초기 유기화학시대의 화학자들은,
분자는 원자로 구성되고 화학결합을 통해 연결되어 있다고 이해 했습니다.
그러나, 3차원 구조를 가진 분자들은 직접 볼 수 없어서 아주 불분명 했죠.
분자들은 간단한 연결 그래프로 표현되었죠, 여기에 보이는 것처럼요.
19세기 중엽의 상식적인 화학자에게 이러한 평면적 표현으로는,
그들의 수많은 관찰결과를 설명할 수 없었다는 건 분명했어요.
하지만 화학이론은 3차원 분자구조를 만족스럽게 설명해 줄 수 없었죠.
1874년, 밴트 호프라는 화학자가 놀라운 가설을 발표했습니다.
포화 탄소원자 4개의 결합이 4면체의 꼭짓점을 가리킨다는 것이었죠.
그의 가설을 이론적으로 증명할 양자혁명까지는 25년 이상 걸릴겁니다.
그런데, 밴트 호프는 그의 이론을 [선광]을 이용하여 입증했습니다.
밴트 호프는 네개의 다른 원자 또는 그룹 중앙에, 탄소를 포함한 화합물만이
평면 편광 회전한다는 것을 알아차렸습니다.
확실히, 이런 종류의 화합물에는 어떤 독특한 것이 있습니다.
여기 두개의 분자를 보시죠.
각기 중앙의 4면체의 탄소원자에 의해 특성화되어,
4개의 서로다른 원자와 묶여있습니다. 브로민, 염소, 불소 그리고 수소죠.
두 분자가 같을것이라 결론 짓는것으로 여겨질 수 있을지 몰랐습니다,
그것들이 무엇으로 구성되었는지 우리끼리만 고려한다면요.
하지만, 정말 똑같은지 확인하기 위해 두 분자가 완벽하게 겹치는지 보시죠.
우리가 원하는 대로 두 분자를 돌리고 변형할 수 있다고 합시다.
그런데 놀랍게도, 분자를 어떻게 움직이던
두개를 완벽하게 겹치는 것은 불가능하다는 것을 알았습니다.
이제, 여러분의 두 손을 보시죠.
여러분의 두 손은, 같은 부분을 갖고있다는 것을 확인하세요.
엄지, 손가락, 손바닥 등이요.
위에 말한 두 분자와 같이, 두 손은 같은 요소들로 구성되어 있습니다.
게다가, 손가락의 사이간격도 같습니다
검지는 중지 다음에 있고, 그 옆에는 약지가 있는 등등.
우리의 분자가설과 똑같이 적용됩니다. 그들의 모든 내부 간격이 똑같고요.
그들 사이의 유사성에도 불구하고,
여러분의 손과 우리의 분자는 확실히, 같지 않다는 것입니다.
여러분의 손을 다른 손에 완벽하게 겹치려고 해 보세요.
좀전에 분자들로 했던 것처럼, 완벽하게 되지 않는다는 것을 아시죠.
이제 손바닥을 다른쪽으로 향하게 놓아 보세요.
검지 손가락 두개를 흔들어 보세요.
여러분의 왼손이 마치 오른쪽에서 거울을 보는것과 같다는 걸 알겠죠.
다른말로, 여러분의 손은 '거울이미지 (경상)'인 것입니다.
우리의 분자도 마찬가지입니다.
분자들을 돌리면 하나가 다른하나를 거울로 비춰보게 됩니다.
여러분의 손과 우리의 분자는
[분자 비대칭성]이라는 공통의 공간적 속성을 가진 '좌우상' 이라고도 하죠.
분자 비대칭성이란 바로 지금 설명한 것을 의미 하는데요,
비대칭 물체는 거울이미지와 정확히 일치하지는 않습니다.
비대칭 물체는 화학과 일상 생활에서 아주 특별한데요,
예를들어, 나사또한 비대칭입니다.
그것이 바로 '왼나사'와 '오른나사'가 왜 필요한지의 이유입니다.
그리고 믿건 말건, 어떤 형태의 빛은 비대칭 나사와 같은 반응을 보입니다.
모든 선형으로 압축된 평면편광 빔은,
우로가는 부분과 좌로가는 부분이 같이 회전하며 만들어 내는 것입니다.
비대칭분자는 이러한 빛줄기 안에서,
두 비대칭 요소와 서로 다르게 상호작용을 하는 것입니다.
결과적으로 빛의 한 요소는 다른요소에 비해 일시적으로 느려집니다.
빛줄기에 미치는 영향은 최초 빛의 면에 의한 회전인거죠.
아니면, [선광]이라고도 알려져 있습니다.
밴트호프와 후대의 화학자들은, 4면체 탄소의 비대칭 이치가
이 흥미로운 현상을 설명할 수 있다는 것을 깨달았습니다.
분자 비대칭성은 화학에서 모든 흥미로운 현상을 관할하고 일상생활도 마찬가지죠.
인간은 대칭을 좋아하는 경향이 있어요. 그래서 주위를 보면,
사람에 의해 만들어진 비대칭 물체는 드물다는 것을 알겁니다.
그러나 비대칭 분자는 분명히 모든곳에 있습니다.
선광같이 독립적인 현상들도,
함께 가구에 나사를 조이는것도, 박수를 치는것도,
모두 이러한 흥미로운 공간 속성과 관련이 있습니다.