화학자의 거울 세계 이야기 대칭 비대칭 및 카이랄성

‘카이랄리티(chirality)’는 분자 혹은 사물이 그 거울상과 겹쳐지지 않아 서로 구별이 가능하게 되는 성질이다. 대한화학회에서 발간한 화학 술어집에서는 ‘카이랄리티’를 우리말로 ‘카이랄성’이라 옮겼다. ‘카이랄성’은 생명 현상과 밀접한 관계가 있을 뿐만 아니라 의약품의 카이랄성에서 보는 것처럼 건강 등 우리의 일상생활에도 많은 영향을 미친다. 그러나 일반 대중에게 ‘카이랄성’이라는 단어는 아직 생소하다. 본 저술에서는 ‘카아랄성’의 의미와 중요성을 일반 대중들도 이해할 수 있도록 거울 세계의 이야기를 통하여 소개하고자 한다.

거울 세계로 들어가면 어떤 일들이 일어날까? 거울 세계로 들어가면 살아갈 수 있을까? 황당하다면 황당한 이 질문은 과학자들에게만 흥미 있는 질문이 아니라 과학과는 관계없는 일반 대중에게도 흥미 있는 질문이다. 거울 세계를 이해하는데 가장 기본적인 것은 대칭과 비대칭의 개념을 이해하고 비대칭과 관련된 카이랄성을 이해하는 것이다. 이 저술의 목적은 ‘거울 세계로 들어가면 살 수 있을까?’라는 질문에 대한 답을 일반인도 이해할 수 있도록 가능한 한 쉽게 설명함으로써 일반 독자가 과학에 흥미를 느끼도록 하는 것이다.

실제로 거울 세계로 들어가면 살 수 있을까? 결론적으로 우리는 거울 세계에서 살 수 없다. 거울 세계에서는 우리가 먹는 음식물의 맛이나 냄새도 달라질 뿐만 아니라 더 큰 문제는 먹은 음식물을 소화할 수도 없기 때문이다. 분자 수준에서 우리 몸을 포함하여 우리 세계의 모든 생명체를 구성하는 분자는 거울 세계의 생명체를 구성하는 분자와 서로 겹쳐지지 않는 거울상 관계에 있다. 우리의 몸을 구성하는 분자의 카이랄성 때문에 우리 몸은 거울 세계에서 음식물의 맛이나 냄새를 다르게 느끼고 또 먹은 음식물을 소화할 수도 없는 것이다. 분자나 사물이 카이랄성을 가지게 되는 중요한 요인은 비대칭성이다. 구조가 대칭인 분자나 사물은 카이랄성을 가지지 않고 우리 세계나 거울 세계에서 구별되지 않고 똑같다. 반면에 구조가 비대칭인 분자나 사물은 우리 세계와 거울 세계에서 서로 구별이 가능하다. 본 저술에서는 카이랄성을 가지는 분자와 관련된 우리 세계와 거울 세계의 이야기뿐만 아니라 생명체의 기본인 동일카이랄성의 기원과 관련된 진화 및 창조 이야기, 분자 혹은 사물의 카이랄성과 관련된 대칭 및 비대칭에 관한 이야기를 분자 수준에서부터 식물의 세계와 동물의 세계, 인체, 우리의 일상생활 및 건축물에 이르기까지 다양하게 다룬다. 일반 독자가 분자와 관련된 카이랄성의 전문적인 분야는 이해하지 못하더라도 카이랄성에 관한 일반적인 이해를 바탕으로 우리 주위의 식물과 동물, 인체 및 일상생활과 관련된 카이랄성을 이해하는 데 아무 문제가 없도록 하였다.

[목 차]

책머리에 5

제1장 거울 세계 이야기: 시작 11

제2장 분자의 거울 세계 23

제3장 거울 세계에서 앨리스는 왜 어려움을 겪을까? 45

제4장 생명체 동일카이랄성의 기원 59

제5장 거울 세계는 존재하는가? 89

제6장 의약품의 거울 세계: 카이랄 의약품 103

제7장 맛의 거울 세계 129

제8장 냄새의 거울 세계 139

제9장 곤충 페르몬의 거울 세계 149

제10장 비대칭 합성: 우리 세계와 거울 세계의 분자 만들기 161

제11장 광학분할: 우리 세계 분자와 거울 세계 분자의 분리 175

제12장 카이랄 분석: 우리 세계 분자와 거울 세계 분자의 비율 측정 207

제13장 추리소설 속의 분자 카이랄성 219

제14장 식물 세계의 카이랄성: 식물 세계의 대칭과 비대칭 235

제15장 동물 세계의 카이랄성: 동물 세계의 대칭과 비대칭 283

제16장 인체의 카이랄성: 인체의 대칭과 비대칭 303

제17장 일상생활의 카이랄성 325

제18장 건축물의 카이랄성: 건축물의 대칭과 비대칭 349