입체화학

3. 이성질체의 종류

이성질체는 크게 구조 이성질체와 입체 이성질체로 나뉜다. 구조 이성질체는 분자식은 같지만 원자의 연결 방식(구조식)이 다르며, 입체 이성질체는 분자식과 구성 원자의 연결 방식은 같지만, 원자들의 공간적 배열이 다르다. 입체 이성질체는 다시 기하 이성질체, 디아스테레오머, 에난티오머(광학 이성질체)로 분류된다.

입체 이성질체의 원인이 되는, 일반적으로는 비가환적인 원자의 공간적인 배치를 입체 배치라고 한다. 또, 상온에서 쉽게 변환할 수 있는 공간 배치를 입체 배좌라고 한다.

3. 1. 구조 이성질체

3. 2. 입체 이성질체

비대칭 중심이 n개 있을 경우, 그 화합물의 이성질체는 2ⁿ개가 생성되며, 그중 두 가지를 선택했을 때 각각의 관계는 디아스테레오머, 에난티오머 또는 메소체의 관계가 된다. 광학 이성질체를 2차원 평면에서 나타내려면 투영식을 사용하며, 광학 이성질체끼리는 'RS' 또는 DL과 같은 명명법을 사용하여 표기한다.

3. 2. 1. 기하 이성질체

기하 이성질체는 부분입체 이성질체 중 특히 구성 원자와 결합 관계는 같으나 공간적인 구조가 달라서 보통의 조건에서는 서로 변환이 가능하지 않은 이성질체를 말한다. 이중 결합을 가지고 있는 물질의 E-와 Z-, 정팔면체형 착물의 ''cis''-와 ''trans''- 등의 예가 있다. 시스-트랜스 이성질체는 종종 알켄의 이중 결합과 관련이 있다.

cis-펜트-2-엔		trans-펜트-2-엔

보다 일반적인 ''E''/''Z'' 명명법은 ''cis''/''trans'' 이성질체 개념을 나타내며, 보다 복잡한 화합물에 특히 유용하다.

(Z)-1-브로모-1,2-디클로로에텐		(E)-1-브로모-1,2-디클로로에텐

3. 2. 2. 디아스테레오머

부분입체이성질체란 여러 개의 입체 중심을 가지는 화합물 중에서 서로 거울상이 아닌 이성질체를 통틀어 이르는 말이다. 예를 들어, 2개의 입체 생성 중심 탄소를 가지는 화합물에서 RR과 RS의 관계를 말한다. 경우에 따라 erythro/threo, syn/anti 등의 용어를 사용하기도 한다. 한편, 2개 이상의 부제탄소를 지니는 화합물의 경우에도, 분자 내에 대칭면이 존재하면 광학 활성을 보이지 않는데, 이러한 화합물을 메조 화합물이라고 부른다. 부분입체 이성질체 중에서 특히 한 곳만 입체 배열이 달라지는 것들을 에피머라고 하며, 에피머가 되는 것을 에피머화라고 한다. 또한, 당 화합물에서는 아노머가 생성된다.

^[1]

^[2]

3. 2. 3. 에난티오머 (광학 이성질체)

거울상이성질체(광학 이성질체)는 서로 거울상 관계에 있는 이성질체이다. 하나의 비대칭 탄소 원자를 가진 경우, ''R''체와 ''S''체가 거울상이성질체이고, 두 개의 비대칭 탄소 원자를 가진 화합물에서는 ''RR''체와 ''SS''체가 거울상이성질체가 된다. 거울상이성질체는 카이랄하며, 광회전도를 제외한 물리적 성질은 완전히 같기 때문에, 분리하려면 특수한 방법이 필요하다.

한 쌍의 거울상이성질체의 등량 혼합물을 라세미체라고 한다. 이것은 전혀 광회전성을 나타내지 않지만, 어느 한쪽의 거울상이성질체가 많으면 광학활성체가 된다. 화학 합성에서 어느 한쪽의 거울상이성질체만을 합성하는 것을 비대칭 합성이라고 하며, 그 입체선택성은 거울상이성질체 과잉률로 평가된다.

4. 입체 배열과 입체 배좌

입체배열은 일반적인 조건에서 비가역적인 구조의 차이를 의미하며, 입체 이성질체의 기본이 된다.

입체배좌는 원자단의 상대적인 입체 배열을 의미하며, 단일 결합 주위의 회전처럼 자유롭게 변화한다. 상대적인 위치 관계에 따라 단일 결합 주위에서는 고우슈·에클립스·스태거드·안티(트랜스)가 있으며, 시클로헥산과 같은 평면에 대해서는 액시알·에콰토리알로 구분한다. 클람 규칙에 따라 반응성을 논할 때 중요하다.

5. 입체화학의 결정법

단순한 유기화합물의 경우, NMR로 거의 완벽하게 입체화학을 결정할 수 있다. 최근에는 모셔법 등의 발전으로 절대배열도 결정할 수 있게 되었다. 그러나 현재로서는 단결정을 만들어 X선결정구조분석을 하는 것이 가장 확실하다.^[1]

6. 입체화학의 중요성

분자를 구성하는 원소의 종류와 수를 나타내는 분자식이 같더라도, 원자 간 결합의 종류나 방향, 즉 분자 구조가 다르면 전혀 다른 성질을 가진 분자가 된다. 이처럼 같은 분자식이지만 구조가 다른 것을 이성질체라고 하며, 어떤 분자가 이성질체로 변화하는 것을 이성질화라고 한다.

이성질체에는 크게 구조 이성질체와 입체 이성질체가 있다. 입체 이성질체는 다시 기하 이성질체, 디아스테레오머 및 광학 이성질체(거울상 이성질체)로 나뉜다.

일반적으로 비가환적인 원자의 공간적인 배치를 입체 배치라고 하며, 상온에서 쉽게 변환될 수 있는 공간 배치는 입체 배좌라고 한다.

입체화학은 특히 의약 분야에서 중요한데, 탈리도마이드 사건이 대표적인 예시이다. 탈리도마이드는 임산부의 입덧 치료제로 사용되었으나, 기형을 유발하는 것으로 밝혀졌다. 이처럼 의약품의 입체화학적 특성은 매우 중요하며, 엄격한 시험을 통해 안전성을 확보해야 한다.

6. 1. 칸-잉골드-프렐로그 우선순위 규칙

6. 2. 탈리도마이드

6. 3. 기타 의약품

참조

_[1] 서적 Basic Organic Stereochemistry
_[1] 서적 Organic Stereochemistry: Guiding Principles and Biomedicinal Relevance
_[1] 서적 Organic Stereochemistry: Experimental and Computational Methods
_[1] 서적 Stereochemistry and Stereoselective Synthesis: An Introduction
_[2] 웹사이트 the definition of stereo- http://dictionary.re[...]
_[3] 서적 Stereochemistry of Organic Compounds Principles and Applications New Delhi: New Age International
_[4] 논문 Intorno all'azione del percloruro di fosforo sul clorale https://books.google[...] 1869
_[5] 논문 Chiral Toxicology: It's the Same Thing…Only Different 2009-05-04
_[6] 논문 Biomedical aspects of chiral molecules 2004-07-31
_[7] 논문 Specification of Molecular Chirality 1966-04
_[8] 논문 Mechanism of action in thalidomide teratogenesis 2000-06
_[9] 논문 Clinical pharmacokinetics of thalidomide
_[10] 논문 Urban legends of chemistry