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キラリティー (chirality) は、3次元の図形や物体や現象が、その鏡像と重ね合わすことができない性質。

キラリティがあることをキラル (chiral) という。英語の発音に忠実にカイラリティ、カイラルともいう。これらの語はギリシャ語で「手」を意味する (cheir) が語源である。手はキラルなものの一例で、右手とその鏡像である左手は互いに重ね合わせられない。一方でキラリティがない、つまり鏡像と重ね合わせられることをアキラル (achiral) という。キラルな図形とその鏡像を互いに(たとえば右手に対する左手を)enantiomorphsと言い、ギリシャ語で「反対」を意味する (enantios) が語源である。

対掌性(たいしょうせい)ともいう。対掌とは右と左の手のひらの対を
意味している。対称性と紛らわしいが、キラリティとは鏡像対称性の欠如であり、むしろ逆の意味になる。

幾何学的な図形のほか、分子、結晶、スピン構造などについて使われる。以下では分子のキラリティを中心に述べる。

◆キラリティーと対称性

立体図形の対称操作は全て、n回回転 (C_n) と鏡映 (σ) の組み合わせで表せる。n回回転 (C_n) とはn回の回転で360度回転して元に戻る回転操作で、つまりは360/n度回転させる操作である。従ってC₁とは何もしない操作でもある。n回回転 (C_n )と、その軸に垂直な面での鏡映 (σ) を続けて行う操作をn回回映 (S_n) という。従って1回回映 (S₁) とは鏡映に他ならない。一点を中心に図形の全ての点を反対側に映す操作を反転といい i で表すが、これは2回回映 (S₂) に等しい。

このような対称操作とキラリティーの関係は表のようにまとめられる。キラルとはS_n軸を持たないことと同義であり、キラル図形は全く対称性を持たないもの(無対称)とnが2以上のC_n軸だけ持つものに分類できる。

◆分子のキラリティ

化学におけるキラリティーは、結合の組み換えなしには分子をそれ自身の鏡像に重ね合わせることができないという性質である。

キラルな分子をキラル分子という。キラル分子は、ちょうど右手と左手のように互いに鏡像である1対の立体異性体を持ち、これら2つの異性体は互いにエナンチオマー (enantiomer)、対掌体(たいしょうたい。対称体は誤り)、あるいは鏡像異性体(きょうぞういせいたい)であるという。

エナンチオマーの等量混合物をラセミ体という。

エナンチオマーの絶対配置を区別するにはRS表記法を使うが、アミノ酸や糖では絶対配置既知の化合物から相対的に決定される伝統的なDL表記法も使われる。

多くのキラル分子は不斉炭素などの不斉中心を持つが、不斉中心の存在はキラルであることの十分条件でも必要条件でもない(後述)。

◇類義語・廃語

不斉 (asymmetry) の意味は「無対称」で、本来は、単にキラルであるだけでなく回転対称性もないということである。

歴史的には、酒石酸のキラリティーを発見したパスツール (L. Pasteur) は1860年に dissym?trie という語を使ったが、英語とドイツ語に翻訳される際に asymmetry と Asymmetrie に変わった。日本語では asymmetry を不斉、dissymmetry を不均斉と翻訳してきた日本化学会編 『標準化学用語辞典』 第2版、丸善、2005年、「不均斉」の項。ISBN 4-621-07531-4.。しかし不均斉という言葉は現在あまり使われておらず、不斉をキラリティーとほぼ同義語に使うことも多い。また『学術用語集 化学編』文部省・日本化学会編 『学術用語集 化学編』 増訂2版、南江堂、1986年。ISBN 4524408215.では asymmetry に無対称という訳語を当てているが、無対称という言葉も化学用語としては現在あまり使われていない。

光学異性体という用語は高校の化学にも出てくるが、物質を分類する方法としてはIUPACでは推奨していないIUPAC Recommendations 1996; Basic Terminology of Stereochemistry. (外部リンク参照)。エナンチオマー以外にジアステレオマーを含みうるからである。

◆エナンチオマーの性質の違い

キラル分子のエナンチオマーは、ほとんどの物理的性質(密度、融点、沸点、屈折率、熱伝導度など)は全く同じである。しかし、旋光性と、ある条件下での化学的性質(生化学的性質を含む)が異なることがある。

◇旋光性

旋光性は分子の持つ電気双極子の構造が電磁波の偏光面を変えるので、対になるキラル分子は、絶対値が等しく正負が逆の偏光性を示す。しかしながら化合物によっては旋光度が小さすぎて測定できず、キラル分子が必ずしも光学活性を持つとは限らない。

ラセミ体は、両エナンチオマーの旋光性がうち消し合ってゼロとなる。

◇生体分子活性

キラル分子のエナンチオマーは、アキラルな分子に対する反応性は全く同じだが、別なキラル分子との反応や、キラルな反応場下での反応(たとえば酵素反応)は反応性が異なる。この性質は有機合成においてエナンチオ選択性や不斉合成に応用される。機能性生体分子のほとんどはエナンチオマーを識別するので(基質選択性を参照のこと)、2つのエナンチオマーの生理活性は非常に異なるのが普通である。

アミノ酸や糖など生体分子の多くはキラルであり、原則として片方のエナンチオマーのみが使われている。非常に例外的に逆のエナンチオマーが使われている場合もある。地球上ではアミノ酸ではL体、糖ではD体が主流だが、このようなホモキラリティーが進化のいつの段階で生じたのかは化学進化上の未解決問題のひとつである。

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