RS配置、優先順位のつけ方

前回のZ配置やE配置、優先順位のつけ方ではZ配置やE配置を見ました。今回はRS表示について見ていきたいと思います。

今回も立体空間把握能力が問われます(笑)

RS表示

メタンCH4のように、炭素原子についている原子が水素だけならば、どの水素も変わりなく1つだけのメタンに落ち着きます。

しかし炭素についている原子が全て違う時には、1つに定まりません。例えばアラニンを見てみると、以下の2つが考えられます。

このような時に使われるのがRS表示です。前回のZ配置やE配置を決める時に使った優先順位のルールに則り、炭素原子についているその他の原子に優先順位をつけます。優先順位の④番目を奥に置いたときに、残りの①、②、③が時計回りならR配置となります。逆に①、②、③が反時計回りならS配置となります。

どっちがどっちか混乱してしまう人は、R配置は右回りなのでRをright(右)と強引に覚えましょう。消去法で反対はS配置と覚えられます。

これも習うより慣れよなので、早速例題を見ていきましょう。

例題1

次の化合物の不斉炭素はR配置かS配置か答えよ。

まず右側の炭素のまわりを優先順位をつけると反時計回りになるのでS配置となります。

次に左側の炭素のまわりの優先順位をつけると反時計回りになりますが、注意するべきは④番目の水素が手前にあることです。RS表示は④番目を奥に置いたときに、残りの①、②、③で決めるというルールですので、反時計回りは逆の時計回りとなります。気になる方は実際に④番目を奥に回転させて試してみてください。よってR配置が答えとなります。

