키라리티

Chirality
기타 용도는 키랄리티(동음이의)를 참조하십시오.
키랄인 일반 아미노산의 2가지 에난티오머

키랄리티 /kaˈréltiti/는 과학의 여러 분야에서 중요한 비대칭의 특성이다.kirality라는 단어는 친숙한 키랄 물체인 그리스어 kheir에서 유래했다.

물체 또는 시스템은 거울 이미지와 구별될 수 있는 경우 키랄입니다. 즉, 그 위에 중첩될 수 없습니다.반대로 구와 같은 아키랄 객체의 미러 이미지는 객체와 구별할 수 없습니다.키랄 물체와 그 거울상은 에난티모르퍼스(그리스어, "대립 형태") 또는 분자를 언급할 때 에난티오머라고 불린다.비키랄 물체는 아키랄(때로는 양성 바이러스라고도 함)이라고 불리며 거울 이미지 위에 겹쳐질 수 있습니다.

이 용어는 1893년 켈빈 경에 의해 옥스퍼드 대학 주니어 사이언티픽 클럽에서 열린 제2회 로버트 보일 강연에서 처음 사용되었다.

나는 어떤 기하학적 도형이나 점군을 키랄이라고 부르며, 이상적으로 실현된 평면 거울의 이미지가 자신과 일치하지 [1]않으면 키랄성이 있다고 말한다.

인간의 손은 아마도 키랄리티의 가장 잘 알려진 예시일 것이다.왼손은 오른손의 중첩 불가능한 거울 이미지입니다. 양손의 방향이 어떻게 바뀌든 양손의 모든 주요 특징이 모든 [2]축에서 일치할 수는 없습니다.이 대칭의 차이는 누군가가 왼손으로 사람의 오른손을 흔들려고 하거나 왼손 장갑을 오른손에 끼면 명백해진다.수학에서 키랄리티는 거울 이미지와 동일하지 않은 도형의 특성입니다.

수학

중심 대칭 또는 대칭 평면이 없는 아키랄 3D 객체
교차가 7개 이하인 모든 프라임 노트 표(미러 이미지 제외).
주요 기사:키랄리티(수학)

수학에서, 회전과 변환만으로 거울 이미지에 매핑할 수 없는 도형은 키랄(kirality)이다.예를 들어 오른쪽 신발은 왼쪽 신발과 다르며 시계 방향은 시계 반대 방향과 다릅니다.완전한 수학적 정의에 대해서는, 을 참조해 주세요.

키랄 오브젝트와 그 미러상은 에난티오포맷이라고 한다.enantiomorphe라는 단어는 그리스어 να τα ίο ς （ enantios ）의 '대립' + μο ο （ morphe ）의 '형태'에서 유래했다.비-키랄 형상은 아키랄 또는 양성 바이러스라고 불린다.

나선형(및 그 연장선상에서 스핀 스트링, 나사, 프로펠러 등)과 뫼비우스 스트립은 3차원 주변 공간에 있는 키랄 2차원 물체이다.인기 비디오 게임 테트리스의 J, L, S, Z자형 테트로미노도 키라리티를 보이지만 2차원 공간에서만 나타난다.

장갑, 안경(가끔), 신발과 같은 많은 친숙한 물체들은 인체의 동일한 키랄 대칭을 보인다.키랄리티의 비슷한 개념은 아래에서 설명하듯이 매듭 이론에서 고려된다.

나선과 같은 일부 키랄 3차원 물체는 오른손 법칙에 따라 오른손잡이나 왼손잡이를 할당할 수 있습니다.

기하학.

