別の例は、J. ベルゼリウスがこの用語を研究した後、酒石酸とブドウ酸でした。 イソメリアそして、その違いは「複雑な原子（つまり、分子）内の単純な原子の分布の違い」から生じると示唆しました。 異性体は 19 世紀後半になって初めて本当の説明を受けました。 A. M. ブトレロフの化学構造理論 (構造異性) と J. G. ヴァント ホフの立体化学理論 (空間異性) に基づいています。
構造異性
構造異性は、化学構造の違いの結果です。 このタイプには次のものが含まれます。
炭化水素鎖（炭素骨格）の異性
炭素原子の結合順序の違いによる炭素骨格の異性。 最も単純な例は、ブタン CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 3 およびイソブタン (CH 3) 3 CH です。 博士。 例: アントラセンとフェナントレン (それぞれ式 I と II)、シクロブタンとメチルシクロプロパン (III と IV)。
原子価異性
原子価異性（ 特別な種類 構造異性)、異性体は結合の再分配によってのみ相互に変換できます。 たとえば、ベンゼン (V) の価数異性体は、ビシクロヘキサ-2,5-ジエン (VI、「デュワー ベンゼン」)、プリズマン (VII、「ラーデンブルグ ベンゼン」)、およびベンズバレン (VIII) です。
官能基の異性化
それは官能基の性質が異なります。 例: エタノール (CH 3 -CH 2 -OH) およびジメチルエーテル (CH 3 -O-CH 3)
位置異性
同じ炭素骨格上の同一の官能基または二重結合の位置の違いを特徴とする構造異性の一種。 例: 2-クロロブタン酸および4-クロロブタン酸。
空間異性（立体異性）
エナンチオマーリズム（光学異性）
空間異性（立体異性）は、同じ化学構造を持つ分子の空間配置の違いの結果として発生します。 このタイプの異性体は次のように分類されます。 鏡像異性（光学異性）および ジアステレオマー.
エナンチオマー (光学異性体、ミラー異性体) は、他のすべての物理的および化学的特性 (他の光学活性物質との反応および物理的特性を除く) の同一性を備えた光の偏光面の反対の符号と同一の回転を特徴とする物質の光学対掌体のペアです。キラル環境における特性)。 光学対掌体の出現に対する必要十分な理由は、分子が次の対称点群のいずれか C に割り当てられることです。 n、D n、T、O、I (キラリティー)。 ほとんどの場合、不斉炭素原子、つまり 4 つの異なる置換基に結合した原子について話します。例:
他の原子、たとえばシリコン、窒素、リン、硫黄の原子も非対称である可能性があります。 非対称原子の存在が鏡像異性の唯一の理由ではありません。 したがって、アダマンタン (IX)、フェロセン (X)、1,3-ジフェニルアレン (XI)、および 6,6"-ジニトロ-2,2"-ジフェン酸 (XII) の誘導体は光学対掌体を持ちます。 後者の化合物の光学活性の理由は、アトロポ異性、つまり単純な結合の周りの回転がないことによって引き起こされる空間異性です。 鏡像異性は、タンパク質、核酸、ヘキサリセンのらせん構造にも現れます (XIII)。
(R)-、(S)- 光学異性体の命名法（命名規則）
不斉炭素原子 C abcd に結合した 4 つの基には、a>b>c>d の順序に対応して異なる優先順位が割り当てられます。 最も単純なケースでは、優先順位は不斉炭素原子に結合している原子のシリアル番号によって決まります: Br(35)、Cl(17)、S(16)、O(8)、N(7)、C(6) )、H(1) 。
たとえば、ブロモクロロ酢酸の場合:
不斉炭素原子における置換基の優先順位は次のとおりです: Br(a)、Cl(b)、C グループ COOH (c)、H(d)。
ブタノール-2 では、酸素が上位の置換基 (a)、水素が下位の置換基 (d) です。
置換基 CH 3 と CH 2 CH 3 の問題を解決する必要があります。 この場合、年功はグループ内の原子番号または他の原子の数によって決まります。 エチル基では最初の C 原子が別の C(6) 原子と他の H(1) 原子に結合しているのに対し、メチル基では炭素がシリアル番号 1 の 3 つの H 原子に結合しているため、エチル基の優位性は変わりません。さらに詳しく 困難なケース異なるシリアル番号を持つ原子に到達するまで、すべての原子の比較を続けます。 二重結合または三重結合がある場合、それらに位置する原子はそれぞれ 2 個および 3 個の原子として数えられます。 したがって、-COH 基は C (O, O, H) と見なされ、-COOH 基は C (O, O, OH) と見なされます。 カルボキシル基には原子番号 8 の原子が 3 つ含まれているため、アルデヒド基よりも古いです。
D-グリセルアルデヒドでは、最も古いグループは OH(a) で、次に CHO(b)、CH 2 OH(c)、および H(d) が続きます。
次のステップは、グループの配置が右巻きである R (緯度直腸) であるか、左巻きである S (緯度シニスター) であるかを判断することです。 対応するモデルに移ると、次のような方向になっています。 ジュニアグループ(d) は遠近法で一番下に表示され、四面体とグループ (d) の影になった面を通る軸に沿って上から見た図です。 D-グリセルアルデヒド基では
は右回転方向に位置しているため、R 構成になります。
(R)-グリセルアルデヒド
D,L 命名法とは対照的に、(R)- および (S)- 異性体の指定は括弧で囲まれています。
ジアステレオマー
σ-ジアステレオマー
一対の光学対掌体を形成しない空間異性体の任意の組み合わせは、ジアステレオマーとみなされます。 σ および π ジアステレオマーが存在します。 σ-ジアステレオマーは、含まれるキラル要素の一部の配置が互いに異なります。 したがって、ジアステレオマーは、(+)-酒石酸およびメソ-酒石酸、D-グルコースおよびD-マンノースです。たとえば、次のようになります。
