立体化学入门-日本分析化学会.PDF

立体化学のための分析技術 立 体 化 学 入 門 太 田 博 道 本年前半の入門講座は「立体化学のための分析技術」と 題して，化合物の立体配置の決定や，反応の立体選択性を 研究されている先生方にご執筆をお願いしました。立体化 学になじみのうすい読者があることも想定して，立体化学 の基礎から，X 線結晶解析，CD, NMR などによって立体 構造を決定する手法について，やさしく解説いただきます。 〔「ぶんせき」編集委員会〕 図 1 炭素化合物の形 アセチレンの炭素は s 軌道 1 個と p 軌道 1 個から 180 度に開いた 2 個の直線上の sp 混成軌道を形成する。残 は じ め に りの2 個の p 軌道の電子は sp 混成軌道と直交し，また 炭素は共有結合で多くの有機化合物をつくる。単結 互いに直交する方向にあって，2 個の p 結合を形成す 合，二重結合，三重結合で形が異なり，しかも三次元構 る。アセチレンは直線状の分子で，円筒のような形と考 造となるので，形は様々である。複雑にはなるが，形の えてよい。 違いだけで機能が全く異なる場合も稀ではなく，立体化 2 立体配座と配座異性体 学は有機化学にとって興味ある問題である。 結合を切断することなく分子の形を変えることができ 1 炭素の電子軌道の三つの形 るとき，それらは立体配座（conformation）が違うと言 メタン分子の四つの水素は全く区別できない。量子化 う。立体配座が異なる異性体を配座異性体（ ） conformer 学では，炭素の基底状態の電子軌道である 2s 軌道 1 個 あるいは回転異性体と呼ぶ。鎖状化合物と環状化合物は と2p 軌道 3 個から，4 個の等価な軌道（sp3 混成軌道） 別々に考える。 を形成し，これが水素原子と共有結合（s 結合）してメ タン分子となると考える。メタンの炭素を sp3 炭素と呼 2 ･1 鎖状分子の配座異性体 び，正四面体の重心に炭素が位置し，その頂点に水素が ブタンの  の結合を回転させると，両端のメチ C2 C3 ある（図 1）。 ル基の相対的な位置関係は様々な配置をとり得る。これ エチレンの炭素は，sp2 炭素と呼ばれ，s 軌道 1 個と らは回転角に応じて，全て違う形なので配座異性体であ p 軌道 2 個で等価な 3 個の sp2 混成軌道を形成してい る。すなわち配座異性体は無限に存在する。エネルギー る。この三つの s 性の軌道は同一平面内にあり，結合 的に最も不安定な異性体は 1 で，最も安定なものが 2 こ び 角は 120 度である。残った p 軌道 1 個は，この平面と