기하학에서 그림은 대칭 그룹이 하나 이상의 방향 반전 등각계를 포함하는 경우에만 아치랄이다.2차원에서 대칭축을 가진 모든 도형은 아키랄이며, 모든 경계 아키랄 도형은 대칭축을 가져야 한다는 것을 보여줄 수 있다.3차원에서는 대칭면 또는 대칭 중심을 가진 모든 도형이 아키랄이다.그러나 대칭면과 중심 둘 다 결여된 아키랄 형상이 있다.점 그룹의 경우 모든 카이랄 수치에는 부적절한 회전 축이 없습니다(Sn).즉, 반전 중심(i)이나 미러 평면(θ)을 포함할 수 없습니다.점 그룹이 C, Cn, Dn, T, O 또는 I인1 숫자만 키랄이 될 수 있습니다.

매듭 이론

매듭이 거울 모양으로 연속적으로 변형될 수 있다면 아키랄이라고 하고 그렇지 않으면 키랄이라고 합니다.예를 들어 unknot과 figure-eight not은 아키랄이고 trefoil not은 키랄입니다.

물리

광학 규약에 따라 수신기의 관점에서 정의되는, 우측(시계방향) 원편광의 애니메이션.
주요 기사:키랄리티(물리학)

물리학에서 키랄리티는 입자의 스핀에서 발견될 수 있으며, 여기서 물체의 핸드니스 정도는 입자가 회전하는 방향에 따라 결정됩니다.[4]아원자 입자의 선형 운동량을 따라 스핀을 투영하는 헬리시티와 혼동하지 말고, 카이럴리티는 스핀과 같은 본질적인 양자 역학적 특성이다.키랄리티와 헬리시티는 모두 왼손잡이 또는 오른손잡이 특성을 가질 수 있지만 질량이 없는 경우에만 동일합니다.[5]특히 질량이 없는 입자의 경우 헬리시티는 키리티와 동일하지만 반입자의 경우 반대 부호가 있습니다.

키랄리티와 헬리시티의 핸드니스(handsness)는 입자가 사람의 손을 기준으로 선형 운동을 진행하는 동안 입자의 회전과 관련이 있습니다.손 엄지는 선형 운동 방향을 가리키고 손가락은 손바닥으로 구부러져 입자의 회전 방향을 나타낸다(즉, 시계 방향과 시계 반대 방향).선형 및 회전 운동에 따라 입자는 왼손잡이 [5]또는 오른손잡이로 정의할 수 있습니다.둘 사이의 대칭 변환을 패리티라고 합니다.디락 페르미온에 의한 패리티 하에서의 불변성을 키랄 대칭이라고 한다.

전자기학

주요 기사:키랄리티(전자석)

전자파는 편광과 관련된 핸드니스일 수 있습니다.전자파의 편광은 전계 벡터의 방향, 즉 시간 변동 방향과 진폭을 설명하는 특성이다.예를 들어 왼손 또는 오른손 원편파의 전계 벡터는 공간 내에서 반대 방향의 나선형을 형성한다.

반대 방향의 원형 편파는 다른 속도(원형 복굴절)와 다른 손실(원형 이분법)으로 키랄 매체를 통해 전파됩니다.두 현상 모두 함께 광학 활성으로 알려져 있습니다.원형 복굴절은 키랄 매질 중 전자파의 편파 상태를 회전시켜 효과가 충분히 [6]클 때 한 손의 파동에 대해 음의 굴절률을 발생시킬 수 있다.[7]

3차원(나선 등)의 키랄 구조에서 광학활동이 발생하는 반면, 키랄리티의 개념은 2차원에서도 적용될 수 있다.평면(평면)에서의 변환이나 회전에 의해 2차원 키랄 패턴과 거울상을 겹칠 수 없다.2D 키랄리티는 원편파의 방향 비대칭 전달(반사 및 흡수)과 관련되어 있습니다.또한 이방성 및 손실성이 있는 2D 키랄 소재는 앞과 뒷면에 동일한 원편파 입사 시 총 전달(반사 및 흡수) 수준이 다릅니다.비대칭 전달 현상은 예를 들어 입사파의 반대 전파 방향에 대한 왼쪽에서 오른쪽으로의 원편파 변환 효율에서 발생하며, 따라서 그 효과를 원편파 이분법이라고 한다.2d-키랄 패턴의 뒤틀림이 관측의 반대 방향에서 반전되는 것처럼, 2d-키랄 재료는 앞과 뒤에 입사하는 왼손과 오른손의 원형 편파 특성이 서로 교환됩니다.특히 왼손과 오른손의 원편파에서는 반대 방향 전송(반사 및 흡수) [8][9]비대칭이 발생합니다.

