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

Chirality là gì và làm thế nào nó lại can thiệp vào các phân tử? - Michael Evans

Translator: Linh Khánh Phan Reviewer: Nhu PHAM

In the early days of organic chemistry,

Trong buổi đầu của hóa học hữu cơ,

chemists understood that molecules were made of atoms

các nhà hóa học hiểu rằng phân tử được cấu tạo từ các nguyên tử

connected through chemical bonds.

được kết nối thông qua các liên kết hóa học.

However, the three-dimensional shapes of molecules

Tuy nhiên, hình dạng ba chiều của các phân tử

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

thì hoàn toàn không rõ ràng, vì chúng không thể được nhìn thấy bằng mắt thường.

Molecules were represented using simple connectivity graphs

Phân tử được mô tả bằng cách sử dụng đồ thị đơn giản

like the one you see here.

như bạn thấy ở đây.

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

Nó quá rõ ràng với các nhà hóa học thông thái của thế kỷ giữa 19

that these flat representations couldn't explain

rằng những hình đại diện phẳng không thể giải thích

many of their observations.

nhiều điều cho những quan sát của họ.

But chemical theory hadn't provided a satisfactory explanation

Nhưng hóa học lý thuyết đã không cung cấp được một lời giải thích thỏa đáng

for the three-dimensional structures of molecules.

cho các cấu trúc 3 chiều của các phân tử.

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

Năm 1874, nhà hóa học Van't Hoff nêu ra một giả thuyết đáng chú ý:

the four bonds of a saturated carbon atom

bốn liên kết của một nguyên tử cacbon bão hòa

point to the corners of a tetrahedron.

chỉ về bốn góc của một tứ diện.

It would take over 25 years

Mất hơn 25 năm

for the quantum revolution to theoretically validate his hypothesis.

cho cuộc cách mạng lượng tử về lý thuyết xác nhận giả thuyết của ông.

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

Nhưng Van't Hoff đã hỗ trợ lý thuyết của mình bằng cách sử dụng quay vòng quang học.

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

Van't Hoff nhận thấy rằng chỉ các hợp chất có một carbon trung tâm

bound to four different atoms or groups

liên kết với bốn nguyên tử khác nhau hoặc các nhóm nguyên tử

rotated plane-polarized light.

xoay theo phân cực phẳng ánh sáng.

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

Rõ ràng, có một cái gì đó độc đáo về lớp này trong số các hợp chất.

Take a look at the two molecules you see here.

Hãy xem hai phân tử mà bạn nhìn thấy ở đây.

Each one is characterized by a central, tetrahedral carbon atom

Mỗi phân tử được đặc trưng bởi một nguyên tử cacbon trung tâm, tứ diện

bound to four different atoms:

liên kết với bốn nguyên tử khác nhau:

bromine, chlorine, fluorine, and hydrogen.

Brôm, Clo, Flo, và Hydro.

We might be tempted to conclude that the two molecules

Chúng ta có thể nhầm rằng hai phân tử

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

là như nhau, nếu chúng ta chỉ quan tâm tới những gì cấu tạo nên chúng.

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

Tuy nhiên, nếu ta xếp chồng hai phân tử lên nhau

perfectly to really prove that they're the same.

một cách hoàn hảo để xem liệu chúng có thực sự y chang nhau.

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

Chúng ta có thể thoải mái xoay và dịch cả hai phân tử

as we wish. Remarkably though,

theo ý muốn.

no matter how we move the molecules,

Nhưng dù ta cố gắng thế nào thì vẫn không thể làm hai phân tử khít nhau,

we find that perfect superposition is impossible to achieve.

chúng ta thấy rằng sự xếp chồng hoàn hảo là không thể đạt được.

Now take a look at your hands.

Bây giờ hãy nhìn vào hai bàn tay của bạn.

Notice that your two hands have all the same parts:

Ta thấy rằng hai bàn tay của bạn có cùng tất cả các bộ phận:

a thumb, fingers, a palm, etc.

một ngón cái, các ngón tay, bàn tay,...

Like our two molecules under study,

Giống như hai phân tử mà chúng ta đang nghiên cứu,

both of your hands are made of the same stuff.

cả hai bàn tay của bạn được làm từ những thứ như nhau.

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

Hơn nữa, khoảng cách giữa các ngón trong cả hai bàn tay của bạn là như nhau.

The index finger is next to the middle finger,

Ngón trỏ bên cạnh ngón giữa,

which is next to the ring finger, etc.

ngón giữa cạnh ngón nhẫn,...

