informacje



poniedziałek, 26 października 2026

Kiszonki, kapusta i witamina C

  Kilka razy już zaobserwowałem podobne nieporozumienie. Ktoś chce się zdrowo odżywiać więc inni mu radzą: jedz dużo kiszonek, zawierają witaminę C. Dowolne kiszonki, z czegokolwiek. A czemu zawierają witaminę? Noo... powstaje podczas kiszenia. Przecież dawniej jedli na szkorbut kapustę kiszoną a nie świeżą, to widocznie w świeżej nie ma, co nie?  No nie. 



   Jest to chyba wynik hasłowego myślenia - słyszymy wiele razy pewne frazesy ale nie wiemy skąd się właściwie biorą. Pewne produkty w tych powiedzeniach mają wartości zdrowotne bo tak, bo należą do jakiejś kategorii, która jest szczególna i z niczego więcej to nie wynika. Jeśli więc bez sięgania po źródła próbujemy z tych frazesów coś wykombinować, to możemy dojść do błędnych wniosków. Przykładem jest branie za zdrowsze wszystkiego co jest "naturalne" i "nieoczyszczone", a wyznacznikiem obu tych przymiotów ma być na przykład brązowy kolor lub pochodzenie z kraju, który nie leży w Europie lub Ameryce. Spora część produktów zalegających na półkach ze "zdrową żywnością" to tak naprawdę "żywność lepsza bo egzotyczna". 

   Powszechna opinia "kiszonki są zdrowe i zawierają dużo witaminy C", słuszna w przypadku choćby kapusty, skutkuje tym, że uważamy za źródło tej witaminy dowolną rzecz jaką ukiszono. A to trochę za duże uproszczenie.  Nie ma też problemu ze znalezieniem tekstów tłumaczących ludziom, że witamina podczas kiszenia powstaje i kiszonki są w nią bardziej zasobne niż świeże warzywa. A to już jest fałszem. Problem pogłębiają popularne ostatnio narzędzia AI, które w pierwszej kolejności szukają potwierdzających odpowiedzi na pytania i bez głębszego sprawdzenia większej ilości źródeł, wyszukują najpierw artykuły zawierające ten mit:

Cytowane źródło zawiera stwierdzenie:
Kiszona kapusta jest również cennym źródłem witaminy C. Fermentacja przeprowadzona w warunkach optymalnych powoduje wzrost zawartości tej witaminy w kapuście kiszonej w stosunku do produktu surowego nawet o 50%[a]


...tak po prostu bez dowodu.

Proces kiszenia to fermentacja zachodząca dzięki bakteriom kwasu mlekowego, które rozkładają wolne cukry, zamieniając je na kwas mlekowy. Ten silnie zakwasza środowisko, co w połączeniu z solą zawartą w roztworze wokół zapobiega rozwojowi bakterii gnilnych, pleśni i drożdży. Zachowuje to wartość odżywczą wielu produktów, a niektóre czyni bardziej smacznymi.

   Równocześnie silne zakwaszenie hamuje reakcje utleniania i pomaga dłużej zachować się między innymi kwasowi askorbinowemu, czyli witaminie C. Przyczyna polecania w dawnych czasach kiszonej kapusty na szkorbut była więc taka, że tak zakonserwowane warzywo można było długo przechowywać bez lodówki a innych metod, które zachowywały witaminę nie było (tym bardziej, że witaminy wtedy też nie znano i bazowano tylko na obserwacji po jakim rodzaju żywności marynarzom się poprawiało a po jakim nie). Powodem nie była więc jakaś szczególnie wysoka obfitość tej witaminy w kapuście, a tylko dobre jej zachowanie w kiszonkach na dłuższy okres. Gdyby znano wtedy konserwanty i liofilizacje to używano by tych metod do zachowania owoców, ale znano jedynie suszenie i kiszenie więc z arsenału środków przeciwszkorbutowych zostawały im niektóre kiszone warzywa i sok cytrynowy, który dawał się pasteryzować w butelkach. A że jest on silnie kwaśny to zachowywał w tym procesie witaminę C, mimo że cytryna nie jest szczególnie obfitym źródłem. 

   Ostatecznie wykonywane w wielu powtórzeniach badania pokazują, że wprawdzie kiszone warzywa zachowują swoją witaminę C przez wiele miesięcy przechowywania, ale mimo to mają jej mniej niż warzywo na początku. Na samym początku kiszenia w ciągu kilku dni tracone jest około 1/2 zawartości. Warzywo musi najpierw całe przeniknąć zalewą i bakteriami ale podczas tego procesu tkanki są uszkadzane i zanim kwas przerwie reakcje, zdąży nastąpić trochę degradacji w wyniku działania enzymów. 

   Po poszatkowaniu kapusty zawarte w niej glikozydy, zwłaszcza glukobrasycyna, ulegają enzymatycznemu rozkładowi do jonów rodankowych i indolo-3-karbinolu, który jest badany jako substancja prewencyjna przeciwko nowotworom. Podczas dalszego przechowywania, a także podczas kiszenia, indolokarbinol reaguje z zawartą w soku witaminą C tworząc askorbinogen, przez co stężenie obu substancji wyjściowych spada. Reakcja ta zachodzi nieenzymatycznie i nie jest do niej potrzebna fermentacja. Askorbinogen wydaje się także mieć właściwości prozdrowotne, jednak podczas gotowania ulega rozkładowi.

Askorbinogen


   W badaniu[b], gdzie analizowano wpływ fermentacji w różnych warunkach stwierdzono, że zawartość witaminy C spadała podczas kiszenia nawet dwa razy (z 300 do 150 mg/100g s.m.) a zawartość askorbinogenu wzrastała prawie 20 razy (z 5,7 do 108 umol/100g s.m.). Jednak nie następowała po prostu retencja witaminy z jednej formy w druga, bo wytworzone tak ilości askorbinogenu, z jakiego może potem podczas trawienia być uwolniony kwas askorbinowy, są znacząco mniejsze od spadku zawartości witaminy. Zawartość witaminy w stu gramach suchej masy spadła o 150 mg, stężenie askorbinogenu wzrosło do 108 mikromoli; co przy masie molowej 305 g/mol daje zaledwie 0,3 mg. 

   Dość podobny spadek zawartości witaminy C podczas kiszenia pokazały inne analizy na innych warzywach. Spadek dochodził do 50% w przypadku papryki. [c]

   Szczególnie wyraźnie fałszywość mitu o witaminie zawartej w każdych kiszonkach, widać w przypadku ogórków. Już na początku nie są zbyt zasobne - zawartość witaminy C w ogórkach wynosi 10-15 mg/100g. Na dodatek w miąższu zawarty jest enzym askorbinaza, który rozkłada witaminę po uszkodzeniu owocu. Podczas kiszenia to właśnie następuje, dlatego zawartość witaminy C w kiszonych ogórkach to zaledwie 1mg/100g. Nie ma żadnego magicznego pojawiania się nowej witaminy jedynie z powodu kiszenia. Więc warzywa które nie były znane jako szczególnie obfitujące w witaminę, po kiszeniu też nie będą jej dobrym źródłem. Bardziej więc trzeba patrzeć na rodzaj warzywa niż na sposób konserwacji. 

   Oczywiście kiszonki warto jeść z innych powodów niż sama tylko zawartość witaminy - obecne w nich bakterie pomagają uzupełnić florę bakteryjną w jelitach; wytworzone przez nie produkty uboczne fermentacji, jak krótkołańcuchowe kwasy tłuszczone i polisacharydy, także wspierają zdrowie ukladu pokarmowego, kwaśny odczyn wspomaga wchłanianie żelaza, wtreszcie warzywa zawierają także inne witaminy i substancje prozdrowotne które zachowują się podczas kiszenia. Po prostu dla mnie jako chemika ten powtarzany bezrefleksyjnie mit o witaminie C we wszystkim co zostało ukiszone jest irytującym uproszczeniem, które warto było wytłumaczyć. 

 ------

[a] https://www.gov.pl/web/wijhars-olsztyn/kapusta-utrwalanie-przez-zakwaszenie 

[b] https://ift.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/j.1750-3841.2008.01017.x

[c] https://www.mdpi.com/2073-4395/15/10/2279

czwartek, 8 października 2026

Chemiczny Nobel 2026 - Nieliniowe katalizy asymetryczne

 Tegorocznymi laureatami Nagrody Nobla z chemii zostali Henri Kagan i Kenso Soai za "efekty nieliniowe i autokatalizę w syntezie asymetrycznej" 


Czy uważam nagrodę za trafną?

Jak najbardziej, choć tak na pierwszy rzut oka może to wyglądać na niszowy temat w obrębie szerszej dziedziny syntezy asymetrycznej. Która z kolei też nie jest jakiś szeroko znana, bo mało jest o tym na chemii  na poziomie szkolnym. Postaram się jednak dobrze wytłumaczyć, aby czytelnicy mogli sami ocenić.

Ogólnie rzecz biorąc to wygląda tak: wiele związków organicznych posiada miejsca asymetryczne - atomy węgla mające podłączone cztery różne grupy. Wtedy takie miejsce nie ma symetrii przestrzennej i możliwe są dwa różne ustawienia tych czterech grup, które wyglądają jak swoje odbicia lustrzane, takie konfiguracje przestrzenne są oznaczane według pewnego systemu jako izomery L i D (a według innych R i S lub jeszcze inaczej). Jeśli cząsteczka ma jedno takie miejsce, to możliwe stają się dwa izomery, różniące się między innymi oddziaływaniem ze światłem spolaryzowanym, skręcają jego polaryzację w prawo lub w lewo. Stąd mowa potem o związkach "lewoskrętnych" i "prawoskrętnych".

Formy L i D tego samego związku


 Gdy miejsc takich jest w cząsteczce więcej, sytuacja staje się skomplikowana a liczba możliwych izomerów szybko wzrasta. Takie cząsteczki oprócz konfiguracji na miejscach asymetrycznych różnią się też tym jak oddziałują z innymi cząsteczkami, które także są niesymetryczne. Na przykład z białkami żywego organizmu, które są złożone głównie z L-aminokwasów. Często więc konfiguracja przestrzenna asymetrycznych cząsteczek leków wpływa na ich działanie i na przykład odmiana lewoskrętna działa leczniczo a prawoskrętna nie ma takiego działania, czy wręcz szkodzi. 

Reakcje chemiczne prowadzące do wytworzenia cząsteczki z takim miejscem asymetrycznym dają natomiast często mieszaninę obu izomerów. Wynika to z tego, że docierające do siebie reagujące cząsteczki są symetryczne i mogą być obrócone pod różnymi kątami i jeden kąt daje wersję D a drugi L. Dlatego ważnym i dużym tematem w chemii są metody syntezy określonej odmiany takich związków, czyli tzw. synteza asymetryczna. Zazwyczaj osiąga się to dodając do reakcji trzeci związek, który również jest asymetryczny. Dodatek ma określoną symetrię i oddziałuje z reagującymi cząsteczkami tak, że podczas reakcji są obrócone wobec siebie w określony sposób i dają głównie jeden izomer.

