Louis Pasteur
(18221895)

A természetes szerves anyagok molekuláris aszimmetriájának vizsgálata
Részletek

Leçons de chimie professées en 1860

in: Henry Marshall Leicester and Herbert S. Klickstein, A Source Book in Chemistry 14001900 (Harvard University Press, Cambridge, Massachusetts, 1963)


III.

Amikor munkához láttam, úgy gondoltam, hogy a kristályok ismeretével kell magam felvértezni, mert éreztem, hogy kémiai kutatásaim során ebbõl meríthetek majd. A legegyszerûbbnek azt találtam, ha a kristályos anyagokról írt néhány alapos munkát használom vezérfonalként: megismétlem az összes mérést és eredményeimet összehasonlítom a szerzõével. A pontosságáról jól ismert de la Provostaye úr 1841-ben remek dolgozatot publikált a borkõsav, a paraborkõsav [a racém forma] és sóik kristályos formáiról. Ebbõl az értekezésbõl indultam ki. Kikristályosítottam a borkõsavat és sóit, s megvizsgáltam a kristályok alakját. A munka elõrehaladtával olyan érdekes jelenséget vettem észre, amely elkerülte a tudós fizikus figyelmét. Az általam tanulmányozott összes tartarát kétségtelenül hemiéderes [félsíkú, fél lapszámú] lapokkal rendelkezett.

A tartarátok eme különlegessége egyáltalán nem volt nyilvánvaló. Ez könnyen érthetõ, hiszen korábban nem is figyelték meg. De amikor egy mintában kétségesnek tûnt a jelenléte, újbóli kristályosítással és a körülmények kis módosításával sikerült elõidéznem. A kristályokon néha megjelent a szimmetriatörvény által megkövetelt összes lap, de a hemiéderességet még ekkor is elárulta a lapok felének egyenlõtlen növekedése. Ezt tapasztaltam például a hánytató borkõ esetében. Hozzá kell tennem, hogy a hemiéderesség felismerését nagyban megnehezítik a kristályok gyakori szabálytalanságai. A kristályok soha nem növekednek egészen akadálytalanul, ezért deformációk alakulnak ki, egyik vagy másik irányban nem folytatódhat a növekedés, egyes lapok véletlenül nem jelennek meg stb. Hacsak nem állnak elõ szinte rendkívüli körülmények, a hemiéderesség felismerése, különösen a laboratóriumi kristályokban, nagyon figyelmes vizsgálatot igényel. Ehhez hozzá kell tennünk, hogy bár a hemiéderesség lehetséges egy adott formában, és bár az anyag belsõ szerkezetének a függvénye, nem feltétlenül jelenik meg külsõleg.

Mindennek ellenére ismételten kijelentem, hogy a tartarátokat hemiéderesnek találtam.

Ez a megfigyelés valószínûleg talán haszontalan maradt volna a következõ meggondolás nélkül.

Legyen a, b és c bármely tartarát kristályformájának paramétere, és a, b és g a kristálytani tengelyek szöge. A tengelyek rendszerint merõlegesek vagy egy kicsit ferdék. Két paraméter, például az a és b aránya majdnem ugyanaz a különbözõ tartarátokban, az összetételtõl, a kristályvíz-tartalomtól vagy bázisaik természetétõl függetlenül. Csak a c mutat érzékelhetõ változásokat. Az összes tartarát szemi-izomorfizmusról tanúskodik. [Az izomorf anyagok kémiailag különbözõk, de azonos szerkezetûek.] Úgy képzelhetjük el, hogy a különbözõ anyagokban a tartarátcsoport dominál és ez nyomja rájuk a hasonlóság bélyegét a többi alkotóelem különbsége ellenére is.

Ennek eredménye az összes tartarát hasonlósága és a párhuzamos orientáció lehetõsége. Az orientáció alapja lehet például az a és b tengelyek helyzete.