一部の種類のジアステレオマーについては、トレオ異性体やエリスロ異性体など、特別な呼称が導入されています。これは、2 つの不斉炭素原子と空間を持ち、これらの原子上の置換基の配置が、対応するトレオース (関連する置換基) を思わせるジアステレオマーです。 Fischer 投影式では反対側にあります) とエリスロース (置換基 - 片側にあります):
非対称原子が同一の置換基に結合しているエリスロ異性体は、メソ体と呼ばれます。 これらは、他のσ-ジアステレオマーとは異なり、反対の配置の 2 つの同一の非対称中心からの光の偏光面の回転への寄与が分子内で補償されるため、光学的に不活性です。 いくつかの不斉原子のうちの 1 つの配置が異なるジアステレオマーのペアは、エピマーと呼ばれます。たとえば、次のとおりです。
「アノマー」という用語は、環状のグリコシド原子の配置が異なる一対のジアステレオマー単糖、例えば、α-D-およびβ-D-グルコースアノマーを指す。
π-ジアステレオマー（幾何異性）
幾何異性体とも呼ばれるπジアステレオマーは、二重結合 (ほとんどの場合 C=C および C=N) または環の平面に対する置換基の空間配置の違いによって互いに異なります。 これらには、例えば、マレイン酸およびフマル酸（それぞれ式 XIV および XV）、(E)-および (Z)-ベンズアルドキシム (XVI および XVII)、シス-およびトランス-1,2-ジメチルシクロペンタン (XVIII および XIX) が含まれます。 。
適合者。 互変異性体
この現象は、観測時の温度条件と密接に関係しています。 たとえば、クロロシクロヘキサンは室温で、塩素原子がエクアトリアルおよびアキシャル配向をもつ 2 つの配座異性体の平衡混合物の形で存在します。
ただし、マイナス 150 °C では、個々の a 体を単離することができ、この条件下では安定した異性体として挙動します。
一方、通常の状態では異性体である化合物が、温度が上昇すると平衡状態で互変異性体になることがあります。 たとえば、1-ブロモプロパンと 2-ブロモプロパンは構造異性体ですが、温度が 250 °C まで上昇すると、互変異性体の平衡特性がそれらの間に確立されます。
室温以下の温度で相互に変換する異性体は、非剛体分子とみなすことができます。
配座異性体の存在は「回転異性」と呼ばれることもあります。 ジエンの中では s-cis- 異性体と s-trans 異性体が区別され、これらは本質的に単純 (s-単) 結合の周りの回転から生じる配座異性体です。
異性は配位化合物の特徴でもあります。 したがって、リガンドの配位方法 (イオン化異性) が異なる化合物は異性体であり、たとえば次のような化合物は異性体です。
SO 4 - および + Br -
ここでは、本質的に構造異性との類似点があります。 有機化合物.
構造異性体が相互に変換される化学変化を異性化といいます。 このようなプロセスは、 重要業界で。 たとえば、直鎖アルカンのイソアルカンへの異性化は、自動車燃料のオクタン価を高めるために行われます。 ペンタンはイソペンタンに異性化され、その後脱水素化されてイソプレンになります。 異性化には分子内再配列も含まれます。 非常に重要たとえば、シクロヘキサノンオキシムをカプロン製造の原料であるカプロラクタムに変換します。
エナンチオマーの相互変換のプロセスはラセミ化と呼ばれます。これは、(-)- 型と (+)- 型の等モル混合物、つまりラセミ体の形成の結果として光学活性の消失につながります。 ジアステレオマーの相互変換により、熱力学的により安定した形態が優勢な混合物が形成されます。 π-ジアステレオマーの場合、通常はトランス型です。 構造異性体の相互変換は構造平衡と呼ばれます。
異性化現象は、既知の化合物の数の増加 (そして潜在的に可能性のある化合物の数の増加にはさらに大きく貢献します) に大きく貢献しています。 したがって、構造異性体のデシルアルコールの可能な数は 500 を超え (そのうち約 70 が知られています)、1500 を超える空間と異性体が存在します。
レッスン中にもらえるのは 一般的なアイデア異性体の種類については、異性体とは何かを学びましょう。 異性化の種類について学びます。 有機化学：構造的および空間的（立体異性）。 物質の構造式を使って、構造異性のサブタイプ（骨格異性、位置異性）を考察し、空間異性の種類（幾何異性、光学異性）について学びます。
トピック: 有機化学入門
教訓: 異性論。 異性体の種類。 構造異性、幾何学的、光学
先ほど調べた有機物質を記述する式の種類は、1 つの分子式に複数の異なる構造式が対応する可能性があることを示しています。
たとえば、分子式は C2H6○対応する 2つの物質異なる構造式を持つ - エタノールそしてジメチルエーテル。 米。 1.
金属ナトリウムと反応して水素を放出する液体であるエチル アルコールは +78.5 ℃で沸騰します。同じ条件下では、ナトリウムと反応しない気体であるジメチル エーテルは -23 ℃で沸騰します。
これらの物質は構造が異なります - 異なる物質同じ分子式に相当します。
米。 1.クラス間異性
同じ組成を持つ物質が存在するが、構造が異なり、したがって性質も異なる現象を異性といいます。 ギリシャ語の単語「izos」-「等しい」および「メロス」-「部分」、「共有」）。
異性体の種類
存在する 他の種類異性主義。
構造異性が関係しているのは、 順番が違う分子内の原子のつながり。
エタノールとジメチルエーテルは構造異性体です。 これらは異なる種類の有機化合物に属するため、このタイプの構造異性はと呼ばれます。 クラス間でも 。 米。 1.
構造異性体は同じクラスの化合物内にも存在する可能性があります。たとえば、式 C 5 H 12 は 3 つの異なる炭化水素に対応します。 これ 炭素骨格の異性。 米。 2.
米。 2 物質の例 - 構造異性体
同じ炭素骨格を持ちながら、多重結合（二重結合や三重結合）や水素を置換する原子の位置が異なる構造異性体が存在します。 このタイプの構造異性は次のように呼ばれます。 位置異性.
