بخشی از مقاله
چکیده:
به منظور تقویت و حمایت از آینده ای پایدار، طراحی مواد شیمیایی امن تر و سالم تر امری ضروری می باشد. شیمیدان ها آموزش می بینند تا بتوانند با روش های خلاقانه بیشمار، مولکول هایی با عملکردهای خاص را طراحی کنند و نیاز به مواد شیمیایی مدنظر را برآورده سازند. این پیشرفت ها به افزایش رفاه و کیفیت زندگی در چند دهه گذشته کمک شایانی نموده است.
با این وجود تمام محصولات و مواد ساخته شده توسط شیمیدانان پایدار نبوده و منجر به نتایج مخرب در سلامت عمومی و محیط زیست گردیده است. سم شناسی جزء ضروری طراحی مولکول پایدار است. هدف از گنجاندن سم شناسی در برنامه درسی، تربیت فارغ التحصیل سم شناسی در حد دکتری نیست بلکه هدف، رشد و توسعه دانش محققین است تا بتوانند خطر بالقوه یک مولکول را تشخیص داده و گام هایی مثبت در جهت طراحی مواد امن تر، سالم تر و پایدارتر بردارند.
مقدمه
شیمی سبز عبارتست از استفاده از مجموعه ای از اصول و قوانین است که استفاده و یا تولید مواد خطرناک را در طول طراحی، ساخت و استفاده از مواد شیمیایی، کاهش داده و یا حذف می نماید .[1] شیمیدانان با خواص لازم برای عملکرد مناسب به عنوان مثال در تهیه رنگ ها، حلال ها، سورفکتانت ها، داروها و محصولات مهم حاصل از آنها آشنا هستند.
اما ممکن است با روند بررسی ارتباط ساختار-خطر مواد سمی بالقوه آشنا نباشند. خط بین سم شناسی و شیمی در حال کمرنگ تر شدن و ناپدید شدن است که این موضوع را می توان به پیشرفت در شیمی محاسباتی و افزایش درک روز افزون از مکانیزم سمیت نسبت داد. این شرایط فرصتی فراهم می کند تا شیمی محاسباتی و فعل و انفعالات سم شناسی با استفاده از یک زبان مشترک، شیمی ایمن تری را ایجاد نمایند.
بیشتر واکنش های شیمی آلی شامل شکستن و تشکیل پیوند بین گروه های با کمبود الکترون - الکترون دوست - و گروه های غنی از الکترون - هسته دوست - است. هزاران مثال ویژه از واکنش جابجایی وجود دارد که مکانیزم آنها با جزئیات دقیق وجود دارد
در واقع چالش جامعه شیمی یافتن مثال هایی از مکانیزم واکنش در مقالات سم شناسی است به گونه ای که مکانیزم واکنش شامل مسیر عواقب نامطلوب باشد. در حال حاضر در سم شناسی نیز مثال های زیادی وجود دارد اما آنها مانند واکنش های آلی سنتزی، فراوان و سازماندهی شده نیستد.
در اینجا چند مثال مورد بررسی قرار می گیرد و رویکرد مناسب برای گنجاندن رابطه ساختار-فعالیت - سم شناسی - در برنامه های درسی شیمی فعلی به منظور تلاش برای تربیت شیمیدان مدرن آموزش دیده کلی نگر، بیان می گردد. معلمان شیمی می توانند چارچوب های خود را به گونه ای تنظیم نمایند که امکان تشخیص ارتباط بین اصول اساسی شیمی و اصول سم شناسی فراهم گردد. این شکاف علمی باید توسط دانشمندان جامع در هر دو رشته - یا یک شیمیدان-سم شناس - پر گردد.
روش اجرا -1 نقش شیمی دارویی در طراحی امن تر مواد شیمیایی: شیمی دارویی به عنوان یک پل بین شیمی و داروهای در حال توسعه جدید، لوازم آرایشی و محصولات مصرفی عمل می کند و از این رو نقش مهمی را برعهده دارد. روش های نوآورانه توسعه یافته توسط شرکت های داروسازی از طریق تحقیقات کاربردی و پایه شیمی دارویی منجر به ارائه درمان برای بیماری های مقاوم، بهبود کیفیت زندگی و کاهش مرگ و میر بیماران گردیده است.
شرکت های داروسازی پیشگامان فلسفه شیمی سبز بوده اند که تمرکز آنها بر روی به حداقل رساندن خطرات برای سلامتی انسان بوده است و دستاوردهای فوق العاده ای نیز حاصل شده است .[3] به هر حال شیمی سبز دارای تعریف گسترده تری از کاهش خطرات است که شامل اهداف زیست محیطی، جهانی، جسمانی و همینطور سایر موجودات زنده می باشد. نیاز به گسترش تمرکز شیمی دارویی، با گنجاندن اصول سم شناسی در برنامه های درسی شیمی مرتفع می گردد.
