天然有機化合物の構造を理解するための...
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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。
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。
構造訂正!
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】
1. 構造異性体と立体異性体の違いについて説明できる。
2. 不斉と光学活性の関係を概説できる。
3. 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。
4. ラセミ体とメソ体について説明できる。
5. 絶対配置の表示法を説明できる。
6. 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。
4
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 Bel1865年 Kekulé ベンゼン構造
酒石酸分子の鏡像異性体の発見
1848年 Pasteur1818年 Wöhler 尿素合成
光学活性物質の発見
1812年 Biot
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
鏡像実像
OH
4.1.1 立体配置と立体配座Configuration & Conformation
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?
OH
(-)-menthol
OH
(-)-isomenthol
OH
(-)-neomenthol
OH
(-)-neoisomenthol
OH
(+)-menthol
OH
(+)-isomenthol
OH
(+)-neomenthol
OH
(+)-neoisomenthol
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
エナンチオマー ジアステレオマー
エピマー
OH
(-)-menthol
CH3 OH
H3C CH3
4.1.1 立体配置と立体配座
17.3 kcal/mol14.6 kcal/mol
C
CHO
HOH2C OHH
C
CHO
HO CH2OHH
偏光面の回転方向
(-) 左旋性 (laevorotatory)(+) 右旋性 (dextrorotatory)
鏡 面
鏡像異性体 対掌体 エナンチオマー(enantiomer)
右旋性 ≒ (+) ≒ d 左旋性 ≒ (-) ≒ l
4.2 立体配置異性体
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
右旋性:dextrorotatory (+)
左旋性:levorotatory (-)
時計方向
反時計方向
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)
d-カンフルの立体化学 P104
d-camphor樟脳油
O
l-camphorヨモギギク
2個の不斉炭素
分子内に対称面あり!
4.2.2-3 Fischer投影式
一個の不斉炭素をもつ分子の立体異性体
くさび型表示
Fischer投影式
D-L-
二個以上の不斉炭素をもつ分子の立体異性体
スレオースとエリスロース
Fischer投影式
D
D
L
L
メソ体
酒石酸
4.2.3 D/L 表示法 糖やアミノ酸
CHO
HHO
OHH
HHO
HHO
CH2OH
R1
R2
HX
CHO
CH2OH
HHO
COOH
CH2OH
HH2N
COOH
CH3
HHO3-D
D 5-D
4-D
CHO
OHH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
R1
R2
XH
CHO
CH2OH
OHH
COOH
CH2OH
NH2H
COOH
CH3
OHH
2-D
*
L L-(-)-glyceraldehyde L-(-)-serine
* *
L-(+)-lactic acid
L-(-)-glucose
*
1
6
2-L
4-L
5-L
3-L
6
1
*
D-(+)-glucose
D-(-)-lactic acid
**
D-(+)-serineD-(+)-glyceraldehyde
*
酸化度R1>R2絶対配置 D/L
4.2.4 R/S 表示法
CHO
C
CH2OH
OHH
COOH
C
CH2OH
HH2N
COOH
C
CH2SH
HH2N
CHOOH
C
O
H(O)
C
H
O
H
C
H
O
H
C
O
O
(O)
C
O
O
O
C
H
S
H
CH2OH H
COOHNH2 CH2OH H
CH2SHNH2 COOH H
D-glyceraldehyde
L-serine
L-cysteine
4 1
41
41
>
2
3
2
3
2
3
> > >
> > >
> > >
R
R
S
R rectus 右
S sinister 左
優位規則
C C
C C
N
H
phantom atom(0)
C C
(C) (C)
C C
(C) (C)
(C) (C)
C O
C N
(C)
(C) (C)
(C) (C)(C)
C N
(N) (N)
(C) (C)
C O
(O) (C)
6)
5) 芳香環
4)
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。
4.2.5 幾何異性体 E/Z 表示法
trans/cis と E/Z (entgegen/zusammen)
二重結合の回転障害によって生じる異性体
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
OH
H OH
H
HO
HO
H
H
H
H
H
H
trans -decalincis -decalin
cis -1,3-cyclopentane-diol
trans -1,2-cyclopentane-diol
α
β
α
β
相対配置 α/β
4.2.6 軸不斉(アトロプ異性)アレン異性体
不斉炭素をもたない分子の光学異性体 軸不斉
alleneS R
4.2.6 軸不斉 アトロプ異性体
不斉炭素をもたない分子の光学異性体 軸不斉
biphenyl
RS
4.2.6 軸不斉 アトロプ異性体
Gomisin A五味子のタンニン
3
3
3
3
3
3
4.3 立体配座異性
C
C
H H
H
H
H H
H
HHH
H H
H
H H
H
H
H
H
H H
H
H
H
木挽台
staggered f orm
eclipsed f orm
4.3.1 配座異性体(conformational isomer)とNewman投影式
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!
Newman 投影式
ねじれ形(安定)
重なり形(不安定)
n-butaneの安定配座
anti180
Gauche±60
eclipsed0
-180 -135 -90 -45 0 45 90 135 1804.0
10.0
16.0
22.0
Conformational Energy
C(1)-C(2)-C(8)-C(9)(degrees)
Ene
rgy (
kcal
/m
ol)
二面角 dihedral angle
33
(-)-ephedrineの安定配座
Anti Φ=180
(-)-ephedrine
-180 -135 -90 -45 0 45 90 135 18039.0
54.0
69.0
84.0
Conformational Energy
O(11)-C(7)-C(8)-N(9)(degrees)
Energ
y (
kcal/
mol)
3
3
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)-2-methylamino-1-phenylpropane-1-ol)の正しい構造はどれか。
3
3
3
3
3
3
3
3
S S R R
S SR R
(1R,2S)-2-methylamino-1-phenylpropane-1-ol
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。
3
1S,2R,5S
1R
5R
2S
1R,2S,5R
12
5
1R,2S,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。
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。
R R S R S S
エナンチオマー エナンチオマー
エピマー
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!