米。 3. 構造位置異性
単結合のみを含む分子では、結合を中心とした分子フラグメントのほぼ自由な回転が室温で可能であり、たとえば、1,2-ジクロロエタンの式のすべての画像は等価です。 米。 4
米。 4. 単結合周囲の塩素原子の位置
たとえば、環状分子や二重結合によって回転が妨げられる場合、 幾何異性またはシス-トランス異性。シス異性体では、置換基は環または二重結合の平面の片側にあり、トランス異性体では反対側にあります。
シス-トランス異性体は炭素原子に結合している場合に存在します。 二つの異なる副 米。 5.
米。 5. シス異性体とトランス異性体
別のタイプの異性は、4 つの単結合を持つ炭素原子がその置換基と空間構造、つまり四面体を形成するという事実によって発生します。 分子に少なくとも 1 つの炭素原子が 4 つの異なる置換基に結合している場合、 光学異性。 このような分子はその鏡像と一致しません。 この性質はキラリティと呼ばれます - ギリシャ語から とこんにちは- "手"。 米。 6. 光学異性は、生物を構成する多くの分子の特徴です。
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米。 6. 光学異性体の例
光学異性とも呼ばれます 鏡像異性 (ギリシャ語より 縁者- 「反対」と メロス- 「一部」）および光学異性体 - エナンチオマー 。 エナンチオマーは光学的に活性であり、光の偏光面を同じ角度だけ反対方向に回転させます。 d- 、または (+)-異性体、- 右側、 l- 、または (-)-異性体、- は左側にあります。 と呼ばれる同量のエナンチオマーの混合物 ラセミ体、光学的に不活性であり、 の記号で示されます。 d、l- または（±）。
レッスンをまとめると
レッスン中に、異性体の種類と異性体とは何かについて一般的に理解しました。 私たちは、有機化学における異性の種類、構造異性と空間異性 (立体異性) について学びました。 物質の構造式を使用して、構造異性のサブタイプ (骨格異性および位置異性) を調べ、空間異性の種類 (幾何異性と光学異性) を知りました。
参考文献
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3. 化学。 グレード11。 プロフィールレベル: 学術。 一般教育用 機関/V.V. エレミン、NE クズメンコ、V.V. Lunin et al. - M.: バスタード、2010 - 462 p。
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宿題
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2. なぜエチレン系炭化水素の異性体の数は飽和炭化水素の異性体よりも多いのですか?
3. どの炭化水素に空間異性体がありますか?
1. 構造異性。
2. 構造異性。
3. 幾何異性。
4. 光学異性。
異性体- これらは同じ組成と分子量を持ちますが、物理的および化学的特性が異なる物質です。 異性体の特性の違いは、それらの化学的または空間的構造の違いによるものです。 この点で、2 種類の異性が区別されます。
異性化
構造的な
空間的な
炭素骨格
構成
立体構造
職務上の地位
光学
インタークラス
幾何学的な
1. 構造異性
構造異性体は化学構造が異なります。 分子内の原子間の結合の性質と順序。 構造異性体は純粋な形で単離されます。 それらは個々の安定した物質として存在しますが、相互変換には約 350 ～ 400 kJ/mol の高エネルギーが必要です。 構造異性体、つまり互変異性体のみが動的平衡状態にあります。 互変異性は有機化学では一般的な現象です。 それは、分子内の可動水素原子の移動 (カルボニル化合物、アミン、複素環など)、分子内相互作用 (炭水化物) によって可能です。
すべての構造異性体は構造式の形で示され、IUPAC 命名法に従って命名されます。 たとえば、組成 C 4 H 8 O は構造異性体に対応します。
A)異なる炭素骨格を持つ
非分岐 C 鎖 - CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH=O (ブタナール、アルデヒド) および
分岐C鎖 -
(2-メチルプロパナール、アルデヒド) または
サイクル - 
(シクロブタノール、環状アルコール);
b)官能基の位置が異なる
ブタノン-2、ケトン。
V)と 異なる組成官能基
3-ブテノール-2、不飽和アルコール。
G)メタメリズム
炭素骨格（環または鎖）中にヘテロ原子官能基が含まれていてもよい。 このタイプの異性体の考えられる異性体の 1 つは、CH 3 -O-CH 2 -CH=CH 2 (3-メトキシプロペン-1、エーテル) です。
d)互変異性（ケトエノール）
エノール型 
ケトフォーム
互変異性体は動的平衡状態にあり、より安定した形態であるケト形態が混合物中で優勢です。
芳香族化合物の場合、構造異性は側鎖のみ考慮されます。
2. 空間異性（立体異性）
空間異性体は同じ化学構造を持ちますが、分子内の原子の空間配置が異なります。 この違いにより、物理的および化学的特性に違いが生じます。 空間異性体は、さまざまな投影法または立体化学式の形で表されます。 空間構造と、化合物の物理的および化学的特性、反応の方向と速度に対する空間構造の影響を研究する化学の分野は、立体化学と呼ばれます。
A)配座（回転）異性
結合角や結合長を変えることなく、炭素四面体を結ぶ σ-C-C 結合を中心とした相互の回転により、互いに異なる分子の多くの幾何学的形状 (立体構造) を想像することができます。 この回転の結果、回転異性体 (配座異性体) が生じます。 異なる配座異性体のエネルギーは同じではありませんが、ほとんどの有機化合物では、異なる配座異性体を隔てるエネルギー障壁は小さいです。 したがって、通常の条件下では、分子を厳密に定義された 1 つの立体構造に固定することは原則として不可能です。 通常、互いに容易に変換するいくつかの構造異性体が平衡状態で共存します。
異性体の表現方法と命名法は、エタン分子の例を使用して考えることができます。 そのため、エネルギーが最大限に異なる 2 つの立体配座の存在を予測できます。これは次の形式で表すことができます。 透視図法(1) (「製材ヤギ」) または投影 ニューマン(2):
抑制されたコンフォメーション 隠されたコンフォメーション
透視図法 (1) では、C-C 接続が遠くに向かっていくことを想像する必要があります。 左側の炭素原子は観察者に近く、右側の炭素原子は観察者から遠くなります。
ニューマン投影 (2) では、分子は次のように考慮されます。 S-S接続。 円の中心から 120° の角度で分岐する 3 本の線は、観察者に最も近い炭素原子の結合を示します。 円の後ろから「突き出ている」線は、遠くにある炭素原子の結合です。
