Loading article…
立体化学において、立体異性体、または空間異性体は、分子が同じ分子式と結合原子の配列（構成）を持つが、空間における原子の三次元的な配向が異なる異性体の一種である。 [ 1 ] [ 2 ]これは、同じ分子式を持つが結合のつながりやその順序が異なる構造異性体とは対照的である。定義上、互いに立体異性体である分子は、同じ構造異性体を表す。[ 3 ]
エナンチオマー（光学異性体とも呼ばれる）は、鏡像関係にある2つの立体異性体です。これらは互いに鏡像であり、重ね合わせることはできません。人間の手は、この例の巨視的な類似物です。一方の立体中心は、もう一方の立体中心とは反対の配置になっています。互いにエナンチオマーである2つの化合物は、偏光を回転させる方向と、他の化合物の異なるエナンチオマーとの相互作用を除いて、同じ物理的性質を持ちます。その結果、化合物の異なるエナンチオマーは、生物学的に大きく異なる効果を持つ可能性があります。純粋なエナンチオマーは旋光性も示し、キラル剤を使用することによってのみ分離できます。自然界では、アミノ酸（非キラルであるグリシンを除く）などのほとんどのキラルな生物学的化合物の1つのエナンチオマーのみが存在しています。エナンチオマーは、偏光を回転させる方向が異なります。キラル化合物の（+）方向への旋光量は、そのエナンチオマーの（-）方向への旋光量に等しくなります。
ジアステレオマーは、鏡像操作によって関連付けられていない立体異性体です。[ 4 ]これらは互いに鏡像ではありません。これらには、メソ化合物、シス-トランス異性体、E-Z異性体、および非エナンチオマー光学異性体が含まれます。ジアステレオマーは、物理的性質が同じであることはほとんどありません。以下の例では、酒石酸のメソ型は、左旋性酒石酸と右旋性酒石酸の両方とジアステレオマー対を形成し、これらはエナンチオマー対を形成します。
上記の異性体のD-およびL-という表記は、より一般的に見られるd-およびl-という表記とは異なるため、後者の命名規則しか知らない人には、これらの表記が逆になっているように見えるかもしれない。
フィッシャー投影図は、 L体分子とD体分子を区別するために使用できます（「キラル性（化学） 」を参照）。例えば、定義上、フィッシャー投影図では、D体糖の末端から2番目の炭素原子は、左側に水素原子、右側に水酸基が配置されて示されます。L体糖の場合は、右側に水素原子、左側に水酸基が配置されます。
もう一つは旋光性に関するもので、光源から見ると、偏光面の回転は、どちらの立体異性体が優勢かによって、右回転（右旋性 - d回転、(+)で表され、時計回り）または左回転（左旋性 - l回転、(−)で表され、反時計回り）のいずれかになります。例えば、スクロースとカンファーはd回転性ですが、コレステロールはl回転性です。
二重結合の立体異性は、二重結合周りの回転が制限され、置換基が互いに固定されることによって生じる。[ 5 ]二重結合の少なくとも一方の端にある2つの置換基が同じであれば、立体異性体は存在せず、二重結合は立体中心ではない。例えば、プロペン、CH3CH =CH2では、一方の端にある2つの置換基は両方ともHである。[ 6 ]
従来、二重結合の立体化学は、二重結合の両側の置換基の相対的な位置に基づいて、シス（ラテン語で「こちら側」）またはトランス（ラテン語で「反対側」）として記述されていました。シス-トランス異性体の簡単な例としては、以下に示すジクロロエテン（C 2 H 2 Cl 2）異性体のような 1,2-二置換エテンがあります。 [ 7 ]
