有機化学基礎Ⅰ

科目コード T330300
本日の達成目標
有機化学基礎Ⅰ
異性体を分類できるようになる。
異性体や立体化学を区別して表記できるようになる
立体化学に関する専門用語の定義を正確に理解し、
説明できるようになる。
第２回
ややこしい≠難しい
分子模型：終了時に回収します
まずはフィードバックから
スライド・ハンドアウトはこちら、
http://www.chem.utsunomiya-u.ac.jp/lab/yuuki2/basic-org/org-index.html
香りの違いが分かるわけ
R体とS体の判別
Cahn-Ingold-Prelog則
① 原子番号（質量数）が大
② その次の原子はどうか
③ ｎ重結合は ×ｎ
C
C C
C
C
R/S表記
R体（時計回り）
S体（反時計回り）
４番目を奥に置く
順位付けはCIP則で
2
2
…形の区別はとても重要
2
ある種の酵素は、光学
異性体を区別（分子認
識）できる。一方の光学
異性体でのみ、酵素が
はたらく。
2
リモネン
4
1
4
1
3
優先順位
をつける
3
頂点を結んで、
正四面体にする
カルボン(carvone)
4
1
1
(4)
3
すっぽりはまると、
香り分子が来たこ
とが認識される
3
正四面体の
面の向きを
変える
正面に１～３の
面をもってきて、
RSを判別
レセプター
立体構造の表記法３種
マクマリー p.460
Fischer投影法
○ 主にアミノ酸や糖の構造を表わすのに使われる
○ 水平方向の結合：紙面から手前に突き出た結合
上下方向の結合：紙面より後ろ側に伸びた結合
COOH
HO
H
CH2CH3
スペアミントやキャラウェイに含まれるのは主にl体
wikipedia
深澤・笛吹「はじめて学ぶ大学の有機化学」、p.28、化学同人（2003）
1
立体配座を描く
Newman投影法
p.59
エタンを例に
手前側
奥側
○ 結合の方向から見た図
○ 隣接する置換基同士の
位置関係が分かり易い
配座異性体① （エタンを例に）
p.60
配座異性体（＝回転異性体）：
C-C結合の回転にもとづいて、立体配座が異なる異性体。
H H
重なり
(eclipsed)
H
H
H
H
手前側を描く
ねじれ
(staggered)
奥側を加える
H
H
角度を考慮する
H
H
H
H
深澤・笛吹「はじめて学ぶ大学の有機化学」、p.28、化学同人（2003）
Jones, “Organic Chemistry (3rd ed.)”, p.65, Norton (2005)
Workshop ! （やってみよう！）
n-ブタンのNewman投影図を描け。
Jones, “Organic Chemistry (3rd ed.)”, p.66, Norton (2005)
配座異性体② （n-ブタンを例に）
アンチ
ゴーシュ
p.68
ゴーシュ
アンチ
重なり型には「立体障害」
がある。
「ねじれ」には２種類
anti ＝アンチ
gauche ＝ゴーシュ
Jones, “Organic Chemistry (3rd ed.)”, p.74, Norton (2005)
井上、柳、「コンセプトで学ぶ有機化学」, p.51, 化学同人(2006)
本日のスケジュール
配置と配座
立体配置（configuration）：
各原子（置換基）の位置関係。
絶対的に変わらない位置関係（絶対配置）。
１）本日の達成目標・本日のスケジュール・フィードバック
２） Workshop ! （やってみよう！その１、香りで実感）
３）ジアステレオマー、異性体の分類
立体配座（conformation）：
単結合の回転によって変わる各原子（置換基）の位置関係。
４） Workshop ! （やってみよう！その２、分子模型で実感）
５）配座と配置、配座異性体
配座と配置配座異性体
６）シクロヘキサンの配座
７） Workshop ! （やってみよう！その３、総合問題で実感）
８）まとめ、次回の予告
Jones, “Organic Chemistry (3rd ed.)”, p.64,65,155, Norton (2005)
2
炭素骨格だけで構造を
表わす表記法
l-メントール
感覚神経の冷感センサー
15℃
l-メントール (l- menthol または (−)-メントール)
2-イソプロピル-5-メチルシクロヘキサノール
(2-isopropyl-5-methylcyclohexanol)
融点42–45 ℃、沸点212 ℃、比旋光度－50
局所血管拡張作用、鎮痛作用などをもつ。
20
25
30
35
ニホンハッカやペパーミントから取れる。
日本では安政年間に栽培が始まった。
1960年代以降は合成ハッカ登場。
TRPA1
TRPM8
TRPV3
メントールの冷やりとした感覚は、実際に
温度が低くなるからではなく、冷感セン
サーTRPM8を「誤作動」させるから。
活性化温度閾値が25℃から30℃へ上昇
（30℃でも冷感を感じるようになる）
Workshop ! （やってみよう！）
1
3
2
55℃
TRPV1
TRPV2
l-メントール
25℃だ！
TRPM8
富永、日本薬理学雑誌、127 (2006), 128-132； 124 (2004), 219-227.
