In den frühen Tagen der organischen Chemie begriffen die Chemiker,
dass Moleküle aus Atomen bestehen,
die durch chemische Bindungen verknüpft sind.
Die räumlichen Strukturen der Moleküle waren jedoch völlig unklar,
da sie nicht direkt beobachtet werden konnten.
Die Moleküle wurden mit einfachen Grafiken zur Konnektivität dargestellt,
so wie diese hier.
Mitte des 19. Jahrhunderts wurde versierten Chemikern klar,
dass die flachen Darstellungen viele Beobachtungen nicht erklären konnten.
Aber die chemische Theorie bot keine zufriedenstellende Erklärung
für die dreidimensionalen Strukturen der Moleküle.
1874 veröffentlichte der Chemiker Van't Hoff eine bemerkenswerte Hypothese:
Die vier Bindungen eines gesättigten Kohlenstoffatoms
zeigen auf die Ecken eines Tetraeders.
Es dauerte über 25 Jahre,
bis die Quantenrevolution seine Hypothese theoretisch bestätigte.
Van't Hoff stützte seine Theorie auf die optische Rotation.
Er stellte fest, dass nur Verbindungen, die einen zentralen Kohlenstoff enthalten,
der an vier verschiedene Atome oder Gruppen gebunden ist,
plan-polarisiertes Licht rotieren lassen.
Offensichtlich war diese Klasse von Verbindungen einzigartig.
Werfen Sie einen Blick auf diese beiden Moleküle.
Sie sind durch zentrale, tetraedrische Kohlenstoffatome gekennzeichnet,
die an vier verschiedene Atome gebunden sind:
Brom, Chlor, Fluor und Wasserstoff.
Wir sind versucht, den Schluss zu ziehen, dass die beiden Moleküle gleich sind,
wenn wir uns nur mit ihrer Zusammensetzung beschäftigen.
Lassen Sie uns sehen, ob die Moleküle perfekt überlagert werden können,
um zu beweisen, dass sie identisch sind.
Wir dürfen beide Moleküle nach Belieben rotieren und übersetzen.
Es fällt jedoch auf,
dass, egal wie wir die Moleküle bewegen,
eine perfekte Überlagerung ist unmöglich.
Werfen Sie nun einen Blick auf Ihre Hände.
Beachten Sie, dass Ihre beiden Hände dieselben Körperteile haben:
Daumen, Finger, Handflächen usw.
Wie die beiden untersuchten Moleküle
bestehen auch Ihre Hände aus dem gleichen Material.
Außerdem sind die Abstände zwischen den Komponenten Ihrer beiden Hände gleich.
Der Zeigefinger befindet sich neben dem Mittelfinger,
der sich neben dem Ringfinger befindet, usw.
Das selbe gilt für unsere hypothetischen Moleküle.
Alle inneren Abstände dieser Moleküle sind gleich.
Trotz der Ähnlichkeiten sind Ihre Hände und unsere Moleküle jedoch nicht gleich.
Versuchen Sie, Ihre Hände übereinander zu legen.
Genau wie bei unseren Molekülen werden Sie feststellen,
dass sie nicht perfekt übereinander gelegt werden können.
Richten Sie nun die Handflächen aufeinander.
Wackeln Sie mit den beiden Zeigefingern.
Beachten Sie, dass Ihre linke Hand so aussieht,
als wäre sie im Spiegel zu Ihrer rechten.
Mit anderen Worten: Ihre Hände sind Spiegelbilder.
Dasselbe kann man auch über unsere Moleküle sagen.
Wir können sie drehen, so dass sie wie Spiegelbilder aussehen.
Ihre Hände -- und unsere Moleküle --
besitzen eine gemeinsame räumliche Eigenschaft,
die Chiralität oder Händigkeit genannt wird.
Chiralität bedeutet genau das, was wir gerade beschrieben haben:
Ein chiraler Gegenstand ist nicht dasselbe wie sein Spiegelbild.
Chirale Objekte sind sowohl in der Chemie als auch im täglichen Leben sehr speziell.
Schrauben beispielsweise sind ebenfalls chiral.
Deshalb brauchen wir die Begriffe rechtshändige und linkshändige Schrauben.
Und ob Sie es glauben oder nicht,
bestimmte Arten von Licht können sich wie chirale Schrauben verhalten.
In jedem linearen, planpolarisierten Lichtstrahl
befinden sich rechts- und linkshändige Teilchen,
die sich zusammen drehen, um eine ebene Polarisation zu erzeugen.
Chirale Moleküle, die in einem solchen Lichtstrahl platziert sind,
interagieren unterschiedlich mit den beiden chiralen Komponenten.
Infolgedessen wird eine Lichtkomponente
im Verhältnis zur anderen vorübergehend verlangsamt.
Der Effekt auf den Lichtstrahl
ist eine Drehung seiner Ebene relativ zur ursprünglichen,
auch optische Rotation genannt.
Van't Hoff und spätere Chemiker erkannten,
dass die chirale Natur der tetraedrischen Kohlenstoffe
dieses faszinierende Phänomen erklären kann.
Die Chiralität ist für zahlreiche andere faszinierende Effekte in der Chemie
und im täglichen Leben verantwortlich.
Menschen neigen dazu, die Symmetrie zu lieben,
und wenn man sich umsieht, stellt man fest,
dass von Menschen hergestellte chirale Objekte selten sind.
Aber chirale Moleküle sind absolut überall.
So eigenständige Phänomene wie die optische Drehung,
das Zusammenschrauben von Möbeln und das in die Hände Klatschen
haben alle mit dieser faszinierenden räumlichen Eigenschaft zu tun.