No i tak. Ten trzeci związek może się zużywać w reakcji i wtedy trzeba go użyć tyle samo co tych składników na których nam zależy. Wtedy przy skalowaniu syntezy do dużych ilości robią się nam duże ilości wszystkiego - dużo substratów, z których związek odpowiadający za asymetryczny przebieg staje się odpadem. Bardziej ekonomiczne i poszukiwane są metody, w których cząsteczka wymuszająca konfigurację jest katalizatorem używanym w niewielkiej ilości. To może być dodatek w ilości 5% masy substratów, to może być nawet 1% a czasem jeszcze mniej.  

Jeśli jednak ten katalizator sam w sobie jest trudny do uzyskania i działa za sprawą dodatku soli rzadkiego metalu, to nawet w tej niewielkiej ilości może być drogim składnikiem zwiększającym koszty. Dlatego poszukiwane są różne opcje zmniejszenia kosztów. Kagan badał możliwość użycia jako katalizatora związków które nie są czystym jednym izomerem, tylko mieszanką z przewagą jednego z nich. Katalizatory mogą być otrzymywane z asymetrycznych związków naturalnych, ale reakcje prowadzące do końcowego katalizatora mogą odwracać konfigurację części cząsteczek. Aby otrzymać katalizator czysty, trzeba rozdzielić jego izomery.  Oczyszczanie izomerów to są koszty. Więc może poświęcić czystość katalizatora na rzecz obniżenia kosztów, a potem czyścić produkty reakcji?

W prostym opisie matematycznym traktujemy dwie wersje katalizatora niezależnie, uznajemy że dają one wkład w czystość produktu po równo taki sam zależnie od ich stężenia i to której wersji produktu reakcji będzie więcej, zależy od tego którego izomeru katalizatora było więcej. Jeśli użyjemy katalizatora racemicznego, czyli będącego mieszanką po równo takiej samej ilości obu izomerów, to otrzymamy racemiczny produkt. Jeśli użyjemy katalizatora o stosunku L do D 3:7 to taki powinien być stosunek izomerów w produkcie a jeśli 99:1 to także tak będzie wyglądał produkt. 

Kagan prowadził w latach 80 i 90 badania, w których wykazał, że możliwe są efekty nieliniowe.  Katalizator może mieć niewielki nadmiar jednej z odmian a produkt będzie miał duży nadmiar. Prowadząc reakcję przy pomocy katalizatora, w którym forma L stanowi 60% a forma D 40%, otrzymujemy produkt, w którym jego forma L stanowi 80%. Skoro tak, to katalizator nie musi być bardzo czysty. Kagan wykonał opis matematyczny podając różne możliwe mechanizmy takiego efektu. Na podstawie tej teorii przewidział efekty, które wykazano po wielu latach. Na przykład efekt hiperpozytywny potwierdzono doświadczalnie w 2020 roku. 

Na czym jednak polega efekt Kagana?

Podczas reakcji prowadzącej do powstania asymetrycznego produktu, dwie cząsteczki reagujące tworzą krótkotrwały kompleks z asymetrycznym katalizatorem. Zmienia on ustawienia cząsteczek, wpływając na pojawienie się jednej formy. Liniowe efekty równego wpływu lustrzanych izomerów katalizatora zakładały jednak, że w kompleksie bierze udział jego jedna cząsteczka. Wtedy powstawały osobno cząstki kompleksu KatalizatorL+reagenty i kompleksu KatalizatorD+reagenty. Ale tak nie zawsze jest. 

W pewnych reakcjach kompleks aktywny zawiera dwie, trzy i więcej cząsteczek katalizatora. Łączą się ze sobą w kompleksie losowo, lecz ze względu na własną symetrię, kompleksy takie mogą różnie działać zależnie od składu. W mieszance różnych izomerów katalizatora powstają głównie kompleksy mieszane, kompleksy zawierające dwie cząsteczki katalizatora o takiej samej konfiguracji powstają więc jedynie z cząsteczek nadmiaru jednej z form. Jeśli kompleks mieszany jest słabszym katalizatorem niż kompleks czysty, to ten niewielki nadmiar  jednej z form staje się decydujący, bo taka odmiana kompleksu aktywnego ma wyższą siłę działania. 

Popatrzmy na hipotetyczny przykład aby zobrazować zasadę. Prowadzimy syntezę związku asymetrycznego, używając katalizatora, w którym 60% to katalizator w formie D a 40% w formie L. Podczas reakcji powstaje złożony kompleks AB-2K, z dwiema cząsteczkami katalizatora działającymi na składniki A i B. W takiej sytuacji możliwe są trzy kombinacje: DD, LL i LD. Pierwsza daje produkt w konfiguracji L, druga D a trzecia po równo obie formy. Najwyższe prawdopodobieństwo powstania kompleksu dotyczy formy mieszanej LD zatem większość cząsteczek kompleksu będzie stanowić tą kombinację. Forma LL będzie stanowić niewielki odsetek, istniejąc właściwie ze względu na skończone prawdopodobieństwo takiego losowania. Forma DD będzie dużo częstsza - katalizatora D było w pierwotnej mieszance o połowę więcej niż katalizatora L, i te 20% mieszaniny nie ma z czym utworzyć kompleks mieszany, bo o tyle jest więcej tego składnika. 
W efekcie, bez zakładania innych przyczyn: przeważający kompleks mieszany LD da tyle samo produktu w formie L co w formie D; istniejący w niewielkiej ilości kompleks LL da produkt D, stanowiący 20% kompleks DD da produkt L. Sumarycznie zaobserwujemy nadmiar produktu L. Jeśli wszystkie te kompleksy miałyby taką samą siłę katalityczną, nadmiar jednej formy produktu nadal byłby pewną zależnością liniową od wielkości nadmiaru jednej formy katalizatora, jedynie wpływ tego nadmiaru mógłby być bardziej wyraźny. 
Kagan przewidział jednak sytuacje, gdy aktywność katalityczna kompleksu mieszanego jest wyraźnie inna od aktywności kompleksów zawierających dwie cząsteczki tej samej formy. Jeśli kompleks mieszany jest dużo słabszym katalizatorem, na przykład ze względu na wytrącanie lub blokowanie reakcji przez cząsteczki o odwrotnych konfiguracjach, większość efektu katalitycznego biorą na siebie kompleksy czyste. I wtedy te niewielkie nadmiary ilości form katalizatora okazują się mieć gigantyczne znaczenie. Jeśli kompleks LD katalizuje reakcję 10 razy słabiej niż kompleksy czyste, a kompleksu LL jest w reakcji 1% a kompleksu DD 20%, to po zakończeniu reakcji przy całkowitym przereagowaniu większość produktu ma formę L. Niewielki nadmiar jednej formy katalizatora daje bardzo duży nadmiar jednej formy produktu. Jest to tak zwany dodatni efekt nieliniowy.



Jeśli kompleks mieszany jest wyraźnie bardziej aktywny niż kompleksy czyste, sytuacja się odwraca - niewielki nadmiar jednej formy ginie początkowo w tłoku a produkt to niemal czysty racemat. Wzrost ilości jednej formy katalizatora zmniejsza ilość bardziej aktywnej formy mieszanej i stopniowo zwiększa nadmiar jednej formy produktu. Wpływ czystości katalizatora na czystość produktu staje się wyraźny dopiero przy dużej przewadze jednego izomeru. To efekt nieliniowy ujemny.

Wspomniany efekt hiperpozytywny to paradoksalna sytuacja, gdy reakcja prowadzona z użyciem mieszanego katalizatora, zawierające dwa izomery z niewielką przewagą jednej z form, daje produkt o wyższym odsetku jednego izomeru, niż gdy reakcja jest prowadzona z użyciem katalizatora czystego. W eksperymentalnym potwierdzeniu tego efektu, wyjaśniono go w ten sposób, że w roztworze czystego katalizatora kompleks aktywny z jedną cząsteczka (L lub D) katalizatora daje jako produkt jeden izomer, zaś kompleks z dwiema (LL lub DD) daje produkt o przeciwnej konfiguracji. Ilość dimerycznej formy zależy od stężenia katalizatora ale też od jego czystości. W całkowicie czystym katalizatorze w odpowiednio wysokim stężeniu, kompleksu dimerycznego powstaje tyle, że produkt reakcji zbliża się do maceratu. Pogorszenie czystości katalizatora przez dodatek drugiej formy zmienia sytuację. Kompleks aktywny zawierający dwie cząsteczki katalizatora o przeciwnych konfiguracjach (LD) jest słabo rozpuszczalny, wytrąca się i nie bierze udziału w reakcji. Zmniejsza to stężenie czystej formy, której jest nadmiar, a to zmniejsza stężenie kompleksu dimerycznego czystego (DD lub LL). A to z kolei daje bardziej czysty produkt reakcji. 

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8163304/

Autokataliza asymetryczna

Z kolei Soai badał reakcje auto-katalityczne które są asymetryczne. W takiej reakcji katalizator przyspieszający i wywołujący określoną skrętność produktu jest tym właśnie produktem. Reakcja ma tendencję do samorzutnego przyspieszania i poprawy czystości produktów w miarę upływu czasu. Możemy startować z reakcją gdzie do katalizatora dodano mieszaninę produktów L i D, gdzie tego D jest więcej tylko o 5% Z takiej mieszanki powstaje początkowo o 5% więcej produktu D, stopniowo jego ilość wzrasta, wzrasta jego udział w katalizatorze i wzrasta szybkość tworzenia nowych form. Jeśli w kompleksie aktywnym biorą udział dwie i więcej cząsteczki katalizatora, to zachodzą opisane wyżej efekty opisane przez Kagana. Jeśli oba efekty zachodzą w tę samą stronę i wzmacniają skutki nadmiaru jednej z form katalizatora, efekty mogą wyglądać niesamowicie. Zaczynamy reakcję dodając do niej kilka procent mieszaniny produktów, w którym formy D jest tylko 5% więcej niż formy L. Kończymy reakcję mając produkt, w którym formy D jest np. 80%  

Możemy też równie dobrze rozpocząć reakcję dodając do reakcji niewielką ilość katalizatora wymuszającego powstanie jednej formy; ta sama zacznie działać katalitycznie i napędzać powstawanie tylko tej formy. Wtedy ilość katalizatora dodawanego na początku może być naprawdę bardzo mała. Obserwowano też indukcję konfiguracji wskutek samej obecności w roztworze innego związku asymetrycznego.

