有機化合物の立体化学
（ Stereochemistry of Organic Compounds）
●異性体の種類
p.195
異性体は分子式が同じであるが、構造が異なる関係にある。
異性体は骨格や官能基が異なる構 造 異 性 体 と、原子の配列は同じであるが空間的な配置が異なる立 体 異 性 体 に大別される。
さらに、立体異性体は、鏡像異性体（エナンチオマー）とジアステレオマーに区別される。これらの用語の意味をこれから、
順番に学んでいく。アルケンの二重結合に起因する異性体もジアステレオマー（立体異性体）であることに注意しておこう。
1) 骨格が異なる
構造異性体
CH3
CH3 CH2 CH2 CH3
CH3 CH
CH3
2) 官能基が異なる（配列が異なる）
CH3 CH2 OH
CH3
O CH3
3) 官能基の結合位置が異なる
CH3 CH2 CH2
異性体
OH
OH
CH3 CH
H3C
環状構造または
二重結合に起因
分子式は同じ
ジアステレオマー
（E, Z 異性体）
立体異性体
鏡
不斉炭素
CO2H
H
C
C
H
H
H2N
CH3
H
H
CH3
H
H3C
CH3
C C
H
C C
CH3
H
H
CO2H
C
OH HO
C
NH2
CH3
H
H
CO2H
CO2H
H
NH2
CH3 H3C
H3C
多数の不斉炭素
鏡像異性体
H3C
CH3
H
C
H
C
NH2
CH3
●立体化学の基礎 p.176-180
分子が対称面をもつ場合をアキラル（光学活性でない）とよぶ。つまり、対称（symmetry シンメトリー）である。
分子が対称面をもたない場合をキラル（光学活性）とよぶ。つまり、非対称（asymmetry アシンメトリー）である。
（アキラルの例）
三角フラスコ
フォーク
スプーン
いずれも対称面をもつ（赤点線の左右の形が同じ）
このように線を引くと非対称であるが、
左図のようにどこでもいいので、１カ所
対称面をもてば、対称の扱いとする。
（キラルの例）
手
耳
硬貨
25
いずれも対称面をもたない（赤点線の左右の形が違う）
キラルな分子は鏡に映った関係にあり、これを鏡像異性体（エナンチオマー）とよぶ。
鏡に映った関係（鏡像では重なる）
重ならない
左手
右手
左手
右手
１つの炭素原子に異なる４つの置換基が結合している場合を、不斉炭素（キラル炭素、不斉中心、立体中心）とよぶ。
実際の分子として、乳酸を例に考えてみよう。乳酸はＨ，CH3, OH, COOH の４つの異なる置換基を有する＊で示した不斉炭
素を一つもっている。この異なる４つの置換基の空間的な位置関係により、紙面上では重ならない２つの立体異性体として、
(S)-(+)-乳酸と(R)-(-)-乳酸が存在する。
(S)-(+)-乳酸と(R)-(-)-乳酸は、どの結合軸を回転させても、紙面上では重ならない
（p177 に詳しい解説図がある）。この２つの乳酸は鏡像の関係にあるので、鏡像異性体（エナンチオマー）である。
このように、不
不 斉炭素をもつ分子では、鏡像異性体が必ず存在する（キ
キ ラルであるという）。一方で、不斉炭素をもたな
いプロパン酸は、分子内に対称面をもつため、鏡に映った分子は同一化合物（鏡に映らなくても重なる）でアキラルとなる。
鏡
H
H
*
HO C
H3C
HOOC
COOH
(S) - (+) - 乳酸
鏡
H
H3C C COOH
H
H
OH
CH3
(R) - (-) - 乳酸
不斉炭素ではない
対称面
*
C
CH3
CH3
C
C
COOH
HOOC
H
H
H
プロパン酸
プロパン酸
鏡像のように見えるが、
180度回転すると紙面上
でも重なる。
つまり、キラルではない
光 学活性とは p.180～181
●光
通常の光源は電磁波から成っており、光の進行の方向に対して直角な無数の面で振動している。しかし、通常の光の光束が偏
光子と呼ばれる装置を通過すると、単一面内を振動する光波のみが通過し、この光を平面偏光とよぶ。
平面偏光が、糖やショウノウのようなある種の有機化合物を含む溶液を通過すると、この平面偏光が回転される。このように、
