วันพุธที่ 18 ตุลาคม พ.ศ. 2560

คู่มือที่ดี ไม่ควรมีข้อขัดแย้งในตัวเอง MO Memoir : Wednesday 18 October 2560

เมื่อไม่นานนี้เริ่มมีการนำเครื่องช็อกไฟฟ้าหัวใจอัตโนมัติ (Automated External Defibrillator หรือย่อว่า AED) เข้ามาติดตั้งในมหาวิทยาลัย พร้อมกันมีการเปิดให้การอบรมแก่ผู้ที่สนใจ (และไม่ติดขัดหน้าที่การงานอะไร) วิธีการปฏิบัติพื้นฐานในการช่วยชีวิตและใช้อุปกรณ์ AED ดังกล่าว


รูปที่ ๑ หน้าปกเอกสารคู่มือการช่วยชีวิตพื้นฐานที่แจกจ่ายให้มหาวิทยาลัย

หัวใจมีกล้ามเนื้อชนิดพิเศษที่สามารถปล่อยกระแสไฟฟ้าออกมากระตุ้นให้หัวใจบีบตัวอย่างเป็นจังหวะ ถ้าจังหวะการปล่อยกระแสไฟฟ้านี้ผิดปรกติ ก็จะทำให้หัวใจเต้นผิดจังหวะตามไปด้วย และสามารถนำไปสู่การเสียชีวิตได้ ผู้ที่เกิดอาการภาวะหัวใจเฉียบพลัน ถ้าได้รับการแก้ไขให้คลื่นไฟฟ้าที่กระตุ้นการทำงานของหัวใจนั้นกลับมาเป็นปรกติได้ทันท่วงที ผู้ป่วยก็จะรอดชีวิตได้
 
ตัวเครื่องที่เอามาติดตั้งนั้นแท้จริงหน้าตาเป็นอย่างไรผมก็ไม่รู้เหมือนกัน (เพราะมันอยู่ในตู้) แต่ตามคู่มือมันบอกว่ามันประกอบด้วยตัวเครื่องและแผ่นนำไฟฟ้าสองแผ่น เครื่องนี้ไม่ใช่เครื่องทำให้หัวใจที่หยุดเต้นไปแล้วกลับมาเต้นใหม่ แต่เป็นเครื่องที่ทำให้การเต้นหัวใจที่กำลังผิดจังหวะและกำลังนำไปสู่การหยุดเต้นนั้น กลับมาเต้นตามปรกติ
 
การทำงานของเครื่องนั้น หลังจากที่ติดแผ่นนำไฟฟ้าเข้ากับผู้ป่วยแล้ว ตัวเครื่องจะทำการวิเคราะห์คลื่นไฟฟ้าหัวใจของผู้ป่วย (เครื่องบางรุ่นอาจจะเริ่มทำการวิเคราะห์เองอัตโนมัติเมือทำการติดแผ่นนำไฟฟ้า ในขณะที่บางรุ่นต้องกดปุ่มให้เริ่มการวิเคราะห์) ถ้าเครื่องตรวจพบว่าผู้ป่วยไม่จำเป็นต้องได้รับการช็อกด้วยไฟฟ้า เครื่องก็ให้สัญญาณออกมาว่าไม่จำเป็น แต่ถ้าพบว่าจำเป็นต้องได้รับการช็อกด้วยไฟฟ้า เครื่องก็จะให้สัญญาณเตือนออกมาเพื่อให้ผู้ช่วยเหลือเตรียมการช็อกด้วยไฟฟ้าในขั้นตอนถัดไป
 
รูปที่ ๒ และ ๓ ที่อยู่ถัดไป ผมสแกนมาจากหน้า ๒๖ และ ๒๗ ของเอกสารคู่มือที่เขาแจกจ่ายในคณะ ลองอ่านดูเองเองก่อนไหมครับ


รูปที่ ๒ หน้า ๒๖ ของเอกสารคู่มือที่นำมาแสดงในรูปที่ ๑

รูปที่ ๓ หน้า ๒๗ ของเอกสารคู่มือที่นำมาแสดงในรูปที่ ๑ อ่านเสร็จแล้วสังเกตเห็นอะไรไหมครับ ตรงข้อความ ๓ บรรทัดล่างในหน้า ๒๖ ของเอกสารที่กล่าวถึงตำแหน่งติดตั้งแผ่นนำไฟฟ้า และตำแหน่งติดตั้งแผ่นนำไฟฟ้าบนตัวหุ่นในรูปที่แสดง