The same is true of our hypothetical molecules.

Cũng giống như hai phân tử của chúng ta.

All of their internal distances

Tất cả các khoảng cách bên trong chúng

are the same. Despite the similarities between them,

cũng như nhau. Bất kể những điểm tương đồng giữa chúng,

your hands, and our molecules,

hai bàn tay của bạn, và hai phân tử của chúng ta,

are certainly not the same.

hoàn toàn không phải là thực sự y hệt

Try superimposing your hands on one another.

Hãy thử chồng hai bàn tay của bạn lên nhau.

Just like our molecules from before,

Cũng giống như các phân tử của chúng ta trước đó,

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

bạn sẽ thấy rằng chúng không thể khít nhau một cách hoàn hảo được.

Now, point your palms toward one another.

Bây giờ, hướng hai lòng bàn tay của bạn vào nhau.

Wiggle both of your index fingers.

Lắc lư cả hai ngón trỏ của bạn.

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

Bạn thấy rằng bàn tay trái của bạn

in a mirror at your right.

trông như bàn tay phải ở trong gương.

In other words, your hands are mirror images.

Nói cách khác, hai bàn tay của bạn là hình ảnh phản chiếu của nhau qua gương.

The same can be said of our molecules.

Cũng tương tự với các phân tử của chúng ta.

We can turn them so that one looks at the other

Chúng ta có thể thấy một bàn tay đối diện với bàn tay còn lại

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

ở trong gương. Bàn tay của bạn - và các phân tử của chúng ta-

possess a spatial property in common called chirality,

có một tính chất chung về không gian được gọi là chirality,

or handedness.

hay là đối xứng bàn tay.

Chirality means exactly what we've just described:

Chirality có nghĩa là đúng như những gì chúng ta đã mô tả:

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

một đối tượng chiral thì không phải hình ảnh phản chiếu của nó.

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

Những đối tượng chiral rất đặc biệt trong hóa học và trong cuộc sống hàng ngày.

Screws, for example, are also chiral.

Đinh vít, Ví dụ, cũng là chiral.

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

Đó là lý do tại sao chúng ta cần các đinh vít cho người thuận tay phải và tay trái.

And believe it or not, certain types of light

Và tin hay không, một số loại ánh sáng

can behave like chiral screws.

có thể hoạt động giống như vít chiral

Packed into every linear, plane-polarized beam of light

được đính vào mỗi tuyến tính, mặt phẳng phân cực của chùm ánh sáng

are right-handed and left-handed parts

là hai phần phía tay phải và tay trái

that rotate together to produce plane polarization.

xoay quanh nhau để tạo ra mặt phẳng phân cực.

Chiral molecules, placed in a beam of such light,

Các phân tử chiral, khi được đặt trong một chùm ánh sáng như vậy,

interact differently with the two chiral components.

tương tác khác nhau với hai thành phần chiral.

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

Kết quả là, một thành phần của ánh sáng tạm thời bị làm chậm lại

relative to the other. The effect on the light beam

so với cái kia. Các hiệu ứng trên các chùm tia sáng

is a rotation of its plane from the original one,

là một vòng quay của mặt phẳng của nó từ bản gốc,

otherwise known as optical rotation.

còn được gọi là .sự quay quang học.

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

Van't Hoff và các nhà hóa học sau đó nhận ra rằng bản chất chiral

of tetrahedral carbons can explain this fascinating phenomenon.

của tứ diện cacbon có thể giải thích hiện tượng hấp dẫn này.

Chirality is responsible for all kinds of other fascinating effects

Chirality chịu trách nhiệm cho tất cả các loại hiệu ứng hấp dẫn khác

in chemistry, and everyday life.

trong hóa học, và cuộc sống hàng ngày.

Humans tend to love symmetry

Con người có xu hướng thích những đồ vật đối xứng

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

và do đó, nếu bạn nhìn xung quanh, bạn sẽ nhận thấy những đối tượng chiral

made by humans are rare.

được làm bởi con người là rất hiếm.

But chiral molecules are absolutely everywhere.

Nhưng những phân tử chiral thì ở khắp mọi nơi.

Phenomena as separate as optical rotation,

Hiện tượng riêng biệt như sự quay quang học,

Screwing together furniture,

Gắn vít các đồ dùng gia đình

and clapping your hands

và vỗ tay

all involve this intriguing spatial property.