【手性趣闻 5.】
( 5. 手性与旋光性①)
旋光性是光作用于物质的一种光学效应。其本质是物质内部结构的不对称性,导致偏振光(线、面)作用于这种不对称物质时,光束会产生分解、屈折和折射,综合起来,就会使偏振光发生一定角度的扭转。这也被称为物质的光学活性。也就是说具有光学活性的物质会使偏振光一定角度的扭转,如以时针旋转方向为标准规定偏振光扭转的方向,有的物质会顺时针旋转光,叫做右旋物质,有的则会以反时针方向旋转光,则叫做左旋物质。
1811年,法国物理学家阿拉果发现水晶的晶体结构具旋光性,并且在不同方向上具有各向异性,也即是说光束沿着水晶结构的不同方向打过去,会有不同的结果。在这之后,同样是法国物理学家的毕奥,对石英、樟脑和洒石酸的旋光性做了很深入的研究,他推测晶体的放光性源于分子内部粒子的排列的不对称性。但是他没有对物质分子结构的不对称性做更深入的研究。
十九世纪的法国盛产葡萄洒,自然对葡萄酒的品质有相当的研究。在那世纪初,就知道了葡萄酒中的酸的存在是很影响酒的品质的。当时已知葡萄酒的生产过程中会有酒石酸、苹果酸、柠檬酸、乳酸、琥珀酸和醋酸等。并且酒石酸对于葡萄酒是很重要的酸,当时在法国研究旋光性的旋风带动下,人们已经知道酒石酸的晶体具有右旋的旋光性,且比旋度为+12°。
但是当时还发现在葡萄酒的沉淀中有一种类似酒石酸的物质,当时被定名为葡萄酸,而其化学分子组成与酒石酸完全一致,就是没有旋光性。那么这深究是何原因呢?
这其中的奥秘只有当法国微生物学家巴斯德通过非常细致的实验研究,得出了“伟大发现”的结果(有待下节中讨论),才从此提出了手性结构的全新概念,从而也奠基开创了有机立体化学的学科研究。由此也坐实了巴斯德“手性之父”荣誉称号。
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