होमोचिरलिटी

समरूपता काइरलता, या सौहार्द की एकरूपता है। वस्तुएँ काइरल होती हैं जब उन्हें उनकी दर्पण छवियों पर अधिरोपित नहीं किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, मनुष्य के बाएँ और दाएँ हाथ लगभग एक दूसरे की दर्पण छवि हैं, लेकिन उनकी अपनी दर्पण छवि नहीं हैं, इसलिए वे काइरल हैं। जीव विज्ञान में, 20 प्राकृतिक अमीनो अम्ल में से 19 समकाइरल हैं, -Lकाइरल (बाएं हाथ) हैं, जबकि शर्करा D-काइरल (दाहिने हाथ) हैं। समरूपता एनेंटिओप्योर पदार्थों को भी संदर्भित कर सकती है जिसमें सभी घटक एक ही प्रतिबिंब रूपी समावयवी (परमाणु या अणु का दाएं हाथ या बाएं हाथ का संस्करण) होते हैं, लेकिन कुछ स्रोत इस शब्द के उपयोग को हतोत्साहित करते हैं।

यह स्पष्ट नहीं है कि होमोकाइरलता का कोई उद्देश्य है या नहीं; यद्यपि यह सूचना भंडारण का एक रूप प्रतीत होता है। एक सुझाव यह है कि यह बड़े संगठित अणुओं के निर्माण में एन्ट्रापी बाधाओं को कम करता है। यह प्रयोगात्मक रूप से सत्यापित किया गया है कि अमीनो अम्ल रेसमिक की तुलना में अमीनो अम्ल के एक एनैन्सियो प्योर नमूनों से बड़ी मात्रा में बड़े समुच्चय बनाते हैं।

यह स्पष्ट नहीं है कि होमोकाइरलता जीवन से पहले उभरी या बाद में, और इसकी उत्पत्ति के लिए कई तंत्र प्रस्तावित किए गए हैं। इनमें से कुछ मॉडल तीन अलग-अलग चरणों का प्रस्ताव करते हैं: दर्पण-समरूपता तोड़ना एक मिनट का प्रतिबिंबरूपी समावयव असंतुलन बनाता है, काइरल प्रवर्धन इस असंतुलन पर बनता है,और काइरल संचरण अणुओं के एक ढांचे से दूसरे में काइरलता का स्थानांतरण है।

जीव विज्ञान में

अमीनो अम्ल पेप्टाइड्और एंजाइमों के निर्माण खंड हैं जबकि चीनी-पेप्टाइड श्रृंखला RNAऔर DNA की आधार रज्जु हैं।जैविक जीवों में,अमीनो अम्ल लगभग अनन्य रूप से बाएं हाथ के रूप में (L-एमिनो अम्ल) और शर्करा दाएं हाथ के रूप में (R-शर्करा) दिखाई देते हैं। चूंकि एंजाइम अभिक्रियाओं को उत्प्रेरित करते हैं,वे हार्मोन,विषाक्त पदार्थों, सुगंधों और भोजन के स्वादों सहित अन्य रसायनों की एक बड़ी विविधता पर समरूपता को लागू करते हैं।ग्लाइसिन अकाइरल है, जैसा कि कुछ अन्य गैर-प्रोटीनोजेनिक अमीनो अम्ल हैं जो या तो काइरल (जैसे डाइमिथाइलग्लिसिन) या विप्रतिबिंब रूपी समावयव हैं।

