Solvent diklorometan veya DCM, boyayı çıkarmak ve gresi kesmek için yaygın olarak kullanılır. Bu aynı zamanda nesiller boyu kimya öğrencilerinin, onlara bir karışımdaki bileşikleri nasıl izole edeceklerini öğretmek için tasarlanmış bir laboratuvar egzersizinde ağrı kesici tabletleri çözmek için kullandıkları bir yöntem.
Ancak ABD Çevre Koruma Ajansı geçen yıl DCM’nin çoğu kullanımını yasakladığında, Dartmouth ve potansiyel olarak organik kimyaya giriş dersi veren binlerce başka okul da çabalamak zorunda kaldı. DCM’yi kullanmaya devam etmek için, okulların onun kullanımını yakından izlemesi ve solventin çok sayıda başlangıç seviyesindeki kimyagerin bulunduğu öğrenci laboratuvarlarında kullanılmasını etkili bir şekilde önlemesi gerekecektir.
Konuk bilim adamı Steve Wright ’81 ve kıdemli öğretim görevlisi Cathy Welder tarafından geliştirilen çözüm artık ulusal çapta dikkat çekti: Daha güvenli solvent ikamelerini detaylandıran makaleleri, yakın zamanda en çok okunanlar arasında yer aldı. Kimya Eğitimi Dergisi.
Organik Kimyaya Giriş bölümünde öğretim asistanı olan Wright, “Herkes, bunun yerine başka bir alternatif bulmanın tek gerçek seçim olduğunu hemen fark etti” diyor.
Wright, Pfizer’deki kimyager olarak uzun kariyerinden emekli olduktan sonra geçen yaz Dartmouth’a döndü. Uzun zaman önce danışmanı olan fahri profesör Gordon Gribble ile bir laboratuvar kurarken organik kimyaya giriş dersi için gönüllü asistan olmayı teklif etmişti.
Wright, DCM değiştirme görevini atayan bariz kişiydi. Pfizer’de toksik veya tehlikeli içerikleri ortadan kaldırarak veya bunlara daha güvenli alternatifler bularak gelecek vaat eden ilaç bileşiklerinin ölçeklendirilmesine yardımcı olmuştu. Anti-COVID ilacı Paxlovid’in arkasındaki ekiple birlikte çalışarak ilacın etki mekanizmasında yer alan atom sayısını 11’den ikiye düşürdü.
Ayrıca kimya eğitimine de uzun süredir ilgi duyuyordu; evde sofra tuzu ve C vitamini gibi yaygın olarak kullanılan malzemelerle evde yapılabilecek kadar kolay deneyler yayınlıyordu. On yıl önce, Dartmouth’ta son sınıf kimya öğrencileri için bir yeşil kimya ödülü düzenledi.
“Enerjinin kıt olduğu ve her şeyin eskisinden daha pahalı olduğu 1970’li yıllarda reşit oldum” diyor. “Başa çıkmanın ve telafi etmenin yollarını bulma konusunda ustalaştım. Sonuçta yeşil kimya, daha azıyla daha fazlasını başarmak anlamına geliyor. Daha az girdi, daha az enerji, daha az atık, daha az maliyet ve daha az sorun.”
‘Sudaki ilk penguen’
Wright, DCM’yi kimya laboratuvarlarında lise öğrencisi olarak kullanmaya başladı ve Dartmouth’ta kimya bölümü ve asistan olarak bunu yapmaya devam etti. DCM’nin boyayı duvarlardan soymasına olanak tanıyan özellikler aynı zamanda onu bileşikleri çözmek ve reaksiyonları izlemek için etkili bir çözücü haline getirir. DCM karışmaz, yani suda çözünmez ve kolayca buharlaşır, böylece bileşiklerin ayrılması ve ekstraksiyonu işlemi basitleştirilir. Diğer birçok çözücünün aksine alev almaz, bu da onu laboratuvarlarda eğitim için cazip bir seçim haline getirir.
Ancak DCM, EPA’nın yıllardır ortadan kaldırmaya çalıştığı bilinen bir kanserojendir. Daha güvenli alternatifler bir süredir ortalıkta olmasına rağmen kimyagerler bu alternatife geçmek konusunda isteksiz davranıyor. Welder, “Reaksiyonlar için solventleri değiştirmek önemsiz bir şey değil” diyor. “Bir şeyi değiştirirsiniz ve çoğu zaman başka bir şeyi değiştirmek zorunda kalırsınız.”
