CIP則(Cahn-Ingold-Prelog)
•
立体化学命名法(E/Z,R/S)における置換基の優先順位付
けのルール
1) 原子番号大>原子番号小(同位体は質量数大が優先)
2) 多重結合は複数の単結合と見なして考える
Enantiomerと生理応答
キャラウェイ(和名:ヒメウイキョウ)
スペアミント
Carvone
化合物の絶対立体配置の
決定について
問)ある新規なキラル化合物の光学活性体を入手した。その2次元構造は
すでに分かっている。ではその立体構造は?
参考までに,今,たまたま手元に天然アミノ酸であるフェニルアラニンの瓶
があって,ラベルにはL-(-)-フェニルアラニンと書かれている。ちなみ
に,L体のフェニルアラニンはRS命名法ではS体である。
さて,件の未知物質の旋光度を測ったところ,その符号は(+)であった。
そこで三択
•
(+)なのでR体。
•
(+)なのでD体。
•
旋光度の符号から立体構造を決められない。
正解は3.
→では,どうすれば決められる?
答:以下のいずれかによる
1. 化学反応を行って,立体構造既知の何らかの化合物との関連付け
をして,旋光度の符号により決定する。
2. その化合物と,立体構造既知の化合物との間で,塩を形成させたり,
結合を作るなどして,結晶性の化合物に導く。その後に,X線単結晶
構造解析で決定する。
3. その化合物を重元素の塩にしたり重元素との結合を形成させるなど
した後,単結晶を得て,異常分散を利用したX線単結晶構造解析で
決定する。
1の方法について
化学反応により,立体構造既知の化合物との関連付けを行い,
旋光度の符号により決定する。
例:(+)体の乳酸CH3CH(OH)COOH(1)の立体構造は?
(実験事実群)
1.(-)体のBrCH2CH(OH)COOH (2)のBrを還元したら(-)体の乳酸(1’) が得られた。
2.(+)体のNH2CH2CH(OH)COOH(3)をNOBrで処理したら(-)体の2が得られた。
3. 同じ(+)体の3をHNO2で処理すると,(-)体のHOCH2CH(OH)COOH(4)が得られ
た。
4.一方,(+)体のグリセルアルデヒドHOCH2CH(OH)CHO(5)を酸化すると(-)体の4
が得られた。
5. 5の立体構造は既知であり,それは下のようなものである。
以下の相関により決定される。
CHO
H
OH
CH2OH
(+)-5
COOH
H
OH
CH2OH
COOH
H
OH
CH2NH2
COOH
H
OH
CH2Br
(-)-4
(+)-3
(-)-2
使える化学反応に制限あり
COOH
H
OH
CH3
(-)-1'
COOH
HO
H
CH3
(+)-1
2の方法について
その化合物と,立体構造既知の化合物との間で,塩を形成させたり,化学結合を作る
などして,結晶性の化合物に導く。その後に,X線単結晶構造解析で決定する。
例:(-)体のマンデル酸PhCH(OH)COOH(6)の立体構造は?
(実験事実)
1.(-)体の6と(+)体のフェネチルアミンPhCH(NH2)CH3 (7)の塩の単結晶が得られ,
そのX線構造解析を行った。
2.(+)体の7はR体であることがわかっている。
単結晶からのX線回折像の例
回折像から計算で求められる
結晶構造の例
・マンデル酸とフェネチルアミンの塩の結晶構造。
・結晶格子中に分子が規則正しく配列している様子が分かる。
結晶構造から分子の立体構造を知る
H
H
H
N
S
H
H
H
S
(+)フェネチルア
ミン
H
O
H
O
(-)マンデル酸
H
O
・各原子の空間座標により,化合物の相対立体配置がわかる。(+)フェネチルアミ
ンがR体と分かっているので,(-)体のマンデル酸はR体であることが確定した。
・このように,C,H,O,Nなど軽い元素だけでできた分子のX線解析は,完全に立
体の反転した結果を与えることがある。つまり,絶対立体配置まではわからない,と
いうこと。
3の方法について
さて,1の方法ではグリセルアルデヒドが,2の方法ではフェネチルアミンが,
それぞれ旋光度の符号と分子の立体構造の関係が既知の化合物として取
り扱われていた。
では,いったいそれらの化合物の立体構造はどうやって決定されたのか?
それらが1や2の方法で決定されたとすると,そのためにまた別の“基準化
合物”が存在したはずで,突き詰めると,“大元の基準化合物”があってそれ
に従ったのだ,ということになる。それは何?どうやって決まったのか?
これは,1951年以前と以後で大きく異なる
1951年までの世界
“大元の基準化合物”はなかった。
しかしながら,1の方法によっていろいろな化合物の相対的な関係は相当量の蓄
積があった。たとえば,天然のアミノ酸は全てが同じ立体構造をもっていることな
ど。
それを例えば『(+)体のグリセルアルデヒドと同じ立体構造でない方のロイシン』
などといっていてはいかにもまだるっこしい。
そこで,19世紀後半にFischerは『便宜的に(+)体のグリセルアルデヒドをD体と
する』と宣言した。これにより,紙の上で光学活性化合物同士の関係を構造式で
つなげられるようになり,上記はL-ロイシンといえばすむようになった。
1951年以後
理論が進歩し,重原子の入った化合物の結晶X線構造解析で観察される,異
常分散という現象を用いると,何ら基準化合物に頼らずに一義的に立体構造
が決められることが明らかになった。
第一号はBijvoetらによる,(+)-酒石酸ナトリウムルビジウムの解析。これが(2R,
3R)体(もしくはL体)であることが分かって,それまでに“関連付け”で定義されてき
たおびただしい数の光学活性化合物の立体構造が『芋づる式に』明らかになった。
(+)-グリセルアルデヒドと酒石酸の関連付けも,これ以前にすでになされており,
その結果, (+)-グリセルアルデヒドの『本当の』立体構造がD体であったことが判
明。果たしてFischerは確率2分の1の賭けに勝ったのである。
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化合物の立体構造の決定に関する話