ตามคู่มือนั้นบอกว่าแผ่นนำไฟฟ้ามีสองแผ่น แผ่นแรกติดไว้ใต้กระดูกไหปลาร้าด้านขวา แผ่นที่สองติดไว้ "ใต้ราวนมซ้ายด้านข้างลำตัว" แต่สำหรับการใช้งานจริงนั้นคงไม่มีใครมาอ่านคู่มือการใช้งาน แต่การดูรูปภาพมันรวดเร็วกว่า ดังนั้นทางผู้ผลิตเครื่องมือจึงทำภาพสัญญลักษณ์เอาไว้บนแผ่นนำไฟฟ้าเลยว่า แผ่นไหนควรติดไว้ที่ตำแหน่งไหนบนร่างกาย ลองดูภาพขยายในรูปข้างล่างดูก็ได้ครับ จะเห็นว่าแผ่นที่วงสีแดงนั้นมีเครื่องหมายบอกเอาไว้ว่าให้ติดที่ใต้กระดูกไหปลาร้าด้านขวา ส่วนแผ่นที่วงสีเขียวนั้นให้ติดไว้ทางด้านซ้ายข้างลำตัว ตรงบริเวณระดับหัวนมหรือต่ำลงมาเล็กน้อย (คือบริเวณใต้ราวนมด้านซ้ายข้างลำตัว


รูปที่ ๔ ภาพขยายของรูปที่ ๒ (รูปที่ ๑๑ ของเอกสาร) ตัวแผ่นแปะมีภาพบอกไว้ชัดเจน (และใช้สีที่ต่างกันด้วย) ว่าแผ่นไหนควรติดตรงส่วนไหนของลำตัว

แต่พอแสดงการติดตั้งบนตัวหุ่นนั้น (รูปถัดไป) กลับเป็นอย่างดังที่เห็นในรูปนั่นแหละครับ ลองพิจารณาดูเองเองก็แล้วกัน

รูปที่ ๕ ภาพขยายของรูปที่ ๓ (รูปที่ ๑๒ ของเอกสาร) ลูกศรสีเหลืองคือแนวทางการไหลของกระแสไฟฟ้า

ผมไม่ใช่บุคคลากรทางการแพทย์ ก็เลยไม่สามารถให้คำตอบที่ชัดเจนได้ว่าการปฏิบัติไม่ตรงตามที่ตัวอุปกรณ์กำหนดนั้น จะส่งผลต่อการทำงานของตัวอุปกรณ์และการรักษาผู้ป่วยหรือไม่ จากการค้นดูทางอินเทอร์เน็ตก็พบว่าประเด็นเรื่องการติดตั้งแผ่นนำไฟฟ้าสลับกัน และการวางตำแหน่งแผ่นนำไฟฟ้าที่ไม่เหมาะสมนั้น จะส่งผลต่อการช่วยชีวิตอย่างไรหรือไม่ ก็มีคนถามอยู่เยอะเหมือนกัน (เว็บต่างประเทศที่เป็นภาษาอังกฤษ)
 
ตรงนี้ก็มีผู้ให้คำตอบว่า การวางแผ่นนำไฟฟ้าสลับตำแหน่งกันนั้น ส่งผลต่อพีคสัญญาณที่วัดได้ (คือกราฟจะกลับหัว) แต่ตัวเครื่องวิเคราะห์จะรับรู้ได้เองและปรับแก้ไขให้ (แต่ก็ไม่รู้ว่าทำได้ทุกรุ่นหรือไม่) ที่สำคัญกว่าคือตำแหน่งที่วางแผ่นนำไฟฟ้า ที่เพื่อจะให้การรักษาได้ผลดี เส้นทางเดินของกระแสไฟฟ้าจากแผ่นนำไฟฟ้าแผ่นหนึ่งไปยังอีกแผ่นหนึ่งนั้นควรต้องเดินทาง "ผ่าน" หัวใจ (ก็เราต้องการให้กระแสไฟฟ้าไปกระตุ้นกล้ามเนื้อหัวใจ และลองดูแนวทางเส้นสีเหลืองในรูปข้างบนดูว่ามันผ่านหรือไม่) 
  