-2 سم شناسی و طراحی مولکولی پایدار: سم شناسی در طراحی محصولات با کمترین خطر برای انسان و محیط زیست دارای نقش محوری می باشد. تعیین سمی بودن یا نبودن یک ماده، نیازمند مجموعه ای از معیارهاست که بتواند عوارض جانبی نقطه پایانی مسیر استفاده از آن را به روشنی ارزیابی و اندازه گیری نماید.
بر اساس پایه های بنیادی سم شناسی که توسط پاراسلسوس213 - پزشک - بیان شده است، هر ترکیب در دوز کافی، سمی است. به عبارت دیگر، دوز ایجاد سمیت می کند. [4] در حال حاضر این مطلب گسترش یافته و به گونه ای تعریف شده که شامل زمان به عنوان یک جزء اصلی از مظهر سمیت نیز باشد. بر اساس یک فرض ذاتی، یک دوز آستانه وجود دارد که در مقادیر کمتر از آن، عوارض جانبی رخ نمی دهد و تمام مواد شیمیایی در این دوز، غیر سمی هستند.
-3 اصول سم شناسی: سم شناسی عبارتست از مطالعه عوارض جانبی عوامل فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی بر روی موجودات زنده. مهمترین مفهوم سم شناسی، "رابطه دوز-پاسخ" است - شکل - 1 که بررسی آن هم در سم شناسی و هم در داروسازی ضروری است. رابطه دوز-پاسخ، همبستگی بین افزایش دوز ترکیب شیمیایی و افزایش پاسخ را بیان می کند که ممکن است نتیجه ای منفی - ترکیب سمی - یا مثبت - ترکیب درمانی - باشد. سمیت تابعی از دوز، در تماس قرار گرفتن و زمان است
شکل - 1 رابطه دوز-پاسخ در سم شناسی
نتایج و بحث
-1 مجالی برای گنجاندن سم شناسی در برنامه درسی شیمی -1-1 نیروهای مولکولی سمیت را تحت تاثیر قرار می دهند. آموزش دادن این واقعیت به دانش آموزان که نیروهای مولکولی تعیین کننده فعل و انفعالات و واکنش های سموم در جایگاه های عمل آنها، همان نیروهای مولکولی مشارکت کننده در هر کدام از سایر واکنش های شیمیایی هستند - یعنی نیروهای کووالانسی، یونی، الکترواستاتیک، یون-دوقطبی، دوقطبی-دوقطبی، نیروهای واندوالسی و غیره - . نیروهای مولکولی ضعیف وقتی رخ می دهند که واکنش دهنده ها به هم نزدیک می شوند و این نیروها ضعیف تر از پیوندهای کووالانسی هستند و چون همیشه در بین مولکول ها ایجاد می شوند بسیار مهم هستند.
یک مثال از این نیروها، پیوندهای یونی هستند که در واقع یک نیروی جاذبه بین گونه های با بار مخالف می باشند. در یک pHفیزیولوژیک که تقریباً برابر 7/4 است، بسیاری از آمینواسیدهای موجود در پروتئین ها مانند آرژنین214 و لیزین215 دارای بار مثبت هستند. این گروه های باردار مثبت، با جایگاه های با بار منفی بر روی کربوکسیلیک اسیدها، آلدهیدها و کتون ها واکنش می دهند. بنابراین پیوند با گیرنده می تواند برای توضیح اثر پیوند یونی بر روی سمیت، مورد استفاده قرار گیرد.
به طور کلی، گیرنده ها در واقع همان ماکرومولکول هایی هستند که در غشای سلولی جایگذاری شده اند و یا می توانند در مایع سلولی قرار گیرند. این گیرنده ها پروتئین هایی هستند که دارای ویژگی های ساختاری متفاوتی هستند مانند قندها - گلیکوپروتئین ها - و چربی ها - لیپوپروتئین ها - . برهمکنش لیگاند با دریافت کننده می تواند منجر به یک پاسخ بیولوژیکی شود که ممکن است مفید - دارویی - و یا مضر - سمی - باشد. پیوند کووالانسی با ماکروکولکول های بیولوژیکی، برگشت ناپذیر است و اغلب منجر به آسیب های دائمی می گردد. ویژگی های مولکولی نظیر چگالی بار، میزان پلاریزاسیون، شکاف انرژی هومو-لومو و غیره، برهمکنش های کووالانسی را کنترل می کنند.