जैविक जीव अलग-अलग काइरलता वाले अणुओं के बीच आसानी से भेदभाव करते हैं। यह गंध और स्वाद जैसी शारीरिक अभिक्रियाओं को प्रभावित कर सकता है।कार्वोन,आवश्यक तेलों में पाया जाने वाला एक टेरपेनॉइड,अपने L-रूप में पुदीने और R-रूप में काले जीरे की तरह गंध करता है। लिमोनेन का स्वाद दाएं हाथ से साइट्रिक और बाएं हाथ से देवदार की तरह होता है।होमोकाइरलता दवाओं की अभिक्रिया को भी प्रभावित करती है।थैलिडोमाइड,अपने बाएं हाथ के रूप में,प्रातः अस्वस्थता को ठीक करता है; अपने दाहिने हाथ के रूप में, यह जन्म दोष का कारण बनता है।दुर्भाग्य से, भले ही एक शुद्ध बाएं हाथ के संस्करण को प्रशासित किया जाता है, इसमें से कुछ रोगी में दाएं हाथ के रूप में परिवर्तित हो सकते हैं। कई दवाएं रेसमिक मिश्रण (दोनों काइरलता की समान मात्रा) और एक एनेंटिओप्योर दवा (केवल एक काइरलता) दोनों के रूप में उपलब्ध हैं। निर्माण प्रक्रिया के आधार पर, त्रिविम रासायन की तुलना में एनेंटिओप्योर रूपों का उत्पादन अधिक महंगा हो सकता है ।काइरल वरीयताएँ स्थूलदर्शित स्तर पर भी पाई जा सकती हैं। घोंघे के गोले दाएं मुड़ने वाले या बाएं मुड़ने वाले हेलिकॉप्टर हो सकते हैं, लेकिन किसी प्रजाति में एक रूप या दूसरे को दृढ़ता से पसंद किया जाता है। खाने योग्य घोंघा हेलिक्स पोमैटिया में, 20,000 में से केवल एक बायाँ-पेचदार होता है।पौधों के कुंडलीकरण में एक वरीय काइरलता हो सकती है और यहां तक ​​कि गायों की चबाने की गति में एक दिशा में 10% अधिकता होती ।

समरूपता विभंजन

जीवन के अणुओं में समरूपता की उत्पत्ति के सिद्धांतों को उनके प्रस्तावित तंत्र के आधार पर निर्धारणात्मक या अवसर के आधार पर वर्गीकृत किया जा सकता है। यदि कारण और प्रभाव के बीच कोई संबंध है - अर्थात, एक विशिष्ट काइरल क्षेत्र या प्रभाव जिसके कारण दर्पण समरूपता टूट जाती है - सिद्धांत को नियतात्मक रूप में वर्गीकृत किया जाता है; अन्यथा इसे संयोग तंत्र पर आधारित एक सिद्धांत के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।जैविक एकरूपता की उत्पत्ति के विभिन्न सिद्धांतों के लिए एक और वर्गीकरण इस आधार पर किया जा सकता है कि क्या जीवन एनेंटिओडिस्क्रिमिनेशन चरण(बायोटिक सिद्धांत) या बाद में (अजैविक सिद्धांत) से पहले उभरा था। बायोटिक सिद्धांतों का दृढ़ कथन है कि समरूपता केवल जीवन की प्राकृतिक स्वत: प्रवर्धन प्रक्रिया का एक परिणाम है - कि या तो जीवन का गठन एक काइरलता को प्राथमिकता देने के रूप में होता है या दूसरा एक कारक दुर्लभ घटना थी जो हमारे द्वारा देखी जाने वाली काइरलता के साथ घटित हुई थी,या यह कि जीवन की सभी काइरलताएँ तेजी से उभरीं, लेकिन भयावह घटनाओं और कड़ी प्रतिस्पर्धा के कारण,अन्य अप्राप्य काइरल वरीयताओं को 'विजेता' काइरलता विकल्पों से प्रबलता और चयापचय,प्रतिबिंब रूपी समावयव संवर्धन द्वारा समाप्त कर दिया गया।यदि यह  कारण था तो विलुप्त काइरलता चिह्न के अवशेष मिलें। चूंकि ऐसा नहीं है,अतः आजकल जैविक सिद्धांतों का समर्थन नहीं किया जाता है।

एक प्राकृतिक स्वत: प्रवर्धन प्रक्रिया के रूप में काइरलता सर्वसम्मति का उद्भव भी ऊष्मप्रवैगिकी के दूसरे नियम से जुड़ा हुआ है।

