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

비대칭성이란 무엇이고 어떻게 나의 분자들에 들어와 있을까? - 마이클 에반스(Michael Evans)

번역: JongEok Yang 검토: Jeong-Lan Kinser

In the early days of organic chemistry,

초기 유기화학시대의 화학자들은,

chemists understood that molecules were made of atoms

분자는 원자로 구성되고 화학결합을 통해 연결되어 있다고 이해 했습니다.

connected through chemical bonds.

However, the three-dimensional shapes of molecules

그러나, 3차원 구조를 가진 분자들은 직접 볼 수 없어서 아주 불분명 했죠.

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

분자들은 간단한 연결 그래프로 표현되었죠, 여기에 보이는 것처럼요.

Molecules were represented using simple connectivity graphs

like the one you see here.

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

19세기 중엽의 상식적인 화학자에게 이러한 평면적 표현으로는,

that these flat representations couldn't explain

그들의 수많은 관찰결과를 설명할 수 없었다는 건 분명했어요.

many of their observations.

But chemical theory hadn't provided a satisfactory explanation

하지만 화학이론은 3차원 분자구조를 만족스럽게 설명해 줄 수 없었죠.

for the three-dimensional structures of molecules.

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

1874년, 밴트 호프라는 화학자가 놀라운 가설을 발표했습니다.

the four bonds of a saturated carbon atom

포화 탄소원자 4개의 결합이 4면체의 꼭짓점을 가리킨다는 것이었죠.

point to the corners of a tetrahedron.

It would take over 25 years

그의 가설을 이론적으로 증명할 양자혁명까지는 25년 이상 걸릴겁니다.

for the quantum revolution to theoretically validate his hypothesis.

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

그런데, 밴트 호프는 그의 이론을 [선광]을 이용하여 입증했습니다.

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

밴트 호프는 네개의 다른 원자 또는 그룹 중앙에, 탄소를 포함한 화합물만이

bound to four different atoms or groups

rotated plane-polarized light.

평면 편광 회전한다는 것을 알아차렸습니다.

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

확실히, 이런 종류의 화합물에는 어떤 독특한 것이 있습니다.

Take a look at the two molecules you see here.

여기 두개의 분자를 보시죠.

Each one is characterized by a central, tetrahedral carbon atom

각기 중앙의 4면체의 탄소원자에 의해 특성화되어,

bound to four different atoms:

4개의 서로다른 원자와 묶여있습니다. 브로민, 염소, 불소 그리고 수소죠.

bromine, chlorine, fluorine, and hydrogen.

두 분자가 같을것이라 결론 짓는것으로 여겨질 수 있을지 몰랐습니다,

We might be tempted to conclude that the two molecules

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

그것들이 무엇으로 구성되었는지 우리끼리만 고려한다면요.

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

하지만, 정말 똑같은지 확인하기 위해 두 분자가 완벽하게 겹치는지 보시죠.

perfectly to really prove that they're the same.

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

우리가 원하는 대로 두 분자를 돌리고 변형할 수 있다고 합시다.

as we wish. Remarkably though,

그런데 놀랍게도, 분자를 어떻게 움직이던

no matter how we move the molecules,

we find that perfect superposition is impossible to achieve.

두개를 완벽하게 겹치는 것은 불가능하다는 것을 알았습니다.

Now take a look at your hands.

이제, 여러분의 두 손을 보시죠.

Notice that your two hands have all the same parts:

여러분의 두 손은, 같은 부분을 갖고있다는 것을 확인하세요.

a thumb, fingers, a palm, etc.

엄지, 손가락, 손바닥 등이요.

Like our two molecules under study,

위에 말한 두 분자와 같이, 두 손은 같은 요소들로 구성되어 있습니다.

both of your hands are made of the same stuff.

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

게다가, 손가락의 사이간격도 같습니다

The index finger is next to the middle finger,

검지는 중지 다음에 있고, 그 옆에는 약지가 있는 등등.

which is next to the ring finger, etc.

The same is true of our hypothetical molecules.

