メソ化合物

メソ化合物またはメソ異性体は、立体異性体のセットのうち少なくとも2つが光学的に活性である光学的に不活性な 異性体です。 ^{[1] [2]}これは、2つ以上の立体中心を含むにもかかわらず、分子がキラルではないことを意味します。メソ化合物は、その鏡像に重ね合わせることができます（重ね合わせ可能と混同しないでください。2つのオブジェクトは同じであるかどうかに関係なく、互いに重ね合わせることができます）。2つのオブジェクトは、オブジェクトのすべての側面が一致し、偏光計で分析したときに「(+)」または「(-)」の読み取り値が生成されない場合に重ね合わせることができます。 [ ^3]この名前は、ギリシャ語の「中間」を意味する mésosに由来しています。

例えば、酒石酸は、以下のフィッシャー投影図で示される 3 つの立体異性体のいずれかとして存在することができます。図の上部にある 4 つの色付きの図のうち、最初の 2 つはメソ化合物 (2 R、3 S異性体と 2 S、3 R異性体は同等) を表し、その後に光学活性な左酒石酸(L-( R 、R )-(+)-酒石酸) と右酒石酸(D-( S 、S )-(-)-酒石酸) のペアが続きます。メソ化合物は、非メソ異性体 (X で示す) には存在しない内部対称面によって二分されています。つまり、メソ化合物をスクリーンに垂直な鏡面で反射すると、同じ立体化学が得られますが、非メソ酒石酸^[3]ではそうではなく、もう一方のエナンチオマーが生成されます。メソ化合物は、2 つの光学活性化合物の 50:50ラセミ混合物と混同しないでください。ただし、どちらも偏光計で光を回転させません。

メソ化合物の 2 つの立体中心には、少なくとも 2 つの置換基が共通している必要があります (ただし、この特性があるからといって、必ずしも化合物がメソであることを意味するわけではありません)。たとえば、2,4-ペンタンジオールでは、立体中心である 2 番目と 4 番目の炭素原子の両方に、4 つの置換基がすべて共通しています。

メソ異性体は重ね合わせ可能な鏡像を持つため、合計n個のキラル中心を持つ化合物は、立体異性体の1つがメソである場合、理論上の最大値である2n個の立体異性体に達することはできない^。 [ ^4]

メソ異性体は鏡面を持つ必要はありません。反転対称性やS ₄のような回転対称性を持つ場合があります。たとえば、1,4-ジフルオロ-2,5-ジクロロシクロヘキサンには 2 つのメソ異性体がありますが、どちらにも鏡面はありません。また、1,2,3,4-テトラフルオロスピロペンタンにも 2 つのメソ異性体があります (図を参照)。

1,2-置換シクロプロパンには、メソシス異性体（分子は鏡像面を持つ）と 2 つのトランスエナンチオマー があります。

1,2-置換シクロヘキサンの2つのシス立体異性体は、ほとんどの場合、室温ではメソ化合物のように振舞う。室温では、ほとんどの1,2-二置換シクロヘキサンは急速に環反転を起こし（かさ高い置換基を持つ環は例外）、その結果、2つのシス立体異性体はキラル試薬と化学的に同一に振舞う。^[5]しかし、低温では環反転の活性化エネルギーを克服できないため、これは当てはまらず、エナンチオマーのように振舞う。また、シクロヘキサンが環反転を起こしても、立体中心の絶対配置は変化しないという事実も注目に値する。