例題2

次の化合物の不斉炭素はR配置かS配置か答えよ。

今度はFischer投影式のパターンです。

それぞれの優先順位をつけると以下のようになりますが、両方の炭素とも先ほどのように④番目の水素が手前に向いているため注意が必要です。

よって上の炭素がR配置、下の炭素がS配置となります。

例題3

次の化合物の不斉炭素はR配置かS配置か答えよ。

今度はNewman投影式のパターンです。

ここまでくると頭の中でできる方はいいですが、できない方はいったんFischer投影式に戻した方が間違えません。少し回転させて書き換えると以下のようになります。

それぞれ優先順位をつけていくと、上の炭素がR配置、下の炭素がS配置となります。

まとめ

不斉炭素に優先順位をつけて、④番目を奥に置いたときに時計回りがR配置、反時計回りがS配置。

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有機化合物の命名法、ケトン: ケトンの官能基はC=Oであり、アルカン(alkane)、アルケン(alkene)、アルキン(alkyne)これらのeを省略してオン(one)をつけて命名します。ケトンの命名法はC=Oの炭素を含む母体鎖にオンをつけます。
有機化合物の命名法、アルデヒド: アルデヒドの官能基はCHOで、アルカン(alkane)、アルケン(alkene)、アルキン(alkyne)これらのeを省略してアール(al)をつけて命名します。環状の場合は環の名称の後にカルボアルデヒド(carbaldehyde)をつけて命名します。
ケトンやアルデヒドの反応1、水やアルコールの付加: アルデヒドやケトンと水の求核付加反応ではヒドレートができます。アルデヒドやケトンとアルコールの求核付加反応ではヘミアセタールやアセタールができます。
ケトンやアルデヒドの反応2、Grignard(グリニャール)試薬との反応: アルデヒドやケトンにGrignard(グリニャール)試薬を反応させると、炭素結合を伴った還元反応が起こります。アルデヒドやケトンとLiAlH4、NaBH4などの還元剤では純粋な還元反応が起こります。
ケトンやアルデヒドの反応3、aldol(アルドール)反応とMichael(マイケル)付加反応: aldol(アルドール)反応は2分子同士で反応が起こり、β-ヒドロキシアルデヒドやβ-ヒドロキシケトンができます。Michael(マイケル)付加反応は1,5-ジカルボニル化合物ができます。
ケトンやアルデヒドの反応4、ハロゲン化とアルキル化: アルデヒドやケトンのハロゲン化は酸性条件か、塩基性条件によって生成物が異なります。エノラートイオンは、ハロゲン化アルキルとSN2反応を起こしてα位をアルキル化できます。
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sp3混成軌道、sp2混成軌道、sp混成軌道の考え方: sp3混成軌道、sp2混成軌道、sp混成軌道を考える時にはスピンを理解する必要があります。sp3混成軌道、sp2混成軌道、sp混成軌道のそれぞれの結合角を理解することで正しい構造式を描けます。
sp3混成軌道、sp2混成軌道、sp混成軌道例題編: sp3混成軌道、sp2混成軌道、sp混成軌道の例題として、メチルカチオン、メチルアニオン、三フッ化ホウ素、アンモニア、プロパジエンを見ていきます。sp3混成軌道、sp2混成軌道、sp混成軌道を考える時は、電子の数と腕の数に注意しましょう。
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立体異性体、エナンチオマーとジアステレオマー: 立体異性体にはエナンチオマーやジアステレオマーがあります。エナンチオマーは鏡像異性体とも呼ばれ、鏡を映したときの実像と鏡像の関係のものをいいます。エナンチオマー以外の立体異性体をジアステレオマーといいます。
Fischer投影式の考え方: Fischer投影式は、上下を奥に、左右を手前にあるものとして構造式を描く方法です。Fischer投影式の考え方としては、上下左右を回転させて合わせてから書く必要があります。
Newman投影式の考え方: Newman投影式は炭素ー炭素結合軸に沿って見たとき手前側の方をY、奥側の方を〇にYで表す方法です。Fischer投影式、Newman投影式が苦手な人は紙に1つずつ書いていけば大丈夫です。
ねじれ形配座(アンチ形とゴーシュ形)と重なり形配座の安定性: ブタンにおいて安定性は、ねじれ形のアンチ形＞ねじれ形のゴーシュ形＞重なり形となります。基本的に空いているところにメチル基がある方が安定となります。
Z配置やE配置、優先順位のつけ方: 二重結合を挟んで優先順位をつけたとき、高いものが同じ側にあればZ配置、二重結合を挟んで優先順位が高いものが反対側にあればE配置となります。
キラルとアキラル、光学活性と不斉炭素の関係: 分子内に対称面を持たず、その分子の鏡像に重ね合わせることのできない場合をキラルと言います。単一のキラルな化合物は光学活性です。鏡像と重ね合わせることができる場合をアキラルと言います。
