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！