構成比と立体異性体

一般に異性体とは、化学、特に有機化学において、分子式は同じだが化学構造が異なる分子を指す言葉である。これらの分子は化学構造の違いから、一般に化学的・物理的性質も異なるが、同じ分子式を持っている。

構成異性体とは何ですか？

構成異性体は、同じ分子式でも個々の原子のつながり方だけが異なることから、構造異性体とも呼ばれる。構造異性体という名前自体が、それを明確に示している。構成異性体には、骨格異性体、位置異性体、官能基異性体の3つのサブクラスが存在します。

骨格異性体とは、主鎖が異なる結合様式で分岐している化合物の異性体のことである。例えば、炭素原子6個の化合物があったとして、便宜上、炭素原子と水素原子だけで構成されているとすると、これらの元素を直鎖上に配置した場合、アルカン「ヘキサン」と名づけることができる。典型的なヘキサンの分子は、6個の炭素原子と14個の水素原子で構成されています。では、他の連動性を見てみましょう。鎖の末端にある炭素原子を取り除き、2番目の炭素原子に固定したとする。そして、主鎖は炭素原子5個に短縮され、もう1個の炭素原子は分岐点に位置することになる。この新しい化合物は、アルカンの2-メチルペンタンと名づけられるかもしれない。ここでも、鎖の異なる位置にメチル基を付加することで、他の分岐点を作ることができる。その他の連結としては、2,3-ジメチルブタン、2,2-ジメチルブタン、3-メチルペンタンなど。

処理される化合物がアルコール、アミン、ケトン/ホルムアルデヒドなどの官能基を含む場合、これらの官能基を主炭素鎖上の様々な炭素原子に置換することによって、それぞれが同じ分子式でありながら、複数の異なる分子を生成することが可能である。このような異性体は位置異性体として知られている。また、分子式で表される元素を並べ替えると、分子式で表される元素組成を維持したまま、異なる官能基を持つ分子ができることがあり、これを官能異性体という。アルコールとエーテルはこの方法で容易に交換でき（例えばCH3-O-CH3とCH3-CH2-OH）、適量の不飽和が存在すればケトンやアルデヒドとも交換可能である。また、直鎖のヘキセンやシクロヘキサン化合物も一般的な例である。官能基の変化は、化合物の化学的・物理的性質に大きな影響を与える。

立体異性体とは何ですか？

立体異性体とは、分子式や原子の連結性は同じだが、空間における原子の3次元配列が異なる異性体のことで、空間異性体という言葉がある。立体異性体には、エナンチオマー、ジアステレオマー、シス-トランス異性体、コンフォメーション異性体など、さまざまな種類があります。

エナンチオマーは互いに鏡像である分子であり、したがってこれらの分子は重なり合わない。この魔法は、キラルセンターと呼ばれる中心部によって生み出される。これは、炭素原子に4つの異なる基が結合したものです。不斉中心は、ほぼ同じ性質を持ちながら、平面偏光の回転の仕方で識別できる分子、エナンチオマーを作り出す役割を担っているのです。このため、光学異性体とも呼ばれる。また、エナンチオマーではない立体異性体、つまり互いに鏡像ではない立体異性体も存在し、そのような分子にはジアステレオマー、シス-トランス-アイソマー、コンフォーマーなどがある。メゾスコピック化合物と呼ばれる特殊なジアステレオマーがあり、分子内に鏡面を持つが、全体としてその鏡像が別の分子を形成するのではなく、同じ分子を生成している。例えば、シクロヘキサンのコンフォメーションは、椅子型、ボート型、半ボート型など様々なものがある。

構成異性体と立体異性体の違いは何ですか？

-異性体を構成する原子は異なる順序で接続されているが、立体異性体では原子の接続は似ているが、空間における原子の3次元的な配置が異なる。

-キラリティーは構成異性体ではなく、立体異性体に存在する。

-構成異性体は互いに非常に異なった化学名を持つことがあるが、立体異性体は通常、文字または方向識別記号を前にした同じ化学名を持つ。