광학 활동은 3D 키랄리티와 관련이 있고 원형 변환은 2D 키랄리티와 관련이 있는 반면, 두 가지 효과는 자체 키랄성이 아닌 구조에서도 관찰되었다.이러한 키랄 전자파 효과를 관찰하기 위해 키랄성은 전자파와 상호작용하는 물질의 고유 특성일 필요는 없다.대신 전자파의 전파 방향과 (아키랄) 물질의 구조가 키랄 실험 배치를 [10][11]형성할 때 두 효과가 모두 발생할 수 있다.아키랄 성분의 상호 배치가 키랄([12][13]실험적) 배열을 형성하는 이 경우를 외인성 키랄성이라고 합니다.

키랄 미러는 특정 헬리시티의 원편광 빛을 핸드니스 보존 방식으로 반사하면서 반대편광의 [14]원편광을 흡수하는 메타물질의 일종이다.그러나 대부분의 흡수 키랄 미러는 인과 관계 원리에 의해 제한된 좁은 주파수 대역에서만 작동합니다.키랄 미러는 원치 않는 파형을 흡수하는 대신 원치 않는 파형이 통과할 수 있도록 하는 다른 설계 방법론을 사용하여 우수한 광대역 성능을 [15]보여줄 수 있습니다.

화학

(S)-알라닌(왼쪽) 및 (R)-알라닌(오른쪽) 중성 pH에서 zwitterionic 형태의
주요 기사:키랄리티(화학)

키랄 분자는 비초과성 거울상을 가진 분자의 한 종류이다.분자의 키랄리티의 가장 흔한 원인은 비대칭 탄소 [16][17]원자의 존재입니다.

일반적으로 "키랄"이라는 용어는 미러 [18]이미지에서 중첩할 수 없는 개체를 설명하는 데 사용됩니다.

화학에서 키랄리티는 보통 분자를 말한다.키랄 분자의 두 거울상은 에난티오머 또는 광학 이성질체라고 불립니다.에난티오머 쌍은 종종 "오른쪽", "왼쪽" 또는 "아키랄"로 지정됩니다.편광된 빛이 키랄 분자를 통과할 때, 광원을 향해 축을 따라 볼 때 편광면은 시계방향(오른쪽) 또는 시계반대방향(왼쪽)으로 회전합니다.오른손 회전은 덱스트로터리(d)이고, 왼손 회전은 레보로터리(l)이다.d-와 l-이성체는 같은 화합물이지만 에난티오머라고 불린다.두 광학 이성질체의 등극성 혼합물은 라세미 혼합물이라고 불리며, 통과할 [19]때 편광의 순회전을 생성하지 않습니다.왼손 분자는 이름 앞에 l- 접두사를 붙이고, 오른손 분자는 d- 접두사 앞에 붙는다.단, 이러한 에난티오머 구별의 d-표기와 l-표기는 입체중심 주위의 리간드/치환성분의 실제 공간배치에 대해서는 언급하지 않는다.구성을 지정하기 위해 사용되는 또 다른 명명법은 피셔 협약입니다.[20]이를 D 및 L 시스템이라고도 합니다.여기서 상대배치는 D-(+)-글리세랄데히드 및 L-(-)-글리세랄데히드를 표준으로 하여 할당한다.피셔 규약은 설탕 화학 및 α-아미노산에 널리 사용된다.피셔 규약의 단점 때문에 이 규약은 시퀀스 규칙 또는 R 및 S [21][22]명명법으로도 알려진 칸-잉골드-프롤로그 규약으로 거의 대체되었습니다.이는 E-Z 표기법을 사용하여 cis-trans 이성질체에 절대 구성을 할당하도록 더욱 확장되었습니다.

