“手性”的起源
手性起源无疑是化学和生物学共同的世纪难题之一，有人甚至认为这将是一个比宇宙起源中的对称性破缺（一个跨物理学、生物学、社会学与系统论等学科的概念）更加难解的问题。但其实“手性”一词的起源同样曲折神奇，从一个侧面揭示了立体化学的发展历程，不妨简单回顾一二。
“手性”英文作chirality，词源上来自希腊文词干χ ε ι ρ，意思是“手”。这个词最早是由大名鼎鼎的开尔文勋爵引入科学领域的，用以描述不能同自身镜像完全重合的空间结构。今天我们普遍使用“手性”一词描述那些可以具有天然旋光性的分子、晶体或者其他化学结构，“手性”的定义仍然遵从“不能同自身镜像完全重合”这一描述。
说到“手性”，就不能不把它同立体化学中其他两个相似名词进行比较：“不对称性”和“旋光性”。从严格意义上说，“不对称性”这种说法并不成立。我们知道分子根据其空间结构不同可以归属于各种分子点群，不同点群的阶数不同体现了对称性的高低；但即使是最低阶的C1点群，由于具有C1对称轴，仍然可以说具有一定的对称性。而我们常常认为的那些“不对称分子”，其实都有可能具有某些高阶对称性，也不仅仅只有C1点群的分子才可能是不对称分子。下文还将继续说明它和“手性”之间的关系。“旋光性”则是一个实验性质，取决于实验条件、溶液浓度甚至是时间，与作为结构性质的“手性”有着明显不同。分子不具有旋光性，不代表没有手性；反过来，具有手性的分子也需要在适当的条件下才能表现出旋光性。
但是人们认识“手性”的历史，却是同刚才讨论的过程恰好相反：首先是“旋光性”，然后是“不对称性”，最后才是“手性”。1815年，法国科学家比奥首先发现了某些有机物的水溶液能够使圆偏振光的偏振方向发生旋转，成为最早明确发现旋光现象的人。1848年是立体化学史上具有里程碑式意义的一年，法国科学家巴斯德成功地从显微镜下拆分了外消旋酒石酸铵钠盐的两种晶体，从而把分子旋光性同化学结构联系到了一起，揭示了旋光性的产生具有结构上的根源。
巴斯德把分子旋光性同晶体的空间不对称性联系在一起，并且认为这种旋光性是由于分子结构或晶体排列中存在一些“不对称的螺旋结构”或者“不对称的四面体结构”导致的。在这种思维方式的指导下，1874年，范霍夫和勒贝尔提出了碳原子的四面体结构学说，建立了立体化学。在他们的体系中，连接了四个不同基团的碳原子具有不对称性，因此是产生旋光性的根源。碳原子的空间结构这一革命性概念在当时解决立体化学问题中发挥了巨大作用。
但是随着研究的深入，人们逐渐发现所谓的“不对称性”和“旋光性”之间的关系并不是严格的对应关系。最初化学家们认可的不对称分子是指不含对称面和对称中心的分子，但有一些不含有对称面和对称中心、但具有I4或者更高阶映轴的分子，按照定义应当是不对称分子，却是没有旋光性的。而具有旋光性的一些分子，例如酒石酸，同时又具有C1对称轴，把它们归入“不对称分子”似乎也并不合理。为了解决这类问题，人们又提出了不对称（asymmetry）、非对称（dissymmetry）和对称（symmetry）这一系列概念，可是问题被这些概念变得更加复杂了。
就在化学家们在立体化学问题上大打笔墨官司的时候，“手性”一词已经由开尔文勋爵在1884年的一次讲座中提出来了。开尔文勋爵给出了我们今天通用的“手性”的定义，并且深刻地预见到这一几何学特性将在物质结构的描述中具有重大作用。但是直到1904年出版他的文集时，这次讲稿才公之于世，而开尔文勋爵本人1907年的逝世又使得这一概念再次埋没。直到20世纪50年代，人们才逐渐认识到，决定分子旋光性的根本因素正是分子能否同自身的镜像重叠，之前对于分子对称性的讨论完全可以通过引入“手性”这一概念加以解决。英国化学家怀特在《自然》杂志上发表两篇通讯，大力提倡“手性”一词的使用。
于是到了1966年，有机化学家英格尔德等人在德国《应用化学（国际英文版）》上发表了一篇划时代的论文，详细阐述了分子旋光性的来源，提出了手性绝对构型的R/S标记法。他们的工作迅速被IUPAC采纳为国际命名标准。此后，有机化学和立体化学领域的主要教科书都开始采用“手性”代替之前的“不对称性”。经历了一个半世纪的“手性”发现和定名过程至此才画上了句号。
虽然“手性”一词为化学家们接受了，但围绕着“手性”的科学争议一直没有结束。人们至今还不能彻底解释清楚从分子结构上的“不能与镜像重合”如何导致宏观尺度上的旋光性，也不能很好地定量预测未知“手性”分子的旋光性能。甚至有些人还把“手性”上升到哲学层次进行讨论。围绕着“手性”，还有很多科学话题有待探究。
定稿于2012年3月30日
发表于《清风化语》2012年3月第10期B2版