Ha a tartarátok azonos orientációjú primitív celláinak összes prizmáján összehasonlítjuk a heméderes lapok elhelyezkedését, akkor kiderül, hogy a lapok elhelyezkedése azonos.

Ezek az eredmények alapozták meg összes további munkámat. Két szóban is összefoglalhatók: a tartarátok hemiéderesek és ugyanolyan irányban hemiéderesek.

Részben a molekuláris forgatóképesség alapján (melyet Biot fedezett fel a borkõsavban és összes vegyületében), részben Herschel zseniális korrelációja alapján, nem különben Delafosse úr bölcs elgondolásaival felvértezve, melyek szerint a hemiéderesség mindig is a szerkezet törvénye és nem a kristályosodás véletlenszerû eredménye, hittem abban, hogy a tartarátok hemiéderességének kapcsolatban kell állnia azzal a tulajdonságukkal, hogy a polarizált fény síkját elfordítják.

Fontos azonban, hogy a felismerés kialakulását is nyomon kövessük: Haüy és Weiss megfigyelték, hogy a kvarcnak hemiéderes lapjai vannak, és ezek egyes mintákban jobbra, másokban balra hajlanak. Biot azt találta, hogy a kvarckristályok optikai tulajdonságaik alapján is két csoportba sorolhatók: az egyik a polarizált fény síkját jobbra, a másik balra téríti el. Herschel az eddig különálló jelenségeket kapcsolta össze: az egyik fajtához tartozó kristályok az egyik, a másik fajtához tartozók a másik irányba forgatnak. ...

A fenti felfedezéseknek és az imént felsorolt összefüggéseknek köszönhetõen feltételezhetjük tehát (ennél többrõl még nem lehet szó), hogy a tartarátok hemiéderessége és forgatóképessége összefügg egymással.

A fenti feltevés kísérleti alátámasztásához elõször meg akartam nézni, hogy az a sokféle kristályosítható szerves vegyület, amely molekuláris forgatóképességgel rendelkezik, hemiéderes formában kristályosodik-e. Ez az ötlet a Herschel-féle korreláció ellenére senkinek sem jutott az eszébe. A kísérlet a remélt sikerrel járt.

Ugyancsak megvizsgáltam a paraborkõsav és sóinak kristályos formáit. Ezek az anyagok izomerek a borkõsav-vegyületekkel, de Biot kísérletei szerint nem forgatják el a poláros fény síkját. Egyikük sem mutatott hemiéderességet.

Ezzel a természetes szerves vegyületek hemiéderessége és molekuláris forgatóképessége közötti kapcsolatot sikerült alátámasztani. ...


IV.

Hamarosan látni fogják, hogy a tartarátok hemiéderessége és forgatóképessége közötti lehetséges összefüggés kapcsán miért jutott eszembe Mitscherlich 1844-es munkája. Azonnal tudtam, hogy Mitscherlich egy ponton tévedett. Nem vette észre, hogy a kettõs tartarát hemiéderes volt, a paratartarát nem. Ha ez így van, eredményei egyáltalán nem rendkívüliek, sõt alátámaszthatják a hemiédresség és a forgatóképesség közötti kapcsolatra vonatkozó feltevéseimet.

Ezért nekiláttam, hogy újból megvizsgáljam Mitscherlich két sójának kristályos alakját. Azt találtam, hogy a tartarát a korábban vizsgált összes tartaráthoz hasonlóan hemiéderes volt, de meglepõ módon a paratartarát is annak bizonyult. A tartarátban azonban a hemiéderes lapok ugyanabban az irányban álltak, míg a paratartarátban hol jobbra, hol balra hajlottak. A váratlan eredménye ellenére is kitartottam az elképzelésem mellett. Gondosan szétválasztottam egymástól a jobb felé és a bal felé hemiéderes kristályokat, és külön vizsgáltam meg az oldataikat a polarizációs készülékben. Nem kis meglepetésemre és örömömre a jobb felé hemiéderes kristályok a polarizáció síkját jobbra forgatták el, a bal felé hemiéderesek pedig balra forgattak. Amikor a kétféle kristályból azonos mennyiséget vettem, a keverék oldata nem hatott a fényre a két egyenlõ, egymással ellentétes forgatás semlegesítése miatt.

