Louis Pasteur, sechsundzwanzig und 1848 im Pariser Labor von Jean-Baptiste Biot tätig, kristallisierte das Natrium-Ammonium-Salz der Paratartarsäure — chemisch identisch mit gewöhnlicher Weinsäure, doch optisch inaktiv. Unter dem Mikroskop bemerkte er, was vor ihm kein Chemiker gesehen hatte: Das Salz kristallisierte in zwei verschiedenen Formen, die sich zueinander wie Bild und Spiegelbild verhielten und nicht zur Deckung zu bringen waren — wie eine linke und eine rechte Hand. Wochenlang sortierte er die Kristalle von Hand, löste jeden Stapel getrennt auf und maß die optische Drehung. Die eine Lösung drehte polarisiertes Licht im Uhrzeigersinn, die andere um denselben Winkel dagegen. Die gemischten Kristalle waren inaktiv gewesen, weil sich die beiden Drehungen aufhoben. Molekülgeometrie konnte eine Händigkeit besitzen — Chiralität, vom griechischen Wort für Hand, war eine wirkliche Eigenschaft der Materie.
Zwei Moleküle mit identischer Verknüpfung können sich allein in ihrer räumlichen Anordnung unterscheiden, und dieser Unterschied kann darüber entscheiden, ob ein Stoff ein Heilmittel oder ein Gift ist. Enantiomere sind Stereoisomere, die sich wie nicht zur Deckung bringbare Spiegelbilder verhalten; Diastereomere sind Stereoisomere, bei denen das nicht der Fall ist. Ein Chiralitätszentrum — meist ein Kohlenstoffatom, das vier verschiedene Substituenten trägt — ist die lokale Quelle der Asymmetrie; ein Molekül mit n Zentren besitzt bis zu 2ⁿ Stereoisomere. Die Cahn-Ingold-Prelog-Konvention weist jedem Zentrum über eine Rangordnung der Substituenten einen R- oder S-Deskriptor zu. Pasteurs Entdeckung blieb ein Vierteljahrhundert folgenlos, bis Jacobus van 't Hoff und Joseph-Achille Le Bel 1874 unabhängig voneinander vorschlugen, die tetraedrische Geometrie des Kohlenstoffs sei der geometrische Ursprung der Chiralität; van 't Hoff erhielt 1901 den ersten Nobelpreis für Chemie. Die biologischen Folgen sind gewaltig, denn die Biologie selbst ist chiral. Proteine verwenden L-Aminosäuren; DNA, RNA und die meisten Stoffwechselzwischenprodukte laufen auf D-Zuckern. Rezeptoren und Enzyme sind ihrerseits chiral und unterscheiden Enantiomere um Faktoren von Tausenden. (R)-Carvon riecht nach grüner Minze, (S)-Carvon nach Kümmel. Die Thalidomid-Tragödie der Jahre 1957–1962 ist das kanonische Arzneimittelbeispiel: Das racemische Beruhigungsmittel der Chemie Grünenthal enthielt ein Enantiomer mit der beabsichtigten Wirkung und ein zweites, das ein starkes Teratogen war und bei rund zehntausend Neugeborenen Gliedmaßenfehlbildungen verursachte, ehe das Mittel vom Markt genommen wurde — wobei sich die beiden Enantiomere unter physiologischen Bedingungen ineinander umwandeln, sodass eine Formulierung mit nur einem Enantiomer das Unglück nicht verhindert hätte. Der Chemie-Nobelpreis 2001 ging an William Knowles, Ryōji Noyori und K. Barry Sharpless für die asymmetrische Katalyse — Verfahren, die bevorzugt ein Enantiomer liefern und heute im Zentrum der industriellen Pharmazie stehen.
Einzelenantiomer-Wirkstoffe dominieren die neuen Arzneimittelzulassungen: Über die Hälfte der niedermolekularen FDA-Zulassungen des letzten Jahrzehnts werden als reine Enantiomere verkauft, und mehrere Kassenschlager — Esomeprazol (Nexium), Escitalopram (Cipralex) — sind Chiral Switches, aus älteren Racematen neu patentiert. Die tiefe offene Frage ist der Ursprung der biologischen Homochiralität — warum das Leben L-Aminosäuren und D-Zucker wählte und wie die anfängliche Asymmetrie zu einer nahezu vollkommenen Einheitlichkeit verstärkt wurde. Mehrere Mechanismen konkurrieren — die autokatalytische Soai-Reaktion, kleine Enantiomerenüberschüsse in Aminosäuren, die der Murchison-Meteorit trug, zirkular polarisiertes Sternenlicht nahe Sternentstehungsgebieten —, ohne dass sich ein Konsens abzeichnet. Die Organokatalyse (Benjamin List und David MacMillan, Nobelpreis 2021) erweiterte das Instrumentarium der asymmetrischen Synthese über die Übergangsmetalle hinaus auf kleine organische Katalysatoren.