立体異性体はそれだけか？
① l-メントールのエナンチオマーを書け。
② 立体異性体はそれだけ？
4
50
TRPV4
Wikipedia
http://bloomingbloomy.seesaa.net/article/120506608.html
http://www.chem-station.com/molecule/archives/2007/11/-menthol/
5
45
メントール
l-メントール
6
40
l-メントールの全ての立体異性体を書け。
立体異性体＝
分子式は同じだが、空間的
位置関係が異なる
異性体
＝分子式は同じだが、構造が異なる化合物
構造異性体原子配列が異なる
構造異性体＝原子配列が異なる
立体異性体＝空間的位置関係が異なる
l-メントールが
最も強い匂い
と長時間持続
する清涼感を
もつ。
(1R,2S,5R)-2-isopropyl5-methylcyclohexanol
1983年以降、特定の立体異性体だけを合成する方法である「不斉合成」で製造している
（野依先生のノーベル賞）。高砂香料工業がl-メントール合成の老舗。
（おまけ）リモネン、カルボン、メンソールの関係
メンソール
ペパーミント
リモネン-3-ヒドロキラーゼ
ジアステレオマー
エナンチオマーの関係
S
S
R
R
S Sにとっての
S-Sにとっての
ジアステレオマー
代謝酵素がち
代謝酵素がちょっと違う
と違う
S
R
R
S
リモネン
スペアミント
リモネン-6-ヒドロキラーゼ
p.157
ジアステレオマー（diastereomer）
エナンチオマー以外の立体異性
体の総称。
結合の種類や順序は同じだが、
対応する原子間（または置換基
間）の距離が異なるもの。
一般にキラル中心がｎ個なら、
立体異性体は２n 個ある。
（ただし、「メソ体」は例外）
エナンチオマーの関係
カルボン
http://ja.edu-wiki.org/protein-spotlight/issue113
http://www.hyakka-saen.com/minto/s-minto.htm
dia ＝距離
（ギリシャ語）
H
ジアステレ
オマーの例
H3C
C
C
OH
CH3
H
NH2
3
立体異性体
Workshop ! （やってみよう！）
異性体＝分子式は同じだが、構造が異なる化合物
構造異性体＝原子配列が異なる
例） Butane と
2-mentylpropane
立体異性体＝空間的位置関係が異なる
＊立体化学＝立体異性体の立体構造と性質を扱う分野
配座異性体
（回転異性体）
立体異性体
CH3CH2CH2CH3
エナンチオマー
（鏡像異性体）
CH2
CH3CHCH3
配置異性体
鏡像関係かどうか？
ジアステレオマー
ジアステレオ
異性体
シス-トランス
異性体など
配座異性体③ （シクロヘキサンを例に）
アキシアル
（axial）
p.183
シクロヘキサンの分子模型を作れ。
注意（分子模型）
•最初の状態にして返却
•玉が原子棒が結合
•玉が原子、棒が結合
•箱の下に手。落とさない。なくさない。
•強く差し込みすぎないように（抜くとき折れる）。
•黒＝炭素、水色＝水素、赤＝酸素、青＝窒素
•結合（長）はＣ－Ｃ結合、結合（短）はＣ－Ｈ結合
•購入お勧め（生協、￥1200くらい）
配座異性体③ （シクロヘキサンを例に）
p.190
舟型
エクアトリアル
（equatorial）
いす型
equatorial
いす型
環の反転により
axial と
equatorial とは
相互転換する
マクマリー「有機化学概説（第５版）」、p.59、東京化学同人（2004）
Jones, “Organic Chemistry (3rd ed.)”, p.205, Norton (2005)
Workshop ! （やってみよう！）
Van der Waals反発力
Newmanであらわしてみると、
舟形では重なり型になっている
Jones, “Organic Chemistry
(3rd
環のひずみ
ed.)”, p.204,205, Norton (2005)
