Nếu ngành công nghiệp điện ảnh sụp đổ và phải lựa chọn một phim chết tiệt nào đó để xem đi xem lại thì Breaking Bad chắc chắn phải là một trong những cái tên hàng đầu - trừ giết người hay những công việc trái đạo đức, tôi chắc chắn sẽ làm mọi thứ để điều đó xảy ra. Có lẽ đây là một trong số rất hiếm - rất hiếm những tác phẩm khiến tôi phải suy nghĩ rất nhiều, ám ảnh rất nhiều và yêu quý rất nhiều. Thậm chí sau khi bộ phim kết thúc, tôi gần như chết lặng trong vài phút. Quả là ngoài sức tưởng tượng với một trong những thứ hoàn hảo hiếm hoi mà các series phim truyền hình Mỹ đã mang đến.
Tôi rất yêu Breaking Bad và tôi cũng yêu hóa học. Chết tiệt thay, hóa học xuất hiện khắp mọi nơi trong Breaking Bad, ngay từ khúc intro mở đầu cho đến nội dung phim. Ngoài việc xây dựng kịch bản một cách hoàn hảo dưới góc độ điện ảnh, các nhà làm phim chắc chắn đã mất rất nhiều thời gian để lồng ghép một cách khoa học và hợp lý đến không tưởng các yêu tố hóa học vào trong bộ phim.
Làm sao mọi thứ hoàn hảo lại có thể xảy ra?
Phần 1: White, ông là một nghệ sĩ chết tiệt!
Khi Walt lần đầu tiên nấu đá trong phim Breaking Bad, Jesse đã ví Walt như là một “nghệ sĩ chết tiệt”. Dường như từng đó chưa đủ, để miêu tả lại quá trình tổng hợp tinh thể methamphetamine, Jesse một lần nữa nhắc lại: “đây là nghệ thuật, thầy White”. Thật không có gì đỉnh cao hơn.
1. Khoa học và nghệ thuật
Lời nói của Jesse được cất lên từ miệng của một diễn viên chuyên nghiệp, và được viết bởi một vài tay kịch bản gia nào đó rất chuyên nghiệp. Tuy nhiên, đó không hẳn là một lời thoại vô nghĩa - hay đỉnh cao như tôi đã nói. Mà đó chính là những âm thanh đến từ quá khứ, là hiện thân của cả một công trình nghiên cứu từng được Arne Freda xây dựng nên.
Trong bài phát biểu khi trao giải thưởng Nobel hóa học năm 1965 cho Robert Burns Woodward (một trong những nhà hóa học có ảnh hưởng nhất của lịch sử ngành tổng hợp hóa học hữu cơ), Freda nói rằng:
Thế đấy, giống như phụ nữ và và thuốc lá, khoa học và nghệ thuật là hai phạm trù vô cùng phức tạp, đang ngày đêm tàn phá sức khỏe của cả nhân loại.
Jesse yêu quý và Freda đã làm nổi bật sự phức tạp của quá trình tổng hợp các phân tử hữu cơ phức tạp - trong đó hàm lượng nghệ thuật chắc chắn cũng nhiều không kém so với hàm lượng khoa học.
Lịch sử của ngành tổng hợp hữu cơ chứng kiến sự xuất hiện những cá nhân, mà lời giải cho các bài toán mà họ đưa ra là không thể tưởng tượng được trong thời điểm đó. Những vấn đề xuất hiện trong việc tổng hợp phân tử hiếm khi được giải quyết một cách đơn giản. Thay vào đó, các nhà khoa học phải làm việc dưới góc độ của nghệ thuật - nơi mà tính sáng tạo sẽ quyết định tất cả. Công việc này đôi khi cũng giống như chơi cờ vua (hoặc cờ tướng nếu thích!), ngoài việc tính toán kỹ lưỡng và logic thì người chơi đôi khi phải táo bạo để đột phá.
Bạn đã chơi cờ 1 mình khi nào chưa?
