立体化学

化学の一分野である立体化学では、分子の構造を形成する原子の空間的配置とその操作を研究します。^[1]立体化学の研究は、分子式と結合した原子の配列（構成）は同じであるが、空間における原子の幾何学的配置が異なると定義される立体異性体間の関係に焦点を当てています。このため、立体化学は3D化学とも呼ばれ、接頭辞「ステレオ」は「3 次元性」を意味します。^{[2]立体化学は、有機種と}無機種を問わず、あらゆる種類の化合物とイオンに適用されます 。立体化学は、生物化学、物理化学、超分子化学に影響を及ぼします。

問題となっている分子の立体化学反応性（動的立体化学）。

1815年、ジャン＝バティスト・ビオによる光学活性の観察は、有機立体化学の歴史の始まりとなった。彼は、有機分子が溶液中または気相中で偏光面を回転できることを観察した。^[3]ビオの発見にもかかわらず、 1842年にワイン製造容器から採取した酒石酸塩は偏光面を回転させることができるが、他の供給源からの塩は回転しないことを観察したルイ・パスツールが、一般的に最初の立体化学者と呼ばれている。これは、 2種類の酒石酸塩間で異なる唯一の物理的特性であり、光学異性によるものである。1874年、ヤコブス・ヘンリクス・ファント・ホフとジョセフ・ル・ベルは、炭素に結合した原子の四面体配置の観点から光学活性を説明した。ケクレは1862年に四面体モデルを研究していたが、その研究は公表しなかった。エマヌエーレ・パテルノはおそらくこれらを知っていたが、1869年のGiornale di Scienze Naturali ed Economicheで1,2-ジブロモエタンなどの3次元構造を描いて議論した最初の人物である。 ^[4]「キラル」という用語は、1904年にケルビン卿によって導入された。スコットランドの薬理学者アーサー・ロバートソン・クシュニーは、1908年にキラル分子のエナンチオマー間の生物活性の違いの明確な例を初めて示した。すなわち、(-)-アドレナリンは血管収縮剤として(±)-形態の2倍の効力があり、1926年にキラル薬理学/立体薬理学^{[5] [6]}（光学異性体物質の生物学的関係）の基礎を築いた。 1966年後半には、カーン・インゴールド・プレログ命名法または順序規則が考案され、立体中心/キラル中心（R表記とS表記）に絶対配置を割り当てるようになりました^[7]。そして、オレフィン結合（E表記とZ表記）にも適用できるように拡張されました。

カーン・インゴールド・プレログ優先則は、分子の立体化学を記述するシステムの一部です。この規則は、立体中心の周りの原子を標準的な方法で順位付けし、分子内の相対的な位置を明確に記述できるようにします。フィッシャー投影は、立体中心の周りの立体化学を表す簡略化された方法です。

立体化学は医学、特に医薬品の分野で重要な応用がある。立体化学の重要性を示す例としてよく挙げられるのは、サリドマイド事件である。サリドマイドは1957年にドイツで初めて製造され、妊婦のつわりの治療に処方された医薬品である。この薬は催奇形性があることが判明し、初期の胎児の成長と発達に深刻な遺伝的損傷を引き起こし、乳児の四肢変形につながる。提案されている催奇形性のメカニズムには、サリドマイドの(R)-および(S)-エナンチオマーの異なる生物学的機能が関係している。^[8]しかし、人体ではサリドマイドはラセミ化を起こす。つまり、2つのエナンチオマーのうちの1つだけが医薬品として投与された場合でも、代謝の結果としてもう1つのエナンチオマーが生成されます。^[9]したがって、一方の立体異性体が安全で、もう一方が催奇形性であると述べるのは誤りである。^{[10]サリドマイドは現在、ガンや}ハンセン病などの他の病気の治療にも使用されています。妊婦の使用を避け、発達障害を防ぐために厳しい規制と管理が実施されています。この災害は、薬を一般に販売する前に厳格な試験を義務付ける原動力となりました。

さらに別の例として、イブプロフェンという薬は(R)- 異性体と (S)- 異性体として存在します。 (S)-イブプロフェンのみが炎症と痛みを軽減する効果があります。^{[引用が必要]}

アトロプ異性は、2つのsp ²混成炭素原子上の官能基間の立体障害などにより、結合を中心に回転できないことから生じます。通常、アトロプ異性体はキラルであり、軸キラリティーの一種です。アトロプ異性は、配座異性として説明できます。

シス-トランス異性体は、多くの場合、アルケンの二重結合と関連しています。

より一般的なE / Z命名法は、シス/トランス異性体の概念を指し、より複雑な化合物に特に役立ちます。

ジアステレオマーは、重ね合わせることができない、同一ではない立体異性体です。ジアステレオマーの一般的な例としては、2 つの化合物が、対応する立体中心の一部で ( R )/( S )絶対配置が異なる場合が挙げられますが、すべてが異なるわけではありません。エピマーは、そのような位置の 1 つが異なるジアステレオマーです。シス/トランス異性は、ジアステレオマー関係の別のタイプです。

• 例:以下のペアもエピマーとして分類できます。

エナンチオマーは重ね合わせることのできない鏡像のペアです。ペアの各メンバーは異なるR)を持ちます。

エピマーは、対応する立体中心の 1 つだけにおける絶対配置構成が異なるジアステレオマーのサブカテゴリです。エピマーは、2 つの糖が 1 つの炭素原子の配置によって異なる場合がある糖化学でよく見られます。

• 例: D-グルコースと D-ガラクトースはエピマーであり、構造上の C-4 位置のみが異なります。(糖の番号付けを参照)

Wikiquote には、立体化学に関連する引用があります。

• アルカンの立体化学
• キラル分割（多くの場合結晶化を伴う）
• キラリティー（化学）（R / S、d / l）
• キラルスイッチ
• 骨格式#立体化学。骨格式で立体化学がどのように示されるかを説明します。
• 固体化学
• VSEPR理論
• 核オーバーハウザー効果は、有機分子の立体化学を解明するために用いられる核磁気共鳴分光法（NMR）の方法である。