ブルギ・ドゥニッツ角

ブルギ・デュニッツ角（BD角）は、分子内の三角不飽和中心（元々は有機ケトンのカルボニル中心）への求核剤の「攻撃」（衝突による接近）の幾何学を完全に定義する2 つの角度のうちの1つで、現在ではアルデヒド、エステル、アミドのカルボニル、およびアルケン（オレフィン）にも適用されています。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}この角度は、最初の主任研究者である結晶学者ハンス・ベアト・ブルギとジャック・D・デュニッツ にちなんで名付けられました。

実際には、Bürgi–Dunitz 角と Flippin–Lodge 角は、キラル化学合成、特に立体的に混み合ったカルボニル中心への求核攻撃中の不斉誘導現象の理解の発展において中心的な役割を果たしました ( Cram–Felkin–Anhモデルと Nguyenモデルを参照)。^{[ 4 ] [ 5 ]}

さらに、ブルギ・デュニッツ角の規定範囲を採用する求核剤の根底にある立体電子原理は、タンパク質の立体構造の安定性に寄与する可能性があり^{[ 6 ] [ 7 ]} 、生命の化学的起源に関する仮説の1つでは、分子の特定の立体構造の安定性を説明するために用いられている^{[ 8 ]}。

カルボニルへの求核剤（Nu）の付加攻撃において、BD角はNu-CO結合角として定義される。求核剤が三方不飽和求電子剤に接近する際に採用されるBD角は、主に不飽和炭素中心（例えばカルボニル中心）の分子軌道（MO）の形状と占有率に依存し、二次的に求核剤の分子軌道に依存する。^{[ 1 ]}

求核攻撃の幾何学を定義する2つの角度のうち、2番目の角度は、カルボニル炭素または他の求電子中心に結合した2つの置換基のいずれかへの求核剤の接近の「オフセット」を表し、貢献した共同研究者であるLee A. FlippinとEric P. Lodgeにちなんで、 Clayton HeathcockによってFlippin–Lodge角（FL角）と名付けられました。^{[ 4 ]}

これらの角度は一般的に、特定のシステムで測定または計算された角度を意味するものと解釈され、元の Bürgi–Dunitz アミノケトンの歴史的に観測された値の範囲や、特定のシステム (ホルムアルデヒドへのヒドリド付加など、下の図を参照) に対して計算された理想化された値を意味するものではありません。つまり、ヒドリド-ホルムアルデヒド系の BD 角と FL 角は特定の値のペアを生成しますが、他のシステムで観測される角度は、この最も単純な化学システムに対して相対的に変化する可能性があります。^{[ 1 ] [ 3 ] [ 9 ]}

オリジナルの Bürgi-Dunitz 測定は、プロトピンやメタドンなど、両方の官能基を持つ化合物の結晶における一連の分子内アミン-ケトンカルボニル相互作用に関するもので、 BD 角の値は狭い範囲 (105 ± 5°) でした。^{[ 2 ]}例えば、後に行われたプロトピンの Bürgi-Dunitz 角の集中的な研究では、約 102° の値が得られました。^{[ 10 ]} Bürgi-Dunitz チームの共同研究者によって行われた対応する計算(SCF-LCAO 型の分子軌道計算)では、そのようなシステムの中で最も単純なもの、すなわち、最も単純なアルデヒドであるホルムアルデヒド (H2C=O) の C=O π 結合系_へのヒドリド陰イオン (H−)のs軌道^の接近が調べられ、これらの計算では 107° の BD 角の値が得られました。^{[ 2 ]}

プロトピンの構造（下、左）では、10 員環の一部である分子の右中央付近にある第三級アミンR ₃ N と、その環上で対角線上に位置するC = O 基に注目してください。これらは、環の原子のねじれ角の変化によって可能になる分子内相互作用に関与しています。 ^{[ 10 ]}同様に、 L-メタドンの構造（下、右）では、右下方向に突き出ている第三級アミンと、中央にあるカルボニル（C = O）基に注目してください。これらは、結晶構造において（結晶化過程中に、それらを結ぶ単結合の周りの回転の後）、分子内相互作用に関与しています。

そのため、Bürgi、Dunitz、そしてその後多くの研究者が、アミノケトンの結晶学的測定値と最も単純な求核剤-求電子剤系の計算による推定値が、理論上の理想値である四面体角（四面体の内部角、109.5°）に非常に近く、三角中心への求核攻撃における遷移状態の形成に重要であると理解されている幾何学と一致していることを指摘した。

ホルムアルデヒドへの水素化物付加

推定Bürgi–Dunitz（$\displaystyle \alpha _{BD}}$^{この最も単純な H (–)} → H ₂ C=O 求核付加反応の角度。

HOMO-LUMO相互作用の根底にある$\displaystyle \alpha _{BD}}$単純なシステムにおける角度。

（左）電荷を帯びた求核剤（Nu）、すなわちヒドリド陰イオンが、アルデヒド求電子剤であるホルムアルデヒド（R,R'=H）の不飽和三角中心に求核攻撃する様子を示す。この系に対して最適と計算された値107°が示されており、これはほとんどの実験化学系で観察される鈍角の値を代表するものである。 （右）塩化物イオン（緑色の球）などの求核剤のp型最高被占分子軌道（HOMO）と、ホルムアルデヒドの求電子性カルボニルの三角中心の最低空分子軌道（LUMO）（黒色の球は炭素、赤色の球は酸素、白色の球は水素）の接近を示す模式図。ほぼ側面からの視点であり、簡略化のため、カルボニル炭素原子の面外歪みは省略されている。

観測されたBD角の収束は、求核剤の最高被占分子軌道（HOMO ）と求電子剤の不飽和三角中心の最低空分子軌道（LUMO ）との重なりを最大化する必要性から生じると考えられる。 ^{[ 1 ]}（比較のために、関連する無機化学の概念である角度重なりモデルを参照。^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]}）

カルボニル基への付加の場合、HOMOはしばしばp型軌道（例えば、アミン窒素またはハロゲン化物アニオン上）であり、LUMOは一般的に、ケトンC=O結合とその置換基を含む平面に垂直な反結合性π*分子軌道であると理解されている（右上の図を参照）。求核攻撃で観察されるBD角は、HOMOとLUMOの最適な重なりを生み出す角度に近づくと考えられている（反応物から同様のエネルギーと対称性を持つ軌道を混合した後、結果として生じる新しい分子軌道のエネルギーが低下するという原理に基づく）。同時に、求核剤は、結合形成に不利な求電子基の他の軌道との重なりを避ける（ホルムアルデヒドのR=R'=Hが単純なため、右上の画像では明らかではない）。

• フリッピン・ロッジ・アングル