И. Харгиттаи, М. Харгиттаи - Симметрия глазами химика (1109026), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Ос !98 ! Атепсап Сйепнса1 Вес!е1у; о - расположение молекул в нецентросимметричном кристалле л-бромбензойного ан!идрила, Воспроизводится с разрешения Кергина и Пола [313. © 1981 Ашег1сап Сйеписа1 8ос1егу. реакции на боковых гранях кристалла, чем в случае хлорного аналога, что нельзя непосредственно связать с явлением полярности 1343. Было высказано предположение 1353, что даже вещества, обычно кристаллизующиеся в центросимметричные кристаллы, при наложении 11р к ~ ыс п ь,~мблпировя'п ыс ~ ппы иммс~ р ~п Рис. 2-56. Реакция кристаллов полярного л-бромбензойного ангидрида с газообразным аммиаком.
Кристаллы вытянуты вдоль полярной оси. Воспроизводигся с раз- решения авторов работы !343. © 1981 Атегкап Скеш1са! Вос!е!у. на них электрического поля в процессе кристаллизации способны обра- зовывать полярные кристаллы. Подобные попытки не увенчались успе- хом в случае и-хлорбензойного ангидрида, но для других соединений такой подход оказался эффективным. Можно привести много примеров из живого и неживого мира, когда сами предметы не имеют плоскостей симметрии, но объединены в пары с помощью плоскости симметрии так, что их зеркальные отображения не совместимы друг с другом.
На рис. 2-57 в качестве примера показаны пара розеток, музыкальная фраза Баха, взятая из его произведения «Искусство фуги», пара молекуд и пара кристаллов. У. Томпсон, лорд Келвин, писал Г361: «Я называю фигуру или совокупность точек «хиральными» и считаю, что они облалают свойством «хиральности», если их зеркальные отражения, выполненные абсолютно точно, не могут совместиться друг с другом» Он также назвал однотипные предметы «гомохиральными» в отличие от <аетерохиральных» предметов, обладающих противоположными признаками. Самым обычным примером гетерохиральности служат руки.
Действительно, сам термин «хиральность» происходит от греческого слова тегр, что значит рука. На рис. 2-58 и 2-59 показаны гетеро- и гомохиральные пары рук. Хиральный предмет и его зеркальное отражение энантиоморфны, а 1 я > сне сно 1 с.. „.~ ~,"он сн,он с~ А сн,он Рис. 2-57. а две розетки, имеющие поворотную ось пятого поридка. Каждая из них не имеет плоскости симметрии, но они связаны друг с лругом плоскостью зеркаль- ного отражения; б — И.С. Бах.
кИскусстао фугив, Контрапунк~ ХЧШ, отрывок; а-молекулы глицеринового альдегида; г — кристаллы винной кислоты. Рнс. 2-58 З етерохиральггьгс пары рук. а-Альбрехт Дюрер «Руки мо|яшегосяя Ко,шскния графики Альбертииа. Вена Воспроизводится с ргзрешения, б- могила иа свреиском клалбище в Враге. Фото авторов, а Вера Сакки. кЯ «азу быль лкзбимоак Литерщурпмй музей Нетефи, Будапешт Воснроизволится с разрсшени», .* илдюс|рапня из «нигн, в которой обсуждаегся возможиосзь существования жизни вне Земли Г37]. Воспроизводится с разрешения Р Н Брзясвел.м; д.
марка ООН. посвященная кВсемириой продовольственной програчмеи Глвчв ' Рис. 2-60. Примеры лево- и правосторонпих спиралей [40). Воспроизволнгск е разрешения. © 1981 Ьу Ше Веп)апнпгСшпш)пкз РнЫВЫпк Со., Меп!о Рвгх. СА. Рис. 2-62. Старая аудитория. оборудованнвн сгуль- ями с подставками только для сзу- дентов. пишущих праной рукой. Фото авторов. Рис 2-61. Аудитория в Унивсрсизезе шт. Коннектикуг. оборуловнннан гомо- и гетерохирапьными стульями с иолсзввками длч сзулентов, пишу~них квк правой. твк и левой рукой.
Фото авторов. Рис. 2-59. Гомохиральная пара рук: лве правые руки на почтовой марке США. сами они являизтся энантиомсрами па отношению друг к другу. Луп Пастер был перпым, кто предположил наличие хиральности у молекул. В своем знаменитом эксперименте !848 г. он псрекристаллизовал соль нннной кислоты, получив два вида кристалликов, являвшихся зеркальными двойниками. Они имели идентичный химический состав, во различались по оптической активности. Один вид кристаллов был левоврашаюшим (обозначается 1 ог слова !аечо), а другой — правоврашаюшим (О от слова бек!го).
