什么是手性？它是怎样存在于分子中的？ 迈克尔-埃文斯

通过这堂关于奇妙的手性的课增进你对分子特征的了解。你的手是秘密武器，可以帮助你理解看起来几乎完全相同却实际不是完全镜面的两个分子间奇特的相似点。

迈克尔-埃文斯授课，赛弗瓦特-萨里木和凯德-唐制作。

在有机化学的早期，

化学家们明白分子是由原子构成的，

由化学键相互连接。

但是，分子的三维形状

却鲜为人知，因为他们不能被直接观察到。

分子用简单的连接图表示，

就像你现在看到的这样。

19世纪中期，精明的化学家们明白

这样的扁平模型不能解释

他们观察到的很多现象。

但是化学理论没能提供一个令人满意的解释

来说明分子的三维结构。

在1874年，化学家范特霍夫发表了这个伟大的假说：

一个饱和碳原子的四根键

指向一个四面体的角。

25多年之后，

量子革命才从理论上证实了他的假说。

但是范特霍夫用旋光效应来支撑他的理论。

他注意到只有具有中心碳原子

并连接到四个不同原子或原子团的化合物

才能旋转平面偏振光。

很明显，这类化合物有独特的性质。

仔细观察这里的两个分子。

每一个都具有四面体形的中心碳原子

分别连接四个不同的原子：

溴，氯，氟和氢。

我们很可能会得出结论，这两个分子

是一样的，如果我们只考虑它们的组成成分。

但是，我们来看看能否通过完全重叠两个分子

来证明它们真的是一样的。

我们可以随意旋转和翻转这两个分子。

但值得注意的是，

不管我们怎样移动这些分子，

完全重叠都是不可能完成的。

现在看看你的手。

注意你的两只手有着相同的部分：

拇指，手指，手掌，等等。

像我们研究的两个分子一样，

你的两只手是同样的成分组成的。

更进一步，你两只手上各部分间的距离也是相同的。

食指临近中指，

中指靠着无名指，以此类推。

我们所假设的分子也是这样的。

它们的所有内部距离

都是相同的。尽管它们有很多共同点，

你的手，和我们的分子，

显然不是相同的。

试试把你的手重叠到一起。

就像我们之前的分子一样

你会发现它们不能完全重叠。

现在，把你的手掌相对。

晃动你的两只食指。

你会发现你的左手好像

在通过镜子看你的右手。

换言之，你的两只手是镜面图像。

我们的分子也是一样的。

我们把它们转过来，所以一个看着另一个

就像镜子里一样。你的手，和分子，

拥有同样的一种空间特性，叫做手征，

也叫手性。

手性就是指我们刚刚描述过的特性：

一个手性物体和它的镜像并不同。

手性物体在化学和日常生活中都和特殊。

螺丝钉，打个比方，就是手性的。

所以我们才需要区分左手和右手螺钉。

不管你信不信，某些种类的光

也像手性螺丝一样。

在每一束线性的平面偏振光中

都有左手和右手部分

共同旋转来产生平面偏振。

手性分子，当放在这样的光束中时，

对两个手性部分产生不同的反应。

作为结果，光的一部分相对另一部分

被暂时减缓。对光线的影响

就是相对初始平面的平面旋转，

也被称作旋光。

范特霍夫和后来的化学家认识到

四面体碳的手性可以解释这个奇妙的现象。

手性也导致了其他很多化学

和日常生活中的奇妙影响。

人类喜欢对称

所以如果你看看周围，你会发现

人类制造的手性物体非常罕见。

但是手性分子确实哪里都有。

很多独立的现象类似旋光，

钉家具，

和拍手，

都包含着这个引人入胜的空间特性。