우리의 분자가설과 똑같이 적용됩니다. 그들의 모든 내부 간격이 똑같고요.

All of their internal distances

are the same. Despite the similarities between them,

그들 사이의 유사성에도 불구하고,

your hands, and our molecules,

여러분의 손과 우리의 분자는 확실히, 같지 않다는 것입니다.

are certainly not the same.

Try superimposing your hands on one another.

여러분의 손을 다른 손에 완벽하게 겹치려고 해 보세요.

Just like our molecules from before,

좀전에 분자들로 했던 것처럼, 완벽하게 되지 않는다는 것을 아시죠.

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

Now, point your palms toward one another.

이제 손바닥을 다른쪽으로 향하게 놓아 보세요.

Wiggle both of your index fingers.

검지 손가락 두개를 흔들어 보세요.

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

여러분의 왼손이 마치 오른쪽에서 거울을 보는것과 같다는 걸 알겠죠.

in a mirror at your right.

In other words, your hands are mirror images.

다른말로, 여러분의 손은 '거울이미지 (경상)'인 것입니다.

The same can be said of our molecules.

우리의 분자도 마찬가지입니다.

We can turn them so that one looks at the other

분자들을 돌리면 하나가 다른하나를 거울로 비춰보게 됩니다.

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

여러분의 손과 우리의 분자는

possess a spatial property in common called chirality,

[분자 비대칭성]이라는 공통의 공간적 속성을 가진 '좌우상' 이라고도 하죠.

or handedness.

분자 비대칭성이란 바로 지금 설명한 것을 의미 하는데요,

Chirality means exactly what we've just described:

비대칭 물체는 거울이미지와 정확히 일치하지는 않습니다.

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

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

비대칭 물체는 화학과 일상 생활에서 아주 특별한데요,

Screws, for example, are also chiral.

예를들어, 나사또한 비대칭입니다.

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

그것이 바로 '왼나사'와 '오른나사'가 왜 필요한지의 이유입니다.

And believe it or not, certain types of light

그리고 믿건 말건, 어떤 형태의 빛은 비대칭 나사와 같은 반응을 보입니다.

can behave like chiral screws.

Packed into every linear, plane-polarized beam of light

모든 선형으로 압축된 평면편광 빔은,

are right-handed and left-handed parts

우로가는 부분과 좌로가는 부분이 같이 회전하며 만들어 내는 것입니다.

that rotate together to produce plane polarization.

Chiral molecules, placed in a beam of such light,

비대칭분자는 이러한 빛줄기 안에서,

interact differently with the two chiral components.

두 비대칭 요소와 서로 다르게 상호작용을 하는 것입니다.

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

결과적으로 빛의 한 요소는 다른요소에 비해 일시적으로 느려집니다.

relative to the other. The effect on the light beam

빛줄기에 미치는 영향은 최초 빛의 면에 의한 회전인거죠.

is a rotation of its plane from the original one,

otherwise known as optical rotation.

아니면, [선광]이라고도 알려져 있습니다.

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

밴트호프와 후대의 화학자들은, 4면체 탄소의 비대칭 이치가

of tetrahedral carbons can explain this fascinating phenomenon.

이 흥미로운 현상을 설명할 수 있다는 것을 깨달았습니다.

Chirality is responsible for all kinds of other fascinating effects

분자 비대칭성은 화학에서 모든 흥미로운 현상을 관할하고 일상생활도 마찬가지죠.

in chemistry, and everyday life.

Humans tend to love symmetry

인간은 대칭을 좋아하는 경향이 있어요. 그래서 주위를 보면,

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

사람에 의해 만들어진 비대칭 물체는 드물다는 것을 알겁니다.

made by humans are rare.

But chiral molecules are absolutely everywhere.

그러나 비대칭 분자는 분명히 모든곳에 있습니다.

Phenomena as separate as optical rotation,

선광같이 독립적인 현상들도,

Screwing together furniture,

함께 가구에 나사를 조이는것도, 박수를 치는것도,

and clapping your hands

모두 이러한 흥미로운 공간 속성과 관련이 있습니다.

all involve this intriguing spatial property.