Zagadka homochiralności życia

Obydwa te efekty są łączone z zagadką asymetrii cząsteczek budujących organizmy żywe na ziemi. Jeśli mamy białko, to jest zbudowane z L-aminokwasów, jeśli cukry to glukoza jest prawie zawsze D-glukozą itd. W DNA i RNA składnikiem są chiralne sacharydy i w każdym żywym organizmie mają tylko jeden izomer. Jeśli życie samorzutnie się zlepiło z pierwotnego oceanu, to reakcje tworzące cząsteczki składowe musiały dawać produkty racemiczne. Nie ma więc powodu, aby jedna konfiguracja wygrywała. Życie powinno opierać się na racematach, lub powinny powstać dwie linie organizmów bazujące na lustrzanych wersjach białek, DNA i tak dalej. Pojawia się więc pytanie czy jakiś proces mógł spowodować, że jedna konfiguracja zaczęła przeważać i związków o danej skrętności mogło powstawać na pierwotnej Ziemi dużo więcej?

 Odkrycia tegorocznych noblistów dają podpowiedź - jakiś proces w kosmosie zaburzył w niewielkim stopniu stosunek izomerow L i D związków organicznych na Ziemi. Nieliniowe procesy katalizy i autokatalizy w reakcjach wytwarzania kolejnych związków organicznych spowodowały powstanie dużego nadmiaru jednej z form. Powstające życie bazowało na tej chemii i dostosowało się do sytuacji, gdy aminokwasy mają konfigurację L a cukry D itd.  Początkowy nadmiar jednej z form mógł być naprawdę drobny i pozornie nieistotny, ale silny dodatki efekt nieliniowy i autokataliza wywindowały ten nadmiar aż do niemal zupełnego dominowania.

Powstały w ten sposób duży nadmiar określonej konfiguracji mógł tak w ogóle przyczynić się do powstania życia. Jeśli jak przypuszczamy życie startowało jako powstałe z losowych kombinacji cząsteczki o zdolności katalizowania reakcji powstawania samych siebie, które mogły być enzymami białkowymi lub enzymami zbudowanymi z RNA, to składanie długiego polimeru z cząsteczek jednego rodzaju dawało bardziej przewidywalny skutek. Przy nie kontrolowanej syntezie białka złożonego z kilkunastu czy kilkudziesięciu aminokwasów, liczba przypadkowych kombinacji dla kolejnych cząsteczek budujących "1L2D3D4L..." Itd. jest ogromna. Nawet gdyby powtarzała się sekwencja aminokwasów to najprawdopodobniej układ konfiguracji dla dwóch różnych cząsteczek byłby zupełnie inny i prowadziłby do enzymu o innej aktywności, czasem jej braku. Startowanie ze środowiska o dużej przewadze aminokwasów L dawało bardziej powtarzalne kombinacje. 

I tak startując z niszowej tematyki badania różnych katalizatorów przy produkcji leków, dotarliśmy do być może rozwiązania jednej z największych zagadek wokół powstania życia.  I dlatego to był bardzo dobry pomysł, aby nagrodzić właśnie ten temat. 

niedziela, 26 lipca 2026

Chemiczne wieści (34)

 Kolejna porcja doniesień chemicznych, które uznałem za ciekawe



Czterotlenki Russela wykryte

   Utlenianie związków organicznych to nie takie hop-siup jak w szkolnych zapisach reakcji, że metan zderza się z cząsteczką tlenu i od razu po strzałce mamy dwutlenek węgla i wodę. Można się tego domyślić już po stechiometrii - z jednej cząsteczki metanu CH4 powstaje jedna cząsteczka dwutlenku węgla CO2 i dwie cząsteczki wody H2O, metan musiał więc doznać reakcji z dwiema cząsteczkami. Te jednak nie reagują na raz obydwoma atomami, więc można rozpatrywać reakcje pękania cząsteczek tlenu i odrywania po kolei po jednym atomie wodoru. Jednak nawet te reakcje pomiędzy pojedynczymi atomami wymagają wymiany elektronów, która najczęściej zachodzi pojedynczo.
   Z prostej sytuacji metanu utleniającego się wewnątrz płomienia, lub też podczas powolnych reakcji w atmosferze bez płomienia, powstaje nam szereg różnych cząsteczek czy jonów, które sumują się wprawdzie do końcowych, ale niekoniecznie po prostej ścieżce. Te alternatywne przebiegi prowadzą niekiedy do produktów nietypowych, wywołując pewne odmiany smogu i różne formy stałych cząstek zanieczyszczających powietrze - stąd potrzeba zbadania co takiego tam zachodzi. 

   W każdej z tych reakcji powstają początkowo wolne rodniki, to jest cząsteczki mające jeden elektron "nie do pary". Zazwyczaj cząsteczki w taki sposób łączą się ze sobą, że wszystkie elektrony są sparowane; ze względu na efekty związane ze spinem, takie układy są trwalsze. Gdy jednak nastąpią reakcje jednoelektronowego utleniania, redukcji czy pęknięcia wiązania na pół, mogą powstać rodniki z jednym elektronem bez drugiego. Taki rodnik jest bardziej reaktywny i ma skłonność tworzyć połączenia z czymkolwiek się da.

 

  Także rodniki, powstające w utlenianiu cząsteczek organicznych, ulegają dalszym przemianom. Najczęściej jest to reakcja z jakąś obojętną cząsteczką, ale często też jest to rekombinacja, w ramach której dwa rodniki łączą się i wzajemnie "wygaszają" przez sparowanie nadmiarowych elektronów. Gdy połączą się dwa rodniki metylowe CH3* powstaje etan CH3-CH3, gdy połączą się dwa rodniki metoksylowe CH3O* powstaje nadtlenek dimetylowy H3COOCH3. Możliwe są egzotyczne reakcje, w wyniku których niedostatecznie natleniony płomień metanu wydziela benzen i wielopierścieniowe związki aromatyczne. Ponieważ z innych badań wynikało, że w tej całej mieszaninie powstają rodniki ponadtlenkowe ROO* to dość oczywistym wnioskiem było uznanie, że wobec tego powinny rekombinować do egzotycznej cząsteczki z łańcuchem czterech tlenów ROOOOR. Taką hipotezę przedstawił G.K. Russel w 1957 zestawiając układ hipotetycznych równań reakcji cząstkowych, w których czterotlenki organiczne stanowiły ważne ogniwo.

  Powstawanie takiej cząsteczki jest jednym z kluczowych etapów wpływających na dalsze przemiany. Ten długi tlenek jest nietrwały i po pewnym czasie rozpada się, najczęściej tracąc obojętną cząsteczkę tlenu. Możliwe inne produkty to rodniki alkoksylowe, cząsteczka alkoholu i aldehydu, oraz cząsteczka nadtlenku organicznego. Obok bezpośredniej rekombinacji rodników RO*  była to w symulacjach   druga główna droga produkująca takie nadtlenki. Ich powstawanie ma wpływ na szybkość dalszych reakcji. 



  Jednak pewne procesy ładnie wyglądają na papierze, ale ciężej jest je udowodnić. Przez kolejne lata szybkie metody badające procesy utleniania wykrywały produkty dalszych przemian, których stężenia, skład izotopowy i kinetyka pasowały do hipotezy z czterotlenkami, jednak wyjściowa cząsteczka pozostawała nieuchwytna. 

  W nowym badaniu współpracowników ze Szwecji i USA zastosowano metodę spektrometrii mas z przeniesieniem protonów. To wszechstronna metoda badawcza, w której badane związki najpierw są przeprowadzane w próżni w opary złożone z pojedynczych cząsteczek, następnie te cząsteczki są jonizowane i przepuszczane przez układ, który bądź polem magnetycznym bądź elektrycznym odsiew z par cząsteczki o określonej masie. Ustawienia układu filtrującego zmieniają się w całym spektrum mas a detektor rejestruje czy i jak dużo zostało wykryte cząsteczek o określonej masie. 

  W układnie przepływowym wytworzony został rodnik metyloperoksydowy, który następnie odparowano i wprowadzono do układu spektrometrii mas. Sposób zastosowanej jonizacji powodował powstawanie adduktów z jonem hydroniowym, dzięki czemu podczas nie następował rozpad badanych cząsteczek. Analiza spektrum mas pokazała charakterystyczne piki odpowiadające różnym możliwym jonom molekularnym. Wśród nich występowały takie o stosunku masy do ładunku 131 i 113, odpowiadające składom C2H6O4(H2O)2H+ i C2H6O4(H2O)H+. Ze względu na łagodne warunki jonizacji wykluczono możliwość, że skład ten wywołuje para jonowa, w ramach której ujemnie i dodatnie naładowane fragmenty nadtlenkowe stykają się ze sobą dzięki oddziaływaniom elektrostatycznym. Brak tych sygnałów, gdy nie były wytwarzane rodniki wykluczał możliwość, że są to dimery jonowe prekursorów. Także użycie związków z izotopem węgla C13 i z deuterem potwierdzały, że obserwowane masy tłumaczy produkt rekombinacji rodników a nie cząstki o innym składzie. 

Z warunków prowadzenia analizy wynika, że czterotlenki są w stanie powstać w temperaturze pokojowej i w zakresie ciśnienia występującego w atmosferze.

* Observing elusive tetroxides in gas-phase radical reactions supports the Russell mechanism  https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeb6495 https://doi.org/10.1126/sciadv.aeb6495

Karben stabilny w wodzie i tajemnice witaminy

   Witamina B1, czyli tiamina, była pierwszym odkrytym niestrukturalnym związkiem niezbędnym dla organizmu, którego brak wywoływał choroby. Niedobór tiaminy powodował chorobę beri-beri, a niezbędność substancji dla życia, wraz z faktem, że chemicznie jest to związek aminowy, spowodowały że ten typ substancji zaczęto nazywać witaminami. 



   Przewlekły niedobór witaminy B1 wywołuje postępujące drętwienie kończyn, zaburzenia pracy serca, obrzęki, kwasicę mleczanową, zaburzenia czucia, słyszenia i widzenia, problemy z pamięcią i koncentracją. Choroba wywołana ubogą, monotonną dietą, składającą się głównie z pozbawionego otrąb białego ryżu, została nazwana Beri-Beri od bengalskiego określenia "nie mogę". W Europie częściej obserwuje się ostre niedobory wywołane przewlekłymi wymiotami, niewłaściwie prowadzoną dializą, ale też niestety w większości przypadków przez alkoholizm. Do niedoborów może się przyczynić jedzenie surowego mięsa ryb, świeżego skrzypu lub paproci. Szybki spadek stężenia tiaminy wywołuje zaburzenia neurologiczne, tak zwaną encefalopatię Wernickiego, której częstym skutkiem jest Objaw Korsakowa, w wyniku którego chory traci zdolność do zapamiętywania wydarzeń i pamięta co mu się działo na najwyżej kilka minut wstecz. Ze względu na brak zdolności uświadomienia sobie swojego stanu, chory nie wie ile minęło czasu od ataku choroby oraz wypełnia sobie luki pamięci zmyślonymi historyjkami. Szybkie podanie wlewów z witaminy może w pewnym stopniu cofnąć zarówno encefalopatię jak i problemy z pamięcią, ale zwykle nie do końca. Powtarzające się ciągi alkoholowe z epizodami encefalopatii prowadzą ostatecznie do degradacji tkanki nerwowej. Nie jest to to samo co delirka po odstawieniu alkoholu, choć często wszystkie te trzy rzeczy występują razem.

