■基礎の基礎

│異性体 isomer│　←→

→構造異性体　→立体異性体　→エナンチオマー　→ラセミ体

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• 分子式は同一だが構造が異なる分子、またはそのような分子からなる化合物。
• 異性体は、トポロジカル構造が異なる構造異性体 Structural isomerとトポロジカル構造は等しいが立体配置 configurationや立体配座 conformationが異なる立体異性体の2つに分類される。立体配置は等しく立体配座のみが異なる異性体を配座異性体(atropisomer)と呼ぶ。
• さらに、化学構造は全く同一だが、分子内の同じ種類の複数の原子核のスピンの向きの組み合わせが異なる核スピン異性体も存在する。
• その他光学異性体、鏡像異性体、幾何異性体、シス－トランス異性体という言葉も存在する。錯体におけるイオン化異性体、配位異性体、結合異性体は構造異性体と言える。
• 互変異性体という言葉は速度論的術語であり、通常のタイムスケールでは互いに速い交換をしていて短時間で平衡に達してしまう異性体のことを指す。

□構造異性体 structural isomer

• 組成式は等しいが原子の間の結合関係が異なる分子。トポロジカル構造が異なる異性体。
  

  イソフルランはエンフルランの構造異性体である。

□立体異性体 stereoisomer

• 立体異性体は異性体の一種であり、同じ構造異性体同士で、3次元空間内ではどう移動しても重ね合わせることができない分子をいう。
• 立体異性が生じる原因には立体配置の違いと立体配座の違いがある。
• 構造異性体同士の化学的性質が大きく異なることは珍しくないが、立体異性体同士の化学的性質はよく似ていながらもわずかに異なるので、立体異性体の性質を研究する立体化学は化学において重要である。
• 異性体特に立体異性体が重要になる化合物は、多数の原子の共有結合でできた分子からなる化合物および複数種類の配位子を持つ錯体である。

□幾何異性体 geometrical isomer
　＝シス-トランス異性体 cis-trans isomer　参考1

• 有機化合物や錯体の立体異性体の一種
• 幾何異性体と呼ばれるものは次の3種類である。
  1. 有機化合物の二重結合への置換によるシス-トランス異性

     シス (cis) 型 二重結合を軸として同じ側に2個の置換基がある場合 「Z」として表す。Zはドイツ語のzusammen（いっしょに）に由来する。 抗がん剤のシスプラチンはシス型 ピペリンとカビシンはシス-トランス異性体で、ピペリンは E,E体

     トランス（trans）型 二重結合を軸として反対側にある場合 「E」として表す。Eはドイツ語のentgegen（逆に）に由来する。 ピペリンとカビシンで、カビシンは Z,Z体

     
     
  2. シクロ化合物の環への置換によるシス-トランス異性
  3. 錯体配位子の位置の違いによる異性。シス-トランス異性以外も含む。

□エナンチオマー enantiomer（＝光学異性体 optical isomer）

• 光学異性体とは主に有機化学で用いられる用語で、IUPACでは「エナンチオマー」や「ジアステレオマー」を使うことが推奨されている。

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• 生体を構成している有機化合物の基本である炭素には4つの結合基があるが、このうちの2つ以上が同じである場合、一見、鏡像関係にあり、異なる物質のように見えても、回転させると同一のものとなり、立体異性体は存在しない。
• しかし、4つの結合基がすべて異なる場合は、化学構造式が同じでも、鏡像関係にあるものは、回転させても決して重なり合うことがなく、全く異なる物質となる。
• 4つの異なる結合基をもつ炭素を「キラル炭素（不斉炭素）」と呼ぶ。
• キラリティー chiralityは、3次元の図形や物体や現象が、その鏡像と重ね合わすことができない性質。
• キラル分子は、ちょうど右手と左手のように互いに鏡像である1対の立体異性体を持ち、これら2つの異性体は互いに「エナンチオマー enantiomer、対掌体、あるいは鏡像異性体」であるという。
• エナンチオマーの等量混合物をラセミ体という。
• 薬剤の結合部位においても立体異性体が存在することから、エナンチオマーが混在した薬剤を投与した場合に、どちらか一方の効果が強く発現し、もう一方の効果が弱いという現象が必然的に起こり得る。

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• エナンチオマーを区別する表現法には2つある。エナンチオマーの絶対配置を区別するにはRS表記法を使うが、アミノ酸や糖では絶対配置既知の化合物から相対的に決定される伝統的なDL表記法も使われる。

