【手性趣闻 29.】
(29. 旋光性物质的本质)
1811年,法国物理学家阿拉果发现,当单色平面偏振光通过水晶(一种石英晶体,化学成分为二氧化碳)时,偏振面会发生扭转。后来有人发明了定量检测扭转的仪器叫旋光仪。它的主要部件就是用尼科尔晶体磨成的起偏器和检偏器,这种起偏器(或检偏器)是各向异性的,也就是它可以把各向同性的自然光过滤,只让一个方向振动的光通过,这就形成了偏振光。然后让这偏振光通过测试管(可装待测物质),之后再通过检偏器,可以发现测试管里的旋光性物质把偏振光扭转了一定角度,有的物质是向左旋的(逆时针旋转,记为“-”),有的物质则是右旋的(顺时针旋转,记为“+”)。可见下图所示。
后来发现很多物质都具有旋光性,所以人们把具有旋光性的物质叫做旋光性物质。而且旋光性物质大都具有左旋和右旋成对的,旋转角度都是相等的。
许多晶体都是具有成对的左右旋的旋光性,当它们的晶体结构被破坏时,其旋光性消失了。
而很多化学分子具有旋光异构体,也就是成对的左右旋分子结构。当然它们可以是含有不对称碳原子的物质,有的是不含不对称碳原子,但是分子内部具有不对称要素。1815年,法国物理学家毕奥猜测,具有旋光性的化学物质的分子构造一定是不对称的。但实际上直到1846年,法国生物化学家巴斯德的实验才回答了这个问题。因为分子构型的对映异构,才是物质旋光性的原因。
所有旋光性的物质,无论晶体也好,液体也罢,其晶体结构或分子构型都满足一个条件,那就是“镜像对称”的一种特殊的对称,这个镜与像就是左旋右旋的对映异构体,它们自然是成对的。正是这种对映异构,或者说旋光异构,当它们与偏振光作用时,会导致偏振光向不同的方向发生偏转。
而满足这个“镜像对称”条件的物质特征就是手性。巴斯德为此作了开创性的研究工作,所以他被誉称为“手性之父”。
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