คำตอบที่ค้นเจอตามย่อหน้าข้างบนนี้จะถูกต้องแค่ไหนผมคงบอกไม่ได้ แต่สิ่งที่อยากชี้ให้เห็นก็คือการจัดทำเอกสารคู่มือเพื่อการปฏิบัติงานต่าง ๆ นั้น ที่สำคัญคือต้องไม่มีข้อมูลที่ขัดแย้งในตนเอง หรือทำให้ผู้ที่มาอ่านนั้นเกิดความสับสนและแปลความหมายผิดไปได้ ถ้าคู่มือนั้นได้มีการกระจายออกไปยังระดับหน่วยงานต่าง ๆ แล้วและพบว่ามีความผิดพลาดที่สำคัญ ก็ควรที่จะต้องเรียกคืนส่วนที่ยังไม่กระจายออกไปยังบุคคลต่าง ๆ และฉบับที่ทำออกมาใหม่นั้นก็ควรมีการระบุด้วยว่ามีการแก้ไขจากของเดิมในประเด็นตรงไหนบ้าง (เช่น ยกเลิกข้อความบางส่วนหรือทั้งฉบับ และให้ใช้ข้อความไหนแทน เป็นต้น) เพื่อที่ว่าคนที่มาอ่านภายหลังจะได้รู้ว่าทำไปฉบับที่ทำออกมาที่หลังจึงมีข้อความที่แตกต่างไปจากฉบับที่ออกมาก่อนหน้า

วันอาทิตย์ที่ 15 ตุลาคม พ.ศ. 2560

ปฏิกิริยา alpha halogenation และการสังเคราะห์ tertiary amine MO Memoir : Sunday 15 October 2560

ปฏิกิริยา halogenation ส่วนที่เป็นสายโซ่ไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว (การแทนที่อะตอม H ของพันธะ C-H ด้วยอะตอมฮาโลเจน) ของสารอินทรีย์นั้น ในตำราเคมีอินทรีย์จะกล่าวถึง Cl กับ Br เป็นหลัก (เพราะ F เกิดปฏิกิริยารุนแรงมากส่วน I ก็เฉื่อยมากจนไม่ทำปฏิกิริยา) แต่ปฏิกิริยาจะเกิดได้ก็ต้องมีแสงหรือความร้อนช่วย และเมื่อเกิดได้แล้วก็จะเป็นการเกิดแบบไม่เลือกเกิดเสียด้วย กล่าวคือเกิดได้กับทุกพันธะ C-H ของสายโซ่ไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว และยังสามารถเกิดการแทนที่ได้หลายตำแหน่งด้วย ด้วยเหตุนี้ในกรณีที่ต้องการผลิตภัณฑ์ที่มีการแทนที่ด้วยอะตอมเฮไลด์เพียงอะตอมเดียว ณ ตำแหน่งที่เฉพาะเจาะจง จึงต้องเตรียมด้วยวิธีการอื่นที่ไม่ใช่การทำปฏิกิริยากับฮาโลเจนโดยตรง


รูปที่ ๑ ภาพรวมของปฏิกิริยาการสังเคราะห์ α-Pyrrolidinopentiophenone

ด้วยการที่อะตอมเฮไลด์มีค่า electronegativity ที่สูงกว่าอะตอม C มาก จึงทำให้อะตอม C ตัวที่มีอะตอมเฮไลด์เกาะอยู่ (เพียงแค่ 1 หรือ 2 ตัว) มีความเป็นขั้วบวกที่เด่นชัด จนสามารถทำปฏิกิริยากับอะตอมอื่นที่มีขั้วลบหรือมีอิเล็กตรอนคู่โดยเดี่ยวได้ง่ายขึ้น ประกอบกับการที่ไอออนของเฮไลด์นั้นมีความหนาแน่นประจุที่ต่ำ (เนื่องจากมีประจุเพียงแค่ -1 และยังมีฃนาดไอออนที่ใหญ่อีก) จึงทำให้ไอออนของเฮไลด์เป็น leaving group ที่มีเสถียรภาพสูง (leaving group คือหมู่ที่ต้องหลุดออกมาจากโครงสร้างโมเลกุลเดิมเมื่อเกิดปฏิกิริยา ถ้าหากหมู่นี้มีเสถียรภาพสูง ปฏิกิริยาก็จะดำเนินไปข้างหน้าได้ดีเพราะเมื่อมันหลุดออกมาแล้วมันไม่มีแนวโน้มที่จะกลับคืนโมเลกุลเดิมของมัน) ปฏิกิริยา nucleophilic substitution อะตอมเฮไลด์ด้วย neclueophile ตัวอื่นจึงเกิดได้ง่าย

