四面体型中間体
四面体型中間体(しめんたいがたちゅうかんたい)もしくは四面体中間体(英語: Tetrahedral intermediate、TI)は炭素原子の周りで結合の組み換えが起こり、二重結合を持つ平面三角形の炭素が四面体型のsp炭素に変わるときに生成する反応中間体である。四面体型中間体はカルボニル基への求核付加によって炭素-酸素結合のπ結合が切れて生成する。四面体型中間体の安定性は新しいsp炭素に結合している、負電荷を持った脱離基の脱離能に依存する。もし元から結合していた基と新しくカルボニルに結合する基の両方が電気的に陰性である場合、四面体型中間体は不安定である。四面体型中間体はエステル化やエステル交換反応、エステルの加水分解、アミドやペプチドの合成や加水分解、ヒドリド還元などの反応で鍵となる中間体であるため、これらの反応を扱う有機合成や生物学系(英語版)できわめて重要である。
四面体中間体は一時的に生成し、不安定なのですぐに変化してしまうものが多いが、この形をもつ多くの化合物が知られている。アルデヒドやケトンおよびそれらの誘導体は、グリニャール試薬やヒドリドイオン(H)が付加する際に安定で観測可能な四面体型中間体をつくることがよくあるがカルボン酸誘導体の場合はそうではない。カルボン酸誘導体と同レベルまで酸化されている炭素に結合している置換基、すなわちORやOAr(エーテル)、NR2やClなどはカルボニル基と共役しているため、同じカルボニル構造をもつアルデヒドやケトンに比べカルボニル基への求核付加が熱力学的に不利になる。すなわちこれらの基を含む四面体型中間体は不安定である。 安定なカルボン酸誘導体の四面体型中間体は、以下の4つのうち少なくとも一つの特徴を持っている。
多環構造(例:テトロドトキシン) テトロドトキシン
強い電子求引性基がアシル炭素に結合している化合物 (例:N,N-ジメチルトリフルオロアセトアミド)
カルボニル基と共役しにくい電子供与性基を含む化合物(例: シクロール)
硫黄原子がアノマー中心に結合している化合物(例: S-アシル化-1,8-ナフタレンジチオール)
これらの化合物は四面体型中間体がカルボニル化合物に分解する反応における速度論を研究するために、中間体のIRやUV、NMRの吸収スペクトルを取るために用いられる。
タンパク質に結合している溶媒和した配位子はいくつかの立体配座が混じった平衡混合物になっていると考えられている。溶媒和したタンパク質も同様にいくつかの配座の平衡混合物になっている。タンパク質と配位子の錯体形成には、配位結合の位置を決める溶媒分子の置換も含まれており、溶媒和錯体が形成される。これがエントロピー的に好ましくないため、エンタルピー的に理想的なタンパク質と配位子の接触では、エントロピーは小さくならざるを得ない。標的のタンパク質に関する新しい配位子のデザインは、すでに知られている配位子の修正をベースに設計される。プロテアーゼはペプチド結合の加水分解を触媒する酵素である。これらのタンパク質はペプチドの加水分解反応で遷移状態にある四面体型中間体を認識し、結合するように進化してきた。ゆえに、主なプロテアーゼ阻害剤は四面体型中間体に擬態し、アルコールやリン酸基をもつ物質である。これらの阻害剤の例としてサキナビル、リトナビル、ペプスタチン(英語版)などが挙げられる。