右に示された立体配座は次のように呼ばれます。 隠された 。 この名前は、両方の CH 3 基の水素原子が互いに反対側にあることを思い出させます。 日食構造は内部エネルギーを増加させるため、好ましくありません。 左に示された立体構造は次のように呼ばれます。 抑制された これは、この位置では C-C 結合の周りの自由回転が「禁止」されていることを意味します。 分子は主にこの立体構造で存在します。
特定の結合の周りで分子を完全に回転させるのに必要な最小エネルギーは、その結合の回転障壁と呼ばれます。 エタンのような分子内の回転障壁は、系の二面角 (ねじれ - τ) の変化の関数としての分子の位置エネルギーの変化という観点から表現できます。 エタンの C-C 結合周りの回転のエネルギー プロファイルを図 1 に示します。エタンの 2 つの形態を隔てる回転障壁は約 3 kcal/mol (12.6 kJ/mol) です。 ポテンシャル エネルギー曲線の最小値は抑制された立体構造に対応し、最大値は閉塞された立体構造に対応します。 室温では、一部の分子衝突のエネルギーは 20 kcal/mol (約 80 kJ/mol) に達する可能性があるため、この 12.6 kJ/mol の障壁は容易に克服され、エタン中での回転は自由であると考えられます。 考えられるすべての立体構造の混合物では、抑制された立体構造が優勢になります。
図1。 エタン立体配座のポテンシャルエネルギー図。
分子がより複雑になると、可能な立体構造の数が増加します。 はい、 n-ブタンは、中心の C 2 - C 3 結合の周りを回転するときに生じ、CH 3 基の相互配置が異なる 6 つの立体配座ですでに描写できます。 ブタンのさまざまな重なり、抑制された立体配座は、エネルギーが異なります。 抑制された立体配座はエネルギー的により有利です。
ブタン中の C 2 -C 3 結合周りの回転のエネルギー プロファイルを図 2 に示します。
図２． n-ブタン立体配座のポテンシャルエネルギー図。
炭素鎖が長い分子の場合、立体構造の数が増加します。
脂環式化合物の分子は、環のさまざまな立体配座形態によって特徴付けられます (たとえば、シクロヘキサンの場合) 肘掛け椅子, バス, ねじれ-フォーム)。
したがって、コンフォメーションは、特定の構成を持つ分子のさまざまな空間的形態です。 配座異性体は、位置エネルギー図上のエネルギー最小値に対応する立体異性構造であり、移動平衡状態にあり、単純な σ 結合の周りの回転によって相互変換することができます。
このような変換に対する障壁が十分に高ければ、立体異性体 (光学活性ビフェニルなど) を分離できます。 このような場合、私たちはもはや配座異性体について話すのではなく、実際に存在する立体異性体について話します。
b)幾何異性
幾何異性体は、分子内に以下のものが欠如している結果として発生します。
1. 炭素原子の互いに対する回転は、C=C 二重結合または環状構造の剛性の結果です。
2. 二重結合または環の 1 つの炭素原子にある 2 つの同一の基。
幾何異性体は、配座異性体とは異なり、純粋な形で単離することができ、個別の安定した物質として存在します。 それらの相互変換には、より高いエネルギーが必要です - 約125〜170 kJ/mol（30〜40 kcal/mol）。
シス-トランス-(Z,E) 異性体が存在します。 シス- 形状は、同一の置換基が π 結合または環の平面の同じ側にある幾何異性体です。 トランス- 形状は、同一の置換基が π 結合または環の平面の反対側にある幾何異性体です。
最も単純な例はブテン-2 の異性体で、シス、トランス幾何異性体の形で存在します。
シス-ブテン-2 トランス-ブテン-2
融点
138.9℃～105.6℃
沸騰温度
3.72 0 С 1.00 0 С
密度
1,2 – ジクロロシクロプロパンは、シス、トランス異性体の形で存在します。
シス-1,2-ジクロロシクロプロパン トランス-1,2-ジクロロシクロプロパン
より複雑な場合に使用されます Z、E 命名法 (Kanna、Ingold、Prelog 命名法 - KIP、議員の年功序列の命名法)。 接続
1-ブロモ-2-メチル-1-クロロブテン-1 (Br)(CI)C=C(CH 3) - CH 2 -CH 3 二重結合を持つ炭素原子上のすべての置換基は異なります。 したがって、この化合物は Z-、E- 幾何異性体の形で存在します。
E-1-ブロモ-2-メチル-1-クロロブテン-1 Z-1-ブロモ-2-メチル-1-クロロブテン-1。
異性体配置を示すには、次のように示します。 二重結合（または環）における上級置換基の配置は、Z-（ドイツ語の Zusammen から - 一緒）または E-（ドイツ語の Entgegen から - 反対）です。
Z,E システムでは、原子番号の大きい置換基が上位とみなされます。 不飽和炭素原子に直接結合している原子が同じである場合は、必要に応じて「第 2 層」、「第 3 層」などに進みます。
最初の投影では、シニア グループは二重結合に関して互いに反対側にあるため、E 異性体です。 2 番目の投影では、シニア グループは二重結合の同じ側 (一緒) にあるため、Z 異性体です。
幾何異性体は自然界に広く存在します。 例えば、天然ポリマーのゴム（シス異性体）およびガッタパーチャ（トランス異性体）、天然フマル酸（トランスブテン二酸）および合成マレイン酸（シスブテン二酸）、脂肪の組成におけるシスオレイン酸、リノール酸、リノレン酸。
V)光学異性
有機化合物の分子はキラルにもアキラルにもなります。 キラリティー (ギリシャ語の cheir - 手から) は、分子とその鏡像との不適合性です。
キラル物質は光の偏光面を回転させることができます。 この現象は光学活性と呼ばれ、対応する物質は 光学的にアクティブな。 光学的に 活性物質ペアで見つかった 光学対掌体- 異性体。その物理的および化学的特性は、1 つの点を除いて、通常の条件下では同じです - 偏光面の回転の符号: 光学対掌体の 1 つが偏光面を右に偏向します (+、右旋性異性体）、もう一方は左（-、左旋性）です。 光学対掌体の構成は、偏光計という装置を使用して実験的に決定できます。
光学異性は、分子に次のものがある場合に現れます。 不斉炭素原子(分子のキラリティーには他にも理由があります)。 これは、sp 3 - ハイブリダイゼーションの炭素原子に与えられた名前であり、4 つの異なる置換基に関連付けられています。 非対称原子の周囲に置換基を 2 つの四面体配置することが可能です。 この場合、2 つの空間形式はいかなる回転によっても組み合わせることができません。 そのうちの 1 つはもう一方の鏡像です。
両方のミラー形状が一対の光学対掌体を形成するか、 エナンチオマー .