  DL表記法、D体とL体の定義 光学異性とは、両異性体が平面偏光を互いに逆の方向に回転させる性質をもつことに由来する。 生化学でよく出てくるD体、L体という表記は、不斉炭素を持つ最も簡単な糖であるグリセルアルデヒドを標準物質とする。 2つの物質が偏光軸を右または左に回転させるどちらかの性質を有することから、右旋性（dextrorotatory）のものを“Dまたは（＋）、R”、左旋性（levorotatory）のものを“Lまたは（−）、S”と表現する。 D体 dextro：ギリシャ語で右を意味する dextrorotatory：右旋性 L体 levo：ギリシャ語ので左を意味する levorotatory：左旋性 (+)-体 +：時計回り (-)-体 -：反時計回り 生体のタンパク質はα-アミノ酸のポリマーであるが、基本的にL体（S体）のものだけが構成成分となっている。 D体（R体）は天然では細菌の細胞壁の構成成分や老化組織、ある種の神経細胞などに存在が見出されている。 RS表記法、R体とS体の定義 有機化学ではCahn-Ingold-Prelog順位側と呼ばれる「RS記法」が使われる。 立体配置により分類する方法：不斉炭素に4つの異なる結合基が結合しているが、原子番号が一番小さいものを一番遠くに置き、残りの３つの結合基が時計回りに原子番号が大きいものから小さいものへと並ぶものをＲ（rectus）体、反時計回りに並ぶものをS（sinister）体と表現する。 R体 rectus：ラテン語で右を意味する S体 sinister：ラテン語で左を意味する D体＝(+)-体 L体＝(-)-体 ラセミ体 オピオイド デキストロメトルファン レボルファノール 　 シノメニン モルヒネ 　 デルモルフィン 　 　 オピオイドはL体に鎮痛作用がある。 Avram Goldsteinは、オピオイド受容体発見のための解決策として、アヘン剤の立体特異性結合 stereospecific opiate bindingに基づく、巧妙に考えられた簡単な実験を提唱した。 オピオイド受容体は(-)選択性が知られているが、σ受容体ではSKF-10047の光学異性体のうち、(+)体が選択的に結合する。 α2作動薬 デキサメデトミジン メデトミジン 　 ムスカリン受容体拮抗薬 　 ヒヨスチアミン アトロピン R体 S体 ラセミ体 局所麻酔薬 　 レボブピバカイン ブピバカイン 　 ロピバカイン 　 局所麻酔薬はR体に心毒性がある。 NSAIDs 　 ナプロキセン 　 ナプロキセンを始めとする、プロピオン酸系のNSAIDは、それらはいずれもプロピオン酸の 2位が芳香環で置換された構造を持つ光学活性化合物で、S体に望ましい生理活性があることが知られている。 SSRI 　 エスシタロプラム シタロプラム

□トポアイソマー topoisomer　←→　トポイソメラーゼ

• トポロジーの異なる異性体
• 環状2本鎖DNAの場合、ねじれ数（リンキング数）が異なる分子間はお互いに変換できない。それらの異性体をトポアイソマーと呼ぶ。
• 例えば、ねじれ数が10回の二本鎖DNAと11回の二本鎖DNAは、DNAを切断して回転させ、繋げなおさないと、お互いに変換することができない。

□ラセミ体 racemic body
　ラセミ混合物 racemic mixture
　ラセミ化合物 racemic compound, racemate

• ラセミ体とは、立体化学の用語で、キラル化合物の2種類の鏡像異性体（エナンチオマー）が等量存在することにより旋光性を示さなくなった状態の化合物のこと。
• キラル化合物の2つのエナンチオマーをそれぞれR体およびS体とすると、ラセミ混合物とはR体とS体とを等モル量混合したもののことであり、ラセミ化合物とはR体とS体の分子が、分子間力や水素結合などの分子間相互作用により 1:1、あるいは n:n の数比でつくった会合体のことである。
• ラセミ体では各分子の旋光性が互いに打ち消し合い、観測されなくなる。
  

  オピオイド 米国で広く使われているメサドン製剤は、R体およびS体の異性体のラセミ混合物である。

  NMDA受容体拮抗薬 ケタミンには、S体とR体の光学異性体があり、塩酸ケタミンは2つの異性体が等分に入ったラセミ体である。S体はR体に比べて鎮痛作用は２倍以上で、精神神経作用が弱い。NMDA受容体の親和性は4倍。

  局所麻酔薬 テトラカイン/メピバカイン/ブピバカイン/ジブカイン R体には心毒性や痙攣などの中枢神経系毒性がが強いので、S体のロピバカインやレボブピバカインが開発された。

  NSAIDs イブプロフェンもナプロキセンと同様にプロピオン酸系のNSAIDであるが、市販されているイブプロフェンはラセミ体である。試験管内および生体内の実験からS体が有効成分であることがわかっているが、生体内試験ではR体を有効なS体に変換する異性化酵素の存在が明らかになっているので、単独の鏡像体で販売するのはコストに対して無意味である。 ケトロラク