नियतात्मक सिद्धांत

नियतात्मक सिद्धांतों को दो उपसमूहों में विभाजित किया जा सकता है: यदि प्रारंभिक काइरल प्रभाव एक विशिष्ट स्थान या समय स्थान (अवलोकन के बड़े पर्याप्त क्षेत्रों या समय की अवधि में शून्य का औसत) में होता है, तो सिद्धांत को स्थानीय नियतात्मक के रूप में वर्गीकृत किया जाता है; यदि काइरल चयन के समय काइरल प्रभाव स्थायी है,तो इसे सार्वभौमिक निर्धारक के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। स्थानीय नियतात्मक सिद्धांतों और संयोग तंत्र के आधार पर सिद्धांतों के लिए वर्गीकरण समूह अतिव्याप्ति हो सकते हैं।यहां तक ​​​​कि यदि एक बाहय काइरल प्रभाव ने प्रारंभिक काइरल असंतुलन को नियतात्मक तरीके से उत्पन्न किया है, तो परिणाम संकेत यादृच्छिक हो सकता है क्योंकि बाहय काइरल प्रभाव का कहीं और प्रतिबिंब रूपी समावयव समकक्ष है।

नियतात्मक सिद्धांतों में, एक बाहय काइरल क्षेत्र या प्रभाव के कारण प्रतिबिंब रूपी समावयव असंतुलन उत्पन्न होता है,और जैवाणु में अंकित अंतिम संकेत इसके कारण होगा। रेसमिक प्रारंभिक सामग्रियों से गैर-रेसमिक मिश्रण के उत्पादन के लिए निर्धारित तंत्र में सम्मिलित हैं: असममित भौतिक नियम, जैसे कि विद्युत् दुर्बल पारस्परिक प्रभाव  (ब्रह्मांडीय किरणों के माध्यम से) या असममित वातावरण, जैसे कि गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश, क्वार्ट्ज क्रिस्टल, या पृथ्वी का घूर्णन,β-विकिरण अपघटन या चुंबकीय काइरल प्रभाव। सबसे स्वीकृत सार्वभौमिक नियतात्मक सिद्धांत विद्युत् दुर्बल पारस्परिक प्रभाव है। एक बार स्थापित होने के बाद, इसे काइरलता के लिए चयन किया जाएगा।एक अनुमान यह है कि मर्चिसन उल्कापिंड में अणुओं में एक प्रतिबिंब रूपी समावयव असंतुलन की खोज, समरूपता के एक अलौकिक मूल का समर्थन करती है: संरेखित अंतरातारक धूल कणों पर मिअ बिखरने से उत्पन्न गोलाकार ध्रुवीकृत प्रकाश के अस्तित्व का प्रमाण है जो अंतरिक्ष में काइरल सामग्री के भीतर अतिरिक्त एक प्रतिबिंब रूपी समावयव के गठन को गति प्रदान कर सकता है। अंतरातारक और निकट-तारकीय चुंबकीय क्षेत्र इस तरह से धूल के कणों को संरेखित कर सकते हैं।एक और अनुमान (वेस्टर-उलब्रिच्ट परिकल्पना) बताता है कि भौतिक प्रक्रियाओं की मौलिक काइरलता जैसे कि बीटा क्षय (समता उल्लंघन देखें) जैविक रूप से प्रासंगिक अणुओं के आधे जीवन को थोड़ा अलग करता है ।

स्थिति सिद्धांत

संभाव्यता सिद्धांत इस धारणा पर आधारित हैं कि "पूर्ण असममित संश्लेषण अर्थात्, काइरल रासायनिक अभिकर्मकों या उत्प्रेरकों के हस्तक्षेप के बिना अकाइरल पूर्ववर्ती से ऊर्जावान रूप से समृद्ध उत्पादों का निर्माण, अकेले सांख्यिकीय आधार पर व्यवहार में अपरिहार्य है"।एक द्विपद वितरण द्वारा वर्णित स्थूलदर्शित प्रकृति के रूप में रेसमिक स्थिति पर विचार करें; एक सिक्के को उछालने का प्रयोग, जहां दो संभावित परिणाम दो प्रतिबिंब रूपी समावयव हैं, यह एक अच्छा सादृश्य है।असतत संभाव्यता वितरण $P_{p}(n,N)$ से n सफलताएँ प्राप्त करने में $N$बरनौली परीक्षण, जहां प्रत्येक बरनौली परीक्षण का परिणाम संभाव्यता के साथ $p$ होता है और विपरीत संभावना के साथ $q=(1-p)$ द्वारा दिया गया है:

$P_{p}(n,N)={\binom {N}{n}}p^{n}(1-p)^{N-n}$ .

