天然有機化合物の構造を理解するための立体化学天然物医薬品化学第４章天然物質と立体化学 P101～問2ｌ-メントールに関する記述のうち、正しいのはどれか。構造訂正！ 1. ｌ-メントールは不斉炭素原子を4つ持つ。 2. AはBのエナンチオマーである。 3. BはCのジアステレオマーである。 4. CはAの環を反転させたものである。 5. ｌ-メントールの最も安定な配座はCである。薬学教育モデル・コアカリキュラム C3 化学物質の性質と反応（１）化学物質の基本的性質 GI0 【有機化合物の立体構造】構造異性体と立体異性体の違いについて説明できる。不斉と光学活性の関係を概説できる。エナンチオマーとジアステレオマーについて説明できる。ラセミ体とメソ体について説明できる。絶対配置の表示法を説明できる。炭素ｰ炭素二重結合の立体異性（cis, trans, E, Z異性）について説明できる。 7. Fischer投影式とNewman投影式を用いて有機化合物の構造を書くことができる。 8. 立体配座とその安定性について説明できる。 1. 2. 3. 4. 5. 6. 立体化学の歴史炭素四面体説（不斉炭素原子） 1874年 van’t Hoff & Le Bel 1865年 Kekulé ベンゼン構造酒石酸分子の鏡像異性体の発見 1848年 Pasteur 1818年 Wöhler 尿素合成光学活性物質の発見 1812年 Biot 実像鏡像不斉炭素原子：ある炭素原子に結合している４個の原子ないしは原子団（リガンド）を全て相異する炭素原子立体異性体：構造式は同一であるが，原子の空間的配列が異なる異性体鏡像異性体：立体異性体の中でも互いに右手と左手，実像と鏡像の関係にある一対（エナンチオマー）構造異性体：分子を構成する原子間の結合の種類あるいは配列順序が異なる 4 4.1.1 立体配置と立体配座 Configuration & Conformation OH メントール１．(-)-menthol のエナンチオマーは？２．(-)-menthol のジアステレオマーは？３．(-)-menthol のエピマーは？１．(-)-menthol のエナンチオマーは？ → 鏡像異性体の関係２．(-)-menthol のジアステレオマーは？→ 互いに鏡像関係にない立体異性体３．(-)-menthol のエピマーは？ → 1個の不斉炭素のみの立体配置の異なる一対のジアステレオマー OH (-)-menthol OH (-)-isomenthol OH (-)-neomenthol OH (-)-neoisomenthol エピマー OH (+)-menthol エナンチオマー OH (+)-isomenthol OH (+)-neomenthol ジアステレオマー OH (+)-neoisomenthol 4.1.1 立体配置と立体配座 CH3 OH OH H3C CH3 (-)-menthol 14.6 kcal/mol 17.3 kcal/mol 4.2 立体配置異性体鏡像異性体 HOH2C H 対掌体エナンチオマー(enantiomer) CHO CHO C C HO OH H CH2OH 鏡面 (+) 右旋性 (dextrorotatory) (-) 左旋性 (laevorotatory) 偏光面の回転方向右旋性 ≒ (+) ≒ d 左旋性 ≒ (-) ≒ l キラル（chiral）とアキラル（achiral）光学活性物質による偏光面の回転旋光＝平面（直線）偏光を回転すること光学活性物質＝旋光性物質（キラル）右旋性：dextrorotatory (+) 時計方向左旋性：levorotatory (-) 反時計方向 d-カンフルの立体化学 P104 O 2個の不斉炭素 d-camphor 樟脳油 l-camphor ヨモギギク分子内に対称面あり！ 4.2.2-3 Fischer投影式 Fischer投影式くさび型表示一個の不斉炭素をもつ分子の立体異性体 L- D- スレオースとエリスロース Fischer投影式 L L 二個以上の不斉炭素をもつ分子の立体異性体 D D メソ体酒石酸 4.2.3 表示法糖やアミノ酸 D/L 1 CHO R1 CHO H OH 2-D * OH HO R2 CH2OH H OH 4-D D D-(+)-glyceraldehyde H * OH 5-D H X H H 3-L COOH H * NH 2 COOH * OH H CH2OH CH 3 D-(+)-serine D-(-)-lactic acid 6 CH2OH D-(+)-glucose 絶対配置 D/L 酸化度R1>R2 1 CHO R1 X CHO H HO * H HO H H 2-L OH 3-D COOH H2N * H R2 CH2OH HO H 4-L CH2OH L L-(-)-glyceraldehyde HO * H 5-L L-(-)-serine 6 CH2OH L-(-)-glucose COOH * H HO CH 3 L-(+)-lactic acid 4.2.4 R/S 表示法 2 CHO 4 H C OH 1 > CHO > CH2OH R H > R rectus 右 OH C 3 CH2OH H (O) O C > H O H D-glyceraldehyde S 2 NH2 COOH 1 > COOH > CH2OH H > 4 H2N C H C 3 CH2OH C O H H (O) O O L-serine 3 NH2 > CH2SH > COOH > R H COOH 1 4 H2N C 2 H CH2SH L-cysteine C H S H C O O O S sinister 左優位規則１）原子番号の大きい方が優位。