   Skoro więc skutki niedoboru są tak drastyczne, to co takiego witamina robi w organizmie? Przede wszystkim łączy się z enzymami metabolicznymi i wspomaga ich pracę. Katalizuje metabolizm kwasu pirogronowego, co stanowi ważny etap procesów wytwarzania energii w komórkach, a także metabolizm aminokwasów rozgałęzionych. Reakcje w których uczestniczy wiążą się z przeniesieniem grup acylowych na koenzym-A i dekarboksylacją. 

   Stwierdzono, że także poza organizmem tiamina katalizuje wiele reakcji między związkami karbonylowymi, takie jak koncensacja acyloinowa. Z analizy produktów wynikało, że tiamina musi tworzyć pośrednie addukty z węglem karbonylowym pod wpływem słabych zasad, co kontrastowało z niekatalizowanymi wersjami wykorzystującymi takie agresywne środki jak metaliczny sód. Powstawało pytanie jaki jest mechanizm tych reakcji i czemu witamina B1 tak silnie aktywowała cząsteczki.  W 1958 Ronald Breslow z Columbia University zaproponował, że reaktywność związku można wyjaśnić zakładając, że etapem pośrednim reakcji jest karben powstający w wyniku usunięcia protonu z węgla pomiędzy azotem i siarką. Wniosek wynikał z zachodzenia podstawienia atomu wodoru deuterem, gdy tiamina była poddana warunkom alkalicznym w ciężkiej wodzie. Samo zachodzenie takiej zmiany i szybkość tego procesu wskazywały na reaktywny etap pośredni.



https://en.wikipedia.org/wiki/Persistent_carbene

   Kiedyś już miałem długi wpis tłumaczący temat "Czy Kaczor Donald odkrył karbeny?" więc teraz wyjaśnię krótko: większość związków organicznych opiera się o węgiel na czwartym stopniu utlenienia, który tworzy cztery wiązania pojedyncze. Czasem tworzy wiązania podwójne i potrójne, ale krotność wiązań sumuje się do 4. Jest to dla niego najtrwalszy stopień utlenienia. Karbeny to związki zawierające atom węgla na stopniu utlenienia 2, który tworzy dwa wiązania, zaś nie wykorzystane elektrony są obecne obok jako niewiążąca para elektronowa.



   Struktura ta jest nietrwała i cząsteczki takie są bardzo reaktywne, łatwo reagują z czymkolwiek innym byle powrócić do stanu z czterema wiązaniami. Większość cząsteczek karbenowych to krótkotrwałe produkty pośrednie, których istnienie można wywnioskować z przebiegu reakcji, nie da się ich wyizolować bo albo z czymś przereagują, albo kondensują same ze sobą. Pomysł Breslowa tłumaczył dobrze produkty powstające z mieszanin witaminy z innymi związkami w warunkach alkalicznych; jednak właśnie ta wysoka reaktywność budziła wątpliwości, czy w warunkach żywego organizmu witamina pozostaje w tej formie wystarczająco długo aby coś faktycznie zrobić. 

  Jednak w latach 60. zaczęto odkrywać karbeny o podwyższonej stabilności, będące pochodnymi imidazolidyny - związku z pięciokątnym pierścieniem, w którym dwa atomy azotu są oddzielone jednym węglem. Atomy wodoru połączone z tym węglem stają się bardzo kwaśne, a reaktywność cząsteczki sugerowała powstawanie karbenów. W dalszych badaniach próbowano podstawić azoty grupami organicznymi różnej wielkości aby hamować reakcje uboczne. Tym sposobem stworzono najpierw karben na tyle długo stabilny w rozpuszczalnikach, że można go było potwierdzić spektroskopowo, potem związek na tyle wolno reagujący sam ze sobą, że dawał się wyizolować do gęstej cieczy, w końcu pojawił się związek, który można było wykrystalizować, i który można było odważać na powietrzu. 


   Odkrycie ogłoszone w tym roku (link) stanowi kolejny etap rozwoju tej linii. Na podstawie widocznego powyżej związku z dużymi grupami amandanylowymi przygotowano związek, w którym atomy azotu podstawione są bardzo dużymi grupami karboranowymi, stanowiącymi klatkowe klastry złożone z jednego atomu węgla i dziewięciu atomów boru. Po całkowitym podstawieniu wszystkich protonów chlorem powstał związek, który w warunkach zasadowych staje się karbenem, który po rozpuszczeniu w wodzie nie reaguje z nią i pozostaje stabilny w roztworze. (nr.7 na ilustracji) I jest to rzeczywiście duże, ciekawe osiągnięcie.



   Media już gdzieniegdzie podchwyciły tezę z abstraktu pracy, że oto dokonano przełomu w sprawie działania witaminy B1, ale dla mnie przełomem jest tylko to, że odkryty karben jest stabilny niemal w nieskończoność w roztworze wodnym, dzięki temu być może pojawi się nowy wygodny odczynnik do reakcji deoksygenacji, co pociągnie za sobą poprawę pewnych syntez. Przy czym związek ten nie ma struktury podobnej do tiaminy, brak w nim siarki. I nie wiem skąd teza, że dopiero teraz wykrycie związku stabilnego w wodzie potwierdza hipotezę Breslowa. Nikt nie twierdził, że karbenowa forma tiaminy jest w organizmie przechowywana w takiej postaci, a tylko, że powstaje jako forma pośrednia, zdolna przetrwać choćby kilkadziesiąt femtosekund w niesprzyjającym środowisku aby zaszła reakcja, którą katalizuje. I akurat wykazanie, że taka forma tiaminy jest w stanie powstać nie jest zupełnie nowe. 

Dwa lata temu opisano kompleks złota z karbenową formą tiaminy, który katalizowal pewną reakcję multikomponentową w wodzie. Skompleksowanie ciężkim metalem to jedna z metod utrwalenia struktur karbenów.

https://pubs.rsc.org/gc/article-abstract/25/5/1920/770336/Thiamine-carbene-liganded-gold-i-chloride?redirectedFrom=fulltext 

Wcześniej był znany karben, którego hydroliza w wodzie następuje stosunkowo powoli, pozwalając na wykrycie i przeprowadzenie reakcji.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0022328X00007658?via%3Dihub

Więc śmiałe twierdzenia autorów publikacji - podchwycone przez media - że oto po latach w końcu potwierdzono starą teorię, są przesadą. Dokonano bardzo ciekawego odkrycia trwałego w wodzie karbenu, jednak dużo wcześniej już udowodniono, że zarówno tiamina może tworzyć formy karbenowe, jak i to, że niektóre takie związki nie reagują z wodą natychmiast. Czyli wszystkie elementy układanki już zostały dawno odkryte, a nowa publikacja niczego od siebie nie dodaje w tej kwestii.  

* Confirmation of Breslow’s hypothesis: A carbene stable in liquid water

  https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr9681 https://doi.org/10.1126/sciadv.adr9681

Zakaz bisfenolu A

Na mocy rozporządzenia Komisji Europejskiej 2024/3190, od 20 lipca w EU nie będą dozwolone opakowania żywności zawierające bisfenol A. Składnik żywic, poliwęglanów oraz plastyfikator w innych tworzywach, jest podejrzewany o negatywny wpływ na płodnośc i hormony. 

Koncern chemiczny BASF w reakcji na to prawo wprowadził do oferty odmianę swoich tworzyw sztucznych nie zawierającą bisfenoli. Na razie chwalą się tym w przypadku politereftalanu butylu. 


piątek, 3 lipca 2026

Kto właściwie odkrył radon?

 Ciekawostka jaką nie tak dawno znalazłem. Maria Curie-Skłodowska i Piotr Curie mogli zostać uznani za odkrywców jeszcze trzeciego pierwiastka, gdyby mieli chwilkę czasu na zbadanie jednej obserwacji. 



Jeszcze w trakcie owocnego 1899 roku, niedługo po zgłoszeniu odkrycia nowych pierwiastków  zauważyli, że próbki związków radu powodują, że powietrze z którym się stykają staje się radioaktywne i utrzymuje tą właściwość jeszcze przez miesiąc. Aktywność przenosiła się przez powietrze na wodę i materiały stałe. Jak opisywał Piotr Curie "Różne przedmioty używane w laboratorium chemicznym szybko stają się radioaktywne i oddziałują na klisze fotograficzne przez czarny papier. Kurz, powietrze w pomieszczeniu i ubrania są radioaktywne. W sali do fizyki powietrze staje się przewodzące (...)W laboratorium, w którym pracujemy problem osiągnął ostry etap i nie możemy już mieć odpowiednio izolowanego aparatu” Nie mieli konkretnego pomysłu na tę obserwację poza uznaniem, że najwyraźniej promieniowanie nadaje właściwość promieniotwórczości naświetlonej materii. [1]

W tym samym roku podobnej obserwacji dokonał Rutherford, któremu coś się nie zgadzało w pomiarach aktywności tlenku toru. Przy jednych pomiarach aktywność była stała przy innych stopniowo rosła i nagle malała po otwarciu fiolki. Jego wnioskiem było uznanie, że następuje wydzielenie radioaktywnego gazu, być może jest to nowy pierwiastek.[2] Został nazwany Emanacją, a później Thoronem od nazwy pierwiastka z którego go wytworzono. 

Szybko obserwacje dotyczące radioaktywnego gazu z próbek radu wykonał Friedrich Erns Dorn, który nazwał ten gaz Radonem, bo wydzielał się z radu. Po nim Debierne wykrył gaz emitowany przez aktyn, i zgodnie z poprzednikami nazwał go aktonem. Początkowo te trzy Emanacje były uważane że różne pierwiastki, ale w końcu Ramsay oczyścił próbki na tyle aby zbadać masę atomową i widmo wzbudzenia i wykazał, że to nowy pierwiastek powstający we wszystkich tych trzech przypadkach.  Zaproponował zatem aby porzucić nazwy nawiązujące do pierwiastków emitującym i nazwał ten wspólny pierwiastek Niton, od łacińskiego sowa oznaczającego świecenie. 