  ムスカリン性アセチルコリン受容体拮抗薬 アトロピンはラセミ体であり、ヒヨスチアミンはS体

  サリドマイド サリドマイドは不斉炭素原子を有し、光学異性体であるR体およびS体の等量混合物である。 サリドマイドを合成するときには、R体とS体の混ざったラセミ体として生成される。 製薬が開発された当時これを分離することは難しくラセミ体のまま発売した。 R体：睡眠導入剤や乗り物酔い止めとして有効な薬である。 S体：非常に高い催奇性をもち、高い頻度で胎児に異常をひき起こすこと、さらに流産防止作用もあることが判明した。 R体・S体を分離するすることも可能だが、R体のみを服用しても比較的速やかに体内でS体に変化する。

  
  
  参考Wikipedia

  キラリティー chirality 3次元の図形や物体や現象が、その鏡像と重ね合わすことができない性質。

  キラル chiral キラリティがあること ギリシャ語で「手」を意味するχειρ (cheir) が語源である。 手はキラルなものの一例で、右手とその鏡像である左手は互いに重ね合わせられない。 キラリティがない、つまり鏡像と重ね合わせられることをアキラル (achiral) という。 キラルな図形とその鏡像を互いに（たとえば右手に対する左手を）enantiomorphsと言い、ギリシャ語で「反対」を意味するεναντιος (enantios) が語源である。 多くのキラル分子は不斉炭素などのキラル中心を持つが、キラル中心の存在はキラルであることの十分条件でも必要条件でもない。

  キラル中心 chiral center＝不斉中心 asymmetric center 分子のキラリティーを生じさせる元となる原子をいう。

  不斉 asymmetry 不斉とは「無対称」で、本来は、単にキラルであるだけでなく回転対称性もないということである。 歴史的には、酒石酸のキラリティを発見したL. Pasteurは1860年に dissymétrie という語を使ったが、英語とドイツ語に翻訳される時に asymmetry と Asymmetrie に変わった。 日本語では asymmetry を不斉、dissymmetry を不均斉と翻訳してきた。しかし不均斉という言葉は現在あまり使われておらず、不斉をキラリティーとほぼ同義語に使うことも多い。 多くのキラル分子は不斉炭素などのキラル中心を持つが、キラル中心の存在はキラルであることの十分条件でも必要条件でもない。

  不斉合成 化学的な処理過程のひとつ。光学活性（キラル）のある物質を作り分けることである。

  全合成 total synthesis 複雑な天然由来の化学物質などを目標とし、有機化学の手法のみを組み合わせて合成することをという。 有機合成化学において一大テーマであり、Robert Burns Woodward（P 1917/4/10〜1979/7/8 アメリカの有機化学者、1965年にノーベル化学賞受賞）をはじめ著名な有機化学者によって多くの化合物の全合成研究が行われ、その過程で様々な新規化学反応が発見・開発されるとともに社会に医薬品等を人工的に供給する手段を提供してきた。 全合成研究を進める意義としては、分光学的に決定された化合物の構造が実際に正しいか確認すること、天然からは微量しか得られない化合物を人工的に多量に供給すること、全合成の過程で新規化学反応を発見すること、などがあげられる。

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□モノマー　monomer

• 重合を行う際の基質のこと。単量体ともいう
• モノマーが多数結合した高分子のことをポリマーと呼ぶのに対して、1を表すギリシャ語の接頭語であるモノからモノマーと呼ぶ。
• モノマー同士がつながった重合度の高い分子が重合体であり、

  二量体、ダイマー　dimer モノマー同士が2つつながったもの

  三量体、トリマー　trimer モノマー同士が3つつながったもの

  テトラマー　tetramer モノマー同士が4つつながったもの

  オリゴマー　oligomer　←→Aβオリゴマー/オリゴマー仮説/オリゴマータンパク質 オリゴ　oligo 　←→オリゴマー/オリゴペプチド/オリゴデンドロサイト 数の、少、オリゴ 比較的少数のモノマーが結合した重合体 十数分子程度までの比較的重合度の低い重合体

□重合体、ポリマー　polymer

• モノマーが多数結合した高分子のこと
• ポリ：「たくさん」の意
• 重合数が約100個以上　←→オリゴマー

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□官能基　functional group

• 有機化合物を特性づける原子団、機能原子団ともいう。
• 有機化合物の中にある特定の構造を持つ基で、その化合物の特徴的な反応性の原因となる原子や原子団のこと
• 同じ官能基を持つ化合物は共通する物理的・化学的性質を持つ。
• 有機化合物の名称も、その化合物が持っている官能基をもとにしてつけられていて、官能基は有機化合物の分類の方法として重要である。
• カルボン酸のカルボキシル基 －COOH ，アルデヒドのアルデヒド基 －CHO ，アルコールの水酸基 －OH など

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