２）同位体の場合は質量数大きい方が優位。３）二重結合、三重結合は他端の原子を重複して単結合に展開する。 C C C C (C) (C) (C) C C C (C) 4) C O (C) C C N C O (O) (C) (C) (C) C (C) (N) N (N) phantom atom(0) N H 5) 芳香環 (C) (C) (C) (C) (C) (C) 6) 4.2.5 幾何異性体 E/Z 表示法二重結合の回転障害によって生じる異性体 trans/cis と E/Z (entgegen/zusammen) 4.2.5 幾何異性体 E/Z 表示法 trans/cis と E/Z (entgegen/zusammen) シス/トランス cis/trans β β OH H H OH α trans -1,2-cyclopentane-diol α H H H H HO HO cis -decalin H H cis -1,3-cyclopentane-diol 相対配置 α/β trans -decalin 4.2.6 軸不斉（アトロプ異性）アレン異性体 allene S 不斉炭素をもたない分子の光学異性体 R 軸不斉 4.2.6 軸不斉アトロプ異性体 biphenyl R S 不斉炭素をもたない分子の光学異性体軸不斉 4.2.6 軸不斉 3 3 3 3 3 3 Gomisin A 五味子のタンニンアトロプ異性体 4.3 立体配座異性 4.3.1 配座異性体（conformational isomer)とNewman投影式木挽台 staggered f orm H H ねじれ形（安定） H H C C H H Newman 投影式 H H H H H H eclipsed f orm H 重なり形（不安定） H H H H H H H H H H H 単結合（C-C）の回転によって生じ、互いに重ね合わせられない特定の配置も持つ分子の空間配置！ n-butaneの安定配座 Conformational Energy Energy (kcal/mol) 22.0 16.0 10.0 4.0 -180 二面角 dihedral angle -135 -90 -45 0 45 90 C(1)-C(2)-C(8)-C(9)(degrees) 3 3 anti 180 Gauche ±60 eclipsed 0 135 180 (-)-ephedrineの安定配座 (-)-ephedrine Conformational Energy Energy (kcal/mol) 84.0 Anti Φ=180 69.0 3 54.0 39.0 -180 3 -135 -90 -45 0 45 90 O(11)-C(7)-C(8)-N(9)(degrees) 135 180 4.3.3 環状化合物の配座異性体アキシャルaxial (a) エクァトリアルequatorial (e) 問１日本薬局方に収載されているエフェドリン((1R,2S)-2methylamino-1-phenylpropane-1-ol)の正しい構造はどれか。 S S S R R S 3 3 3 3 R R 3 3 3 (1R,2S)-2-methylamino-1-phenylpropane-1-ol 3 問2ｌ-メントールに関する記述のうち、正しいのはどれか。 1. ｌ-メントールは不斉炭素原子を4つ持つ。 2. AはBのエナンチオマーである。 3. BはCのジアステレオマーである。 4. CはAの環を反転させたものである。 5. ｌ-メントールの最も安定な配座はCである。 5 1 2 1S,2R,5S 1R,2S,5R 1R,2S,5R 5R 1. ｌ-メントールは不斉炭素原子を4つ3つ持つ。 2. AはBのエナンチオマーである。 3. BはCのジアステレオマー配座異性体である。 4. CはAの環を反転させたものエナンチオマーである。 5. ｌ-メントールの最も安定な配座はC Bである。 3 1R 2S 問3 AとBが互いに立体配座（コンフォメーション）異性体でないのはどれか。立体配座：単結合周りの回転により生じる，分子内の原子や置換基の空間的配置幾何異性体：二重結合の回転障害によって生じる異性体問4 AとBが互いにジアステレオマーの関係にあるのはどれか。エナンチオマー R R S エピマーエナンチオマー R S S ジアステレオマー：エナンチオマー以外の立体異性体！エピマー：複数の不斉炭素を持つ化合物において，1か所の立体配置だけが逆であるジアステレオマー！