2. Sự phức tạp của tổng hợp hữu cơ
Trở lại với bộ phim - mà tôi đã lỡ lời nói là chết tiệt ở trên. Có một điều kỳ lạ là Walt hoàn toàn bác bỏ những lời khen ngợi của Jesse (và của các nhà khoa học), ông chỉ mô tả lại công việc của mình như là một phương pháp “hóa học cơ bản nhất”.
Có lẽ nào những gì tôi viết ở trên, những gì mà tôi đã phức tạp hóa ở trên đều là sáo rỗng?
Trong thực tế, nhân vật Walt được xây dựng như là một hóa học gia lỗi lạc - nhưng lại sớm về vườn. Có lẽ, với tư cách đó, Walt chỉ xem việc tổng hợp methamphetamine (đá) chỉ là một công việc nhỏ bé trong thế giới tổng hợp hữu cơ.
Thực ra, nếu bắt đầu từ pseudoephedrine (PSE - một chất gây nghiện thường có trong thuốc Tây) hoặc ephedrine, methamphetamine có thể chỉ được tổng hợp thông qua 2 bước:
Cái từ 2 bước ở góc độ hóa học tất nhiên không phải là 2 bước chân, mà đó đơn giải là số lượng phản ứng hóa học hoặc các thao tác cần thiết để tạo ra phân tử nào đó. Giả sử bạn sử dụng các hóa chất đơn giản và rẻ mạt ở chợ Kim Biên để về pha thành nước rửa chén - thì đây có thể được xem như là một quá trình tổng hợp hóa học.
Khó khăn trong quá trình tổng hợp thường được gây ra bởi nhiều yếu tố. Trong đó, một trong những thứ đáng ngại nhất được gọi là stereocentre hay stereocenter. Về cơ bản, các phân tử hữu cơ có thể tồi tại dưới các hình thức khá nhau (đồng phân) với cùng một cấu trúc hóa học và loại kết nối, tuy nhiên lại khác nhau về cách sắp xếp phân tử ở mặt không gian hình học. Các hình thức tồn tại khác nhau ở trường hợp này thường được gọi là các chất đồng phân lập thể.
Đối với các nhà hóa học, số lượng đồng phân lập thể có thể được tính toán một cách dễ dàng. Cụ thể, tổng số đồng phân lập thể sẽ bằng 2^n, trong đó n là số lượng stereocentre. Trong trường hợp methamphetamine, hợp chất này chỉ có 1 stereocentre, do dó số đồng phân lập thể sẽ là 2^1 = 2.
Nếu so sánh với hợp chất palytoxin - thứ đã từng được xem như là “ĐỈNH EVEREST” của ngành tổng hợp hữu cơ thì con số vô cùng đáng sợ, lên tới 2^71 đồng phân lập thể - hay tương đương với 2 sextillion lập thể, trong đó 1 sextillion = 1.000 luỹ thừa bảy.
Nếu bạn đủ kiên nhẫn để tính toán, con số đồng phân lập thể của palytoxin không phải là một triệu hay là một tỷ. Mà chắc chắn cũng không phải là một nghìn tỷ hay một quintillion (10^30).
Bạn vẫn chưa thôi tò mò ư? Vậy thì con số 2 sextillion sẽ tương đương với số 2 đứng đầu và theo sau là 21 con số 0.
Trong trường hợp bạn không biết con số này lớn đến nhường nào thì đây: số lượng hạt cát trên các bãi biển của thế giới được ƯỚC TÍNH là chỉ 7,5 quintillion - hoặc 75 với 17 số 0 phía sau.
Tổng hợp hữu cơ chính là tìm 1 hạt cát trong vô vàn những hạt cát.
