Симметрия глазами химика - Харгиттаи И.
ISBN 5-03-000276-6
Скачать (прямая ссылка):
б
Рис. 2-55.
а-расположение молекул в центросимметричном кристалле и-хлорбензойного ангидрида. Воспроизводится с разрешения Кертина и Пола [31]. © 1981 American Chemical Society; б - расположение молекул в нецентросимметричном кристалле и-бромбензойного ангидрида. Воспроизводится с разрешения Кертина и Пола [31]. © 1981 American Chemical Society.
реакции на боковых гранях кристалла, чем в случае хлорного аналога, что нельзя непосредственно связать с явлением полярности [34].
Было высказано предположение [35], что даже вещества, обычно кристаллизующиеся в центросимметричные кристаллы, при наложении
Прооыс и комбинированные типы
мметрнп
69
Y
л
А
Рис. 2-56.
Реакция кристаллов полярного и-бромбензойного ангидрида с газообразным аммиаком. Кристаллы вытянуты вдоль полярной оси. Воспроизводится с разрешения авторов работы [34]. © 1981 American Chemical Society.
на них электрического поля в процессе кристаллизации способны образовывать полярные кристаллы. Подобные попытки не увенчались успехом в случае и-хлорбензойного ангидрида, но для других соединений такой подход оказался эффективным.
2.7. Хиральность
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 молекул и пара кристаллов.
У. Томпсон, лорд Келвин, писал [36]: «Я называю фигуру или совокупность точек «хиральными» и считаю, что они обладают свойством «хиральности», если их зеркальные отражения, выполненные абсолютно точно, не могут совместиться друг с другом». Он также назвал однотипные предметы «гомохиральными» в отличие от «гете-рохиральных» предметов, обладающих противоположными признаками. Самым обычным примером гетерохиральности служат руки. Действительно, сам термин «хиральность» происходит от греческого слова хе1Р> что значит рука. На рис. 2-58 и 2-59 показаны гетеро- и гомохиральные пары рук.
Хиральный предмет и его зеркальное отражение энантиоморфны, а
Сот^гарапс^ XVIII
вГ|1 "
1Й11| -
И, я Р : г Г Г щ т Г ДГГ | ^ Г V
|_Щ- Г ' 1 р р 1 1 п—¦ Г Г р] и Г Г 1 1, д 1 1 -1—^-Ц-
В "Г " — г г г и- Г
1|ЙЧ1 - г * *г г г
г у =
сно
СН2ОН
сно
но
сн,он
Рис. 2-57.
а-две розетки, имеющие поворотную ось пятого порядка. Каждая из них не имеет плоскости симметрии, но они связаны друг с другом плоскостью зеркального отражения; б-И.С. Бах: «Искусство фуги», Контрапункт XVIII, отрывок; в-молекулы глицеринового альдегида; г-кристаллы винной кислоты.
Рис. 2-58.
Гетерохиральные пары рук.
а-Альбрехт Дюрер: «Руки молящегося». Коллекция графики Альбертина, Вена. Воспроизводится с разрешения; й-могила на еврейском кладбище в Праге. Фото авторов; й-Вера Секеи: «Я хочу быть любимой». Литературный музей Петёфи, Будапешт. Воспроизводится с разрешения; .* иллюстрация из книги, в которой обсуждается возможность существования жизни вне Земли [37]. Воспроизводится с разрешения Р. Н. Брзйсвелла; <1-марка ООН. посвященная «Всемирной продовольственной программе».
72
Глава 2
Рис. 2-59.
Гомохиральная пара рук: две правые руки на почтовой марке США.
сами они являются энантиомерами по отношению друг к другу. Луи Пастер был первым, кто предположил наличие хиральности у молекул. В своем знаменитом эксперименте 1848 г. он перекристаллизовал соль винной кислоты, получив два вида кристалликов, являвшихся зеркальными двойниками. Они имели идентичный химический состав, но различались по оптической активности. Один вид кристаллов был левовращающим (обозначается Ь от слова 1аеуо), а другой-правовращающим (Б от слова (зехгго). Поскольку в то время истинная абсолютная конфигурация молекул не могла быть установлена, использовалась произвольно выбранная номенклатура, которая впоследствии, к счастью, оказалась правильной. Если молекула или кристалл хираль-ны, то они обязательно должны быть оптически активны. Однако обратное утверждение не имеет места. В самом деле, известны неэнан-тиоморфные классы кристаллов, которые проявляют оптическую активность.
Уайт [38] расширил определение хиральности: «Трехмерные образования» (совокупности точек, структуры, перемещения и другие процессы), обладающие несовместимыми зеркальными отражениями, называются хиральными. Хиральный 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 они относительно 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 кристаллов лево- и правосторонность по сути эквивалентны*. Интересный обзор общей научной проблемы «лево право» написан Гарднером [39]. Различие между левым и правым имеет также существенное дополнительное значение в области социологии, политики и психологии (см., например, книгу Вейля [10]).