Lata później problemem stało się określenie jaką nazwę uznać i komu dać palmę pierwszeństwa. W latach 20 IUPAC przyjęła zasadę, że pierwiastek otrzymuje nazwę zaproponowaną dla izotopu o najdłuższym czasie półtrwania. Najdłuższy okres półtrwania ma izotop wydzielający się z Radu, Rn-222, który nazwano Radonem. Izotop wydzielany przez Tor, Rn-220  i  izotop wydzielany przez aktyn, Rn-219, mają krótszy czas półrozpadu. Międzynarodowa Unia Chemii uznała za nazwę pierwiastka tę dla radonu z radu opisanego przez Dorna, ale za odkrywcę Rutherforda, bo on pierwszy zaproponował, że obserwacje napromieniowanego powietrza muszą być wynikiem wydzielania lotnego nowego pierwiastka. Co ciekawe, zarówno on jak i Dorn uznawali pierwszeństwo małżeństwa Curie, którzy jako pierwsi opisali, że coś dziwnego dzieje się z powietrzem nad próbką radu, ci jednak nie wysunęli ani hipotezy, że odpowiada za to gaz ani że to nowy pierwiastek. 

Potencjalnie więc, gdyby wyjaśnili swoje obserwacje w inny sposób, zostaliby uznani za odkrywców trzeciego pierwiastka radioaktywnego. 

Ostatecznie ich obserwacje nadania radioaktywności materiałom stykającym się z radem wyjaśniono powstawaniem lotnego radonu, skażeniem przez pył czy problemami z badaniem aktywności w nieskażonym laboratorium. Jednak możliwość ta była nadal badana i ostatecznie ich córka Irene Juliot-Curie otrzymała wraz z mężem Nagrodę Nobla w 1935 roku za wykazanie, że napromieniowanie zwykłej materii promieniowaniem korpuskularnym zamienia znane nieaktywne pierwiastki bądź w radioaktywne nowe izotopy, bądź w radioaktywne nowe pierwiastki. 

---------
[1] https://fr.wikisource.org/wiki/Revue_scientifique_-_La_Radio-activit%C3%A9_de_la_mati%C3%A8re_-_Les_rayons_de_Becquerel 

[2] https://www.chemteam.info/Chem-History/Rutherford-half-life.html

niedziela, 31 maja 2026

Konferencja w Białymstoku

 



 W tym tygodniu odwiedziłem Białystok w ramach konferencji zorganizowanej przez wydział chemii UwB. Prezentowałem tam wyniki badań związanych z wykorzystaniem rozpuszczalników głęboko eutektycznych (DES) do ekstrakcji polifenoli i alkaloidów z surowców roślinnych. Konferencja mi się podobała, a za sprawą długiego dnia było trochę czasu żeby jeszcze zobaczyć miasto. 





piątek, 13 marca 2026

Ostatnio w laboratorium (92.)

  Próbki porowatego materiału MOF, z jonami miedzi II. Różnią się sposobem przetworzenia i choć obie ważą tyle samo, proszek po lewej jest bardziej puszysty. Za MOFy przyznano nagrodę Nobla za rok 2025, ale o tym szerzej w osobnym wpisie. 


Przy okazji

Minęło 15 lat od założenia bloga. 


wtorek, 3 marca 2026

Chemiczne wieści (33.) - Zatrute strzały, halucynogenny napój i nowy akumulator

 Zatrute strzały sprzed 60 tysięcy lat




Analiza śladów związków chemicznych zachowanych na odłamkach skalnych używanych jako groty strzał wykazała, że kultura jaskiniowa w RPA sprzed 60 tysięcy lat używała zatrutych strzał. Na grotach znaleziono ślady takich alkaloidów jak bufanidryna i epi-bufanistryna. Są to charakterystyczne alkaloidy lokalnej rośliny Boophone disticha, której wykorzystywanie do zatruwania strzał i wnyków opisano w badaniach etnograficznych już w naszych czasach. 

Boophone to niska roślina cebulkowa, tworząca okazałe kwiatostany, trochę podobne do ozdobnych czosnków, ale większe. Po przekwitnięciu i zawiązaniu owoców zasychają i odrywają się od łodygi, roznoszone przez wiatr jako biegacz. Silne właściwości toksyczne powodują czasem przypadkowe zatrucia, związane z pomyleniem cebuli z jadalnymi, lub w wyniku spożycia przez zwierzęta wraz z sianem. Te ostatnie przypadki zostały utrwalone w nazwie łacińskiej - boophone to "zabójca bydła". Z drugiej strony roślina ma lokalnie ważne zastosowania medyczne i magiczne

Jedna z głównych toksyn, Bufanina,  działa na organizm antycholinergicznie, podobnie do skopolaminy. W mniejszych dawkach wywołuje pobudzenie, dezorientację, dysocjację, wyraźne halucynację, w za dużej drgawki, utratę przytomności i śmierć. Wyciąg użyty w celu magicznym mógł mieć więc trudne do przewidzenia skutki. Odnotowano przypadek kryminalny, gdy mężczyzna zażył nalewkę z rośliny, będąc przekonanym że pomoże mu to odkryć, kto rzucił na niego urok. Albo roślina sprawiła się niezbyt dobrze, albo klątwa była bardzo dobrze przemyślana przed rzuceniem - podczas ataku halucynacji sądząc, że jest atakowany, sięgnął po pistolet i zastrzelił przypadkową osobę. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/11476161/


  • * Sven Isaksson et al.
  •  
, 
Direct evidence for poison use on microlithic arrowheads in Southern Africa at 60,000 years ago.Sci. Adv.12,eadz3281(2026).DOI:10.1126/sciadv.adz3281

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz3281

Greckie kapłanki mogły bezpiecznie używać sporyszu

Jedną z tajemnic starożytnej Grecji były Misteria Eluzyjskie, obrzęd ściśle związany z grecką religią, w którym chętni, których dopuszczano do tajemnicy, wykonywali pewne czynności, z których część, jak uroczyste procesje, były ogólnie jawne i opisywane w literaturze, zaś inne, odbywające się we wnętrzach świątyń, były objęte klauzulą zachowania tajemnicy. I  przysięga była dobrze utrzymywana bo poza pewnymi ogólnikami i domysłami na podstawie sztuki, nie wiemy za bardzo co konkretnie robiono i deklamowano podczas misteriów i jaki był ich religijny cel. Rytuał generalnie opierał się o mit o Demeter i był w jakiś sposób związany z podtrzymaniem płodności natury, sprowadzeniem udanych zbiorów, być może zapewnieniem dobrego życia. 

Jednym z interesujących elementów rytuału było wypijanie napoju Kykeon ( κυκεών ). Skład był opisywany ogólnikowo jako mieszanina jęczmienia, wina, sera i mięty polej. Skład napoju podawanego w misteriach był kolejną tajemnicą, mógł zawierać jakieś dodatkowe składniki. Ponieważ misteria miały być związane z doświadczeniami mistycznymi pojawiło się przypuszczenie, że napój zawierał jakieś dodatki zmieniające stan świadomości. Sugerowano opium, "szalony miód" z różaneczników, grzyby ale też często sporysz, pasożytniczy grzyb porażający kłosy zbóż. Pojawia się czasem też na jęczmieniu, więc to by pasowało do informacji. 

Sporysz zawiera substancje halucynogenne, głównie erginę i jej pochodne. Jednak zażywanie go jest niebezpieczne, zawiera bowiem także toksyny. Objawy zatrucia sporyszem to między innymi drgawki, spowolnienie bicia serca i silny skurcz obwodowych naczyń krwionośnych, mogący doprowadzić do sinicy, zawałów tkankowych i gangreny kończyn. To zdecydowanie nie są efekty, których by się chciało doświadczać. Z tego też powodu część badaczy wątpi w użycie w napoju tego składnika.

Badacze z Uniwersytetu Ateńskiego postanowili sprawdzić, czy sporysz można poddać prostym i możliwym do wykonania w starożytności procedurom, które obniżą toksyczność wyciągów. Za działanie obkurczające drobne naczynia odpowiadają głównie ergopeptyny, związki z wiązaniem amidowym, które jest podatne na hydrolizę. Odtwarzając możliwą w dawnych czasach procedurę zebrano sporysz żyjący na dzikich trawach w Grecji i gotowano go w ługu z popiołu drzewnego rozpuszczonego w wodzie, testując różny czas gotowania i różną moc ługu. Stwierdzono, że gotowanie przez 2 godziny w ługu o pH 12 jest wystarczające, aby rozłożyć toksyczne związki i pozostawić niezmienioną erginę o łagodnym działaniu psychoaktywnym. 

Zauważmy jednak, że nadal nie ma fizycznego dowodu na użycie sporyszu w misteriach - badanie pokazało jedynie, że jest praktycznie możliwe przetworzenie tego surowca w roztwór o mniejszej toksyczności, który mógłby potencjalnie być użyty jako psychoaktywny enteogen. Teraz tylko wypadałoby tą możliwość jakoś potwierdzić w znaleziskach materialnych. Można wykazać, że z gatunków traw rosnących w Polsce można wyizolować substancję, będącą jednym ze składników czynnych Ayahuasca, ale nic nie wskazuje na to żeby używano tych traw w rytuałach dawnych europejskich religii, sam potencjał wytworzenia czegoś to jeszcze nie dowód na to, że ktoś na to wpadł. 

* Antonopoulos, R.K., Dadiotis, E., Ioannidis, K. et al. Investigating the psychedelic hypothesis of kykeon, the sacred elixir of the Eleusinian Mysteries. Sci Rep (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39568-3 https://www.nature.com/articles/s41598-026-39568-3

Zmarł Mieczysław Mąkosza

14 stycznia w wieku 91 lat zmarł znany polski chemik Mieczysław Mąkosza. Od 1966 roku opublikował kilka prac pokazujących, że pewne reakcje, w których jeden reagent jest rozpuszczalnym w wodzie jonem, a drugi cząsteczką organiczną rozpuszczoną w nie mieszającym się z wodą rozpuszczalniku, gwałtownie przyspieszają po dodatku czwartorzędowych soli amoniowych. W latach 70. po wyjaśnieniu mechanizmu, nazwano ten efekt Katalizą Przeniesienia Fazowego (PTC) i stał się on ważną modyfikacją do wielu procesów. W latach 80. opracował modyfikację reakcji alkilowania nazwaną Zastępczą Substytucją Nukleofilową. Oba te odkrycia znalazły szerokie zastosowania w chemii organicznej i dlatego Mąkosza był wiele razy typowany do Nagrody Nobla. 

Nowe polskie minerały

Wśród opublikowanych, zatwierdzonych przez International Mineralogy Association nowo odkrytych minerałów pojawiły się zgłoszenia z Polski. Ostatni dokument na temat nazwanych minerałów pochodzi z października. 