光学異性体は、E. Fischer によって投影式の形式で示されます。 これらは、不斉炭素原子を持つ分子を投影することによって得られます。 この場合、平面上の不斉炭素原子そのものを点で示し、横線上に図面の手前に突き出た置換基の記号で示す。 垂直線 (破線または実線) は、図面の平面を超えて除去される置換基を示します。 以下は、前の図の左側のモデルに対応する投影式を記述するさまざまな方法です。
投影では、炭素主鎖は垂直に描かれます。 main 関数がチェーンの最後にある場合は、投影の上部に示されます。 たとえば、(+) および (-) アラニン - CH 3 - * CH(NH 2)-COOH の立体化学式および射影式は次のように表されます。
同じ含量のエナンチオマーを含む混合物をラセミ体と呼びます。 ラセミ体は光学活性を持たず、エナンチオマーとは異なる物理的性質を特徴とします。
射影式を変換するためのルール。
1. 式は、立体化学的な意味を変えることなく、図面平面内で 180° 回転できます。
2. 1 つの不斉原子上の置換基が 2 つ（または任意の偶数）再配置されても、次の式の立体化学的意味は変わりません。
3. 不斉中心の置換基を 1 つ（または任意の奇数）再配置すると、光学対掌体の式が得られます。
4. 描画面内で 90 度回転すると、式が対掌体に変わります。
5. 3 つの置換基を時計回りまたは反時計回りに回転させても、式の立体化学的意味は変わりません。
6. 投影式は図面平面から導出することができません。
光学活性は、分子内のケイ素、リン、窒素、硫黄などの他の原子がキラル中心である有機化合物によって所有されます。
不斉炭素原子を複数持つ化合物は次のような形で存在します。 ジアステレオマー 、つまり 互いに光学対掌体を構成しない空間異性体。
ジアステレオマーは旋光度だけでなく、他のすべての物理定数も互いに異なります。融点や沸点、溶解度などが異なります。
空間異性体の数は、フィッシャーの式 N=2 n によって決定されます。ここで、n は不斉炭素原子の数です。 構造によっては部分的な対称性が現れるため、立体異性体の数が減少する場合があります。 光学的に不活性なジアステレオマーは次のように呼ばれます。 メソ-フォーム。
光学異性体の命名法:
a) D-、L- の命名法
異性体の D シリーズまたは L シリーズを決定するには、配置 (不斉炭素原子における OH 基の位置) をグリセルアルデヒドの鏡像異性体の配置 (グリセロール キー) と比較します。
L-グリセルアルデヒド D-グリセルアルデヒド
D-、L-命名の使用は現在、炭水化物、アミノ酸、ヒドロキシ酸の 3 種類の光学活性物質に限定されています。
b) R -、S-命名法 (カーン、インゴルド、プレログの命名法)
光学異性体のR（右）またはS（左）配置を決定するには、最も若い置換基（通常は水素）が「観察者から離れる」方向。 残りの 3 つの置換基の年功が先輩から中年、後輩へと時計回りに変化する場合、これは R 異性体です (年功の減少は文字 R の上部を書くときの手の動きと一致します)。 反時計回りに遷移した場合は S です。 - 異性体（優先順位の低下は、文字 S の上部を書くときの手の動きと一致します）。
射影式を使用して光学異性体の R 配置または S 配置を決定するには、最も若い置換基が射影の一番下に来るように偶数の順列で置換基を配置する必要があります。 残りの 3 つの置換基の年功の減少は、時計回りに R 配置に対応し、反時計回りに S 配置に対応します。
光学異性体は以下の方法で得られます。
a) タンパク質やアミノ酸、炭水化物、多くのヒドロキシ酸（酒石酸、リンゴ酸、アーモンド）、テルペン炭化水素、テルペンアルコールやケトン、ステロイド、アルカロイドなどの光学活性化合物を含む天然物質からの単離。
b) ラセミ体の分割。
c) 不斉合成。
d) 光学活性物質の生化学的生成。
知っていますか
異性化現象（ギリシャ語から - 私sos - 違う、そして メロス - シェア、一部）1823年にオープンしました。 J. Liebig と F. Wöhler は 2 つの無機酸の塩、シアン系 H-O-C≡N と爆発性 H-O-N= C を例に挙げています。
1830 年、J. Dumas は異性の概念を有機化合物に拡張しました。
1831年 有機化合物の「異性体」という用語は、J. Berzelius によって提案されました。
天然化合物の立体異性体は、異なる生物活性 (アミノ酸、炭水化物、アルカロイド、ホルモン、フェロモン、薬物) によって特徴付けられます。 天然由来等。）。
小児科学生向け講義
講義2
テーマ: 有機化合物の空間構造
目標：有機化合物の構造異性および空間異性の種類についての知識。
プラン：
異性体の分類。
構造異性。
空間異性
光学異性
有機分子の構造を理解しようとする最初の試みは 19 世紀初頭に遡ります。 異性現象は J. Berzelius によって初めて発見され、1861 年に A. M. Butlerov が異性現象を説明する有機化合物の化学構造理論を提案しました。
異性とは、質的・量的組成が同一であるが、構造や空間上の位置が異なる化合物が存在することをいい、その物質自体を異性体と呼びます。
異性体の分類
構造的
（原子の結合順序が違う）
立体異性
(空間内の原子の配置が異なる)
複数の接続規定
機能グループの規定
構成
コンフォーマ-
構造異性.