分子 I はcis -1,2-ジクロロエテン、分子 II はtrans -1,2-ジクロロエテンです。時折曖昧さが生じるため、IUPAC は二重結合の両端の置換基に原子番号に基づいて優先順位を割り当てる、より厳密なシステムを採用しました。優先順位の高い置換基が結合の同じ側にある場合は Z (ドイツ語zusammen、一緒に) が割り当てられます。反対側にある場合は E (ドイツ語entgegen、反対) が割り当てられます。[ 8 ]塩素は水素よりも原子番号が大きいため、最も優先順位の高い基です。[ 9 ]上記の分子にこの表記法を使用すると、分子 I は ( Z )-1,2-ジクロロエテン、分子 II は ( E )-1,2-ジクロロエテンとなります。Z とcis、または E とtransが常に互換性があるとは限りません。次のフルオロメチルペンテンを考えてみましょう。
この分子の正式名称は、骨格鎖を形成するアルキル基（メチル基とエチル基）が二重結合を挟んで向かい合っているため、トランス-2-フルオロ-3-メチルペンタ-2-エン、または二重結合の両側の最優先基が同じ側にあるため、（ Z）-2-フルオロ-3-メチルペンタ-2-エンのいずれかです。フルオロ基は二重結合の左側で最優先基であり、エチル基は分子の右側で最優先基です。
シスとトランスという用語は、環上の 2 つの置換基の相対的な位置を表すためにも使用されます。同じ側にある場合はシス、そうでない場合はトランスです。[ 10 ] [ 11 ]
配座異性体は、同じ構造式を持つ分子が、1つ以上の結合周りの回転によって異なる形状になる現象を説明する異性体の一種です。[ 12 ] [ 13 ]異なる配座は異なるエネルギーを持つことができ、通常は相互変換可能であり、非常にまれにしか単離できません。たとえば、シクロヘキサン（シクロヘキサンはナイロン-6,6の合成に不可欠な中間体です）には、4つの炭素原子が椅子の「座面」、1つの炭素原子が椅子の「背もたれ」、1つの炭素原子が「足置き」となる椅子型配座や、2つの等価な椅子型配座間の配座経路上のエネルギー最大値を表す舟型配座など、さまざまな配座が存在します。ただし、よりエネルギーの低い経路が存在するため、舟型配座はこのプロセスの遷移状態を表すものではありません。置換シクロヘキサンの配座反転は、室温では半減期が0.00001秒と非常に速いプロセスです。[ 14 ]
異なる立体配座間のエネルギー障壁が大きいため、複数の立体配座で単離できる分子が存在する。2,2',6,6'-テトラ置換ビフェニルは、後者のカテゴリーに該当する。
アノマーは、単結合した環状構造の同一性であり、「シス」または「Z」と「トランス」または「E」（幾何異性体）は、キラル性も示す炭素原子上の置換基に名前を付ける必要があります。したがって、アノマーは、環状の1つ以上の炭素上に幾何異性体と光学異性体（エナンチオマー）を持つ炭素原子を持ちます。 [ 15 ] [ 16 ]アノマーは、環状の炭素原子間に単結合を持つ環状構造に、例えば、ヒドロキシル基、メチルヒドロキシル基、メトキシ基、または別のピラノース基やフラノース基（これらは典型的な単結合置換ですが、これらに限定されません）を置換する場合、「アルファ」または「アキシャル」および「ベータ」または「エクアトリアル」と名付けられます。[ 17 ]軸方向幾何異性体は基準面に対して垂直（90度）であり、赤道方向は軸方向結合から120度離れているか、基準面から30度ずれている。[ 18 ]
アトロピ異性体は、単結合周りの回転が阻害されることによって生じる立体異性体であり、回転に対する立体ひずみ障壁が十分に高いため、コンフォーマーを分離することができる。[ 19 ]
ル・ベル・ファン・ト・ホッフの法則によれば、 n 個の不斉炭素原子を持つ構造では、最大で 2 n種類の異なる立体異性体が存在する。例として、D-グルコースはアルドヘキソースであり、式は C 6 H 12 O 6である。その 6 個の炭素原子のうち 4 個が立体異性体であるため、D-グルコースは 2 4 =16 種類の立体異性体のうちの 1 つである。[ 20 ] [ 21 ]