po
ziarnku!

Niemal wszystkie hormony, feromo-

ny i leki dzia∏ajàce na uk∏ad nerwowy,
a w gruncie rzeczy wszystkie substan-
cje farmaceutyczne lub agrobiologicz-
ne czynne, sà w jednej postaci optycz-

nej. Sztucznie wytwarza si´ jednak ich
mieszanin´, chyba ˝e jest to jedna z no-
wych syntez asymetrycznych, lub sto-
suje si´ naturalne enzymy. Odbicia lu-
strzane czàsteczek te˝ bywajà zas-
koczeniem: istnieje czàsteczka, która
wywo∏uje zapach kminku, jej odbicie
lustrzane zaÊ – mi´ty. Skr´cona w prze-
ciwnà stron´ postaç Ritalinu, specyfi-
ku u˝ywanego (i nadu˝ywanego) do
uspokajania nadpobudliwych dzieci,
wydaje si´ kompletnie nieczynna bio-
logicznie. Powszechnie wiadomo, ˝e
tragiczne wady rozwojowe u p∏odów
powodowane przez talidomid by∏y
skutkiem ubocznym dzia∏ania jego –
gorzej ni˝ bezu˝ytecznej – prawoskr´t-
nej postaci. Zatem to, co kupujemy za
du˝e pieniàdze, jest w 50% nieaktyw-
ne (i to w najlepszym przypadku).

Przemys∏ szybko jednak doskonali

metody syntezy czynnych biologicznie
substancji w odpowiedniej postaci op-
tycznej. Za 10 lat wi´kszoÊç chiralnego
asortymentu aptek b´dzie wyst´powaç
tylko w jednej postaci optycznej, a FDA
uwa˝nie b´dzie oglàdaç ich lustrzane
odbicia.

T∏umaczy∏a

Magdalena Pecul

stosowanie nowych, inspirowanych
przez taÊmowà produkcj´ przemys∏owà
technik sprzeda˝y pozostawia∏o detali-
stom jeden tylko drobny problem do
rozwiàzania – naklonienie klientów, by
opró˝niali pó∏ki sklepowe równie szyb-
ko, jak przychodzi∏y dostawy. Próbowa-
no wi´c owym Êródmiejskim wielkim
magazynom sklepowym nadaç wyglàd
czegoÊ pomi´dzy wiktoriaƒskim budu-
arem a pa∏acem Ramzesa Wielkiego.
Oferowano w nich dodatkowe us∏ugi
i atrakcje: otwierano salony pi´knoÊci,
urz´dy pocztowe, przechowalnie dla
dzieci, anga˝owano muzyków. Po raz
pierwszy zakupy sta∏y si´ zaj´ciem luk-
susowym. By∏o to mo˝liwe, poniewa˝
uda∏o si´ przekonaç klientki (z m´˝czy-
znami nie posz∏o tak g∏adko), by zechcia-
∏y odwiedzaç te przybytki i robiç zaku-
py do upad∏ego.

Dom handlowy Wanamaker’s powie-

rzy∏ to niezmiernie istotne zadanie
w dziedzinie public relations pierwszej
profesjonalnej agencji reklamowej
N. W. Ayera, a pod koniec XIX wieku
do g∏´bszych badaƒ nad motywacjami
emocjonalnymi klientów zacz´to rekru-
towaç nowego rodzaju myÊlicieli, zwa-
nych psychologami. Chodzi∏o o ustale-
nie, czy mo˝na by dokonaç jeszcze ja-

kichÊ manipulacji, które zwi´kszy∏yby
zyski. Profesor psychologii z Harvar-
du, Walter B. Cannon (jedyny, o ile
wiem, psycholog, na którego czeÊç na-
zwano gór´), posunà∏ si´ jeszcze dalej.
Wykorzystujàc zadziwiajàce promienie
X oraz papk´ barytowà (którà sam wy-
nalaz∏), co pozwoli∏o mu badaç ruchy
robaczkowe towarzyszàce trawieniu
i uczuciu g∏odu, stwierdzi∏, ˝e ustajà
one nagle pod wp∏ywem emocjonalne-
go bodêca. W 1932 roku, po wielu la-
tach doÊwiadczeƒ, ukaza∏o si´ dzie∏o
jego ˝ycia, The Wisdom of the Body (Mà-
droÊç cia∏a), w którym wprowadzi∏ po-
j´cie homeostazy, czyli zdolnoÊci orga-
nizmu do utrzymywania sta∏oÊci Êro-
dowiska wewn´trznego dzi´ki mecha-
nizmom chemicznego ujemnego sprz´-
˝enia zwrotnego.

Z Canonnem wspó∏pracowa∏ neuro-

fizjolog meksykaƒski Arturo Rosen-
bleuth, który na poczàtku lat czterdzie-
stych naszego wieku zaczà∏ o owych
sprz´˝eniach rozmawiaç z pewnym na-
rwanym matematykiem, Norbertem
Wienerem z Massachusetts Institute of
Technology. Interesowa∏ si´ on takimi
zjawiskami, jak sprz´˝enie zwrotne,
które sprawia, ˝e kiedy podnosimy
szklank´ z wodà, by si´ napiç, docho-

dzi do spotkania naszych ust z kraw´-
dzià szklanki. Wienera interesowa∏y
szczególnie przypadki trafieƒ i chybieƒ,
poniewa˝ pracowa∏ nad pewnymi rów-
naniami, które mog∏yby u∏atwiç arty-
lerii przeciwlotniczej trafianie w cel cz´-
Êciej ni˝ raz na 2500 wystrzelonych
pocisków (przeci´tny wynik na po∏u-
dniowym wybrze˝u Anglii w owym
czasie, nie dajàcy ˝adnych szans na wy-
granie wojny).

System Wienera, nazwany M-9 Pre-

dictor, wykorzystywa∏ w uk∏adzie
sprz´˝enia zwrotnego dane otrzymy-
wane z radaru, co pomaga∏o przewi-
dywaç, w którym miejscu na niebie
b´dzie si´ znajdowa∏ samolot nieprzy-
jacielski, kiedy dotrze tam kolejny
pocisk artyleryjski. Na tej podstawie
mo˝na by∏o odpowiednio wycelowaç
dzia∏a. Wynalazek Wienera okaza∏ si´
tak skuteczny, ˝e spoÊród 104 rakiet
V-1 skierowanych na Londyn w ostat-
nim tygodniu zmasowanych ataków
do celu dotar∏y tylko cztery. Oto dla-
czego dzi´ki Wienerowi Big Ben zdo-
∏a∏ przetrwaç, wydzwaniajàc godziny,
ca∏à II wojn´ Êwiatowà.

Najwy˝szy czas, abym si´ po˝egna∏.

T∏umaczy∏

Boles∏aw Or∏owski

ZADZIWIENIA, ciàg dalszy ze strony 88