Nioboiksjolit-(Fe2+) należy do grupy minerałów tlenkowych podobnych do magnetytu. Prototypowy iksjolit był opisywany jako tlenek żelaza i tantalu o stosunku sumy metali do tlenu 1:2. W roku 2024 wykazano, że większość typowych okazów to roztwór stały, którego skrajnymi wersjami są dwa minerały - iksjolit (Fe2+) zawierający tylko żelazo i tantal w stosunku molowym 1/3 i 2/3, oraz iksjolit(Mn+) zawierający mangan i tantal. Analogiczne struktury mogą tworzyć tlenki innych metali o podobnej chemii. Pierwiastkiem o bardzo dużym podobieństwie do tantalu, jest niob, który może tworzyć iksjolity. Dla odmiany minerału z manganem, niobowym analogiem jest odkryty kilka lat temu nioboiksjolit(Mn2+). Z logiki wynika zatem, że powinna istnieć niobowa wersja iksjolitu z żelazem, i właśnie tym oczekiwanym członkiem grupy jest nowy polski minerał. Okazy typowe zebrano z pegmatytu z kamieniołomu niedaleko Jordanowa Śląskiego. Występowanie w tych skałach minerałów niobu, rzadkiego i ważnego w technologii pierwiastka, brzmi bardzo obiecująco. 

Kryzait to skomplikowany fosforan chromu, magnezu i sodu ( Na4(MgCr)(PO4)3 ) odkryty podczas badania ziaren mineralnych w masie meteorytu Morasko, znalezionego na obrzeżach Poznania

Nybergit, to krzemian cyny, skandu i wapnia (Ca4Sc3Sn(Si2O7)(Si2O6OH)3 ), odkryty w kamieniołomie w Szklarskiej Porębie.

Chorążewiczit... Nie jestem pewny czy pasuje do tej listy. Minerał będący wodorowęglano-telluranem ołowiu i żelaza ( Pb2Fe3+(Te6+O6)(HCO3) ) zgłosili badacze z USA podając dwa miejsca występowania w kopalniach też tamże. W krótkim doniesieniu o zarejestrowaniu minerału nie ma informacji na czyją cześć go nazwano, ponieważ jednak osób o takim nazwisku nie jest dużo, podejrzewam, że chodzi o Marka Chorążewicza, znanego z mikrofotografii rzadkich minerałów, które udostępnia na Mindat.com, jest też współautorem kilku doniesień o nowych minerałach. W publikacjach jego nazwisko jest zapisywane Chorazewicz, jednak polski zapis nazwy minerału (nawet z "ą" - nie wiem czy jest inny minerał z tą literką) sugeruje, że taki jest oryginał i facet jest Polakiem mieszkającym w USA. 

* https://www.mindat.org/gallery-27538.html

* https://cnmnc.units.it/files/editor/Publications/ejm-37-921-2025.pdf

Płynny akumulator energii o wyższej wydajności

Idea akumulatorów przepływowych redoks opiera się na podobnym pomyśle co klasyczne akumulatory - podczas ładowania zamieniamy przy pomocy prądu elektrycznego pewne związki w ich formy zredukowane lub utlenione, które następnie mając kontakt z elektrodami reagują w przeciwnym kierunku, wytwarzając prąd. Jednak w klasycznych akumulatorach związki powstające w wyniku przemian mają formę stałego materiału otaczającego anodę lub katodę. W akumulatorach przepływowych zarówno formy zredukowane jak i utlenione są rozpuszczone w roztworze, mogą być przechowywane w osobnych zbiornikach, a odzysk prądu polega na przepuszczeniu ich w ciągłym przepływie przez porowate elektrody.  Energia jest więc magazynowana chemicznie w innym miejscu niż miejsce wytwarzania prądu. Potencjalnie zbiorniki reagentów można transportować i "przelewać energię" z cysterny do cysterny. 

W interesującej publikacji zespól badaczy z Uniwersytetu Montrealskiego w Kanadzie zaprezentował szczególny układ, w którym jedną cząsteczką magazynującą energię jest 4,4'-diazobis-N-metylopirydyna, a drugą znany odczynnik TEMPO, który w jednej z form jest stabilnym rodnikiem organicznym. Układ wytrzymał kilkadziesiąt cykli ładowania i rozładowania ze stratą zmagazynowanej energii średnio 0,02% dziennie w trakcie ciągłej pracy. Związek może pracować jako roztwór wodny, w związku z czym jest niepalny i to powinno załatwiać problemy, które zwykle pojawiają się w przypadku ogniw litowych. W artykule udostępnionym przez uniwersytet pojawia się propozycja użycia nowego układu jako magazynu energii ze źródeł odnawialnych - może być ładowany ogniwem słonecznym lub wiatrowym, i oddawać prąd nocą, w pochmurne i bezwietrzne dni, lub nawet po zgromadzeniu w zbiorniku energii gromadzonej latem, oddawać ją zimą. 

Widzę w tym jednak pewien szkopuł, o którym autorzy nie wspominają - cząsteczka użyta do gromadzenia energii może być toksyczna. Jest bardzo podobna do Parakwatu, starego herbicydu wycofanego z powodu toksyczności, którego toksyczność wynikała w dużej mierze z łatwości utleniania i redukcji. Podczas każdej takiej przemiany cząsteczka generowała wolne rodniki

* https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c03524


sobota, 28 lutego 2026

Kiedyś w laboratorium (91.)

 Zapomniana kolbka z nasyconym roztworem węglanu sodu, z którego wypadły przezroczyste, igiełkowate kryształy 


Kiedyś próbowałem celowo wykrystalizować ten związek i nie bardzo to poszło, tworzyły się skupienia skorupiaste. A tutaj proszę, wystarczyło zapomnieć że się kiedyś zrobiło roztwór. W temperaturze około 20 stopni z nasyconego roztworu wypadł prawdopodobnie dekahydrat Na2CO3·10H2O . Kryształy tego rodzaju są stabilne w kontakcie z nasyconym roztworem oraz w powietrzu nasyconym parą wodną. W powietrzu bardziej suchym kryształy ulegają "zwietrzeniu" rozsypując się na biały proszek monohydratu. 


niedziela, 28 grudnia 2025

Chemiczne Wieści (32.)

Ostatnie w tym roku chemiczne  newsy, które uznałem za na tyle ciekawe, że warte krótkiego omówienia. 

Wyniki programu AI do  przewidywania zachowania białek niezbyt wiarygodne

Problem złożenia białek i oddziaływania cząsteczek z tak utworzoną strukturą, to ważny temat w badaniach podstawowych. Białka są niciami aminokwasów, które nie pływają jako proste nitki, lecz wskutek wewnętrznych oddziaływań skręcają się w różnego typu sprężynki, kłębki i pętelki. Na podstawie znanych podobieństw można przewidywać w pewnym stopniu, że w strukturze białka będzie zawarty pewien znany motyw, ale przewidzenie najbardziej prawdopodobnego kształtu w organizmie to trafienie w jedną z bardzo wielu fizycznie możliwych kombinacji.
Białko skręcone w odpowiedni kształt w organizmie pełni swoją funkcję, czy to enzymu, czy to receptora, czy to elementu strukturalnego. Mutacje powodują zmianę tego kształtu i wpływają na skuteczność działania, z kolei leki łączą się z tymi skręconymi białkami w sposób zależny od dopasowania struktur. Metody obliczeniowe przewidujące jak prawdopodobnie pofałduje się białko o znanej sekwencji zajmują dużo czasu obliczeniowego i wymagają skomplikowanych algorytmów uruchamianych na rdzeniach o dużej mocy obliczeniowej.



Dlatego narzędzia takie jak Alpha Fold, obiecujące, że ich AI nauczyło się na podstawie setek tysięcy przykładów jak działają białka i teraz odgaduje prawidłowy kształt dużo szybciej, zostały bardzo ciepło przyjęte. Rok temu twórcy programu otrzymali Nagrodę Nobla.

Teraz jednak pojawiła się publikacja zawierająca więcej wątpliwości. Czego tak naprawdę nauczyła się AI na wielu przykładach z bazy i czy rzeczywiście rozumie o co chodzi w fizyce oddziaływań? 

Nowe wersje tych programów obiecują uproszczenie ważnego problemu dokowania ligandów, czyli sposobu i siły wiązania drobnych cząsteczek z białkiem. Jakie to ma znaczenie? - Oddziaływanie białka z substancją to podstawa do wyszukiwania leków, bo lek powinien ostatecznie zadziałać na jakiś enzym czy receptor i wywołać skutek. Bardzo dokładne modelowania tego typu wymagają obliczeń na superkomputerach. Obecnie na najważniejszych klastrach obliczeniowych biochemicy liczący struktury i dynamikę długich białek walczą o czas obliczeniowy z fizykami symulującymi supergromady galaktyk. Programy takie jak Alpha Fold czy Rosetta Fold miały robić to samo prościej w oparciu o podobieństwa strukturalne i ogólną logikę i albo dawać mniej precyzyjne ale wystarczające do szybkiego przeglądu dane, albo przygotować dane wstępne do symulacji, co skraca czas obliczeniowy.

Profesor Marcus Lill z University of Basel zajmuje się podobną tematyką i skuteczne narzędzie tego rodzaju byłoby bardzo pomocne, jednak gdy przeglądał udostępnione przez producenta informacje o skuteczności przewidywania struktur zaczął nabierać wątpliwości. Obliczenia miały dawać podejrzanie wysokie statystyki odtworzenia znanych już struktur, jak na program opierający się na ilości przykładów do nauki dużo mniejszej niż wcześniejsze bazy struktur białek generalnie. Można było oczekiwać, że dokładność modelowania będzie mniejsza. 

Aby przetestować fizykę modelów zadał im do rozwiązania problem dokowania ligandów do białka dzikiego, białka zmodyfikowanego tak aby miejsce wiążące działało słabiej i  białka zmienionego tak bardzo ze miejsce wiążące przestało być wiążące. Ogólny kształt białka był podobny ale kluczowy rejon, z którym lek tworzył powiązanie miał na przykład aminokwasy zastąpione odpowiednikami o przeciwnej jonizacji. Mimo to program tworzył bardzo podobne rozwiązania, nie zauważając, że w zmodyfikowanej wersji białka coś jest nie halo. Podobnie modyfikacja cząsteczki ligandu nie wiele zmieniały - cząsteczka o podobnym kształcie ale nie zawierająca grup wiążących nadal dokowała się do białka tak jak prawdziwy ligand. Programowi nie przeszkadzały oczywiste konflikty geometryczne, np. umieszczał cząsteczkę w miejscu białka, gdzie w dzikiej wersji była kieszeń o odpowiedniej wielkości, a w zmienionej wersji tej kieszeni właściwie nie było.