構造異性体とは、定性的および量的組成が同じであるが、化学構造が異なる異性体です。
構造異性は有機化合物の多様性を決定します。 特にアルカン。 分子内の炭素原子の数が増加すると、アルカンの場合、構造異性体の数が急速に増加します。 したがって、ヘキサン (C 6 H 14) の場合は 5、ノナン (C 9 H 20) の場合は - 35 となります。
炭素原子は鎖内の位置によって異なります。 鎖の先頭の炭素原子は 1 つの炭素原子に結合しており、 主要な。 2 つの炭素原子に結合した炭素原子 – 二次的、3つ – 三次、4つ – 第四次。 直鎖アルカンには第一級および第二級炭素原子のみが含まれますが、分枝鎖アルカンには第三級および第四級炭素原子の両方が含まれます。
構造異性の種類。
メタマー– 同じクラスの化合物に属しているが、異なるラジカルを持つ化合物:
H 3 C – O – C 3 H 7 – メチルプロピルエーテル、
H 5 C 2 – O – C 2 H 5 – ジエチルエーテル
クラス間異性。分子の質的および量的組成が同じであるにもかかわらず、物質の構造は異なります。
例: アルデヒドはケトンの異性体です。
アルキン – アルカジエン
H 2 C = CH – CH = CH 2 ブタジエン -1.3 HC = C - CH 2 – CH 3 – ブチン-1
構造異性は炭化水素ラジカルの多様性も決定します。 ラジカルの異性化はプロパンから始まり、2 つのラジカルが可能です。 第一級炭素原子から水素原子を引くと、プロピル (n-プロピル) ラジカルが得られます。 二級炭素原子から水素原子を引くと、イソプロピルラジカルが得られます。
-
イソプロピル
CH 2 – CH 2 – CH 3 – カット空間異性（立体異性）
これは、同じ組成と原子の結合順序を持ちますが、空間内の原子または原子グループの相対的な配置の性質が異なる異性体の存在です。
このタイプの異性は、L. Pasteur (1848)、J. Van't Hoff、Le Bel (1874) によって記載されています。
実際の条件では、分子自体とその個々の部分 (原子、原子のグループ) は振動回転運動の状態にあり、この運動により分子内の原子の相対的な配置が大きく変化します。 このとき、化学結合が引き伸ばされ、結合角が変化し、分子の異なる配置や立体配座が生じます。
したがって、空間異性体は構造異性体と配置異性体の 2 つのタイプに分類されます。
配置とは、単結合の周りの回転から生じる違いを考慮せずに、原子が空間内に配置される順序です。これらの異性体は異なる立体構造で存在します。
立体配座は、単結合の周りの原子または原子グループの回転の結果として生じる同じ分子の非常に不安定な動的形態であり、その結果、原子は異なる空間位置を占めます。 分子の各立体構造は、特定の配置によって特徴付けられます。
b 結合はその周りを回転できるため、1 つの分子が多くの立体構造を持つことができます。 多くの立体配座のうち、考慮されるのは 6 つだけです。 回転の最小角度は 60° に等しい角度とみなされ、これはと呼ばれます。 ねじれ角。
隠れた立体構造と抑制された立体構造があります。
日食構造 これは、同一の置換基が互いに最小限の距離に位置し、それらの間に相互反発力が生じる場合に発生します。この構造を維持するには、分子が大量のエネルギーを供給する必要があります。 この立体配座はエネルギー的に好ましくありません。
抑制された立体配座 – これは、同一の置換基が互いにできるだけ離れていて、分子のエネルギー貯蔵量が最小限である場合に発生します。 この立体配座はエネルギー的に有利です。
P 
構造異性体の存在が知られている最初の化合物はエタンです。 空間内のその構造は、遠近法の公式またはニューマンの公式によって表されます。
と 2 N 6
隠された、抑制された
立体構造
ニューマンの射影公式。
私たちに最も近い炭素原子は円の中心にある点で示され、円は遠い炭素原子を表します。 各原子の 3 つの結合は、最も近い炭素原子については円の中心から分岐する線として描かれ、遠い炭素原子については小さな結合が示されています。
長い炭素鎖では、いくつかの C-C 結合の周りで回転が可能です。 したがって、チェーン全体がさまざまな幾何学的形状をとることができます。 X線回折データによると、飽和炭化水素の長い鎖はジグザグでかぎ爪状の構造をしています。 たとえば、ジグザグ構造のパルミチン酸 (C 15 H 31 COOH) とステアリン酸 (C 17 H 35 COOH) は細胞膜の脂質の一部であり、溶液中の単糖分子は爪型構造をとります。
環状化合物の立体配座
循環接続は、閉じたサイクルの存在に伴う角応力によって特徴付けられます。
サイクルが平坦であると考えると、それらの多くでは結合角が通常から大幅に逸脱します。 環内の炭素原子間の結合角が通常の値からずれることによって生じる応力を次のようにいいます。 コーナーまたは バイエルの。
たとえば、シクロヘキサンでは炭素原子は sp 3 混成状態にあり、したがって結合角は 109 o 28 / に等しくなります。 炭素原子が同じ平面上にある場合、平面的な環では内部結合角は 120° に等しく、すべての水素原子は重なり合った構造になります。 しかし、シクロヘキサンは強い角応力とねじり応力が存在するため、平らにすることができません。 ϭ結合を中心とした部分的な回転により、応力の少ない非平面構造が形成され、その中で構造はより安定します。 肘掛け椅子 そして お風呂。
椅子型構造は、水素原子と炭素原子の吸蔵位置がないため、エネルギー的に最も有利です。 すべての C 原子の H 原子の配置は、エタンの抑制された立体構造と同じです。 この立体構造では、すべての水素原子が開いており、反応に利用できます。
