キラリティー

キラリティー：鏡像と重ね合わせられない性質

キラリティー（chirality）とは、三次元的な図形や分子、結晶などが、その鏡像と重ね合わせることができない性質のことです。まるで右手と左手のように、形は同じでも互いにぴったりと一致させることができません。この性質を持つものをキラル（chiral）といい、ギリシャ語で「手」を意味する言葉に由来します。

キラルの反対語はアキラル（achiral）で、鏡像と重ね合わせることができる性質を指します。キラルな図形とその鏡像の関係は、エナンチオモルフ（enantiomorphs）や対掌体と呼ばれ、「反対」を意味するギリシャ語に由来します。

キラリティーと対称性

立体図形の対称性を考える上で、回転操作や鏡映操作が重要になります。n回回転（Cn）とは、n回回転させると360度回転して元の状態に戻る操作です。鏡映（σ）は、鏡像を作る操作です。これらの組み合わせで、全ての対称操作を表すことができます。

キラルであることは、Sn軸（n回回映軸）を持たないことと同義です。鏡映面や反転中心を持たないことはキラルであるための必要条件ですが、十分条件ではありません。キラルな図形は、全く対称性を持たないものと、2以上のCn軸だけを持つものに分類できます。

分子のキラリティー

化学におけるキラリティーは、結合の組み換えなしに分子をその鏡像に重ね合わせることができない性質を指します。キラルな分子をキラル分子といい、キラル分子は互いに鏡像である1対の立体異性体（エナンチオマー）を持ちます。エナンチオマーの等量混合物をラセミ体といいます。

エナンチオマーの絶対配置はRS表記法で表されます。また、アミノ酸や糖などでは、伝統的なDL表記法も用いられます。多くのキラル分子は不斉炭素などの不斉中心を持ちますが、不斉中心の存在はキラルであるための必要条件でも十分条件でもありません。

キラリティーの源：不斉中心、不斉軸、不斉面、らせん軸

キラリティーの源泉となる構造要素としては、不斉中心、不斉軸、不斉面、らせん軸などが挙げられます。

不斉中心：4つの結合手が全て異なる原子または原子団と結合した炭素原子（不斉炭素）などが代表的です。
不斉軸：アレン誘導体やビフェニル誘導体など、対称軸となる原子結合鎖に異なる置換基が結合することでキラルとなります。
不斉面：シクロファンやフェロセン誘導体のように、平面構造の置換基の配置によってキラルとなる場合、その平面を不斉面と呼びます。
らせん軸：ヘリセンのように、らせん状の構造を持つ分子では、らせんの向き（右ねじ、左ねじ）によってキラルとなります。

また、単結合の回転が制限されることで、異なる立体配座を持つ分子（アトロプ異性体）が分離し、それらがエナンチオマーとなる場合もあります。

エナンチオマーの性質の違い

エナンチオマーは、物質量や結合エネルギーは等しいので、多くの物理的性質（密度、融点、沸点など）は同じです。しかし、旋光性や、特定のキラル分子との反応性、酵素反応などの化学的性質は異なる場合があります。

旋光性：エナンチオマーは、平面偏光を異なる方向に回転させる性質（旋光性）を示します。
生体分子活性：生体分子はキラルであり、特定のエナンチオマーのみを認識・作用することが多いため、エナンチオマー間の生理活性は大きく異なる場合があります。薬物においては、特定のエナンチオマーのみが薬効を示し、他方が有害な作用を示す場合があります。サリドマイドがその代表例です。

キラル中心「孤立電子対」を持つ化合物のキラリティー

孤立電子対が空間を占めることによってもキラリティーが生じることがあります。この効果は、特定のアミン、ホスフィン、スルホニウム、オキソニウムイオン、スルホキシド、カルバニオンなどにまで及びます。

キラル分子は、医薬品、農薬、香料など、様々な分野で重要な役割を果たしています。キラリティーの理解は、これらの物質の性質や機能を解明する上で不可欠です。

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