Г!оскольку в та время истинная абсолютная конфигурация молекул не могла быть установлена, использовалась произвольно выбранная номенклатура, которая впоследствии„ к счастью, оказалась правильной. Если молекула или кристалл хиральны, то они обязательно должны быть оптически активны. Однако обратное утверждение не имеет места. В самом леле, известны иеэнантиоморфныс классы кристаллов, которые проявляют оптическую активность. Уайт (38) расширил определение хиральнасти: «Трехмерные образования» (совокупности точек, структуры, перемещения и другие процессы), обладаюшие несовместимыми зеркальными отражениями, называгатся хиральными.
Хиральггый процесс состоит из последовательных состояний, каждое из которых хирально. Два важных класса хиральных форм состоят из винтов и гаек. Винты бывают коническими и цилиндрическими, и построены опи относнтедьно своей оси, т. е, прямой линии. В качестве примера на рис. 2-60 показаны левая и правая пространственные спирали. С другой стороны, основой в конструкции гайки является ее центр. Примерами могут служить хиральные молекулы, обладающие точечной группой симметрии. С точки зрения молекул и крнсгаллов лево- и правосторонность по сути эквивалентны*.
Интересный обзор обшей научной проблемы «лево правов написан Гарднером (39). Различие между леиым н правым имеет также существенное дополнительное значение в области социологии, политики и психологии (см., например, книгу Вейля Г!03). " Указанная эквивалентность имеет гораздо более широкое значение, чем только в применении к мо:гекулам и крисзвллам. В частности, зто проявляется в гвк называемой «проблеме Озма» (терлвин ввелеи М. Гарднером, о ко~ором авторы упоминают ни кс) Популярное изложение этой проблемы можно найти в книге Л.В. Тарасова «Этот удивительно симметричный мир» (Мз Просвещение, 1982) 11ри.ч.
перев. 1)рос~и и лом шниросвнны ~гпнв симл»прин Отметим, что к ребенку-левше относятся по-разному в различных частях света. На рис. 2-6! показана аудитория в Университете шт. Коннектикут, оборудованная различными (гомо- и гетерохиральными) стульями с подставками для студентов, пишуших как правой, так и левой р>кой. В прежнее время в том же самом университете аудитория была оборудована только для тех, кто пишет правой рукой (рис. 2-62).
Глввл 2 2.7.1. Асимметрия и диесимметрия Простейшие хиральные молекулы-это те, в которых атом углерода имеет четыре различных лиганда, т.е. атомы или группы атомов, находящиеся в вершинах тетраэдра. Все аминокислоты, встречающиеся в природе, хиральные, за исключением глицина. Иногда в литературе (см., например, [41)) различают симметрические преобразования первого и второго рода. Операции первого рода также называют четными операциями. Например, операция идентичности эквивалентна двум последовательным отражениям в плоскости симметрии. Это есть четная операция, илн операция первого рода.
Простое вращение также относится к операциям перво~о рода. Поворот с зеркальным отражением приводит к появлению левых и правых составляющих, и это будет операция второго рода. Простое отражение — тоже операция второг о рода, так как ее можно представить в виде зеркально-поворотной операции вокруг оси первого порядка. Простое отражение связано с существованием в фигуре двух энантиоморфных компонент. Некоторые простые примеры, заимствованные у Шубникова [412, приведены на рис. 2-63, В соответствии с вышеупомянутым определением хиральность характеризуется отсутствием элементов симметрии второго рода. Более четверти века назад Шубников [411 отметил, что в литературе часто наблюдается путаница при употреблении терминов «асимметрия» и «диссимметрия». К сожалению, такая путаница пока еше продолжает существовал. Шубников правильно отметил, что научный смысл этих терминов целиком согласуется с грамматикой этих слов: асимметрия означает отсутствие симметрии, а диссимметрия" расстройство симметрии.
Термин «диссимметрия» впервые был использован Пастером для обозначения отсутствия в фигуре элементов симметрии второго рода. В соответствии с этим диссимметрия не исключает присутствия Пргкгвы и кгввбввлроввввыс глггы слхгысгрлв элементов симметрии первого рода. Пьер Кюри применял термин «диссимметрия» в более широком смысле. Он называл кристалл диссимметрическим в случае отсутствия в ием тех элеменгов симметрии, от которых зависит существование определенных физических свойств. Говоря словами самого Кюри [421, «диссимметрия создает явление».
Таким образом, данное явление существует, и оно иаблюдаемо именно благодаря диссимметрии, т.е. отсутствию некоторых элементов симметрии. Далее Шубников называет диссимметрию выпадением тех или иных элевиентов симметрии из данной группы. Он утверждает, что имеет смысл говорить об отсутствии элементов симметрии лишь тогда, когда они где-то присутствуют. Таким образом, с точки зрения хиральности любая асимметричная фигура хиральна, но асимметрия не является необходимым условием хиральности. Все диссимметричные фигуры также хиральны, если диссимметрия вызвана отсутствием элементов симметрии второго рода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