配座異性体④ （側鎖の影響）
p.191-2
いす型配座のシクロヘキサンを描け。
（ハンドアウトに描き方あり）
1,3-ジアキシアル相互作用
アキシアル位の原子（置換基）同士は、隣り合うエクアトリアル位
にある原子（置換基）同士よりも、互いの間の距離が近い。
したがって、大きな原子（置換基）は反発（立体障害）があるために、
アキシアル位をとりにくい不安定。したがって、自然にエクアトリア
ル配座をとる。
上の化合物では約95％はエクアトリアル配座で存在する（エネル
ギーの差は約７kJ/mol）。
深澤・笛吹「はじめて学ぶ大学の有機化学」、p.40、化学同人（2003）
4
感覚神経の熱刺激センサー
Workshop ! （やってみよう！）
l-メントールがシクロヘキサン環をもつことに注意して、その最安定
配座を書け。
15℃
20
25
30
35
40
45
50
55℃
カプサイシン
○
H
×
H
H
H
Me
H
H
H
H
i
i
H
Pr
H
H
H
Pr
H
H
H
OH
H
H
Me
みんなエクアトリアル位
H
TRPM8
椅子型という意味では同じだが、左の配
座の方が安定。1,3-ジアキシアル相互作
用があるので、 iPr やOH、Meがアクシ
アル位になる右の配座は不安定。
isopropyl基
(iPr, （CH3）2CH- )
TRPV3
TRPV1
TRPV2
TRPV4
OH
みんなアクシアル位
methyl基
(Me, CH3- )
TRPA1
熱感センサーTRPV1をカプサイシンが刺
カプサイシン (capsaicin)
激すると、活性化温度閾値が約30℃に低
辛味、発熱感、痛み、
下し、より低い温度で熱く感じるようになる。
発汗、強心作用、
催涙スプレー、鎮痛薬
TRPV1は組織傷害を招く熱だけでなく細
胞外液の酸性化（pH5.4付近）によっても
活性化され、痛みと関係がある。
（ TRPV1は炎症関連目ディエーターによっても間接的に活性化される）
富永、日本薬理学雑誌、127 (2006), 128-132； 124 (2004), 219-227.
本日のまとめ
次回の予告
立体構造の区別と表記
次回のテーマ「 I 効果と共鳴」（サブテーマ：麻酔薬と電気陰性度）
異性体の分類
構造異性体
異性体
鏡像関係？
（1.4、9.7章（＋9.4、9.5、13.1～13.5章））
I 効果（誘起効果）を理解し、説明できる。
配座異性体
立体異性体
原子の結合順序
は同じ？
次回の達成目標
エナンチオマー
配置異性体
ジアステレオマー
電子吸引性と電子供与性を理解し、説明できる。
共鳴を理解し、説明できる。
共鳴構造式を描けるようになる。
専門用語：キラリティー、ラセミ、配置と配座など
以下は自習にいいかも
確認＝本日の達成目標
異性体を分類できるようになる。
異性体や立体化学を区別して表記できるようになる。
問題2.20、4.12、4.15、4.17、4.23、 4.51、5.16
立体化学に関する専門用語の定義を正確に理解し、
説明できるようになる。
立体構造の表記法３種
分子は立体的である
したがって、
２次元の絵を使って立体的
に考える必要がある
資料
H
C
H
H
H
そのために
３種類の表記法
破線ーくさび型表示
Newman投影法
Fischer投影法
深澤・笛吹「はじめて学ぶ大学の有機化学」、p.28、化学同人（2003）
5
構造異性体
立体異性体②：ジアステレオマー（ジアステレオ異性体）
ジアステレオマー（diastereomer）
分子式は同じだが、
原子配列が異なる
一対のジアステレオマーは互いに物理的、化学的性質が異なる
のが普通。
官能基、骨格、位置
が違っている
これもジアステレオマー
分子内に２つ以上のキラリティ
をもつ立体異性体
シスートランス異性体
回転しない結合の両側の原子（置
換基）が同一でない場合に生じる
深澤・笛吹「はじめて学ぶ大学の有機化学」、p.30、化学同人（2003）
深澤・笛吹「はじめて学ぶ大学の有機化学」、p.35、化学同人（2003）
２nにならないこともある（メソ体）