ベースにある 2 対の C 原子 (C-2 と C-3)、(C-5 と C-6) の H 原子が重なり合った構造をしているため、バス構造はエネルギー的にあまり有利ではありません。したがって、この構造はエネルギー的に有利ではありません。エネルギーが蓄えられていて不安定。
C 6 H 12 シクロヘキサン
「バスタブ」よりも「椅子」の形の方がエネルギー的に良いのです。
光学異性。
19 世紀の終わりに、多くの有機化合物が偏光ビームの面を左右に回転させることができることが発見されました。 つまり、分子に入射した光線はその電子殻と相互作用し、電子の分極が発生し、分子の振動方向が変化します。 電界。 物質が振動面を時計回りに回転させると、 右旋性(+) 反時計回りの場合 - 左利き(-)。 これらの物質を光学異性体と呼びます。 光学活性異性体には不斉炭素原子 (キラル) が含まれています。これは 4 つの異なる置換基を含む原子です。 2 番目に重要な条件は、あらゆる種類の対称性 (軸、平面) が存在しないことです。 これらには多くのヒドロキシとアミノ酸が含まれます
研究により、このような化合物は、sp 3 ハイブリダイゼーションにおける炭素原子上の置換基の配置順序が異なることが示されています。
P 
最も単純な化合物は乳酸（2-ヒドロキシプロパン酸）です。
立体異性体。その分子は、物体と相容れない鏡像として、または左と左の鏡像として互いに関係しています。 右手呼ばれます エナンチオマー(光学異性体、鏡異性体、対蹠体、そしてこの現象はと呼ばれます) エナンチオマーリズム。すべての化学物質と 物理的特性鏡像異性体は、(偏光計デバイス内の) 偏光面の回転と生物学的活性の 2 つを除いて同じです。
分子の絶対配置は、複雑な物理化学的方法によって決定されます。
光学活性化合物の相対配置は、グリセルアルデヒド標準との比較によって決定されます。 右旋性または左旋性のグリセルアルデヒド（M. Rozanov、1906）の立体配置を持つ光学活性物質は、D 系および L 系の物質と呼ばれます。 1 つの化合物の右旋性異性体と左旋性異性体の等しい混合物はラセミ体と呼ばれ、光学的に不活性です。
研究によると、光の回転の符号は、物質が D 系列および L 系列に属するかどうかに関連付けることはできず、偏光計という機器で実験的にのみ決定されます。 たとえば、L-乳酸の回転角は +3.8°、D-乳酸の回転角は -3.8°です。
エナンチオマーはフィッシャーの式を使用して表されます。
炭素鎖は垂直線で表されます。
上級官能基が上部に配置され、ジュニア官能基が下部に配置されます。
不斉炭素原子は水平線で表され、その端に置換基があります。
異性体の数は式 2 n によって決定されます。n は不斉炭素原子の数です。
L列 D列
エナンチオマーの中には、光学活性を持たない対称的な分子が存在する場合があり、これらは鏡像異性体と呼ばれます。 メソ異性体。
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例: ワインハウス |
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D – (+) – 行 L – (-) – 行 |
メゾヴィンナヤ k-ta |
ラセミ体 – ブドウジュース
鏡異性体ではなく、すべてではないがいくつかの不斉 C 原子の配置が異なり、異なる物理的および化学的特性を持つ光学異性体は、- と呼ばれます。 ディ-あ-立体異性体。
-ジアステレオマー（幾何異性体）とは、分子内に結合を持つ立体異性体です。 それらはアルケン、不飽和高級炭素化合物、不飽和二炭酸化合物に見られます。 例えば：
シス-ブテン-2 トランス-ブテン-2
有機物質の生物学的活性は、その構造に関連しています。 例えば：
シス-ブテン二酸、トランス-ブテン二酸、
マレイン酸 - フマル酸 - 非毒性、
体内で非常に有毒な物質が検出される
天然の不飽和高級炭素化合物はすべてシス異性体です。
(ギリシャ語 ISOは同じ、メロス部分） の一つ 最も重要な概念化学、主に有機。 物質は同じ組成と分子量を持ちますが、構造が異なる場合や、同じ元素を同じ量で含むが原子または原子団の空間配置が異なる化合物を異性体と呼びます。 異性化は、有機化合物が非常に多く、多様である理由の 1 つです。異性化は 1823 年に J. リービッヒによって初めて発見され、彼は劇物酸とイソシアン酸の銀塩、Ag-O-N=C と Ag-N=C=O は同じ組成であるが、異なる特性を持つことを確立しました。 「異性化」という用語は 1830 年に導入されました。
I. ベルゼリウス彼は、同じ組成の化合物の特性の違いは、分子内の原子が異なる順序で配置されているという事実によって生じると示唆しました。 異性化という概念は、誕生後にようやく形成されました。A.M.ブトレロフ化学構造の理論 (1860 年代)。 この理論に基づいて、彼は 4 つの異なるブタノールが存在するはずであると提案しました (図 1)。1)。 この理論が作成された時点では、ブタノール (CH 3) 2 CHSN 2 植物原料から得られるOH。米。 1. ブタノール異性体その後のすべてのブタノール異性体の合成とそれらの特性の決定により、理論の説得力のある確認となりました。現代の定義によれば、同じ組成の 2 つの化合物は、それらの分子が完全に一致するように空間内で結合できない場合、異性体とみなされます。 複雑な場合には、通常、組み合わせは頭の中で行われ、空間モデルまたは計算方法が使用されます。
異性化にはいくつかの理由があります。
構造異性論 一般に、炭化水素骨格の構造の違いや、官能基や多重結合の不均等な配置によって引き起こされます。炭化水素骨格の異性化. 1 ～ 3 個の炭素原子を含む飽和炭化水素 (メタン、エタン、プロパン) には異性体がありません。 炭素原子が 4 個ある化合物の場合 C 4N10 (ブタン) ペンタン C の場合、2 つの異性体が存在する可能性があります。 5N12 3 つの異性体、ヘキサン C の場合 6 N 14 5 (図 2):