분자 키랄리티는 무기 화학, 유기 화학, 물리 화학, 생화학, 초분자 화학에서의 입체 화학에 적용되기 때문에 흥미롭다.

키랄 화학의 보다 최근의 발전은 전통적으로 키랄 화합물과 관련된 sp3 탄소 원자와 관련된 키랄 중심과 유사한 사면체 형상을 가질 수 있는 키랄 무기 나노 입자의 개발을 포함한다.[23][24]키랄 나노물질의 헬리컬과 다른 대칭도 얻었다.[25]

생물학

R-(+)-리모넨 오렌지색
S-(–)- 레몬에서 발견되는 리모넨
(S)-(+)-카르본은 캐러웨이 종유에서 발생하고 (R)-(-)-카르본은 스피어민트에서 발생한다.
진통제인 덱스트로프로옥시펜 또는 다르본
Levopropoxypene 또는 Novrad, 항고무제
특정 덩굴 식물에 의해 만들어진 천연 왼손나선
두 종류의 골뱅이 껍질: 왼쪽은 보통 넵튠아 앙굴라타의 시니스트랄(왼손) 껍질, 오른쪽은 넵튠아 데스펙타의 보통 덱스트랄(오른손) 껍질
와켄도르피아 패닉라타 플라워, 스타일리시하게
다음 항목도 참조하십시오.균질성

알려진 모든 생물 형태는 거시적 해부학, 발달 및 [26]행동뿐만 아니라 화학 구조에서 특정한 키랄 특성을 보여줍니다.특정 유기체 또는 진화적으로 관련된 집합에서 개별 화합물, 장기 또는 거동은 동일한 단일 에난티오포메이션 형태로 발견된다.편차는 소수의 화합물이나 특정 장기나 행동에서 발견될 수 있지만 그 변화는 엄격하게 유기체의 유전자 구성에 달려 있다.화학적 수준(분자 척도)에서 생물학적 시스템은 합성, 흡수, 감지, 대사 처리에서 극단적인 입체특성을 보인다.살아있는 시스템은 보통 완전히 다른 방식으로 같은 화합물의 두 개의 에난티오머를 다룬다.

생물학에서 균질성은 아미노산과 탄수화물의 공통 특성이다.유전자 코드로부터 리보솜을 통해 번역되는 키랄 단백질 생성 아미노산은 L 형태로 발생합니다.하지만, D-아미노산도 자연에서 발견됩니다.단당류(탄수화물-유닛)는 일반적으로 D-배열에서 발견된다.DNA 이중 나선은 키랄이고(어떤 종류의 나선이 키랄인 것처럼), DNA의 B형은 오른손 방향을 나타낸다.

때때로 유기체에서 발견되는 화합물의 두 개의 에난티오머는 맛, 냄새 및 다른 생물학적 작용에서 유의미한 차이를 보인다.예를 들어 오렌지에서 발견되는 (+)리모넨과 레몬에서 발견되는 (–)리모넨은 사람의 코에서 생화학적 상호작용이 다르기 때문에 다른[27] 냄새를 나타낸다. (+)- Carvone은 캐러웨이 씨유 냄새의 원인인 반면 (–)- Carvone은 스피어민트 [28]오일 냄새의 원인이다.