 
 
รูปที่ ๒ วิธีการสังเคราะห์ α-Pyrrolidinopentiophenone ในระดับห้องปฏิบัติการ (จากบทความเรื่อง 1-(4-Methylphenyl)-2-pyrrolidin-1-yl-pentan-1-one (Pyrovalerone) analogs. A promising class of monoamine uptake inhibitors โดยPeter C. Meltzer†, David Butler, Jeffrey R. Deschamps และ Bertha K. Madras ในวารสาร J Med Chem. 2006 February 23; 49(4): 1420–1432) อันที่จริงบทความนี้มีการสังเคราะห์สารหลายหลายชนิดด้วยวิธีการพื้นฐานเดียวกัน (เปลี่ยนเฉพาะแค่สารตั้งต้นบางตัว)

แต่ก็มีบางกรณีที่พันธะ C-H บางพันธะในส่วนที่เป็นสายโซ่ไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวของโมเลกุลบางชนิด มีความว่องไวในการทำปฏิกิริยาสูงกว่าพันธะ C-H พันธะอื่นที่อยู่ในสายโซ่ไฮโดรคาร์บอนเดียวกัน จึงทำให้สามารถเลือกแทนที่อะตอม H ของพันธะ C-H ที่มีความว่องไวสูงกว่านั้นได้โดยที่ไม่ไปเกิดกับพันธะ C-H ตรงตำแหน่งอื่นที่มีความว่องไวต่ำกว่า และหนึ่งในตำแหน่งดังกล่าวนั้นคือตำแหน่งอัลฟาไฮโดรเจนอะตอม (α-Hydrogen atom) ของอัลฟาคาร์บอนอะตอม (α-Harbon atom) ที่อยู่เคียงข้างหมู่คาร์บอนิล (carbonyl -C(O)-)
 
(ถ้าเพิ่งจะมาอ่านเจอบทความนี้แล้วยังไม่รู้ว่าอัลฟาไฮโดรเจนอะตอมและอัลฟาคาร์บอนอะตอมคืออะไร ขอแนะนำให้ย้อนไปอ่าน Memoir ปีที่ ๑๐ ฉบับที่ ๑๔๔๔ วันอาทิตย์ที่ ๒๔ กันยายน ๒๕๖๐ เรื่อง "ความเป็นกรดของอัลฟาไฮโดรเจนอะตอม (α-Hyrogen atoms)" เพื่อเป็นพื้นฐานก่อนได้)
 
ตัวอย่างเช่นในกรณีของ butyl phenyl ketone (หรือ valerophenone) ในรูปที่ ๑ ถ้าเราเอามาทำปฏิกิริยากับ Br2 โดยมีแสงหรือความร้อนเป็นตัวกระตุ้น การแทนที่อะตอม H ด้วย Br ก็จะเกิดขึ้นอย่างหลากหลาย ณ ตำแหน่งอะตอม H ใดก็ได้ในส่วนของสายโซ่หมู่อัลคิล -CH2-CH2-CH2-CH3 แต่ถ้าใช้การควบคุมอุณหภูมิการทำปฏิกิริยาและใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาช่วย ก็จะสามารถเลือกแทนที่อะตอม H เฉพาะตรงตำแหน่งอัลฟาไฮโดรเจนอะตอมได้ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่ตำแหน่งนี้เรียกว่า alpha halogenation ที่เกิดได้ด้วยการใช้กรดหรือเบสที่มีความแรงที่เหมาะสมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ผลิตภัณฑ์ที่ได้เรียกว่าอัลฟาฮาโลคีโตน (α-halo ketone) การใช้กรดกับเบสเป็นตัวเร่งปฏิกิริยามีกลไกการเกิดที่ต่างกัน แต่ได้ผลิตภัณฑ์สุดท้ายเดียวกัน ตัวอย่างของวิธีการดังกล่าวแสดงไว้ใน General Procedure B ในรูปที่ ๒
 