複雑な場合、2 つの化合物が異性体であるかどうかの問題は、原子価結合を中心としたさまざまな回転を使用して解決されます (単純な結合ではこれが可能であり、これはある程度それらの物理的特性に対応します)。 分子の個々の断片を（結合を壊すことなく）移動した後、ある分子が別の分子の上に重ねられます（図2）。
. 3)。 2 つの分子が完全に同一である場合、これらは異性体ではなく、同じ化合物です。 骨格構造が異なる異性体は通常、異なる物理的特性 (融点、沸点など) を持っているため、一方を他方から分離することができます。 このタイプの異性は芳香族炭化水素にも存在します (図 4)。
米。 4. 芳香族異性体位置異性。
構造異性の別のタイプは位置異性です。
官能基、個々のヘテロ原子、または複数の結合が炭化水素骨格の異なる場所に位置する場合に発生します。 構造異性体はさまざまな種類の有機化合物に属するため、物理的に異なるだけでなく、構造的にも異なる場合があります。 化学的特性。 図では、 図 5 は、化合物 C の 3 つの異性体を示しています。 3N8 ああ、そのうちの 2 つはアルコールで、3 つ目はアルコールです。単純なエーテル 
米。 5. 位置異性体多くの場合、位置異性体の構造の違いは非常に明白であるため、空間内でそれらを頭の中で組み合わせる必要すらありません。たとえば、ブテンやジクロロベンゼンの異性体です (図 6)。
米。 6. ブテンとジクロロベンゼンの異性体構造異性体は、炭化水素骨格の異性性と位置異性性の特徴を組み合わせている場合があります (図 7)。
米。 8. ベンゼン異性体示されている異性体のうち最初の 5 つは存在します (2 番目、3 番目、4 番目、および 5 番目の異性体は、ベンゼンの構造が確立されてからほぼ 100 年後に得られました)。 後者の異性体はおそらく決して得られないでしょう。 六角形として表されると、形成される可能性が最も低く、その変形により、面取りされた角柱、三芒星、不完全なピラミッド、および二重ピラミッド (不完全な八面体) の形の構造が生じます。 これらのオプションにはそれぞれ、サイズが大きく異なる C-C 結合または非常に歪んだ結合角が含まれています (図 9)。
構造異性体が相互に変換される化学変化を異性化といいます。立体異性 のおかげで生じる さまざまな場所原子間の結合の順序が同じである空間内の原子。 立体異性の 1 つのタイプは、シス - トランス異性 (シス
緯度 . 一方では、トランス緯度 。 貫通、異なる側) は、複数の結合または平面サイクルを含む化合物で観察されます。 単結合とは異なり、多重結合では、分子の個々の断片がその周りを回転することができません。 異性体の種類を決定するには、二重結合を通る平面を頭の中で描き、この平面に対して置換基がどのように配置されているかを分析します。 同一のグループが平面の同じ側にある場合、これはシス -異性体、反対側にある場合トランス-異性体:
物理的及び化学的性質
シス- そして トランス マレイン酸では、カルボキシル基 COOH が空間的に近く、反応して無水マレイン酸を形成することがあります (この反応はフマル酸では起こりません)。
米。 13. コバルト錯体の異性体2 番目のタイプの立体異性である光学異性は、2 つの異性体 (前に定式化した定義によれば、空間的に適合しない 2 つの分子) が存在する場合に発生します。 鏡の反射お互い。 この特性は、4 つの異なる置換基を持つ単一の炭素原子として表現できる分子に備わっています。 4 つの置換基に結合した中心の炭素原子の原子価は、精神的な四面体の正四面体 (cm。オービタル) しっかりと固定されています。 4 つの等しくない置換基を図に示します。 異なる色の 4 つのボールの形で 14 個:
光学異性は、非対称原子の場合だけでなく、特定の数の異なる置換基の存在下で一部のフレームワーク分子でも発生します。 たとえば、4 つの異なる置換基を持つ骨格炭化水素アダマンタン (図 17) は、分子全体が不斉中心の役割を果たしている光学異性体を持つ可能性があります。これは、アダマンタン骨格を精神的に点まで縮めると明らかになります。 。 同様に、立方晶構造 (図 17) を持つシロキサンも、4 つの異なる置換基の場合に光学活性になります。
米。 17. 光学活性足場分子隠れた形であっても分子が不斉中心を含まない場合、オプションが可能ですが、それ自体は一般に非対称である可能性があり、光学異性体も可能です。 たとえば、ベリリウム錯体化合物では、2 つの環状フラグメントが互いに垂直な平面に位置します。この場合、光学異性体を得るには 2 つの異なる置換基で十分です (図 18)。 五面体プリズムの形状をしているフェロセン分子の場合、同じ目的のために 3 つの置換基が必要です。この場合、水素原子は置換基の 1 つの役割を果たします (図 18)。
米。 18. 非対称分子の光学異性ほとんどの場合、化合物の構造式によって、その物質を光学活性にするために正確に何を変更する必要があるかを理解できます。 光学活性な立体異性体の合成では、通常、右旋性化合物と左旋性化合物の混合物が生成されます。 異性体の分離は、異性体の混合物を、不斉反応中心を含む試薬（通常は天然由来）と反応させることによって行われます。 細菌などの一部の生物は、左旋性異性体を優先的に代謝します。
現在、特定の光学異性体を特異的に生成するプロセス（不斉合成と呼ばれる）が開発されています。
光学異性体をその対掌体に変換できる反応があります (
cm 。 ウォールデンの会話). ミハイル・レビツキー 文学スラニナ3。 化学における異性現象の理論的側面 、トランス。 チェコ、モスクワより、「ミール」、1984ホフマン R. こんなに同一で多様な世界 。 モスクワ、ミール、2001