有機化学

12. 官能基 12.1. 骨格構造 12.1.1. アルカン、アルケン、アルキン CnH2n+2 と表される一連の炭化水素はアルカンと呼ばれる。 図 図 図 図 12.1-1 ブタンブタンブタン ブタン アルカンは最も安定で、反応性が低い。理由は C と H とでは、電気陰性度の差 が小さく、求核、求電子反応もおきにくい上、両者が共有結合で結びついてい るからである。 (a)Staggered (b)eclipsed 図 図 図 図 12.1-2 エタンとその立体配座エタンとその立体配座エタンとその立体配座 Conformation エタンとその立体配座 C-C 結合は、水素が重なった構造(b)よりも(a)の構造の方が少し安定であるが、 （１２ｋJ/mol）室温ではほぼ自由回転している。

図 図 図 図 12.1-3 ブタンの立体配座（アンチとゴーシュ）ブタンの立体配座（アンチとゴーシュ）ブタンの立体配座（アンチとゴーシュ） ブタンの立体配座（アンチとゴーシュ） ブタンの場合には、同じねじれ方でもメチル基が重なるゴーシュよりもアンチ の方が安定である。 一方１つが２重結合になると自由な回転が束縛される。そして、sp2 混成軌道 をとることから、平面構造をしている。 図 図 図 図 12.1-4 ブテンブテンブテン ブテン (シスとトランスシスとトランスシスとトランスシスとトランス) 真ん中の C-C に 2 重結合をもつブテンにはメチルの位置が二通り存在し、同じ 方向を持つ Cis 型と逆方向の Trans 型の異性体がある。 問 問 問 問 12.1-1 ６６６つ６つつ C4H8 とかける化学種があるつ とかける化学種があるとかける化学種があるとかける化学種がある。。。 。 E,Z 表示というのがある。2 重結合の炭素についた優先順位を決めて、優先順位 の高いものが同じ側にあるときに Z といい、逆にあるときに E という。 Cis

butene は Z-butene であり、trans は E-butene である。

2 重結合は反応性がある。たとえば、触媒存在下で水素と反応し、対応するア

ルカンになる。

+

H2

2 重結合は電子がたくさんあるから、電子を求める（たとえばハロゲンとか）

+

HCl Cl 3 重結合も同じ傾向を示す。 12.1.2. シクロとベンゼン環 図 図 図 図 12.1-5 シクロブタンシクロブタンシクロブタン シクロブタン ブタンが重なり型をとると末端 C-C が 2.84A まで近づき、水素が無くなると、 環を作る。このときにシクロアルカンと呼び CnH2n の一般式をもつ。一般には ひずみが大きく、不安定であるが、C6H12 はひずみが最も小さい。 問 問 問 問 12.1-2 ６つ６つ６つ C4H8 とかける化学種がある。６つ とかける化学種がある。とかける化学種がある。とかける化学種がある。 さて、C6H12 から 6 つ水素が抜けると、ベンゼンができる。これは、π軌道が 全体に広がり、平面型である。

ベンゼン環を芳香環と呼ぶ。ベンゼン環の水素がメチルに置き換わったものを トルエン、2 コ置き換わったものをキシレンと呼ぶ。 CH3 CH3 CH3 また、ベンゼン環がつながったものをナフタレン、アントラセンと呼ぶ。

12.2. 含酸素化合物 酸素を含む化合物は含酸素化合物と呼ぶ。酸素は電気陰性度が大きいので、電 子を引きつける 12.2.1. アルコール、ケトン、アルデヒド、酸 メタンの水素一個を OH で置き換えるとメタノールになる。OH 基を水酸基 という。アルコールの大事な性質は、水素結合である。これは OH と別の分子 の OH が結合を作る。 メタノール また、OH の H は外れる場合がある。特にベンゼン環にくっついた OH 基(フェ ノールの OH)はプロトンとして外れ、酸性を示す。 アルコールの反応性 アルコールの反応性 アルコールの反応性 アルコールの反応性として 2 つある。 まず、また、OH と C が切れる脱水反応がおこることがある。 OH

+

H₂O このときには、酸や塩基が触媒となる。 もう一つは O-H が切れて、脱水素される反応である。 OH _O + [Ox} H [Ox] + 2 [H-Ox] この場合には、アルコールが酸化され、次で述べるアルデヒドを作る。 酸化触媒や塩基触媒、金属でおこることが知られている。 糖は OH を多数持つものである。 OHC CH2OH OH _OH OH OH グルコース