Wniosek był więc taki, że programy nauczyły się ogólnych zasad geometrycznego ułożenia ligandów obok białek, tak na prawdę nie rozumiejąc o co chodzi w fizyce i chemii oddziaływań i dlatego nie zauważają, ze ich rozwiązania są niemożliwe fizycznie. 

https://phys.org/news/2025-10-ai-drug-physics-1.html

Kwas ortowęglowy jednak istnieje 

Kwas ortowęglowy to ostatni kawałek w układance możliwych przemian utlenionych związków węgla, a jego istnienie było przewidywane od tak dawna, że chemicy odetchnęli z ulgą, gdy w końcu udało się potwierdzić jego istnienie. Można przedstawić pewien ciąg coraz bardziej utlenionych pochodnych metanu - metanol z jedną grupą OH, metanodiol, nazywany też hydratem formaldehydu, z dwiema grupami OH. Znane są pochodne estrowe kwasu ortomrówkowego z trzema grupami OH i kwasu ortowęglowego z czterema - jednak wolne kwasy tych estrów nie były przez długi czas możliwe do wykrycia i zastanawiano się, czy takie połączenie będzie w ogóle możliwe.



Wolny kwas ortomrówkowy wyizolowano w roku 2024 przez napromieniowanie zamrożonej mieszaniny metanolu i tlenu i odparowanie produktów, dlatego kwas ortowęglowy wydawał się w zasięgu. Teoretycznie powinien powstawać w wyniku hydratacji kwasu węglowego, ten zaś daje się izolować w stanie czystym. Jednak kwas węglowy w kontakcie z wodą preferencyjnie ulega rozpadowi na wodorowęglan, a także kwas ortowęglowy powinien być wrażliwy na reakcje z wodą i na reakcje sam ze sobą. W utworzeniu związku przeszkadza też napięcie steryczne wprowadzane przez osiem niewiążących par elektronowych wszystkich tlenów, które silnie się odpychają, mając tendencję do odchodzenia jako rodniki hydroksylowe, dlatego pojawiały się wątpliwości czy związek z czterema wiązaniami węgiel-hydroksyl istnieje, czy może stanowi kompleks rodników.

Grupa badawcza z USA i Chin wykonała jednak symulacje, z których wynikało, że w niskich temperaturach w fazie gazowej cząsteczka ortowęglanu powinna posiadać barierę energetyczną umożliwiającą utrzymanie się cząsteczki. Warunki musiały stanowić w zasadzie wysoką próżnię aby ograniczyć kontakt z czymkolwiek z czym kwas mógłby wejść w reakcje. Obliczono teoretyczne energie jonizacji, które okazały się różne od energii jonizacji kwasu węglowego i ortomrówkowego, i wiedząc to wszystko zaprojektowano eksperyment.

Mieszanina lodu wodnego i stałego dwutlenku węgla została umieszczona w wysokiej próżni i naświetlana elektronami. Wybite z powierzchni cząsteczki tworzyły parę, którą naświetlano światłem o częstotliwościach odpowiadających wyliczonym energiom jonizacji. Spektroskopia czasu przelotu pokazała pojawienie się jonów, które nie pojawiały się bez zastosowania tego światła, zatem powstały wskutek fotojonizacji cząstek w fazie gazowej. Użycie znakowanego węglem C-13 dwutlenku i deuterowanego lodu pokazało, że masy rejestrowanych jonów zmieniły się zgodnie z przewidywaniami ilości węgla i wodoru. Ostatecznie potwierdziło to, że jonizującą się cząsteczką w fazie gazowej musiał był kwas C(OH)4, a zatem cząsteczka taka tworzy się. 

Kwas ortowęglowy był przewidywany jako istotny związek pośredni w chemii węgla, tlenu i wodoru w kosmosie, a jego istnienie jako etapu pośredniego umożliwia zajście pewnych reakcji prowadzących do skomplikowanych związków organicznych - w tym tych stanowiących cegiełki budulcowe potencjalnego życia. Wykrycie jaka jest energia rozpadu, ile energii jest potrzebne do jego utworzenia i jaki jest czas półtrwania, pozwala doprecyzować obliczenia ilościowe zagęszczenia dalszych produktów reakcji w mgławicach. 


https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c02637

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12260057/ 

Największa cząsteczka aromatyczna wykryta w kosmosie

Koronen to wielopierścieniowy węglowodór aromatyczny (WWA) o szczególnej, regularnej budowie. W zasadzie jest to struktura utworzona przez sześciokątny pierścień benzenowy otoczony sześcioma takimi pierścieniami. Ze względu na symetrię i silnie wyrażone właściwości aromatyczne, jest jednym z częstych produktów reakcji zwęglania, częściowego spalania czy kondensacji par węgla w próżni. 

Koronen

Ponieważ podejrzewa się, że WWA stanowią znaczną część wolnego węgla we wszechświecie, poszukiwane są cząsteczki dające na tyle charakterystyczne sygnały, żeby można było je wykryć i na tej podstawie oszacować ile węgla ogółem jest w danym miejscu kosmosu. W nowym doniesieniu badaczy z Green Bank Observatory informują oni, że wytypowali jako możliwą taką cząsteczkę 1-koronenonitryl, to jest koronen z jedną grupą cyjankową. Jony lub rodniki CN stanowią częsty składnik obłoków molekularnych zawierających wegiel i azot i mogą podstawiać inne cząsteczki. Powstałe tak nitryle powinny wykazywać charakterystyczne sygnały w widmie światła przechodzącego przez obłok, inne niż sygnały związków wyjściowych.

Aby to zweryfikować chemicy zsyntezowali nie opisany wcześniej związek i poddali go warunkom podobnym do próżni kosmicznej aby zbadać jak oddziałuje ze światłem. Następnie poszukali wykrytych cech widma w świetle nadbiegającym z obłoku. Twierdzą , że dzięki trafianiu tych sygnałów w mało zaszumione rejony częstotliwości światła, mogą potwierdzić wykrycie związku ze stopniem pewności 17 sigma, czyli naprawdę bardzo dużym. Czy twierdzenie to wytrzyma próbę krytyki zobaczymy później, niedawne doniesienie o wykryciu "sygnatury życia" w atmosferze obcej planety jest podważane właśnie ze względu na statystyki prawdopodobieństwa identyfikacji. 

https://greenbankobservatory.org/front-page-news/cosmic-chemistry-breakthrough-largest-aromatic-molecule-found-in-deep-space/ 

Używanie śrutu ołowiowego zostawia mikrocząstki w dziczyźnie

Mimo stopniowej akcji wycofywania ołowiu z pocisków używanych przez myśliwych, nadal nie wszyscy się przestawili, a pozyskane w ten sposób mięso pojawia się na rynku. Ryzyko zdrowotne połknięcia śrucin jest znane od dawna i notowano zatrucia ołowiem od połknięcia nawet jednej w swojskiej dziczyźnie. Aby zmniejszyć to ryzyko przepatruje się tuszę i wycina kawałki z uszkodzeniami, niektóre zakłady przetwórstwa prześwietlają mięso. Może to być jednak za mało dokładne. Jak pokazały wcześniejsze analizy z użyciem żelatyny balistycznej, mimo stosunkowo małej twardości kulka ołowiana wbijająca się w materiał tworzy rozpryski, które mogą rozchodzić się także na boki. Nowa analiza z użyciem promieniowania synchrotronowego, umożliwiająca zbadanie mięsa z ultra wysoką rozdzielczością pokazuje jednak, że cząstki ołowiu mogą być tak drobne, że możliwe do przeoczenia standardowym sprzętem.

W fragmencie piersi jelenia postrzelonego kulą ołowianą, przy pomocy medycznego rentgenu możliwe było znalezienie kilkunastu fragmentów. Synchrotron ukazał w mięsie 1800 fragmentów, z czego 1600 o średnicy poniżej 150 mikrometrów. W piersi pardwy pobranej z polowania, sześć śrucin przeszło przez mięsień na wylot a rentgen medyczny nie pokazał odłamków. Synchrotron pokazał 160 rozsianych wokół kanałów postrzałowych odłamków oddalonych o pół centymetra od postrzału. 

https://www.nature.com/articles/s41598-025-20285-2

Prawdziwy kolor błękitnego gazu

Większość znanych gazów jest bezbarwna lub lekko żółtawa a odcień staje się zauważalny w grubej warstwie lub po skropleniu. Gazów mających wyraźny kolor jest nie tak wiele - żóltozielony chlor, brązowy brom, pomarańczowy tlenek azotu, fioletowe pary jodu. Jednym z tych wyjątków jest też bardzo reaktywny i rzadko do czegoś wykorzystywany trifluoronitrozometan, gdzie niebieski kolor nadaje mu grupa nitrozowa. Trzy fluory przy węglu skutkują niskimi oddziaływaniami międzycząsteczkowymi, dzięki czemu związek o niskiej masie cząsteczkowej wrze w warunkach kriogenicznych (wyjściowy nitrozometan i analog trichlorowy są w warunkach normalnych cieczą).  

Anglojęzyczna Wikipedia obrazowała kolor gazu zdjęciem kolby w uderzająco granatowym kolorze. Jednak chemik i youtuber z kanału Advanced Thinkering szukający informacji o tym gazie, podczas sprawdzania danych zdjęcia na wiki odkrył z rozczarowaniem, że zdjęcie to tak na prawde wizualizacja, otrzymana przez zmianę koloru na zdjęciu kolby z chlorem. Nie znalazł też w żadnej publikacji innego zdjęcia tego gazu, co oznaczało, że poza pamięcią nielicznych badaczy nikt nie może powiedzieć jaki właściwie ma on kolor. 

Dlatego postanowił go zsyntezować a otrzymaną próbkę sfootografować i udostępnić na Wikipedii na wolnej licencji. Polecam filmy na ten temat, bo jest tam pokazany kawałek niezłej pracy laboratoryjnej.



I nowszy:



poniedziałek, 1 grudnia 2025

"Struktura DNA" - Co takiego namalował Dali?