Năm 1994, palytoxin cuối cùng cũng được tổng hợp bởi nhóm các nhà khoa học có tên là Yoshito Kishi. Quá trình tổng hợp họ đã mất khoảng 39 bước để xây dựng nên mỗi trong số 6 block, và tổng số bước của cả quá trình lên tới 140. Nói cách khác, nhóm nhà khoa học này đã tìm cách tổng hợp 1 đồng phân lập thể trong 2 sextillion đồng phân lập thể của palytoxin. Công việc tạo ra một phân tử có cấu trúc nhất định như thế giống như việc thiết kế một trong những kiến trúc vĩ đại nhất trên thế giới hiện nay.
3. Ví dụ vui
Có điều thú vị là bộ phim Breaking Bad không hề tiết lộ loại hóa chất dùng để hóa trị cho Walt trong quá trình điều trị chứng ung thư phổi. Tuy nhiên, hợp lý nhất là thuốc Taxol (paclitaxel) đã được các bác sĩ sử dụng.
Taxol được tổng hợp một cách độc lập bởi 2 nhóm nghiên cứu Hoton và Nicoloau vào năm 1994 - trùng với năm mà palytoxin được tổng hợp. Trong đó, nhóm Nicoloau sử dụng nguyên liệu đầu vào đơn giản hơn và chỉ phải thực hiện tổng cộng 51 bước.
Hiện tại, vẫn có nhiều thách thức chưa được giải quyết trong lĩnh vực tổng hợp hữu cơ. Ví dụ như hợp chất maitotoxin với 98 stereocenter và 1 geometrical - tương đương với 2 ^ 99 đồng phân.
Cũng không ngạc nghiên là đến bây giờ vẫn chưa có ai tổng hợp nên maitotoxin, và thật khó nói là đến bao giờ loài người có thể làm được được điều đó.
Có lẽ, bài học đầu tiên của tổng hợp hữu cơ chính là bạn phải chấp nhận thách thức và cân bằng giữa tính logic và táo bạo. Tất nhiên, trước tiên bạn phải sở hữu lượng kiến thức đồ sộ và nguồn cảm hứng được cung cấp một cách vô hạn.
White, ông đúng là một nghệ sĩ chết tiệt!
>>> Phần 2: Breaking Bad dưới góc nhìn hóa học: Lê Thị Cấu Trúc
Còn tiếp........
Tôi rất yêu Breaking Bad và tôi cũng yêu hóa học. Chết tiệt thay, hóa học xuất hiện khắp mọi nơi trong Breaking Bad, ngay từ khúc intro mở đầu cho đến nội dung phim. Ngoài việc xây dựng kịch bản một cách hoàn hảo dưới góc độ điện ảnh, các nhà làm phim chắc chắn đã mất rất nhiều thời gian để lồng ghép một cách khoa học và hợp lý đến không tưởng các yêu tố hóa học vào trong bộ phim.
Làm sao mọi thứ hoàn hảo lại có thể xảy ra?
Phần 1: White, ông là một nghệ sĩ chết tiệt!
Khi Walt lần đầu tiên nấu đá trong phim Breaking Bad, Jesse đã ví Walt như là một “nghệ sĩ chết tiệt”. Dường như từng đó chưa đủ, để miêu tả lại quá trình tổng hợp tinh thể methamphetamine, Jesse một lần nữa nhắc lại: “đây là nghệ thuật, thầy White”. Thật không có gì đỉnh cao hơn.
1. Khoa học và nghệ thuật
Lời nói của Jesse được cất lên từ miệng của một diễn viên chuyên nghiệp, và được viết bởi một vài tay kịch bản gia nào đó rất chuyên nghiệp. Tuy nhiên, đó không hẳn là một lời thoại vô nghĩa - hay đỉnh cao như tôi đã nói. Mà đó chính là những âm thanh đến từ quá khứ, là hiện thân của cả một công trình nghiên cứu từng được Arne Freda xây dựng nên.