平面偏光を回転させることのできる化合物を光学活性であるとよぶ。すべての有機化合物が平面偏光を回転させるわけではない。
偏光していない光
偏光
α
観測者
光源
偏光子
有機分子が入っている試料管
検光子
回転の大きさは、旋光計とよばれる装置を用いて測定でき、これにより方向（右向きか左向きか）も測定できる。このときの
回転角度を旋 光 度 とよぶ。観測者から見て、平面偏光を右向き（時計回り）に回転させる分子を右旋性（dextrorotatory）と
よび正の符号（＋）で、平面偏光を左向き（反時計回り）に回転させる分子を左旋性（levorotatory）とよび負の符号（̶）を
付ける。これより、例えば、（＋）-モルヒネは右旋性であり、（̶）-モルヒネは左旋性であると分かる。
26
●比
比 旋光度とは p.181～182
旋光計を用いると、その化合物がもつ光の回転の大きさを計算できる。
標準状態で、波長 589.6 nm(1 nm = 10 m)の光を用い、航路の長さ l を 1 dm (1 dm = 10 cm)の試料管、1 g/mL の試料
-9
濃度を C とするときに観測される回転角を、その化合物の比旋光度 [α ]D と定義する。589.6 nm の光はナトリウムの D 線で
あり、普通のナトリウムランプから放射される黄色い光である。
測定値 （度）
[]D =
光源の長さｌ(dm) × 濃度 C (g/mL)
=
ｌ×C
（例）1.20 g のコカインをクロロホルム 7.5 mL に溶かして、5.00 cm の光路の試料管に入れた。このときのコカインの
旋光度を測定したら、-1.3°であった（上式の測定値に相当し、これを旋光度という）。コカインの比旋光度はいくつか。
[]D =
-1.3
5.00ｌ10 × 1.2ｌ7.５
パ スツールの鏡像異性体の発見
●パ
= - 16.25 = - 16
有効数字より-16°と分かる
p.182-183
パスツールは酒石酸アンモニウム結晶の濃い溶液を 28℃以
COO-Na+
下で再結晶したところ、２種類の異なる結晶が沈殿すること
H
C
OH
HO
C
H
を見いだした。しかも、その２種類の結晶は、互いに鏡像の
関係にあり、ピンセットで注意深く分けたところ、右旋性の
結晶の山と、左旋性の結晶の山に分離できた。初めの試料は
COO-NH4+
光学不活性（右旋性と左旋性の１：１混合物）であったが、
酒石酸ナトリウムアンモニウム
分離したそれぞれの結晶の山の溶液は光学活性であり、その
非旋光度の数値は等しく、符号が反対であった。
パスツールがピンセットで分けた結晶の図。
この初めの試料は、鏡像異性体の１：１混合物（等量混合
物）はラセミ体とよばれ、同量の右旋性と左旋性で打ち消し
一方の結晶は溶液中で右旋性を示し、もう　一方は左旋性を示した。
あうため、旋光度は０°（平面偏光を回転しない）となるため、
しばしば（±）で表される。
●立体配置表示のための順位則
p.183-187
図を用いずに立体化学を表現するために、不斉炭素における置換基の三次元的配列、すなわち立体配置（configuration）を
正確に規定する表現（R, S）を使用する。まずは、そのために置換基順位を以下の手順に従って決定する。
（１）不斉炭素に直接結合している原子を比べる。直接結合している原子は４つあるので、原子番号が大きいものから優先順
位を１から４まで付ける。
（２）優先順位を（１）で決定できない場合は、最初の原子から２番目、３番目と原子番号に差が出るまで外に向かって比べ
ていく。
（３）多重結合については、結合数と同じだけ原子が結合しているものと見なす（これをレプリカ原子とよぶ）
以上のルールに従って、置換基順位を１～４まで決定したら、不斉炭素から４番目の原子を奥に見るようにして、他の３つの
置換基の優先順位１→２→３の位置関係を見て、それが右回り（時計回り）の場合を R 配置（ラテン語で右を意味する rectus
に由来）、左回り（反時計回り）の場合を S 配置（ラテン語で左を意味する sinister に由来）とする。
