プロキラリティー

プロキラリティーの理解

プロキラリティー（prochirality）とは、有機化合物の立体化学的性質の一つです。この概念は、ある化合物がキラリティーを有しないにもかかわらず、特定の付加反応や置換反応を通じて、瞬時にキラルな化合物へと変化することを示しています。プロキラリティーは、キラリティーに至る前のステップであると言えます。この特性を持つ化合物は「プロキラル」（prochiral）と呼ばれることもあり、この用語は同じ概念を表す形容詞として使われています。

プロキラル中心炭素

プロキラリティーには、特定の反応点を持つ炭素原子が関与しています。このような炭素原子は「プロキラル中心炭素」と称され、主に二つのタイプに分けられます。1つ目は、付加反応の結果としてキラル中心となる平面三角形型炭素（sp2型炭素）で、もう1つは、置換反応によってキラル中心に変わる四面体型炭素（sp3型炭素）です。

平面三角形型炭素のプロキラリティー

例として、アセトフェノン（メチルフェニルケトン）を取り上げます。そのカルボニル基に水素が付加される水素化反応を考えます。アセトフェノン自体はアキラル（キラルでない）ですが、その反応生成物である1-フェニルエタノールは不斉炭素を持ち、キラルな化合物です。つまり、アセトフェノンはプロキラルであり、その水素化反応においては、プロキラル中心であるsp2型カルボニル炭素に対して、どちらの面から水素が付加されるかによって生成物のキラリティ（RかSか）が決まります。この選択性は「面選択性」と呼ばれます。

面選択性に関連して、プロキラル面の裏表はそれぞれRe面（Re-face）およびSi面（Si-face）と呼ばれます。具体的な表記方法は、まずプロキラル中心炭素とその結合置換基を描き、その優先順位をCIP則に基づいて決定します。もしも1番目、2番目、3番目の置換基が時計回りで配置されていると、問題の面はRe面とされ、反時計回りの場合はSi面とされます。この方法により、どのような化学種が付加されるかに関わらず、面の名前は明確に決定できます。

ヘテロトピック性

プロキラル面において、裏表のどちらかに反応を起こし、生成物がエナンチオマーの関係にある場合、このプロキラル面は「エナンチオトピック面」と呼ばれます。一方で、ジアステレオマーが形成される面は「ジアステレオトピック面」とされます。これら2つの性質を総称して、「ヘテロトピック性」と呼びます。逆に、反応面に対する裏表いずれに反応の付加があっても同じ化合物が得られる場合、その面は「ホモトピック面」と称されます。

四面体型炭素のプロキラリティー

4つの置換基を持つsp3型炭素の例を考えます。もしCX2YZの形を持つ場合、この炭素は光学活性中心とはなりませんが、Xの一つが別の置換基Wに置き換わると、CWXYZの形となり光学活性中心が生じます。この際にもその炭素はプロキラル中心と見なされます。

CX2YZの炭素上に存在する2つの同じ置換基Xについて、優先順位をCIP則に基づいて定め、どちらかをより高い優先順位として仮定してキラリティをRまたはSに分類します。この場合、R体ならばそのXを「pro-R」とし、S体なら「pro-S」と呼びます。

ヘテロトピック性に関しても、同様にCX2YZ上でどちらかを新しい置換基と置き換えた場合、二つのXはエナンチオトピックな関係と見なされます。また、ジアステレオマーの場合にはジアステレオトピックな関係になることがあります。このように、NMRスペクトル上で観測できることがあるため、非常に興味深い現象です。

参考文献

Juaristi, E. Introduction to Stereochemistry and Conformational Analysis, WILEY, 1991.

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