不斉炭素原子を２個以上もつ立体異性体①
p.160
（立体異性体：計３つ）
エナンチオマーの関係
同じもの！
エナンチオマー
エリトロース
ジアステレオマーの関係
酒石酸
（d 体、l 体）
トレオース
酒石酸
（meso 体）
対称面があるから
メソ体ができる
（立体異性体：計４つ）
深澤・笛吹「はじめて学ぶ大学の有機化学」、p.36、化学同人（2003）
エナンチオマー
H3 C
O
2
C
S CH3 3
＊ CF 1
3
C
1 2
C
H4
H3 C ＊
CH CH
3 S 2 2 3
4H
異性体はそれだけ？
キラルな炭素
（不斉炭素）
＊ H4
C
OH
H3C 3
1
深澤・笛吹「はじめて学ぶ大学の有機化学」、p.36、化学同人（2003）
S
エナンチオマー
H
HO
H3C R
F3C C
O
C
C
H
S CH3
＊ CF
3
C
CH3
H
H
R CF3
C CH3
＝
R
CH3
S-Sのエナンチオマー
H3C R
H
H
F3C C
H3 C
R CF3
C CH3
＝
C
H
CH3 H3C
H3CH2C R
C
CH2CH3
R H
H
H3 C
C
H
＊
S CH2CH3
S CH3
C CF3
C CH CH
2
3
R H
C
H
CH3 H3C
H3CH2C R
H3C R
F3C C
H3CH2C
H
C
S
H
H
＝
CH3 H3C
C
CH2CH3
R H
R CF3
C CH3
C
H
S CH2CH3
S-Rのエナンチオマー
6
異性体はそれだけ？
4H
H3 C
3
4H
H3 C
3
R OH 1
＊ CH 3
3
C
2 2
C
4
＊ H
R NH2
1
S CH3 3
＊ OH 1
C
2 2
C
H4
＊
R NH2
1
ただし、、、
S-Sのエナンチオマー
4
H S
HO S
H
1 HO ＊
H3 C C
C
＝
2 2
3
C
C
H
CH3 H3C ＊
S
H2 N
H S
4
4
H3C R
R
3 H ＊
H
HO C
H3C C
＝
2 2
3
C
C
H
CH3 H3C
＊
H2 N S
H S
4
S-Rのエナンチオマー
3
CH3
NH2
1
1
OH
NH2
1
シスートランス異性体
Z
cis
S H4
＊ CH 3
3
C
2 2
3
C
CH3
HO ＊
1 R H
4
1
HO
R OH 1
＊ CH 3
3
C
2 2
C
H4
H3 C ＊
OH
3 R 1
4H
S-Rのエナンチオマー？
R
H
1
HO
OH
＊
CH3
3 H3C C
C
2
2
180°回転
3
C CH
C
H3 C
3
HO
＊ OH 1
H S
H
4
右と左は同じ立体構造！
＝メソ体（対称面あり）
1
HO S
3H C ＊ H 4
3
C
S-Sの
2 2
エナンチオマー
4
C
H ＊ CH33
1 HO S
4H
（おまけ）不斉炭素はエナンチオマーの必須条件か？
E体とZ体
CIP則で判別する場合の名称
最も一般性がある
条件のひとつだが、
唯一の条件ではない
ドイツ語 Entgegen（反対側）
Zusammen（同じ側）
E
trans
軸不斉
面不斉
など
cis
trans
Z
E
分子不斉
syn
anti
深澤・笛吹「はじめて学ぶ大学の有機化学」、p.35、化学同人（2003）
２個以上の不斉炭素
をもつ分子では、キ
ラリティをもたないも
のもある（後述）
深澤・笛吹、「はじめて学ぶ大学の有機化学」、p.34,35、化学同人（2003）
井上・柳、「コンセプトで学ぶ有機化学」、p.59、化学同人（2006）
l-メントールを人為的に合成する
ノーベル化学賞（野依教
授）になったBINAPを触
媒とするところがポイント。
l- menthol
BINAPの金属錯体（ピンク色が触媒金属
原子）。上、横、正面から見たところ。
＊BINAPには「アトロプ異性体」がある
http://www.org-chem.org/yuuki/noyori/noyori2.html
7

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