このように、R と S は反対の立体配置をもつことを意味するので、鏡像異性体（エナンチオマー）の関係にある。
（例１）
C*
F
①
ルール（１）
Br
H
①→②→③を見ると、
右回りなので、R 配置と決定！
原子番号は、Br ＞ Cl ＞ F ＞ H
④
Cl
①
Br
C*
H
F
①
Br
Cl ②
④
C*
H
F
③
Br
Cl ②
④
③
④を不斉炭素の奥になるように見る
27
C*
H
F
③
Cl ②
（例２）
H
HO
C*
H
CH3
④
H
HO
CH2CH3
C*
③C
ルール（２）
①
（C, H, H）
③ CH3
④
C* ② CH3
C
H
H
H
HO
CH2CH3
（H, H, H）
H
＞
②③を決定できない
H
ルール（１）
CH3
①→②→③を見ると、
左回りなので、S 配置と決定！
ここは同じなので、
原子番号は、 O ＞ C ＞ H
C* ②
CH2CH3
H
HO
①
次に結合している３原子すべてをみて、
最も原子番号が大きいもの比較する。
（例３）
ここは同じなので、
②③を決定できない
原子番号は、N ＞ C ＞ H
レプ
H
CH=CH2
C*
C*
④
H
H2N
CH2CH3
H
H2N
①
C
C
ルール（３）
CH2CH3
C
C
C*
C
H
H
H
H
CH3
C
C②
H
H2N
H
C
C
H
③ CH3
（C, H, H）
C
C
H
H
② CH=CH
①→②→③を見ると、
右回りなので、R 配置と決定！
④
H
H2N
（C, C, H）
H
＞
H
H2N
CH=CH2 ルール（１）
子
原
カ
リ
2
C* ③
CH2CH3
①
その他の多重結合の例
O
C
OH
O
C
C
O
OH
C
C H
C
C
C
C H
C
C
原子番号は、Br ＞ Cl ＞ F ＞ H
C*
F
①
ルール（１）
Cl
①
Br
③
C*
F
H
H
③
C*
F
H
④
Br
Cl ②
③
C*
F
H
④
Cl ②
④
④を不斉炭素の奥になるように見るので、
紙面の裏から手前側を見ることになる。
もう一つの考え方
①
①
Br
③
①
Br
Cl ②
N
C*
F
H
①
Br
④
Cl ②
④
単結合は回転可能！
120°ずつ右回転
C
C
N
N
C
①→②→③を見ると、
右回りのように思えるが、紙面の裏から
手前側を見ることになるので、実際には
左回りでS 配置と決定！
（例４）
Br
C
N
H
Cl
C*
Br
F
③
②
④を不斉炭素の奥に
見ることができた！
27
④
H
Cl
C*
F
③
②
①→②→③を見ると、
左回りでS 配置と決定！
●鏡像異性体（エナンチオマー）とジアステレオマー p.187～189
不斉炭素が２つ以上ある場合には、立体異性体がさらに多くなる。立体配置の決定法で分かったように、一つの不斉炭素には
R または S の表示が付けられる。したがって、２つの不斉炭素が存在するときには、以下の 4 つの組み合わせが考えられる。
(R , R )
(S , S )
(R , S )
(S , R )
R と S は反対の立体配置をもつので、鏡像異性体（エナンチオマー）の関係にあることから、上に組み合わせの内、
(R , R )
(R , S )
(S , S )
(S , R )
↔
↔
↔で示した関係は、鏡像異性体（エナンチオマー）の関係であることが分かる。しかし、
(R , R )
(R , R )
(S , S )
(S , S )
(R , S )
(S , R )
(R , S )
(S , R )
↔
↔
↔
↔
は全く逆の関係ではなく、一つの立体配置が異なっている関係である。このように、鏡像異性体（エナンチオマー）以外の立体
異性体のことをジアステレオマーという。ジアステレオマーは紙面上でも、鏡の中でも重なることのない立体異性体である。
鏡像異性体
鏡像異性体
鏡
鏡
1 COOH
H
2C
3
H
NH2
H2N
OH
HO
C
4 CH
COOH
H
C
C
COOH
NH2
C
H
H
C
HO
CH3
3
(2R, 3R)