การทำปฏิกิริยาตาม General Procedure B ในรูปที่ ๒ นั้นใช้ AlCl3 (สารนี้เป็นกรดลิวอิสตรง Al3+) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา อุณหภูมิเริ่มต้นการทำปฏิกิริยาอยู่ที่อุณหภูมิของอ่างน้ำแข็ง (ก็ที่ 0ºC) เพื่อที่จะลดโอกาสการเกิดการแทนที่ที่อะตอม H ที่ไม่ใช่อัลฟาไฮโดรเจนอะตอม จึงมีการแบ่งการเติม Br2 ออกเป็นสองส่วน ส่วนแรก 10% เติมลงไปทั้งหมดทันที (คงเพื่อเป็นการทดสอบว่าปฏิกิริยาเกิดที่ 0ºC ได้หรือไม่ ถ้าพบว่าปฏิกิริยามันไม่เกิด ก็ค่อย ๆ เพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้น) หลังจากผ่านไป 10 นาทีจึงค่อย ๆ เติม Br2 ส่วนที่เหลือ (อีก 90%) ด้วยการค่อย ๆ หยดลงไปในช่วงเวลา 5 นาที


รูปที่ ๓ สิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ α-Pyrrolidinopentiophenone พึงสังเกตข้อความในกรอบสี่เหลี่ยมสีแดง ที่ระบุสรรพคุณของสารดังกล่าวเอาไว้ว่าเป็นสารกระตุ้นระบบประสาทส่วนกลางที่ดี โดยไม่มีผลข้างเคียงที่ไม่ต้องการเช่นการกระตุ้นระบบไหลเวียนโลหิตหรือไปกดการทำงานของระบบดังกล่าว (แต่ไม่ได้แปลว่าไม่มีผลข้างเคียงใด ๆ กับระบบอื่นของร่างกายเลยนะ)

อัลฟาโบรโมคีโตนที่ได้จากการเติม Br จะมีตำแหน่งอะตอม C ที่มีความเป็นขั้วบวกอยู่สองตำแหน่งด้วยกันและอยู่เคียงข้างกัน คืออะตอม C ของหมู่คาร์บอนิล และอะตอม C ที่มีอะตอม Br เกาะอยู่ อะตอม C ทั้งสองตัวนี้สามารถทำปฏิกิริยากับ nucleophile ได้ ดังนั้นถ้ามี nucleophil เช่น amine (NHR1R2) เข้ามาทำปฏิกิริยา จึงมีโอกาสเกิดปฏิกิริยาได้กับอะตอม C ทั้งสอง (แต่ในกรณีของ butyl phenyl ketone นี้ การเข้าที่ตำแหน่งอะตอม C ของหมู่คาร์บอนิลน่าจะยากกว่าเพราะมีหมู่ phenyl ที่มีขนาดใหญ่อยู่เคียงข้างที่เรียกกว่า steric hindrance effect และถ้า amine มีขนาดโมเลกุลใหญ่ด้วย การแทนที่ที่ตำแหน่งอะตอม C ของหมู่คาร์บอนิลก็จะยากขึ้นไป) ตัวอย่างการทำปฏิกิริยาแทนที่อะตอม Br ด้วยหมู่เอมีนแสดงไว้ใน General Procedure C ในรูปที่ ๒
 
ในกรณีที่ amine คือ pyrrolidine ผลิตภัณฑ์ที่ได้คือ α-Pyrrolidinopentiophenone (ในบทความเรียกว่า 2-Pyrrolidin-1-yl-1-phenylpentan-1-one (4d)) การเตรียมด้วยการใช้ General procedure B และ C ตามรูปที่ ๒ ให้ผลได้ (yield) เพียง 51% (ไม่รู้ว่าเป็นเพราะปฏิกิริยาเกิดไม่สมบูรณ์หรือมีผลิตภัณฑ์อื่นร่วม) สารตัวนี้ใน wikipedia กล่าวว่ามีการนำไปใช้เป็นส่วนผสมใน recreational drug ที่เรียกว่า "Flakka" ที่เพิ่งจะเป็นข่าวเมื่อเร็ว ๆ นี้ในบ้านเราในชื่อ "ยาซอมบี้" สารตัวนี้ไม่ใช่สารใหม่ มีการสังเคราะห์และศึกษากันมานานกว่า ๕๐ ปีแล้ว


รูปที่ ๔ สิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาอีกฉบับหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ α-Pyrrolidinopentiophenone