Ezután a paraborkõsavból a szokásos módon elõállítottam a kettõs nátrium-ammónium-paratartarátot. Az oldatból néhány nap alatt kiváltak a kristályok, amelyek pontosan ugyanolyan szögeket és ugyanolyan külsõt mutattak. A neves krisztallográfus, Mitscherlich a legaprólékosabb vizsgálattal sem vett észre semmilyen különbséget. Az egyik csoport molekuláris elrendezése mégis különbözik a másikétól. A forgatóképesség és a kristályok aszimmetriája is bizonyítja ezt. A kétféle kristály izomorf, és a megfelelõ tartaráttal is izomorf. De az izomorfia eddig ismeretlen sajátsággal jár: ez az aszimmetrikus kristály izomorfiája a tükörképével. A hasonlat nagyon jól illik a jelenségre. Ha elképzelem a kétféle kristály hemiéderes lapjait, két szimmetrikus tetraédert kapok, amelyek egymás inverzei: megfelelõ részeik tökéletes azonossága ellenére sem hozhatók egymással fedésbe. Ebbõl jogosan vontam le azt a következtetést, hogy a nátrium-ammónium-paratartarát kristályosításával két szimmetrikusan izomorf atomcsoportot választottam szét, amelyek a paraborkõsavban együtt léteznek. Mi sem könnyebb annak kimutatásánál, hogy ez a kétféle kristály két különbözõ sót reprenzentál, amelybõl két különbözõ sav vonható ki.

Az ilyen esetekben alkalmazott módszer szerint a cél úgy érhetõ el, ha a sókat  egy ólomsóval vagy baritfölddel csapjuk ki, és a savakat kénsavval állítjuk elõ. ...


VI.

Térjünk vissza ahhoz a két savhoz, amelyet a nátrium-ammónium-paratartarát kristályosításakor oly váratlan módon kicsapódó kristályok szolgáltattak. Már megjegyeztem, hogy semmi sem lehet érdekesebb ezeknek a savaknak a vizsgálatánál.

Egyikük, amelyik a jobb felé hemiéderes kristályokból származik, jobbra forgat és a közönséges borkõsavval azonos. A másik balra forgat, mint az a só, amelybõl származott. A kétféle sav pontosan ugyanolyan abszolút értékkel forgatja el a polarizáció síkját. A jobbos sav olyan speciális törvényeket követ, amikor forgat, amelyeket semmilyen más aktív anyag nem mutatott. A balos a leghívebben, minden különbség nélkül mutatja ezeket az ellenkezõ irányban.

A paraborkõsav tehát valójában eme két sav azonos mennyiségeinek kombinációja, amit az bizonyít, hogy ha ezek azonos tömegû, többé-kevésbé koncentrált oldatait összekeverjük, amint azt bemutatom Önöknek, egy kis hõ fejlõdik, és a folyadék azonnal megszilárdul a természetessel azonos paraborkõsav bõséges kristályosodása nyomán.*

A kémiai és krisztallográfiai hasonlóságnak megfelelõen mindaz, ami az egyik savval elvégezhetõ, azonos körülmények között a másikkal is megtehetõ, s minden egyes esetben azonos, de olyan termékeket kapunk, amelyek nem hozhatók egymással fedésbe. Ezek az anyagok úgy hasonlítanak egymásra, mint a jobb és a bal kéz. Mindkét esetben ugyanazok az alakok, ugyanazok a lapok, ugyanazok a szögek jelennek meg. Csak a jobbra és a balra elhajló hemiéderes lapok és a forgatóképesség irányában van eltérés. ...



* Ez a gyönyörû kísérlet tapsra késztette a hallgatóságot.

Vissza http://www.kfki.hu/chemonet/ 
http://www.ch.bme.hu/chemonet/