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

キラリティー(掌性)って何だろう、また分子がこの性質をもつ仕組みは？—マイケル・エバンス

翻訳: Eriko T 校正: Tomoyuki Suzuki

In the early days of organic chemistry,

有機化学の黎明期

chemists understood that molecules were made of atoms

化学者達は分子が 化学結合で結びついた原子から

connected through chemical bonds.

成り立っていることを理解しました

However, the three-dimensional shapes of molecules

しかし分子の３次元的な形は

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

全く未知でした 直接観察できなかったからです

Molecules were represented using simple connectivity graphs

分子は簡単な構造式を用いて

like the one you see here.

このように表されていました

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

19世紀半ばの優れた化学者達には

that these flat representations couldn't explain

こうした２次元的な表現では 研究で観察できたことの多くが

many of their observations.

表現しきれないのは明白でしたが

But chemical theory hadn't provided a satisfactory explanation

化学理論では分子の３次元構造について

for the three-dimensional structures of molecules.

満足行く説明が出来ていませんでした

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

1874年に化学者ファント・ホッフは ある見事な仮説を発表しました

the four bonds of a saturated carbon atom

飽和している炭素原子の４つの結合は

point to the corners of a tetrahedron.

正四面体の頂点を向いている というものです

It would take over 25 years

この仮説が理論的に確かめられたのは

for the quantum revolution to theoretically validate his hypothesis.

それから25年経たのちで 革命的な量子力学の成果でした

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

しかしファント・ホッフは 「旋光性」を用いて自らの理論を論じました

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

ファント・ホッフは 中心にある炭素原子に

bound to four different atoms or groups

４つの異なる原子または 基が結合している化合物だけが

rotated plane-polarized light.

光の偏光面を回転させることに 気づきました

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

この種類の化合物には 明らかに独特な特性がありました

Take a look at the two molecules you see here.

この２つの分子を見てみると

Each one is characterized by a central, tetrahedral carbon atom

それぞれは四面体の中心にある炭素原子に

bound to four different atoms:

４つの異なる原子―

bromine, chlorine, fluorine, and hydrogen.

臭素、塩素、フッ素と水素が 結合していることで特徴づけられます

We might be tempted to conclude that the two molecules

構成している原子だけを見ると

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

２つの分子が同じものだと 結論づけたくなりますが

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

果たして本当に同じなのかを判定する為に

perfectly to really prove that they're the same.

この２つの分子を重ね合わせてみましょう

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

私達は自由にこれら分子を回転させ 平行移動することが出来ます

as we wish. Remarkably though,

驚くべきことに

no matter how we move the molecules,

どのように分子を動かしても

we find that perfect superposition is impossible to achieve.

完全に一致するように重ね合わせることは 不可能だとわかります

Now take a look at your hands.

今度はあなたの手を見てください

Notice that your two hands have all the same parts:

どちらの手も全く同じパーツで出来ていますね

a thumb, fingers, a palm, etc.

親指、指、手のひら、等々

Like our two molecules under study,

考察中の２つの分子がそうであるように

both of your hands are made of the same stuff.

どちらの手も全く同じ要素で成り立っています

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

更には 各要素間の距離まで同じで

The index finger is next to the middle finger,

人差し指は中指の隣にあり

which is next to the ring finger, etc.

その隣は薬指である 等々

The same is true of our hypothetical molecules.

同じことがこの仮想の分子にも言え

All of their internal distances

これらの分子の内部的な距離も 全て同じなのです

are the same. Despite the similarities between them,

互いにこれほど似ているにも関わらず

your hands, and our molecules,

あなたの手も 私たちの分子も

are certainly not the same.

同じ形はしていません

Try superimposing your hands on one another.

両手を重ね合わせようとしても

Just like our molecules from before,

分子の場合と同じで

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

完全に一致させるのは 不可能と分かるでしょう

Now, point your palms toward one another.

両方の手のひら同士が 互いに向き合うようにして

Wiggle both of your index fingers.

両方の人差し指を動かしてみてください

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

すると左手が右にある鏡に写っているように

in a mirror at your right.

見えるでしょう

In other words, your hands are mirror images.

言い換えればあなたの両手は 鏡像になっているんです

The same can be said of our molecules.

同じことが私たちの分子にも言えます

We can turn them so that one looks at the other

分子を回転し 互いに鏡越しに向かい合う形にします

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

両手も 分子も

possess a spatial property in common called chirality,

このキラリティーあるいは掌性という 空間的特性を共有しています

or handedness.

このキラリティーあるいは掌性という 空間的特性を共有しています

キラリティーとは ここまで説明してきたことです

Chirality means exactly what we've just described:

キラルな物体は その鏡像と重ね合わせることができません

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

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

キラルな物体は 化学そして日常において とても特別な存在です

Screws, for example, are also chiral.

例えばねじもキラルです

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

ですから右ねじと左ねじという 言葉が必要なわけです

And believe it or not, certain types of light

信じ難いかもしれませんが

can behave like chiral screws.

ある種の光はキラルなねじのように 振る舞います

Packed into every linear, plane-polarized beam of light

全ての直線偏光 別名 平面偏光は

are right-handed and left-handed parts

右回りと左回りの成分を含み

that rotate together to produce plane polarization.

これらが共に回転する結果 平面偏光を生み出しているのです

このような光線の中に置かれた キラル分子は

Chiral molecules, placed in a beam of such light,

interact differently with the two chiral components.

光の２つのキラルな成分に対して 異なる相互作用を示します

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

結果として光の一方の成分が もう１つの成分に比べて

relative to the other. The effect on the light beam

ここでは遅くなります

すると光線の振動面が回転します

is a rotation of its plane from the original one,

otherwise known as optical rotation.

この現象が「旋光」です

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

ファント・ホッフと後の化学者達は 正四面体構造をもった炭素のキラルな性質が

of tetrahedral carbons can explain this fascinating phenomenon.

この興味深い現象を説明できると気付きました

Chirality is responsible for all kinds of other fascinating effects

キラリティーは化学の世界や日常の 様々な種類の現象に

in chemistry, and everyday life.

一役買っています

Humans tend to love symmetry

人間は対称性を好みがちなので

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

周りを見回してみると キラルな形状をもった人工的なモノは

made by humans are rare.

なかなか目にしないでしょう

But chiral molecules are absolutely everywhere.

でもキラル分子はどこにでもあり

Phenomena as separate as optical rotation,

「旋光」のような特殊な現象や

Screwing together furniture,

ねじによる家具の組み立て

and clapping your hands

手を叩くこと

all involve this intriguing spatial property.

こうしたこと全てに この不思議な空間的特質が関わっています