في بدايات علم الكيمياء العضوية
أدرك الكيميائيون أن الجزيئات تتكون من
ذرات مرتبطة ببعضها بروابط كيميائية
غير أن الشكل الثلاثي الأبعاد للجزيئات،
كان مبهماً تماما بما أنهم لم يستطيعوا ملاحظته بشكل مباشر.
كانت الجزيئات تُمثل بروابط بيانية بسيطة
مثل الذي تراه هنا
كان واضحاً للكيميائيين الأذكياء في منتصف القرن التاسع عشر
أن هذه التمثيلات المسطحة لا تفسر
الكثير من مشاهداتهم
ولكن الكيمياء النظرية لم تقدم تفسيراً مرضيا
للتركيبات ثلاثية الأبعاد للجزيئات
في 1874، نشر الكيميائي (فانت هوف) فرضية لافتة
الروابط الأربعة لذرة الكربون المشبعة
وتشير إلى زوايا رباعي السطوح.
وسيستغرق فوق 25 عاماً
قبل أن تتمكن ثورة الفيزياء الكمية من التحقق من صحة فرضيته
لكن فانت هوف دعم نظريته باستخدام التناوب البصري
لاحظ فانت هوف أن المركبات التي تحوي ذرة كربون مركزية
مرتبطة بأربعة ذرات أو مجموعات مختلفة
تتسبب دوران الضوء البسيط المستقطب
من الواضح أنه يوجد شيء مميز في هذه المركبات
انظر للجزيئتين هنا
كل منهما تتميز بذرة كربون مركزية هرمية
مرتبطة بأربعة ذرات مختلفة
بروم، كلور، فلور، هيدروجين
قد يغرينا الاعتقاد بأن هاتين الجزيئتين
متماثلتين إذا اهتممنا إلى مكوناتهما فقط
لكن إذا أردنا مطابقتهما
لنثبت أنهما حقا متماثلتان
ولدينا حرية تدويرهما وتحريكهما
كما نشاء على نحو بارز
ومن الملاحظ أنه مهما حركناهما
نجد أن تطابقهما مستحيل
الآن انظر إلى يديك
لاحظ أن لهما نفس الأجزاء
إبهام وأصابع وراحة اليد ... إلخ
مثل الجزيئين قيد الدراسة
كلتا يدانا مصنوعتان من نفس المكونات
أيضاً المسافة بين أجزاء يديك متماثلة
السبابة بجانب الوسطى
يليها الخنصر .. إلخ
ذات الشيء صحيح فيما يتعلق بالجزيئين
كل مسافاتهم الداخلية متماثلة
على الرغم من تشابههما
يداك وجزيئاتنا
بالتأكيد ليسوا متشابهين
فلتجرب أن تضع إحدى يديك فوق الأخرى.
تماما مثل جزيئاتنا من قبل
ستجد أنه لا يمكن القيام به بشكل مثالي.
والآن، وجّه راحة يدك باتجاه الأخرى
حرك السبابتين في يديك
لاحظ أن يدك اليسرى تبدو كما لو تنظر
في مرآة ما على يمينك
بمعنى آخر فإن يديك هما كصور مرآة.
يمكن أن نقول نفس الشيء عن جزيئاتنا.
نستطيع تحريكهم فتبدو إحداهما مثل الأخريات
كما في المرآة يداك وجزيئاتنا
امتلاك خاصية مكانية تدعى كايراليتي
أو هانددنس.
معنى كايراليتي كما وصفناه :
عنصر الكايرال ليس مشابها لصورة مرآته.
عنصر الكايرال خاص جداً في كل من الكيمياء وكل جوانب الحياة
اللولب على سبيل المثال هو أيضا شيرل
لهذا السبب نحن بحاجة لمصطلحات لولب اليد اليمنى ولولب اليد اليسرى
صدق أو لا تصدق تستطيع أنماط مختلفة من الضوء
التصرف كـ لولب كايرال
بتجمعها في حزم خطية، يكون شعاع الاستقطاب الساطع من الضوء
أجزاء من اليد اليمنى واليسرى
التي تدور معا لإنتاج الاستقطاب الساطع.
جزيئات الكايرال إن وضعت في شعاع من هذا الضوء
فإنها تتفاعل بشكل مختلف مع مكونات من الكايرال
كنتيجة، مكون واحد من الضوء يصبح بطيئاً مؤقتاً
بشكل نسبي للآخرين. والأثر على شعاع الضوء
هو دوران سطحها من السطح الأصلي
من ناحية أخرى يعرف بالدوران البصري
أدرك كل من فانت هوف وليتر سميتث أن طبيعة الكايرال
هي من الكربون رباعي الوجوه الذي يمكنه تفسير هذه الظاهرة المبهرة
الكايراليتي مسؤولة عن كل هذه الاثار المبهرة
في الكيمياء وفي الحياة اليومية.
يحب البشر التناظر
لذا إذا نظرت حولك فستجد أن العناصر الكيرالية
التي صنعها البشر نادرة.
لكن الجزيئات الكيرالية واسعة الانتشار في كل مكان.
وهي ظاهرة منفصلة مثل الدوران الضوئي
أو ربط الأثاث مع بعضه
أو التصفيق باليدين
كل هذه تتطلب خواصاً فراغية.