ノーベル賞でも注目の「キラル」とは 分子の左右と半導体の意外な関係

右手と左手。よく似た形をしていますが、まったく同じというわけではありませんよね。

鏡に映った関係である右手と左手は、同じ向きで重ね合わせると親指と小指が反対になり、ピッタリと重なり合うことはありません。

実は分子の世界にも、これとよく似た構造が存在します。

鏡に映った形と重ね合わせることができない非対称な構造を「キラル」といい、その性質を「キラリティー」と呼びます。

2026年のノーベル化学賞では、キラル分子の左右の型のうち一方を選択的に合成する「不斉有機合成」に関する研究が評価されました。

見た目はそっくりでも、左右の違いによって性質や働きが変わることがあるキラル分子。

そんな小さな違いに秘められた力が、生命の謎を解き明かすだけでなく、半導体の新たな可能性を切り拓く研究でも注目されています。

鏡に映った分子は似て非なるもの？

ルイス・キャロル作の「鏡の国のアリス」では、アリスが「鏡の世界のミルクはおいしくないかもしれない」と発言するシーンがあります。

一見、何気ない描写のようですが、分子の世界に目を向けると、アリスの発言は鋭い指摘と言えるのかもしれません。

私たちの身体を構成するタンパク質は、アミノ酸が多数つながってできています。
アミノ酸の多くは、右手と左手のように、鏡に映った形と重ね合わせることができない構造をしています。
このような構造を「キラル」といい、その性質を「キラリティー」といいます。

鏡の中で左右が反転した分子は、現実の分子とは異なるふるまいをすることがあり、味や香りの感じ方が変わる可能性があります。

アリスが想像した「鏡の世界のミルクの味」は、分子の左右の違いがもたらす不思議な現象を示唆しているのかもしれません。

ギリシャ語の「手」に由来するキラルは、分子の世界だけに見られるものではありません。

たとえば、植物のつるが右巻きか左巻きか、渦が時計回りか反時計回りかといった違いも、キラリティーの一例です。
日常生活のなかにも、左右の違いにまつわる現象が数多く存在しているのです。

そしてこのキラリティーは、生命体と深い関係があります。

タンパク質を構成するアミノ酸の多くはL型、DNAを構成する糖はD型であり、生命を構成するキラル分子は、なぜか特定の型に偏っています。

このように、生物が分子の左右の型の一方を選択的に利用する性質は「生命のホモキラリティー」と呼ばれ、生命の不思議の一つとして長年研究されています。

ノーベル化学賞を受賞した「分子の左右」にまつわる研究

2001年、化学者の野依良治氏は、分子の左右を識別するBINAP（バイナップ）と金属を組み合わせた触媒によって、キラル物質の片方を選択的に合成する研究でノーベル化学賞を受賞しました。

自然界の生命体はキラル分子の片方だけで構成されている一方で、従来の化学合成では、鏡写しの関係にある2種類の分子は半々の割合でつくり出されます。
しかし、左右が異なる分子は化学的な性質が似ていても、人体にとって薬になったり、時には毒になったりすることがあります。

化学合成によって人工的に片方の型をつくることは、100年以上にわたって不可能とされてきました。
野依氏の研究は、化学合成の新たな可能性を切り開いた成果として、世界に高く評価されたのです。
「分子の左右」を選択的に合成する技術は、医薬品や農薬、香料などの有用な物質を合成するうえで重要な役割を果たします。

そして2026年10月、日本の化学者硤合憲三氏と、フランスの化学者アンリ・B・カガン氏の2名にノーベル化学賞が贈られることが発表されました。
受賞理由は、「不斉有機合成における非線形効果および自己触媒作用の発見」です。
この研究は、生命を構成するキラル分子が特定の型に偏る「生命のホモキラリティー」が、どのように生まれるのかを解明するうえで重要な手がかりとなります。

カガン氏は1986年、化学反応を操作する新たな方法を発見し、キラル分子の一方を、従来考えられていたよりも多く生成できることを示しました。
これは、ホモキラリティーが生じる条件の一つである、片側ができる反応が促進され、もう一方ができる反応が抑制されるという仕組みを裏付ける成果でした。

そして硤合氏は、反応によって生まれた分子そのものが触媒となり、同じ型の分子をさらに生み出す「自己触媒反応」に着目しました。
1995年に「硤合反応」を発表し、2003年には、キラル分子の一方が多く生まれる状態を、自己触媒反応によってさらに増幅させることに成功しました。
つまり、わずかな左右の偏りが、反応を繰り返すことで雪だるま式に大きくなっていくというわけです。

硤合反応について、スウェーデン王立科学アカデミーは「これまでの化学実験の中で最も驚異的なものの1つだ」と高く評価しています。

野依氏の研究が、目的とする型の分子を選択的につくる技術を発展させたのに対し、カガン氏と硤合氏の研究は、分子の型に偏りが生まれ、それが増幅される仕組みの理解を深めました。
キラル分子に関する研究は、化学や産業の発展に大きく貢献するものとして、世界的にも高く評価されています。

半導体の新たな可能性を切り拓くキラル分子

半導体は、電子の流れを制御することで電流のオン・オフを切り替えたり、情報を処理したりします。
エレクトロニクスの進歩によって高性能化したスマートフォンやパソコンは、現代の生活に欠かせないものです。

電子には、電気的な性質である「電荷」と、量子的な性質である「スピン」があります。

従来のエレクトロニクスでは、主に電荷を利用して電子の流れを制御してきました。
一方で、近年ではスピンの向きを制御して情報処理などに利用する「スピントロニクス」技術にも注目が集まっています。
電荷に加えてスピンも制御することで、新たな機能を持つデバイスや、消費エネルギーを大幅に抑えた電子技術の実現が期待されています。

この「スピン」に影響を与えられるのが「キラル分子」です。

2026年、東京科学大学の研究チームは半導体の一種である二硫化モリブデンに、非常に小さなキラル分子を電気の力で出し入れする技術を開発しました。
これにより、材料を壊すことなく、キラルな状態とそうでない状態を電気で切り替えられることを世界で初めて実証しました。

キラル分子には、電子のスピンの向きによって電流の流れやすさに違いを生じさせる性質があります。
研究チームはこの性質に着目し、キラルな状態を切り替えることで、スピンの向きによる電流の流れやすさが変化することを確認しました。

この成果は、「一度つくったら変えられない」という半導体材料の常識を覆すものです。
電気の力で材料の性質を自在に切り替えられるようになれば、これまでにない機能を持つ半導体の実現につながるかもしれません。

また2025年には、大阪大学の研究チームがキラル分子の性質を活用し、有機太陽電池の性能を高める分子設計指針を提案しました。
キラルな構造をもつ新しい分子を開発し、太陽電池に組み込んだところ、発電の過程で電荷が失われる現象が抑えられ、性能が向上することを実証しました。

キラル分子の活用は、太陽電池の発電性能を高める新たな可能性を示しています。

鏡写しの分子に秘められた謎とは

鏡に映った自分が、写真などで見る顔と少し違って見えるという方もいるでしょう。

これは、鏡で左右が反転しているためです。
左右が入れ替わるだけで、顔の印象が変わってしまうこともあります。

目に見えない分子の世界では、左右の違いは重要な意味を持っています。

このわずかな違いは、時に人体に異なる作用を示すこともあり、医薬品の開発でも分子の左右が重要な役割を果たしています。

キラル分子の研究は、生命の謎を解く手がかりになるだけでなく、半導体や太陽電池など、私たちの暮らしを支える最先端技術への応用にもつながっています。