Wright, “Kimse işini, malzemelerini ve zamanını riske atmak istemez” diyor. “Kimse suya giren ilk penguen olmak istemez.”
Geçtiğimiz sonbaharda Wright, yaz boyunca laboratuvarda yardım ettiği Welder’ın isteği üzerine bu girişime girişti. Kursun ağrı kesici ve kış yeşili yağ laboratuvarlarının yedek adayları olarak hızla etil asetat ve MTBE’ye odaklandı. Dört gün boyunca o ve Welder bunları öğrenci laboratuvarında öğrenci ekipmanları üzerinde test etti. Yakın zamanda bulgularını şu şekilde paylaştılar: Kimya Eğitimi Dergisi.
Dartmouth’un organik kimya öğrencilerinden ilk yarıyıllarında, reçetesiz satılan ağrı kesici tabletlerdeki aktif maddeleri (hem aspirin hem de fenasetin adı verilen bir analjezik) izole etmek ve tanımlamak için DCM ve kül suyu karışımını kullanmaları isteniyor. Sonraki dönemde aspirini kış yeşili yağa dönüştürüyorlar, ince tabaka kromatografisi ile reaksiyonu izliyorlar ve DCM ile ekstraksiyon yaparak sentezledikleri kış yeşili yağı izole ediyorlar.
Aspirin, kış yeşili sakızına odunsu kokusunu veren molekül olan metil salisilata dönüşürken, öğrencilerden huş ve söğüt ağaçlarında bulunan ve çağlar boyunca ağrıyı hafifletmek için kullanılan ara bileşik salisilik asidi not etmeleri isteniyor. Doğrudan yutulan salisilik asit mide ağrılarına neden olur; aspirin dağıtımını kolaylaştırmak için icat edildi.
Wright, “Her iki laboratuvarda da aspirinin seçimi öncelikle öğrencilerin zaten aşina oldukları ve mağaza raflarında gördükleri bir molekülle ilgilenmelerini sağlamaktır” diyor.
Deneyleri, etil asetatın ağrı kesici laboratuvarında DCM’nin yerine geçebileceğini doğruladı. Ayrıca soda gibi daha zayıf bir bazın sodayla değiştirilmesinin bazı istenmeyen yan reaksiyonları yeterince yavaşlattığını ve öğrenciler için aspirin çıkarma adımını daha kolay ve daha başarılı hale getirdiğini de keşfettiler.
Deneyleri, etil asetata yakın bir bileşik olan MTBE’nin, oksijen içeriğini artırmak ve kilometre performansını artırmak için benzine eklenen bir bileşiğin, kış yeşili laboratuvarda DCM’nin yerine geçecek bir ürün olarak en iyi şekilde çalıştığını doğruladı.
Yeni solventler bu yıl öğretim laboratuvarına tanıtıldı ve öğrenciler için en büyük değişiklik laboratuvarı bitirmek için gereken süreydi. Etil asetat ve MTBE’nin kaynama noktalarının yüksek olması nedeniyle buharlaşması daha uzun sürer. Welder, “Öğrencilerin biraz daha uzun zamanını alıyor” diyor. “Çözücüyü döner bir buharlaştırıcıda buharlaştırmak için sıralarını beklemeleri gerekiyor.”
Alternatif solventler ve ötesi
Dartmouth’un başka yerlerinde araştırmacılar, EPA’nın yeni havalandırma yönergelerini takip ederken DCM kullanımını en aza indirmeye çalışıyor.
Dartmouth Kimya Profesörü Ivan Aprahamian, “Öğrenci laboratuvarlarında olup bitenlerin mutlaka araştırma laboratuvarlarına da yansıyacağı anlamına gelmiyor” diyor. “Yine de ülkedeki her kimya bölümü lisans düzeyindeki organik laboratuvarlarını yönetme şeklini değiştirmek zorunda kalacak ve bu makale süreç boyunca onlara rehberlik edecek.”
Wright, arkasında DCM belgesiyle Gribble ile birlikte çalıştığı projeye yöneldi; bazı deniz süngeri türlerinde bulunan kanser karşıtı bileşikleri denemek ve sentezlemek. Wright, diğer kullanım durumlarında da DCM değişikliklerini belgelemeye devam edeceğini söylüyor.
“Birçok insan bunun hakkında konuşuyor ama hiç kimse bunun nasıl yapılacağını göstermek için çaba harcamadı” diyor. “Nasıl yapılacağını göstermeden insanlar diklorometan kullanmaya devam edecek.”