ラセミ体とメソ体はどちらも光学不活性: ラセミ体は、エナンチオマーの等量混合物を言います。メソ体は不斉炭素があるけれども、分子内対称面を持つものを言います。メソ体もラセミ体も光学不活性です。
ひずみとシクロヘキサン、アキシアルとエクアトリアル: 結合角ひずみ、ねじれひずみ、立体ひずみなどが生じるため、シクロアルカンの中で最も安定なのはシクロヘキサンです。シクロヘキサンの場合、アキシアルよりエクアトリアルの方が安定。
アルケンの反応1、syn付加とanti付加: アルケンの平面に対して両方とも同じ面に結合するのをsyn付加といいます。アルケンの平面に対してそれぞれ別の麺から結合するのをanti付加といいます。
電子求引基と電子供与基、カルボカチオンとカルボアニオンの安定性: カルボカチオンは電子供与基がつくと安定化し、電子求引基がつくと不安定となります。カルボアニオンは電子求引基がつくと不安定化し、電子求引基がつくと安定化します。
アルケンの反応2、マルコフニコフ則とカルボカチオン: アルケンにHXが結合する時にHは水素が多く結合している炭素にくっつくことをマルコフニコフ則と言います。逆マルコフニコフ則ではHは水素が少ない方に結合します。
アルケンの反応3、アルコールの作り方: アルケンのヒドロホウ素化-酸化ではsyn付加かつ逆マルコフニコフ則でアルコールが作れます。オキシ水銀化-還元法ではanti付加かつマルコフニコフ則でアルコールが作れます。
アルケンの反応4、アルデヒドやカルボン酸の作り方: オゾン酸化でオゾニドを作り、その後ジメチルスルフィドを用いた場合、アルデヒドやケトンが得られます。過マンガン酸カリウム酸化は徹底的に酸化して酸性条件ではカルボン酸まで作ることができます。
ブタ-1,3-ジエンへのハロゲン化水素の付加: ブタ-1,3-ジエンはs-trans配座の方が安定です。ブタ-1,3-ジエンへのハロゲン化水素の付加はマルコフニコフ則や共鳴などにより2つの可能性があり、温度によって生成物が異なります。
アルケンの反応5、Diels-Alder(ディールズアルダー)反応: Diels-Alder(ディールズアルダー)反応の共役ジエンはs-cis配座が関わります。Diels-Alder(ディールズアルダー)反応はエンド則に一般的には従ったものができます。
アルキンの反応1、アルキル化反応: カルボアニオンの安定性は、アルキン＞アルケン＞アルカンとなります。アルキンに強塩基を反応させることで、カルボアニオンを作り、第一級ハロアルカンに反応させることでSN2置換反応が起こりアルキル化反応が起こります。
アルキンの反応2、Lindlar(リンドラー)触媒による接触水素化とBirch(バーチ)還元: Lindlar(リンドラー)触媒による接触水素化ではアルキンからシス体のアルケンが得られます。Birch(バーチ)還元ではアルキンからトランス体のアルケンが得られます。
芳香族の反応1、求電子置換反応、ニトロ化、スルホン化、ハロゲン化: ベンゼン環はsp2混成軌道でできていて、π電子が共鳴により非局在化しています。芳香族の求電子置換反応は、求電子試薬が付加して、その後水素が離脱する反応が起こります。
芳香族の反応2、Friedel-Crafts(フリーデルクラフツ)反応: Friedel-Crafts(フリーデルクラフツ)反応アルキル化やアシル化を用いることで、ベンゼン環にアルキル基やアシル基などの炭素鎖を導入することが可能となります。
オルト、パラ(o、p)配向性、メタ(m)配向性: 求電子置換反応において、初めの置換基から以下い順に、オルト(o)、メタ(m)、パラ(p)と言います。電子供与基やハロゲンはオルト、パラ(o、p)配向性、不飽和結合カチオンはメタ(m)配向性となります。
ピリジンとピロール、ベンゼンとの反応性の違い: 電子密度の違いから反応性は、ピロール＞ベンゼン＞ピリジンとなります。ピリジンは3位、ピロールは2位に求電子置換反応が起こります。
芳香族の反応3、求核置換反応とsandmeyer(ザンドマイヤー)反応: 陰イオンや非共有電子対などで電子過剰のものを求核試薬といいます。窒素が離脱しやすいベンゼンジアゾニウム塩を利用したsandmeyer(ザンドマイヤー)反応を用いることで、様々な置換基をベンゼンに導入することができます。
ハロゲン化アルキル、SN1反応とSN2反応: SN1反応は律速段階は反応基質のみに依存し、ラセミ化しやすく、第三級カルボカチオンが有利です。SN2反応は律速段階は反応基質と求核試薬に依存し、立体反転しやすく、第一級カルボカチオンが有利です。
E1反応とE2反応、saytzeff(ザイチェフ)則とは: E1反応の律速段階は反応基質にのみ依存し第三級カルボカチオンの方がE1反応が起こりやすいです。E2反応の律速段階は反応基質と試薬の2つに依存し、saytzeff(ザイチェフ)則に従い、かつanti脱離で反応が起こります。
酸性度と共役塩基: 共役塩基が安定であるほど酸性度は高くなります。一般的に酸性度の強さは無機酸＞ピクリン酸＞カルボン酸＞炭酸＞フェノール＞チオール＞水＞アルコールとなります。

RS配置、優先順位のつけ方