Chirality là gì và làm thế nào nó lại can thiệp vào các phân tử? - Michael Evans

Nâng cao hiểu biết của bạn về tính chất của phân tử thông qua bài học vế tính chất đối xứng hấp dẫn này. Bàn tay của bạn là bí mật để hiểu được sự giống nhau kỳ lạ giữa hai phân tử gần như giống nhau hoàn toàn nhưng lại không phải là hình ảnh phản chiếu hoàn hảo.

Bài học: Michael Evans, Hoạt hình: Safwat Saleem và Qa'ed Tung.

Trong buổi đầu của hóa học hữu cơ,

các nhà hóa học hiểu rằng
phân tử được cấu tạo từ các nguyên tử

được kết nối thông qua các liên kết hóa học.

Tuy nhiên, hình dạng ba chiều của các phân tử

thì hoàn toàn không rõ ràng,
vì chúng không thể được nhìn thấy bằng mắt thường.

Phân tử được mô tả
bằng cách sử dụng đồ thị đơn giản

như bạn thấy ở đây.

Nó quá rõ ràng với các nhà hóa học thông thái
của thế kỷ giữa 19

rằng những hình đại diện phẳng
không thể giải thích

nhiều điều cho những quan sát của họ.

Nhưng hóa học lý thuyết đã không cung cấp được
một lời giải thích thỏa đáng

cho các cấu trúc 3 chiều của các phân tử.

Năm 1874, nhà hóa học Van't Hoff
nêu ra một giả thuyết đáng chú ý:

bốn liên kết của một nguyên tử cacbon bão hòa

chỉ về bốn góc của một tứ diện.

Mất hơn 25 năm

cho cuộc cách mạng lượng tử về lý thuyết
xác nhận giả thuyết của ông.

Nhưng Van't Hoff đã hỗ trợ lý thuyết của mình
bằng cách sử dụng quay vòng quang học.

Van't Hoff nhận thấy rằng
chỉ các hợp chất có một carbon trung tâm

liên kết với bốn nguyên tử khác nhau
hoặc các nhóm nguyên tử

xoay theo phân cực phẳng ánh sáng.

Rõ ràng, có một cái gì đó độc đáo về lớp này
trong số các hợp chất.

Hãy xem hai phân tử mà bạn nhìn thấy ở đây.

Mỗi phân tử được đặc trưng
bởi một nguyên tử cacbon trung tâm, tứ diện

liên kết với bốn nguyên tử khác nhau:

Brôm, Clo, Flo, và Hydro.

Chúng ta có thể nhầm rằng hai phân tử

là như nhau, nếu chúng ta
chỉ quan tâm tới những gì cấu tạo nên chúng.

Tuy nhiên, nếu ta xếp chồng hai phân tử lên nhau

một cách hoàn hảo
để xem liệu chúng có thực sự y chang nhau.

Chúng ta có thể thoải mái
xoay và dịch cả hai phân tử

theo ý muốn.

Nhưng dù ta cố gắng thế nào
thì vẫn không thể làm hai phân tử khít nhau,

chúng ta thấy rằng sự xếp chồng hoàn hảo
là không thể đạt được.

Bây giờ hãy nhìn vào hai bàn tay của bạn.

Ta thấy rằng hai bàn tay của bạn
có cùng tất cả các bộ phận:

một ngón cái, các ngón tay, bàn tay,...

Giống như hai phân tử
mà chúng ta đang nghiên cứu,

cả hai bàn tay của bạn
được làm từ những thứ như nhau.

Hơn nữa, khoảng cách giữa các ngón
trong cả hai bàn tay của bạn là như nhau.

Ngón trỏ bên cạnh ngón giữa,

ngón giữa cạnh ngón nhẫn,...

Cũng giống như hai phân tử của chúng ta.

Tất cả các khoảng cách bên trong chúng

cũng như nhau.
Bất kể những điểm tương đồng giữa chúng,

hai bàn tay của bạn,
và hai phân tử của chúng ta,

hoàn toàn không phải là thực sự y hệt

Hãy thử chồng hai bàn tay của bạn lên nhau.

Cũng giống như các phân tử của chúng ta trước đó,

bạn sẽ thấy rằng chúng không thể khít nhau
một cách hoàn hảo được.

Bây giờ, hướng hai lòng bàn tay của bạn
vào nhau.

Lắc lư cả hai ngón trỏ của bạn.

Bạn thấy rằng bàn tay trái của bạn

trông như bàn tay phải ở trong gương.

Nói cách khác, hai bàn tay của bạn
là hình ảnh phản chiếu của nhau qua gương.

Cũng tương tự với các phân tử của chúng ta.

Chúng ta có thể thấy
một bàn tay đối diện với bàn tay còn lại

ở trong gương.
Bàn tay của bạn - và các phân tử của chúng ta-

có một tính chất chung
về không gian được gọi là chirality,

hay là đối xứng bàn tay.

Chirality có nghĩa là đúng như
những gì chúng ta đã mô tả:

một đối tượng chiral
thì không phải hình ảnh phản chiếu của nó.

Những đối tượng chiral rất đặc biệt
trong hóa học và trong cuộc sống hàng ngày.

Đinh vít, Ví dụ, cũng là chiral.

Đó là lý do tại sao chúng ta cần các đinh vít
cho người thuận tay phải và tay trái.

Và tin hay không, một số loại ánh sáng

có thể hoạt động giống như vít chiral

được đính vào mỗi tuyến tính,
mặt phẳng phân cực của chùm ánh sáng

là hai phần phía tay phải và tay trái

xoay quanh nhau
để tạo ra mặt phẳng phân cực.

Các phân tử chiral, khi được đặt
trong một chùm ánh sáng như vậy,

tương tác khác nhau với hai thành phần chiral.

Kết quả là, một thành phần của ánh sáng
tạm thời bị làm chậm lại

so với cái kia.
Các hiệu ứng trên các chùm tia sáng

là một vòng quay của mặt phẳng của nó
từ bản gốc,

còn được gọi là .sự quay quang học.

Van't Hoff và các nhà hóa học
sau đó nhận ra rằng bản chất chiral

của tứ diện cacbon
có thể giải thích hiện tượng hấp dẫn này.

Chirality chịu trách nhiệm
cho tất cả các loại hiệu ứng hấp dẫn khác

trong hóa học, và cuộc sống hàng ngày.

Con người có xu hướng
thích những đồ vật đối xứng

và do đó, nếu bạn nhìn xung quanh,
bạn sẽ nhận thấy những đối tượng chiral

được làm bởi con người là rất hiếm.

Nhưng những phân tử chiral
thì ở khắp mọi nơi.

Hiện tượng riêng biệt như sự quay quang học,

Gắn vít các đồ dùng gia đình

và vỗ tay

tất cả liên quan
đến tính chất hấp dẫn về không gian này.