H2N
H
H
CH3
(2S, 3S)
(2R, 3S)
COOH
H
C
C
OH
CH3
(2S, 3R)
ジアステレオマー
２-アミノヒドロキシ-３-ブタン酸の４つの立体異性体
●メソ体
p.189～191
不斉炭素が２つ以上ある場合、対称な分子の場合にはメソ体とよばれる同一分子が存在することになる。
例えば、酒石酸は 2 つの不斉炭素をもつため、一見、以下の示す４つの立体異性体を書くことができそうであるが、実際には、
右に示した(2R, 3S)と（2S, 3R）の立体配置をもつ２つの分子は同一（メソ体）である。したがって、酒石酸には立体異性体
は３種類しかない。
鏡像異性体
同一化合物（メソ体）
鏡
鏡
1 COOH
H
OH
HO
H
4 COOH
H
2C
3
HO
C
(2R, 3R)
COOH
H
C
H
C
H
OH
COOH
(2S, 3S)
COOH
OH
C
C
OH
COOH
(2R, 3S)
ジアステレオマー
酒石酸の立体異性体
28
HO
HO
COOH
H
C
C
H
COOH
(2S, 3R)
立体異性体に数えない。
180°回転すると左の化合物と
同一であることが分かる
1
H
1
COOH
OH
2R C
3S
3R
C
HO
OH
H
4 COOH
C
不斉炭素をもっているが、分子内に対称面を
持っており、対称面の上下で鏡像の関係に　なっているため、アキラルとなる。
どちらか片方の構造を書けばよく、両方書い
たら間違い（同一分子だから）
H
4 COOH
(2S, 3R)
(2R, 3S)
●Fischer 投影式
COOH
H
2S C
HO
p.460～462
エミール・フィッシャーは四面体の炭素原子を平面に投影する方法を考案した。これを Fischer 投影式とよぶ。
四面体の炭素原子は、Fischer 投影式においては２本の直交する線で表される。
水平の線は紙面の手前に向いており、垂直の線は紙面の裏側に向いている。
通常、縦軸に相当する Z と Y には炭素を含む置換基を書く。その際、より酸化度の大きい置換基を Z に置くのが好ましい書
き方である（例：COOH と CHO があれば、より酸化度の大きな COOH を Z の位置に書き、CHO は Y の位置に
書く）。
平面に押しつける
W
X
Z
C
Y
W
Z
C
Z
Z
X
W
Y
Y
通常、縦の軸には
炭素置換基を書く
W C X
X
Y
例えば、(R)-グリセロアルデヒドを Fischer 投影式で表すと、以下のようになる。
紙面
H
HO
CHO
C
紙面の手前に
向いている結合
CHO
H
CH2OH
C
OH
CHO
H
OH
CH2OH
CH2OH
紙面の裏側に
向いている結合
（R)-グリセロアルデヒド
二つ以上の不斉炭素をもつ分子では、炭素を次々と積み上げていくように書く。酒石酸（不斉炭素が２個）とグルコース（不
斉炭素が４個）の例を示す。
COOH
H
HO
H
OH
鏡
COOH
H
HO
COOH
(2S, 3S)-酒石酸
C
H
H
C
OH
COOH
OH
HO
H
H
HO
H
COOH
(2R, 3R)-酒石酸
COOH
HO
COOH
COOH
(2S, 3R)-酒石酸
COOH
COOH
H
C
OH
HO
C
H
HO
C
H
HO
C
H
COOH
COOH
29
CHO
H
HO
OH
H
CHO
H
C
OH
HO
C
H
H
OH
H
C
OH
H
OH
H
C
OH
CH2OH
グルコース
CH2OH
●多
多 数の不斉炭素をもつ場合
不斉炭素が１つの場合は、立体異性体は１組の鏡像異性体（エナンチオマー）となるので、２個である。不斉炭素が２つの場
合は、ジアステレオマーの項目で示したように立体異性体は最大で４個（２組の鏡像異性体）と考えることができる。このこと
から、ｎ個の不斉炭素が存在すれば、立体異性体の最大数は２ 個と分かる。
ｎ
（注）分子が対称構造をもつ場合はメソ体が存在するので、立体異性体の総数は減る。
例えば、コレステロールは以下の構造であり、分子内に８個の不斉炭素をもつので、立体異性体の最大数は２ ＝256 個であ
