化学におけるキラル中心とは何ですか?

キラル中心は、非対称中心、キラル原子、または非対称原子とも呼ばれ、4 つの異なる基が結合した四面体原子であり、したがって化合物をキラルにすることができます。キラリティーとは、化合物がその鏡像と重ね合わせることができないことを意味するため、2 つの異なるエナンチオマーまたは光学異性体のいずれかとして存在する可能性があります。

分子内にキラル中心が存在しても分子全体がキラルであるとは限らないため、化合物をキラルにすることができると言われています。化合物に複数のキラル中心がある場合がありますが、分子は対称であるため、アキラルになります。

有機化学におけるキラル中心

キラル中心は、炭素原子が 4 価であり、四面体の形状を持っているため、有機化合物では非常に一般的です。結果として、4 つの異なる基に結合している炭素原子はキラル炭素になります。

有機化学では、原子の隣にアスタリスクを追加してキラル中心を特定するのが一般的です。他の場合では、有機分子の原子に結合した基の空間方向を明示的に示す (結合をくさびと線として表す) という事実だけで、その原子がキラル中心であることを十分に認識できます。

炭素の他に、有機化合物のキラル中心にもなり得る他の原子は、ケイ素、窒素、およびリンです。これらのキラル中心は、以下でより詳細に説明され、それぞれの例が提供されます。

キラル中心としての炭素 (C)

有機化学では、ほとんどのキラル中心は四面体炭素原子に対応し、しばしばキラル炭素または不斉炭素と呼ばれます。天然および合成のキラル炭素を含む無数の有機化合物があります。

たとえば、生物学的に重要な化合物の大部分は、1 つまたは複数のキラル炭素を持っています。これは、アルファ炭素がキラル中心であるほとんどすべてのアミノ酸の場合です。したがって、何千ものアミノ酸が結合しているタンパク質には、何千ものキラル中心があります。一方、炭水化物は、1、2、3、さらには 4 つのキラル炭素を持つことができ、多数の異なる立体異性体を生じさせます。

アミノ酸 L-アラニンのキラル中心としての炭素の例:

L-アラニンは、アルファ炭素とも呼ばれる炭素 2 にキラル中心を持つアミノ酸の例です。

キラル中心としてのシリコン (Si)

ケイ素は、一部の有機化合物に時々見られる四価元素の別の例です。この元素は、周期表の炭素グループに属し、4 つのグループが結合している場合は四面体原子でもあります。これは、4 つの異なるグループがある場合、キラル中心に対応することを意味します。

キラル中心としてのシリコンの例:

次の化合物では、キラル中心である非対称シリコン原子が見られます。単一のキラル中心を持つことにより、分子全体がキラルになります。

キラル中心としての窒素 (N)

孤立電子対は、原子を可能なキラル中心と見なす場合、「別のグループ」として数えることができます。これは、3 つの基が異なる場合、3 つの単結合を形成し、構造内に孤立電子対を持つsp ³混成窒素がキラル中心になる可能性があることを意味します。

したがって、異なるアルキル基を持つ多くの 2 級および 3 級アミンでは、窒素原子はキラル中心と見なすことができます。問題は、これらのアミンは、アルキル基が開鎖である場合にキラル中心が反転する可能性があるため、これらの場合、窒素はキラルとは見なされないことです。

ただし、アルキルが反転を防ぐ環状構造の一部である場合、窒素はキラル中心になります。

テトラアルキルアンモニウムカチオンなどのアンモニウム由来の有機カチオンが存在する場合、窒素もキラル中心になり得る別のケースが発生します。これらの場合、窒素は、異なる場合、窒素をキラル中心にする 4 つの基に結合しています。

トリアルキルアンモニウムカチオンのキラル中心としての窒素の例:

キラル中心としてのリン (P)

ホスフィンの誘導体であるアミンに類似した構造を持つ多くの有機リン化合物があります。ただし、リン酸およびその誘導体 (たとえばエステルなど) などの他の場合では、リンは、ほぼ四面体に分布する 4 つの基に囲まれています。いつものように、4 つのグループがすべて異なる場合、リンはキラル中心になります。

キラル中心としてのリンの例:

無機化学におけるキラル中心

有機化合物に加えて、無機化合物もキラル中心を含むことができます。まず第一に、ケイ素とリンの両方が多くの共有結合性無機化合物を形成することができ、その中でそれらも四価であるため、キラル中心になる可能性があります。

しかし、これらの場合に加えて、金属が4の配位数を持ち、四面体の形状をとることもできる多くの有機金属化合物もあります. これは、一部のニッケル錯体の場合です。

さらに、キラリティーも示し、その中心原子がキラル中心である八面体形状 (中心金属の周りに分布する 6 つの配位子またはグループ) を持つ錯体もあります。

参考文献

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