   


  Na ten ciekawy przypadek natrafiłem przeglądając artykuły o twórczości Salvadora Dalego, jednego z moich ulubionych malarzy. Najszerzej znane jego dzieła, jak "Płonąca żyrafa" czy "Trwałość pamięci" pochodzą z początkowych lat kariery. Miał tę karierę jednak bardzo długą i w ostatnich dwóch dekadach zaczął tworzyć kolażowe zestawienia obiektów z różnych obiektów, czerpiąc inspirację z komercyjnych produktów, zdjęć, filmów. A także z wynalazków i osiągnięć nauki. Dali interesował się odkryciami naukowymi, korespondował z naukowcami i prenumerował czasopisma. Tematy związane z odkryciami i wynalazkami pojawiały się w obrazach z lat 70 i później, aż do końca jego życia, w tym też tematyka związana z odkryciami biologii i chemii [1]. Wśród tematów jakie szczególnie często go zastanawiały była fizyka jądrowa, nowoczesna matematyka i odkrycia biologii. Żywo zareagował na doniesienia o odkryciu struktury DNA, której regularna, helikalna symetria wyglądała fascynująco, mistycznie. Już w 1957 umieścił schemat podwójnej helisy na obrazie "Krajobraz motyli". Malarz miał zresztą okazję poznać Watsona, jednego z badaczy proponujących model DNA, więc temat nie był mu obcy. [2]


  Artykuły omawiające naukowe inspiracje artysty często jednym tchem wymieniają ten obraz wraz z późnym dziełem "Structure of DNA", będącym parą obrazów stereoskopowych, które według wielu opisów mają przedstawiać zgodnie z tytułem strukturę DNA. Poszukałem tych obrazów i dobrze się im przyjrzałem. Cóż, można wybaczyć krytykom sztuki, że wzięli tytuł za dobrą monetę, ale mnie jako chemikowi trudno nie zauważyć, że struktura na obrazach w niczym nie przypomina DNA.



  Para obrazów z 1975 roku zatytułowana "Structure of DNA" była stworzona z myślą o oglądaniu stereoskopowym. Należy spojrzeć na oba na raz tak, że jedno oko patrzy na jeden a drugie na drugi i oba nakładają się na siebie w przestrzeni. Można to osiągnąć patrząc przez odpowiednie okulary zakrzywiające obraz, oglądając zdjęcia w stereoskopie lub fotoplastikonie, ale zdecydowanie najczęściej ogląda się takie obrazy robiąc lekkiego zeza, tak aby półprzezroczysty obraz z jednej strony nałożył się na drugi, tworząc sumę, która jest odbierana jak obiekt 3D. 

  Tak więc przy odpowiednim spojrzeniu zaczniemy dostrzegać namalowane obiekty przestrzennie i zobaczymy, że najbliżej znajduje się czarna cząsteczka na dole, która jest skierowana ku nam trójdzielną grupą. W kolejnej warstwie są dwie, równoległe fioletowe (po lewej) lub żółte (po prawej), a nad nimi jedna biała/żółta. Jeden z atomów czarnej cząsteczki zostaje częściowo przesłonięty atomem jednej z fioletowej/żółtej, z kolei jeden z atomów górnej cząsteczki częściowo przesłania pierścień cząsteczki pod nim. Wszystko to tworzy ciekawą kompozycję przestrzenną. Tylko, że to nie ma za bardzo związku z DNA.

  Przekonanie, że te obrazy przedstawiają DNA zgodnie z ich tytułem jest chyba dość powszechne - pojawia się w krótkim liście zamieszczonym w publicystycznej części czasopisma The Nature z 2003 roku. [3] Jan Domaradzki w artykule z 2015 roku omawia przykłady biologicznych inspiracji Dalego i wymienia tam te obrazy, opisując je jako przedstawiające różnokolorową podwójną helisę.[4] No ciekawe gdzie on tam widzi helisy?  

  Na co właściwie patrzymy na obrazach? Są to modele cząsteczek związku chemicznego, a konkretnie są to cztery oddzielne cząsteczki, nie tworzące żadnej helisy, przedstawione na tle szkieletu sześcianu. Atomy mają zdeformowany kształt mniej lub bardziej wydłużonego jajka. Oznacza to, że jest to model wykorzystujący elipsoidy termiczne. 
Cząsteczka kompleksu samaru z pracy:
Inorganic Chemistry 2003 42 (21), 6682-6690


  Atomy w strukturze cząsteczki w krysztale ulegają drganiom termicznym, wpływa to na rozmycie przestrzenne sygnałów rejestrowanych metodami krystalografii. Można z tego rozmycia wydobyć informacje o tym jak bardzo atom drga w trzech prostopadłych kierunkach przestrzeni. Graficznym przedstawieniem tego zakresu drgań jest obła bryła będąca elipsoidą obrotową, a więc bryłą której przekrój jest eliptyczny wzdłuż, w poprzek i na płask. Kształt ten jest w różnych stylach rysowania podkreślany prostopadłymi liniami, lub wcięciem. Im mocniej drga atom w strukturze cząsteczki, tym bardziej wydłużona jest jego elipsoida. Atom wykonujący wiele złożonych drgań w trzech kierunkach przestrzeni jest w takim ujęciu większy od atomu bardziej statycznego. 

Przedstawianie struktur krystalicznych jako pary obrazów stereoskopowych jest znane od dawna - pomagało zrozumieć innym badaczom szczegóły struktury. Zanim jeszcze pojawiły się elektroniczne wydania czasopism naukowych, w których można umieścić plik filmowy z obracającym się modelem lub plik do programu wizualizującego, gdzie możliwe jest obracanie sobie struktury jak się chce, trójwymiarowe modele cząsteczek i wzajemnych powiązań mogły być drukowane w taki sposób, i czasem nadal są. Było więc na czym się wzorować a Dali mógł strukturę przerysować z czasopisma lub poprosić naukowca o wykonanie jakiejś dla przykładu. 



Struktura z publikacji Beck J. et al. Zeitschrift für Naturforschung B, vol. 61, no. 2, 2006, pp. 123-132. https://doi.org/10.1515/znb-2006-0202



  Przedstawione cząsteczki nie przypominają żadnej ze składowych cząsteczki DNA, nie mogą stanowić jakiegoś bliskiego fragmentu tej struktury i jestem bardzo zdziwiony, że przez tyle lat nikt nie zwrócił na to uwagi.  Czym mogą być te cząsteczki? Nie są narysowane całkiem poprawnie, co wyjaśnię później, ale ogólne pierwsze wrażenie jest takie, że to mogło być wzorowane na rysunkach struktury krystalicznej para-ksylenu. 

  Pierścień w cząsteczkach ma sześciokątny kształt i jest płaski, co pasuje do aromatycznego pierścienia w p-ksylenie, jeśli w rysunku pominięto wodory przy pierścieniu. Pochodne cykloheksanu byłyby bardziej wygięte. Natomiast wygląd dwóch grup odstających od pierścienia pasuje do grup metylowych z pokazanymi pozycjami trzech wodorów. Dużo większe i wydłużone poprzecznie do dłuższej osi cząsteczki elipsoidy termiczne protonów to częsta cecha tych właśnie grup. To, że Dali mógł się wzorować na rysunkach tej właśnie  struktury nie jest niemożliwe, bo w jego czasach już taką ją opisano. Tylko może być ciężko to dowieść. 
  Pierwsza publikacja na temat struktury krystalicznej p-ksylenu pochodzi jeszcze z 1960 roku (Indian J. Phys.(1960), 34, 263-271 ), ale w 1986 ukazała się nowa analiza, wykazująca między innymi, że dane podane w tamtej starej publikacji są niepoprawne. Biorąc jednak pod uwagę czas wykonania obrazów, musiały opierać się na rysunkach struktury z tej starszej publikacji. [5] 
W nowszych publikacjach można znaleźć rysunki takiej struktury i sposób w jaki cząsteczki układają się w przestrzeni (na jodełkę) rzeczywiście bardzo przypomina strukturę Dalego. Jest to typowy układ dla prostych pochodnych benzenu wynikający z efektów magnetycznych pierścienia aromatycznego.
Crystal Growth & Design 2022, 22, 6, 3862-3869



  Z tym rozwiązaniem jest jednak ten problem, że Dali najwyraźniej przenosił rysunki struktury na obraz niedokładnie i ostateczny wynik zawiera dużo błędów. Najważniejsza kwestia jest taka, że pomimo sześciokątnego  kształtu pierścieni, te na obrazach składają się z ośmiu a nie sześciu atomów. Jednak pierścienie cząsteczek organicznych złożone z ośmiu atomów nie mogą być płaskie - cyklooktan układa się w przestrzeni w kształt łódeczki, jego annulen cyklooktatetraen jest antyaromatyczny i także wygina się przestrzennie. 
   Można by to zwalić na licencję artystyczną, ale mi to wygląda na błąd przerysowania lub na celowe zepsucie cząsteczki dla gęstszego układu. Niektóre inne zmiany mają uzasadnienie i są zamierzone - brak atomów wodoru przy pierścieniach zmniejsza nakładanie cząsteczek i poprawia rozróżnianie atomów. Dolna grupa metylowa górnej cząsteczki ma zaznaczony tylko jeden wodór, ten bliżej nas (biały owal na niebieskiej wersji), pozostałe zasłaniałyby cząsteczkę z tyłu. Jednak wycinanie nadmiarowych atomów nie do końca się powiodło, i tak na niebieskiej wersji grupa metylowa fioletowej cząsteczki po lewej ma towarzyszące jej cztery atomy zamiast trzech. Nadmiarowa elipsoida jest bliżej nas niż cząsteczka. Widać to dobrze porównując cząsteczkę lewą z prawą lub sprawdzając wygląd na wersji brązowej, gdzie tego dodatkowego atomu nie ma. Skąd się tam wziął? Z grupy metylowej górnej cząsteczki. 

  Na prawej, brązowej wersji obrazu widać dobrze, że grupa ta ma tam zaznaczony tylko jeden wodór, bliżej obserwatora. Na niebieskiej wersji zapewne też tak miało być, ale podczas uzupełniania wstępnego szkicu położenia cząsteczek doszło do błędu, i elipsoida atomu wodoru, który w drugiej wersji pominięto aby nie zasłaniał, w tej wersji została przypisana lewej cząsteczce i pokolorowana na fioletowo. Widać tą tożsamość gdy nałoży się na to miejsce będącą w tym samym położeniu grupę metylową czarnej cząsteczki poniżej.


Czemu więc po skrupulatnym oddaniu na płótnie struktury krystalicznej jakiegoś prostego związku organicznego, Dali zatytułował obrazy "Struktura DNA"? Możliwe, że takie było jego początkowe założenie, że namaluje naukową strukturę tego związku, ale okazała się zbyt skomplikowana więc wziął coś innego. A może uznał, że taki tytuł będzie brzmiał lepiej niż "Struktura kryształu niepoprawnie narysowanego para-ksylenu"?

Można gdybać. 
-------

[1] https://www.elespanol.com/ciencia/20180331/dali-genio-pintura-dejo-boquiabierto-severo-ochoa/295221428_0.html
[2] https://xn--archivoespaoldearte-53b.revistas.csic.es/index.php/aea/article/view/968/1001 
[3] https://www.researchgate.net/publication/10690668_Dali_and_the_double_helix
[4] https://www.researchgate.net/publication/290142479_DNA_jako_kod_kulturowy
[5] https://journals.iucr.org/paper?S0108768186097847