Dans les débuts de la chimie organique,
les chimistes ont compris que les molécules sont faites d'atomes
reliés par des liaisons chimiques.
Cependant, le principe de la forme en trois dimensions
n'était absolument pas clair, puisqu'on ne pouvait pas les observer directement.
On représentait les molécules à l'aide de simples schémas de connexions
comme celui que vous voyez ici.
Il était clair pour les chimistes avisés du milieu du 19e siècle
que ces représentations plates ne pouvaient expliquer
bon nombre de leurs observations.
Mais la théorie chimique n'avait pas fourni d'explication satisfaisante
pour les structures tridimensionnelles des molécules.
En 1874, le chimiste Van't Hoff a publié une hypothèse remarquable :
les quatre liaisons d'un atome de carbone saturé
indiquent les coins d'un tétraèdre.
Il a fallu plus de 25 ans
pour que la révolution quantique valide théoriquement cette hyposthèse.
Mais Van' t Hoff soutenait sa théorie en s'appuyant sur la rotation optique.
Van't Hoff a remarqué que seuls les composés contenant un carbone central
lié à quatre atomes ou groupes différents
font tourner la lumière polarisée plane.
Cette classe de composés a clairement quelque chose d'unique.
Jetez un œil aux deux molécules que vous voyez ici.
Chacune se caractérise par un atome de carbone central, tétraédrique
lié à quatre atomes différents :
brome, chlore, fluorite et hydrogène.
On serait tenté de conclure que les deux molécules
sont les mêmes, si on ne se préoccupe que de ce dont elle sont faites.
Cependant, nous allons voir si on peut superposer les deux molécules
parfaitement pour prouver qu'elles sont vraiment identiques.
Nous avons carte blanche pour faire pivoter et translater les deux molécules
comme on le souhaite. Seulement, et d'une manière remarquable,
peu importe comment on déplace les molécules,
on voit que cette superposition parfaite est impossible à réaliser.
Maintenant regardez vos mains.
Notez bien que vos deux mains ont les mêmes pièces :
un pouce, des doigts, une paume, etc..
Comme nos deux molécules à l'étude,
les deux mains sont faites de la même manière..
En outre, les distances entre les parties dans les deux mains sont les mêmes.
L'index se trouve à côté du majeur,
qui est à côté de l'annulaire, etc..
Il en va de même pour nos molécules hypothétiques.
Toutes leurs distances internes
sont les mêmes. Malgré leurs similitudes,
vos mains, et nos molécules,
ne sont pas identiques, c'est certain.
Essayez de superposer vos mains l'une sur l'autre.
À l'instar de nos molécules avant,
vous trouverez que c'est infaisable parfaitement.
Maintenant, pointez vos paumes l'une vers l'autre.
Tortiller les deux index.
Remarquez que votre main gauche semble regarder
votre main droite dans un miroir.
En d'autres termes, vos mains sont des images miroir.
On peut dire la même chose pour nos molécules
Nous pouvons les tourner afin que l'une regarde l'autre
comme dans un miroir. Vos mains, et nos molécules,
possèdent une propriété spatiale en commun appelée chiralité,
ou impartialité..
La chiralité signifie exactement ce que nous venons de décrire :
un objet chiral n'est pas identique à son image miroir.
Les objets chiraux sont très spéciaux dans la chimie et la vie quotidienne.
Les vis, par exemple, sont également chirales.
C'est pourquoi nous avons les termes vis à droite et vis à gauche.
Et croyez-le ou non, certains types de lumière
peuvent se comporter comme des vis chirales.
Emballé dans chaque faisceau de lumière polarisée linéaire,
se trouvent des éléments « droits » et « gauches
qui tournent ensemble pour arriver à une polarisation plane.
Les molécules chirales, placées dans un faisceau de cette lumière,
interagissent différemment avec les deux composantes chirales.
Ainsi, une des composantes de la lumière est temporairement ralentie
par rapport à l'autre. L'effet sur le faisceau lumineux
est une rotation de son plan par rapport à celui d'origine,
qu'on appelle aussi rotation optique.
Van ' t Hoff, puis d'autres chimistes après lui, se sont rendus compte que la nature chirale
des atomes de carbone tétraédriques peut expliquer ce phénomène fascinant.
La chiralité est responsable de toutes sortes d'autres effets fascinants
en chimie et dans la vie quotidienne.
Les humains ont tendance à aimer la symétrie
et donc si vous regardez autour de vous, vous trouverez que les objets chiraux
faits par les humains sont rares.
Mais les molécules chirales sont absolument partout.
Phénomènes comme la rotation optique,
le vissage des meubles,
et frapper dans ses mains,
tous impliquent cette propriété spatiale intrigante.