アルデヒド、ケトンとカルボン酸 アルデヒド、ケトンとカルボン酸 アルデヒド、ケトンとカルボン酸 アルデヒド、ケトンとカルボン酸

アルコールは酸化されてケトンやカルボン酸になる。

C2H5OH
CH3CHO
CH3COOH

O ケトン H O アルデヒド OH O カルボン酸 酸素と結びついた炭素は一般に酸素に電子を吸い取られ、+になる。 カルボン酸では、OH からこの炭素が電子を引っ張るので、カルボン酸の OH は酸性を示す。 OH O OH O O O 又 H3C-C=O の CH は、プロトンとして、切れやすい。これは、

のような形となり安定化するためである。 のような形となり安定化するためである。 のような形となり安定化するためである。 のような形となり安定化するためである。 C H₂ O -をエノラートという すると、２ すると、２ すると、２ すると、２つのアルデヒドが下の形で反応することがある。これをアルドールつのアルデヒドが下の形で反応することがある。これをアルドールつのアルデヒドが下の形で反応することがある。これをアルドールつのアルデヒドが下の形で反応することがある。これをアルドール 縮合 縮合 縮合 縮合という。という。という。という。 C H3 O + C H3 O _HC 3 O OH C H3 O ₊ H2O エステル、エーテル、複素環 エステル、エーテル、複素環 エステル、エーテル、複素環 エステル、エーテル、複素環 酢酸とアルコールが反応するとエステルを与える。 CH3COOH+C2H5OH
CH3COOC2H5 アルドール クロトンアルデヒド

O O をエステル結合とよぶ。 エステルはいいにおいがする。２個の酸素とついている炭素はプラスになって いるので、求核置換反応を起こしやすい 12.3. 窒素 12.3.1. アミン、ピリジン NH3 の H の変わりに CH3 が入るとメチルアミンと呼ぶ.CH3NH2. また、ベンゼン環の一つの C-H が置き換わったものをピリジンと呼ぶ。ピリジ ンは塩基性を示す。 N ピリジン

+

H+ N H₊ N ベンゼン環にアミン基が置換したものをアニリンとよぶ。 NH₂ アニリン アニリンは塩基であるが、メチルアミンはかなり弱い塩基になる。 一方、5 員環に 1 つの窒素やベンゼン環が 2 つの窒素に置き換わったものをピ ロール、ピペリジンと呼ぶ。 H N ､ N N

生物では、こうした、窒素を含む芳香環は生物特に DNA や RNA に含まれるし、 生物活性がある。 N N N H N （プリン） N N CH3 （ニコチン） N N _O CH3 CH3 O N N H₃C カフェイン アミンやピリジンなどは塩基性を示す。 12.3.2. シアノ基、ニトロ、ニトロソ基 N と C の結合したもの,CN はシアノ基と呼ぶ。また NO,NO2 はニトロソ、ニト ロ基とよぶ。 ニトロ基は爆発性がある。 ニトロ基は爆発性がある。 ニトロ基は爆発性がある。 ニトロ基は爆発性がある。 NO2 NO2 O2N OH ピクリン酸 NO2 NO2 O₂N CH3 トリニトロトルエン(TNT)

NO2 や NO はベンゼン環から電子を引っ張り、ベンゼンはプラス的になる。こ のため、求電子置換反応がおきにくくなる。 12.4. 異性体の話， 有機化合物には同じ化学式でかけても構造の違い多数の異性体が存在する． 大きく分けて，炭素や置換基の並び方が違う構造異性体と立体的な配置の違う 立体異性体がある． 立体異性体には配座異性体と配置異性体があり， 配置異性体には，幾何，光学，ジアステレオマーがある． 図にすると下のようになる． 問 問 問 問 12.4-1 各異性体を調べ各異性体を調べ各異性体を調べ A4 3page にまとめよ各異性体を調べ にまとめよにまとめよ にまとめよ 12.5. 有機物の構造を調べる。 主に、分光法と回折法がある。 分光法は、各結合の振動を調べる赤外分光法(IR)、核磁気の共鳴周波数から電 子密度を調べる核磁気共鳴(NMR),質量を分析する質量分析法（MASS Spectroscopy）がある。また、回折法では、結晶化して、X 線を用いた X 線回 折法がある。

図 図 図

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