Trong bài phát biểu khi trao giải thưởng Nobel hóa học năm 1965 cho Robert Burns Woodward (một trong những nhà hóa học có ảnh hưởng nhất của lịch sử ngành tổng hợp hóa học hữu cơ), Freda nói rằng:
"Sự tổng hợp các phân tử có thành phần phức tạp là một nhiệm vụ… vô cùng khó khăn, mỗi nhóm nguyên tử, mỗi nguyên tử phải được đặt vào một vị trí thích hợp và điều này phải thực hiện theo đúng nghĩa đen nhất. Đôi khi người ta nói rằng - tổng hợp các hợp chất hữu cơ tức là đang làm một lúc cả hai công việc: khoa học và nghệ thuật." |
Thế đấy, giống như phụ nữ và và thuốc lá, khoa học và nghệ thuật là hai phạm trù vô cùng phức tạp, đang ngày đêm tàn phá sức khỏe của cả nhân loại.
Jesse yêu quý và Freda đã làm nổi bật sự phức tạp của quá trình tổng hợp các phân tử hữu cơ phức tạp - trong đó hàm lượng nghệ thuật chắc chắn cũng nhiều không kém so với hàm lượng khoa học.
Lịch sử của ngành tổng hợp hữu cơ chứng kiến sự xuất hiện những cá nhân, mà lời giải cho các bài toán mà họ đưa ra là không thể tưởng tượng được trong thời điểm đó. Những vấn đề xuất hiện trong việc tổng hợp phân tử hiếm khi được giải quyết một cách đơn giản. Thay vào đó, các nhà khoa học phải làm việc dưới góc độ của nghệ thuật - nơi mà tính sáng tạo sẽ quyết định tất cả. Công việc này đôi khi cũng giống như chơi cờ vua (hoặc cờ tướng nếu thích!), ngoài việc tính toán kỹ lưỡng và logic thì người chơi đôi khi phải táo bạo để đột phá.
Bạn đã chơi cờ 1 mình khi nào chưa?
2. Sự phức tạp của tổng hợp hữu cơ
Trở lại với bộ phim - mà tôi đã lỡ lời nói là chết tiệt ở trên. Có một điều kỳ lạ là Walt hoàn toàn bác bỏ những lời khen ngợi của Jesse (và của các nhà khoa học), ông chỉ mô tả lại công việc của mình như là một phương pháp “hóa học cơ bản nhất”.
Có lẽ nào những gì tôi viết ở trên, những gì mà tôi đã phức tạp hóa ở trên đều là sáo rỗng?
Trong thực tế, nhân vật Walt được xây dựng như là một hóa học gia lỗi lạc - nhưng lại sớm về vườn. Có lẽ, với tư cách đó, Walt chỉ xem việc tổng hợp methamphetamine (đá) chỉ là một công việc nhỏ bé trong thế giới tổng hợp hữu cơ.
Thực ra, nếu bắt đầu từ pseudoephedrine (PSE - một chất gây nghiện thường có trong thuốc Tây) hoặc ephedrine, methamphetamine có thể chỉ được tổng hợp thông qua 2 bước:
Cái từ 2 bước ở góc độ hóa học tất nhiên không phải là 2 bước chân, mà đó đơn giải là số lượng phản ứng hóa học hoặc các thao tác cần thiết để tạo ra phân tử nào đó. Giả sử bạn sử dụng các hóa chất đơn giản và rẻ mạt ở chợ Kim Biên để về pha thành nước rửa chén - thì đây có thể được xem như là một quá trình tổng hợp hóa học.
Khó khăn trong quá trình tổng hợp thường được gây ra bởi nhiều yếu tố. Trong đó, một trong những thứ đáng ngại nhất được gọi là stereocentre hay stereocenter. Về cơ bản, các phân tử hữu cơ có thể tồi tại dưới các hình thức khá nhau (đồng phân) với cùng một cấu trúc hóa học và loại kết nối, tuy nhiên lại khác nhau về cách sắp xếp phân tử ở mặt không gian hình học. Các hình thức tồn tại khác nhau ở trường hợp này thường được gọi là các chất đồng phân lập thể.