또, 키랄제의 경우, 의약품을 포함한 인공화합물의 경우, 생물학적 [29]작용의 효과가 현저한 차이를 보이는 경우가 있다.Darvon(덱스트로프로옥시펜)은 진통제이며, Enantiomer인 Novrad(레보프로옥시펜)는 항콜록시제입니다.페니실라민의 경우 원발성 만성관절염 치료에 S-이성체를 사용하는 반면, (R)-이성체는 치료 효과가 없을 뿐 아니라 [30]독성이 강하다.몇몇 경우에, 치료적으로 덜 활성화된 에난티오머는 부작용을 일으킬 수 있다.예를 들어, (S-나프록센은 진통제이지만, (R-이성체는 신장 [31]문제를 일으킨다.)라세미 약물의 에난티오머 중 하나가 활성화되고 다른 한쪽 파트너가 바람직하지 않거나 독성 효과가 있는 상황에서는 더 나은 치료 가치를 위해 레이스메이트에서 단일 에난티오머 약물로 전환할 수 있다.[1] 라세미약에서 특효약으로 전환되는 것을 키랄 스위치라고 한다.

자연적으로 발생하는 알파-토코페롤(비타민 E)의 식물 형태는 RR-α-토코페롤인 반면, 합성 형태(모든 인종 비타민 E, 또는 dl-토코페롤)는 입체 이성질체 RRR, RRS, RSS, SSS, RSR, SRS, SRRRR, SSR 및 SSR의 감소와 함께 동일한 부분이다.d-토코페롤 1.[32]0mg

키랄리티의 거시적인 예는 식물계, 동물계, 그리고 다른 모든 유기체 그룹에서 발견된다.단순한 예로는 모든 등반식물의 코일 방향을 들 수 있으며, 이는 왼쪽 또는 오른쪽 나선을 형성하도록 자랄 수 있다.

해부학에서 키랄리티는 많은 종류의 동물 몸의 불완전한 거울상 대칭에서 발견됩니다.복족류와 같은 유기체는 둥글게 감긴 껍데기에서 키라리티를 나타내며, 그 결과 비대칭적인 모습을 보인다.복족류[33] 종의 90% 이상이 꼬리에 덱스트랄(오른손) 껍데기를 가지고 있지만, 소수의 종과 속은 사실상 항상 시니스트랄(왼손)이다.극소수의 종들(예: 암피드로무스[34] 퍼버스)은 덱스트랄과 시니스트랄 개체들의 동등한 혼합을 보여준다.

인간에게서 키랄리티(손잡이 또는 좌우방향이라고도 함)는 왼손과 오른손 사이에 미세 운동 기술이 불균등하게 분포되어 정의되는 인간의 속성이다.오른손을 더 잘 다루는 사람을 오른손잡이라고 하고 왼손을 더 잘 다루는 사람을 왼손잡이라고 합니다.키랄리티는 얼굴 비대칭 연구에서도 나타난다.

모든 내부 장기가 수평으로 뒤집히는 건강 상태의 경우(즉, 심장이 왼쪽 대신 약간 오른쪽으로 배치됨), 키라리티는 환자가 간이나 심장 이식을 필요로 할 때 몇 가지 문제를 제기합니다. 이러한 장기는 키랄이며, 따라서 혈관이 공급된다는 것을 의미합니다.ese 장기는 정상적인 시투스 인버스(situs inversus, situs solitus) 장기가 필요할 경우 재배열해야 합니다.

외떡잎 혈근과에서, 와켄도르피아와 바베레타속의 종은 두 가지 형태 모두 같은 집단 내에서 나타나는 스타일 포인트 또는 스타일 포인트 중 하나를 가진 개체만을 가지고 있다.이것은 교배를 증가시키고 유전적 다양성을 증가시킨다고 생각되며, 이는 다시 변화하는 환경에서 살아남는 데 도움을 줄 수 있다.놀랍게도, 관련된 Dilatris속도 키랄리 이형성 꽃을 가지고 있지만, 여기서 두 가지 형태 모두 같은 [35]식물에서 발생합니다.광어에서는 여름 광어나 요람은 왼쪽 눈을, 넙치는 오른쪽 눈을 가지고 있다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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외부 링크

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