８
るが、天然ではこのうちの１つだけが作られている。同様に、モルヒネは分子内に５個の不斉炭素をもつので、立体異性体の最
大数は２ ＝6４個となる。
５
H3C
H3C
H3C
HO
*
H
*
*
H
*
H
CH3
* *
*
H
HO
H
CH3
*
H
H
O
OH
* * *
* H
*
N
H
H3C
コレステロール
モルヒネ
立 体化学の重要性
●立
立体化学を考えることが、何故重要なのだろうか。
異なる立体化学をもつ薬が作用する受容体（レセプター）がキラルである場合、左側の分子受容体にピッタリとはまるが、右
側の分子では受容体と適合できない部分が発生する。つまり、作用を十分に発揮できないのである。それだけなら、大きな問題
ではないが、適合できない分子が他の受容体に作用して副作用を引き起こす場合がある。
鏡像異性体（立体異性体）
C
C
受容体 (レセプター)
適合しない
受容体 (レセプター)
この様な研究が十分になされていなかった 1957 年にサリドマイド（妊婦のつわりを軽減する催眠剤）という薬がラセミ体と
して市場に出た際に、薬の副作用として多くのアザラシ肢症（手足の発達が不十分）の子供が生まれた。被害者は 3900 名（死
産を加えると 5800 名と推定）にのぼった。1961 年に販売中止となり、後の研究で (S)-体には催眠作用が、(R)-体には催奇性
を引き起こす副作用があったと報告されたが、ラセミ化しやすい化合物であるため、詳細は未だに不明である。
この後から、不斉炭素をもつ薬については、それぞれの立体異性体について、十分なデータを得てから薬として承認されると
いう手順がなされ、薬の安全性が確かめられている。
鏡
O
O
H
*
O
O
O
NH
HN
O
O
(S)-サリドマイド
睡眠作用
H
*
O
(R)-サリドマイド
催奇性
30
鏡
6R 5R
H CH3
*
CH3
COOH
H3C H
HOOC
O
CH3
H3C
O
CH3
(S)-イブプロフェン
鎮痛抗炎症作用
鎮痛抗炎症作用
CH3
N *
CH3
H COOH
**
O
ペニシリンＶ
抗生物質
(R)-イブプロフェン
>>
H H H
N
S
2S
風邪薬としても知られる、イブプロフェンは(S)-体の方が(R)-体に比べて鎮痛抗炎症作用が強いことが分かっている。ペニシ
リン V（微生物が生産する抗生物質）は３つの不斉炭素（８個の立体異性体が考えられる！）を有するが、微生物が作り出すの
はそのうちの一つの立体異性体のみである。
●立体異性体の性質のまとめ（酒石酸を例に）
p.190
立体異性体間での性質の違いを理解しておこう。鏡像異性体（エナンチオマー）は鏡に映った関係の分子同士であるから、平
面偏光を回転させる向き（旋光度の符号）以外の物理的、化学的性質は全て同じである。エナンチオマーとジアステレオマーは
平面でも鏡の中でも重ならないので、物理的、化学的性質ともに異なる。ラセミ体は、エナンチオマーの等量混合物であり、エ
ナンチオマーだけの性質とは異なる。
酒石酸の立体異性体の性質
COOH
H
HO
OH
H
融点（℃）
HO
H
COOH
COOH
COOH
H
H
OH
H
OH
H
OH
HO
OH
H
+
H
HO
H
OH
COOH
COOH
COOH
COOH
COOH
(2R, 3R)
(2S, 3S)
(2R, 3S)
(2R, 3R)
(2S, 3S)
光学活性（キラル）
旋光度（度）
COOH
光学活性（キラル） 光学不活性（アキラル）
光学不活性（アキラル）
+12
-12
0
0
146～148
206
168～170
168～170
密度（g/cm3）
1.7598
1.7598
1.6660
1.7880
水への溶解度
（g/100mL水）
139.0
139.0
125.0
20.6
鏡像異性体（エナンチオマー）
旋光度の符号以外はすべて同じ
メソ体
メソ体は鏡像異性体とは
ジアステレオマーの関係
であり、性質は異なる
31
ラセミ体
鏡像異性体の等量混合物なので、
鏡像異性体自身とは性質は異なる