Đối với các nhà hóa học, số lượng đồng phân lập thể có thể được tính toán một cách dễ dàng. Cụ thể, tổng số đồng phân lập thể sẽ bằng 2^n, trong đó n là số lượng stereocentre. Trong trường hợp methamphetamine, hợp chất này chỉ có 1 stereocentre, do dó số đồng phân lập thể sẽ là 2^1 = 2.
Nếu so sánh với hợp chất palytoxin - thứ đã từng được xem như là “ĐỈNH EVEREST” của ngành tổng hợp hữu cơ thì con số vô cùng đáng sợ, lên tới 2^71 đồng phân lập thể - hay tương đương với 2 sextillion lập thể, trong đó 1 sextillion = 1.000 luỹ thừa bảy.
Nếu bạn đủ kiên nhẫn để tính toán, con số đồng phân lập thể của palytoxin không phải là một triệu hay là một tỷ. Mà chắc chắn cũng không phải là một nghìn tỷ hay một quintillion (10^30).
Bạn vẫn chưa thôi tò mò ư? Vậy thì con số 2 sextillion sẽ tương đương với số 2 đứng đầu và theo sau là 21 con số 0.
Trong trường hợp bạn không biết con số này lớn đến nhường nào thì đây: số lượng hạt cát trên các bãi biển của thế giới được ƯỚC TÍNH là chỉ 7,5 quintillion - hoặc 75 với 17 số 0 phía sau.
Tổng hợp hữu cơ chính là tìm 1 hạt cát trong vô vàn những hạt cát.
Năm 1994, palytoxin cuối cùng cũng được tổng hợp bởi nhóm các nhà khoa học có tên là Yoshito Kishi. Quá trình tổng hợp họ đã mất khoảng 39 bước để xây dựng nên mỗi trong số 6 block, và tổng số bước của cả quá trình lên tới 140. Nói cách khác, nhóm nhà khoa học này đã tìm cách tổng hợp 1 đồng phân lập thể trong 2 sextillion đồng phân lập thể của palytoxin. Công việc tạo ra một phân tử có cấu trúc nhất định như thế giống như việc thiết kế một trong những kiến trúc vĩ đại nhất trên thế giới hiện nay.
3. Ví dụ vui
Có điều thú vị là bộ phim Breaking Bad không hề tiết lộ loại hóa chất dùng để hóa trị cho Walt trong quá trình điều trị chứng ung thư phổi. Tuy nhiên, hợp lý nhất là thuốc Taxol (paclitaxel) đã được các bác sĩ sử dụng.
Taxol được tổng hợp một cách độc lập bởi 2 nhóm nghiên cứu Hoton và Nicoloau vào năm 1994 - trùng với năm mà palytoxin được tổng hợp. Trong đó, nhóm Nicoloau sử dụng nguyên liệu đầu vào đơn giản hơn và chỉ phải thực hiện tổng cộng 51 bước.
Hiện tại, vẫn có nhiều thách thức chưa được giải quyết trong lĩnh vực tổng hợp hữu cơ. Ví dụ như hợp chất maitotoxin với 98 stereocenter và 1 geometrical - tương đương với 2 ^ 99 đồng phân.
Cũng không ngạc nghiên là đến bây giờ vẫn chưa có ai tổng hợp nên maitotoxin, và thật khó nói là đến bao giờ loài người có thể làm được được điều đó.
Có lẽ, bài học đầu tiên của tổng hợp hữu cơ chính là bạn phải chấp nhận thách thức và cân bằng giữa tính logic và táo bạo. Tất nhiên, trước tiên bạn phải sở hữu lượng kiến thức đồ sộ và nguồn cảm hứng được cung cấp một cách vô hạn.
White, ông đúng là một nghệ sĩ chết tiệt!
Tổng hợp
>>> Phần 2: Breaking Bad dưới góc nhìn hóa học: Lê Thị Cấu Trúc
Còn tiếp........
Chỉnh sửa lần cuối:
