What is chirality and how did it get in my molecules? - Michael Evans

المترجم: Amal Matouk المدقّق: Ghalia Turki

In the early days of organic chemistry,

في بدايات علم الكيمياء العضوية

chemists understood that molecules were made of atoms

أدرك الكيميائيون أن الجزيئات تتكون من

connected through chemical bonds.

ذرات مرتبطة ببعضها بروابط كيميائية

However, the three-dimensional shapes of molecules

غير أن الشكل الثلاثي الأبعاد للجزيئات،

were utterly unclear, since they couldn't be observed directly.

كان مبهماً تماما بما أنهم لم يستطيعوا ملاحظته بشكل مباشر.

Molecules were represented using simple connectivity graphs

كانت الجزيئات تُمثل بروابط بيانية بسيطة

like the one you see here.

مثل الذي تراه هنا

It was clear to savvy chemists of the mid-19th century

كان واضحاً للكيميائيين الأذكياء في منتصف القرن التاسع عشر

that these flat representations couldn't explain

أن هذه التمثيلات المسطحة لا تفسر

many of their observations.

الكثير من مشاهداتهم

But chemical theory hadn't provided a satisfactory explanation

ولكن الكيمياء النظرية لم تقدم تفسيراً مرضيا

for the three-dimensional structures of molecules.

للتركيبات ثلاثية الأبعاد للجزيئات

In 1874, the chemist Van't Hoff published a remarkable hypothesis:

في 1874، نشر الكيميائي (فانت هوف) فرضية لافتة

the four bonds of a saturated carbon atom

الروابط الأربعة لذرة الكربون المشبعة

point to the corners of a tetrahedron.

وتشير إلى زوايا رباعي السطوح.

It would take over 25 years

وسيستغرق فوق 25 عاماً

for the quantum revolution to theoretically validate his hypothesis.

قبل أن تتمكن ثورة الفيزياء الكمية من التحقق من صحة فرضيته

But Van't Hoff supported his theory using optical rotation.

لكن فانت هوف دعم نظريته باستخدام التناوب البصري

Van't Hoff noticed that only compounds containing a central carbon

لاحظ فانت هوف أن المركبات التي تحوي ذرة كربون مركزية

bound to four different atoms or groups

مرتبطة بأربعة ذرات أو مجموعات مختلفة

rotated plane-polarized light.

تتسبب دوران الضوء البسيط المستقطب

Clearly there's something unique about this class of compounds.

من الواضح أنه يوجد شيء مميز في هذه المركبات

Take a look at the two molecules you see here.

انظر للجزيئتين هنا

Each one is characterized by a central, tetrahedral carbon atom

كل منهما تتميز بذرة كربون مركزية هرمية

bound to four different atoms:

مرتبطة بأربعة ذرات مختلفة

bromine, chlorine, fluorine, and hydrogen.

بروم، كلور، فلور، هيدروجين

We might be tempted to conclude that the two molecules

قد يغرينا الاعتقاد بأن هاتين الجزيئتين

are the same, if we just concern ourselves with what they're made of.

متماثلتين إذا اهتممنا إلى مكوناتهما فقط

However, let's see if we can overlay the two molecules

لكن إذا أردنا مطابقتهما

perfectly to really prove that they're the same.

لنثبت أنهما حقا متماثلتان

We have free license to rotate and translate both of the molecules

ولدينا حرية تدويرهما وتحريكهما

as we wish. Remarkably though,

كما نشاء على نحو بارز

no matter how we move the molecules,

ومن الملاحظ أنه مهما حركناهما

we find that perfect superposition is impossible to achieve.

نجد أن تطابقهما مستحيل

Now take a look at your hands.

الآن انظر إلى يديك

Notice that your two hands have all the same parts:

لاحظ أن لهما نفس الأجزاء

a thumb, fingers, a palm, etc.

إبهام وأصابع وراحة اليد ... إلخ

Like our two molecules under study,

مثل الجزيئين قيد الدراسة

both of your hands are made of the same stuff.

كلتا يدانا مصنوعتان من نفس المكونات

Furthermore, the distances between stuff in both of your hands are the same.

أيضاً المسافة بين أجزاء يديك متماثلة

The index finger is next to the middle finger,

السبابة بجانب الوسطى

which is next to the ring finger, etc.

يليها الخنصر .. إلخ

The same is true of our hypothetical molecules.

ذات الشيء صحيح فيما يتعلق بالجزيئين

All of their internal distances

كل مسافاتهم الداخلية متماثلة

are the same. Despite the similarities between them,

على الرغم من تشابههما

your hands, and our molecules,

يداك وجزيئاتنا

are certainly not the same.

بالتأكيد ليسوا متشابهين

Try superimposing your hands on one another.

فلتجرب أن تضع إحدى يديك فوق الأخرى.

Just like our molecules from before,

تماما مثل جزيئاتنا من قبل

you'll find that it can't be done perfectly.

ستجد أنه لا يمكن القيام به بشكل مثالي.

Now, point your palms toward one another.

والآن، وجّه راحة يدك باتجاه الأخرى

Wiggle both of your index fingers.

حرك السبابتين في يديك

Notice that your left hand looks as if it's looking

لاحظ أن يدك اليسرى تبدو كما لو تنظر

in a mirror at your right.

في مرآة ما على يمينك

In other words, your hands are mirror images.

بمعنى آخر فإن يديك هما كصور مرآة.

The same can be said of our molecules.

يمكن أن نقول نفس الشيء عن جزيئاتنا.

We can turn them so that one looks at the other

نستطيع تحريكهم فتبدو إحداهما مثل الأخريات

as in a mirror. Your hands - and our molecules -

كما في المرآة يداك وجزيئاتنا

possess a spatial property in common called chirality,

امتلاك خاصية مكانية تدعى كايراليتي

or handedness.

أو هانددنس.

Chirality means exactly what we've just described:

معنى كايراليتي كما وصفناه :

a chiral object is not the same as its mirror image.

عنصر الكايرال ليس مشابها لصورة مرآته.

Chiral objects are very special in both chemistry and everyday life.

عنصر الكايرال خاص جداً في كل من الكيمياء وكل جوانب الحياة

Screws, for example, are also chiral.

اللولب على سبيل المثال هو أيضا شيرل

That's why we need the terms right-handed and left-handed screws.

لهذا السبب نحن بحاجة لمصطلحات لولب اليد اليمنى ولولب اليد اليسرى

And believe it or not, certain types of light

صدق أو لا تصدق تستطيع أنماط مختلفة من الضوء

can behave like chiral screws.

التصرف كـ لولب كايرال

Packed into every linear, plane-polarized beam of light

بتجمعها في حزم خطية، يكون شعاع الاستقطاب الساطع من الضوء

are right-handed and left-handed parts

أجزاء من اليد اليمنى واليسرى

that rotate together to produce plane polarization.

التي تدور معا لإنتاج الاستقطاب الساطع.

Chiral molecules, placed in a beam of such light,

جزيئات الكايرال إن وضعت في شعاع من هذا الضوء

interact differently with the two chiral components.

فإنها تتفاعل بشكل مختلف مع مكونات من الكايرال

As a result, one component of the light gets temporarily slowed down

كنتيجة، مكون واحد من الضوء يصبح بطيئاً مؤقتاً

relative to the other. The effect on the light beam

بشكل نسبي للآخرين. والأثر على شعاع الضوء

is a rotation of its plane from the original one,

هو دوران سطحها من السطح الأصلي

otherwise known as optical rotation.

من ناحية أخرى يعرف بالدوران البصري

Van't Hoff and later chemists realized that the chiral nature

أدرك كل من فانت هوف وليتر سميتث أن طبيعة الكايرال

of tetrahedral carbons can explain this fascinating phenomenon.

هي من الكربون رباعي الوجوه الذي يمكنه تفسير هذه الظاهرة المبهرة

Chirality is responsible for all kinds of other fascinating effects

الكايراليتي مسؤولة عن كل هذه الاثار المبهرة

in chemistry, and everyday life.

في الكيمياء وفي الحياة اليومية.

Humans tend to love symmetry

يحب البشر التناظر

and so if you look around you, you'll find that chiral objects

لذا إذا نظرت حولك فستجد أن العناصر الكيرالية

made by humans are rare.

التي صنعها البشر نادرة.

But chiral molecules are absolutely everywhere.

لكن الجزيئات الكيرالية واسعة الانتشار في كل مكان.

Phenomena as separate as optical rotation,

وهي ظاهرة منفصلة مثل الدوران الضوئي

Screwing together furniture,

أو ربط الأثاث مع بعضه

and clapping your hands

أو التصفيق باليدين

all involve this intriguing spatial property.

كل هذه تتطلب خواصاً فراغية.