असतत संभाव्यता वितरण $P(N/2,N)$ होने का $N/2$ एक काइरलता के अणु और $N/2$ दूसरे के द्वारा दिया गया है:

$P_{1/2}(N/2,N)={\binom {N}{N/2}}\left({\frac {1}{2}}\right)^{N/2}\left({\frac {1}{2}}\right)^{N/2}\approx {\sqrt {\frac {2}{\pi N}}}$ .

जैसे कि एक सिक्के को उछालने के प्रयोग में, इस मामले में, हम दोनों घटनाओं को मानते हैं ($L$ या $D$) परिवर्तनीय होने के लिए, $p=q=1/2$. दोनों प्रतिबिंब रूपी समावयव की समान मात्रा होने की संभावना अणुओं की कुल संख्या के वर्गमूल के व्युत्क्रमानुपाती होती है $N$. रेसमिक यौगिक के एक मोल के लिए, $N=N_{A}\approx 6.022\cdot 10^{23}$ अणु, यह संभावना बन जाती है $P_{1/2}(N_{A}/2,N_{A})\approx 10^{-12}$. रेसमिक अवस्था को खोजने की संभावना इतनी कम है कि हम इसे नगण्य मान सकते हैं।

इस परिदृश्य में, प्रवर्धन के किसी भी कुशल तंत्र के माध्यम से प्रारंभिक प्रसंभाव्य प्रतिबिंब रूपी समावयव को अतिरिक्त बढ़ाने की आवश्यकता है। इस प्रवर्धन कदम के लिए सबसे संभावित मार्ग असममित स्वउत्प्रेरण है।एक स्व उत्प्रेरक रासायनिक अभिक्रिया वह है जिसमें अभिक्रिया उत्पाद स्वयं अभिक्रिया शील होता है, दूसरे शब्दों में, एक रासायनिक अभिक्रिया स्वउत्प्रेरण होती है यदि अभिक्रिया उत्पाद ही अभिक्रिया का उत्प्रेरक होता है।असममित स्व उत्प्रेरक में, उत्प्रेरक एक काइरल अणु है,जिसका अर्थ है कि एक काइरल अणु अपने स्वयं के उत्पादन को उत्प्रेरित कर रहा है। एक प्रारंभिक प्रतिबिंब रूपी समावयव ध्रुवीकृत प्रकाश द्वारा उत्पादित किया जा सकता है,और यह अधिक प्रचुर मात्रा में प्रतिबिंब रूपी समावयव को दूसरे से बाहर निकलने की अनुमति देता है।

सिद्धांत

फ्रैंक के मॉडल का चरण चित्र: लगभग हर जगह से शुरू करना L-D विमान (छोड़कर L = D लाइन), सिस्टम होमोकाइरल अवस्था में से एक (एल = 0 या डी = 0) तक पहुंचता है।

1953 में, फ्रेडरिक चार्ल्स फ्रैंक ने यह प्रदर्शित करने के लिए एक मॉडल प्रस्तावित किया था कि समरूपता स्वतःउत्प्रेरण का परिणाम है। उनके मॉडल में L और D एक काइरल अणु के प्रतिबिंब रूपी समावयव स्व उत्प्रेरक रूप से एक अकाइरल अणु A से उत्पन्न होते हैं

${\begin{aligned}A+L\xrightarrow {k_{a}} 2L,\\A+D\xrightarrow {k_{a}} 2D,\end{aligned}}$

एकअभिक्रिया के माध्यम से एक दूसरे पर दबाव डालते हुए जिसे उन्होंने आपसी वैमनस्य कहा

${\begin{aligned}L+D\xrightarrow {k_{d}} \varnothing .\\\end{aligned}}$

इस मॉडल में रेसमिक अवस्था इस अर्थ में अस्थिर है कि थोड़ी सी भी प्रतिबिंब रूपी समावयवता अतिरिक्त पूरी तरह से काइरलता अवस्था में बढ़ जाएगी। सामूहिक कार्रवाई के नियम से अभिक्रिया दरों की गणना करके इसे दिखाया जा सकता है: