OCN光で最大124,800円おトク!

ピロールは窒素原子の孤立電子対により芳香族性をしめすのは、その孤立電子対がP軌道に入っているからということを文献で知ったのですが、
高校のときアンモニアは三角錐型をとると習ったので孤立電子対もSP3軌道に入っていると思うのです。

窒素の孤立電子対は一体どっちの軌道に入っているのでしょうか?

このQ&Aに関連する最新のQ&A

A 回答 (1件)

ピロールの窒素はsp2混成になっています。


sp2混成になることによって、2電子をもつp軌道が生じることになります。
その2電子と他の4個の炭素原子に由来する4個のπ電子(2p軌道の電子)の合計6電子からなる環状のπ電子系が形成されます。
ヒュッケル則によればこうした6π電子系は芳香族性を持ち、安定であるとされています。
したがって、窒素がアンモニアと同様のsp3混成となることよりも、sp2混成となって、2個の電子を芳香環形成のために使った方がエネルギー的に安定になります。

結果的に、ピロールの窒素はsp2混成となり、それらの結合の相手は2個の炭素原子と1個の水素原子になります。ピロールの環を構成する炭素と窒素はいずれもsp2混成となるために、ピロール分子は平面状になると予想され、実際に平面状の分子です。
もしも、窒素がsp3であったならば、水素原子は平面からずれるはずです。

ピロールの孤立電子対は2p軌道に入ります。
    • good
    • 0
この回答へのお礼

エネルギー的に有利な形になるんですね
助かりました、ありがとうございましたm(__)m

お礼日時:2006/01/04 22:51

このQ&Aに関連する人気のQ&A

お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!

このQ&Aを見た人が検索しているワード

このQ&Aと関連する良く見られている質問

QN原子のsp3混成軌道について教えてください.

とある教科書で
N原子の基底状態
1s (↑↓)
2s (↑↓)
2p (↑↑↑)
となっており,sp3混成軌道をとる場合については
1s (↑↓)
sp3 (↑↑↑↑)
というような表記がされていました.

率直に・・・これは正しいのでしょうか??
正しいのであれば,sp3混成軌道をとる場合,電子が一つ足りないのはなぜなのか.
また,間違っている場合は,電子の正しい軌道配置?を教えて頂ければと思います.

色々自分で調べては見たのですが,ほとんどの説明はカーボン原子で説明されているため,N原子についてはほとんど見あたりませんでした・・・.

御存知の方おられましたら,書き込みよろしくお願いします!!

Aベストアンサー

間違ってます。

1s  (↑↓)
sp3 (↑↓、↑、↑、↑)

が正しい電子配置です。
四つの等価なsp3軌道のうち一つにはスピンが逆向きになるよう二つの電子が
収容され、残り三つに一つずつ電子が入ります。

電子が二つはいった軌道は非共有電子対に相当し
一つだけ入った軌道は不対電子に相当します。

Q共役or非共役の見分け方

有機化学や高分子化学の勉強をしているのですが、どういうものが共役で、どういうものが非共役のものなのか、いまいち確信をもって見分けることができません。
なんとなく電子がぐるぐる動いていて、二重結合の位置が常に変わっている(共鳴している?)もののことを共役系と言っている気はするのですが、具体的にどんな形をしたものとか、どんな構造が含まれていたら共鳴していると言うのかがよくわからないでいます。
非常に基礎的なところでつまずいてしまい、なかなか先に進めなくて困っていますので、ぜひご回答よろしくお願い致します。

Aベストアンサー

共役しているものの代表は、1,3-ブタジエン
H2C=CH-CH=CH2
(単結合と二重結合が交互に存在)です。
二重結合をしている炭素では、隣り合う炭素の上下に伸びているp軌道同士がくっついています(sp2混成軌道はご存じですか?参考URLの図のC1とC2、C3とC4の青い軌道はくっついて1つになっています)。
通常、単結合をしている炭素(sp3混成軌道)には上下に伸びているp軌道はありません。
ところが、共役をしていると、左から2番目のp軌道と3番目のp軌道が近接しているために、単結合であるにも関わらずp軌道同士がくっついてしまって、あたかも二重結合を形成しているかのようになってるんです。
このようにして、炭素4つのp軌道が全部くっついているので、電子は自由に行き来できるのです(非局在化と言います)。共役物質が安定なのはこのためです。

少し踏み込んだ説明をしましたが、わかって頂けましたでしょうか…?

参考URL:http://www.ci.noda.sut.ac.jp:1804/classroom/1998_6_18/Q&A6_18_4.html

共役しているものの代表は、1,3-ブタジエン
H2C=CH-CH=CH2
(単結合と二重結合が交互に存在)です。
二重結合をしている炭素では、隣り合う炭素の上下に伸びているp軌道同士がくっついています(sp2混成軌道はご存じですか?参考URLの図のC1とC2、C3とC4の青い軌道はくっついて1つになっています)。
通常、単結合をしている炭素(sp3混成軌道)には上下に伸びているp軌道はありません。
ところが、共役をしていると、左から2番目のp軌道と3番目のp軌道が近接しているために、単結合であるにも関わらずp軌道同...続きを読む

Qピリジンが弱塩基である理由

講義で
「ピリジンの塩基性が一般のアミンに比べて低いのはなぜか」
と問われました。そこで私は
「アルキル基から窒素へ電子が押し出されカチオンを安定化するためアミンの方が塩基性が高い」
と答えたのですが
「間違いではないがそれではアミンの塩基性が高い理由に過ぎない」
とあっさりつき返されてしまいました。

答えを知りたく、講義が終わってから質問に行ったところ、
“窒素上の孤立電子対”“s性”というヒントだけ頂けました。
が、s性と聞いても“電子がs軌道上にいる割合”というイメージしかなく、
ピリジンの塩基性とのつながりが良く分かりません。

どなたか、ご教授いただけないでしょうか。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

脂肪族アミンがアンモニウムになると、Nの混成はsp3になるのに対して、ピリジンがアンモニウムになったピリジニウムの場合には、Nの混成はsp2になります。

たとえば、sp2混成のエチレンとsp3混成のエタンとを比較した場合に、前者の方が強い酸であることはご存じですよね?
そのことからも類推できますように(というか、それと同様の理由によって)sp2混成であるピリジニウムの方が強い酸であるということになります。
これは、裏を返せばピリジンの方が弱い塩基であるというのと同じ意味になります(ブレンステッド-ローリーの酸塩基の定義を思い出して下さい)。

それでは、なぜ、エチレンの方がエタンよりも強い酸であるかということは、s軌道の方がp軌道よりも小さいために、原子核の近いところで強く引きつけられているからであると説明されます。つまり、s性の大きい軌道(ここではsp2)の方が、電子対が中心原子に強く引きつけられており、結果的にH+を放出しやすくなり強い酸になるということです。

・・・少し難しかったでしょうか?

Qπ電子の数え方教えてください!

http://ns.ph.sci.toho-u.ac.jp/tamura/Hakone96/HKNchem.htm

の3番の π電子とありますが、なぜリンクに載っている数になるのか分かりません。どなたか分かりやすく教えて頂けないでしょうか?
すみません。。。

Aベストアンサー

まず、σ結合と、π結合の確認から。

σ: 結合軸を含む平面内に電子密度最大・・・強い結合(分子骨格)

π: 結合軸を含む平面上で電子密度ゼロ・・・弱い結合

   二重結合の2本目
   核からの束縛が弱いので,何かあったとき動きやすい

この、核からの束縛が弱い状態にある電子がπ電子といいます。

たとえば、C=Cの重結合の場合、C原子一個辺りのp軌道の電子数は2つ。
このうち1つをσ結合として使い、残りの1つは、横方向でなく、縦方向に電子の遷移が起こっていると考えます。

この電子の縦の移動している状態同士の相互作用が、実質のπ結合となるわけです。

このπ電子と同じような弱い結合を作りうるような、(実際は作っていなくても、そのような状態にある電子)のことを「非結合性π電子」と数えるとすると、二重結合を作っていない原子にも、それぞれ2個ずつ電子があると確認できるということです。(C以外の電子で。)

ちなみに、軌道のことは大丈夫でしょうか。
s軌道、p軌道、d軌道等の、基本的な軌道と、混成軌道の概念です。
この混成軌道の概念を押さえると、どの結合にどの電子が使われているかがわかると思います。

説明がへたくそでごめんなさい。

例えば、O(酸素原子)の電子状態は、1sに2個。2sに2個。2pに4つ入っているわけですが、
2p軌道のx、y、z軸のうち、スピン状態を考えた矢印は、x軌道に2つ、y軌道に1つ、z軌道に1つ
(xyzであっていたかは微妙ですが。)と成っているはずです。
この2pのy、zの二つの電子がπ電子となりうる電子です。
xの二つの電子は不対電子対となり、結合に関与しない電子となります。

何年も前に勉強したないようですので、回答のどこかに間違えがあったらごめんなさい。
量子力学の先生に聞いてみてください。
繋がると思います。

まず、σ結合と、π結合の確認から。

σ: 結合軸を含む平面内に電子密度最大・・・強い結合(分子骨格)

π: 結合軸を含む平面上で電子密度ゼロ・・・弱い結合

   二重結合の2本目
   核からの束縛が弱いので,何かあったとき動きやすい

この、核からの束縛が弱い状態にある電子がπ電子といいます。

たとえば、C=Cの重結合の場合、C原子一個辺りのp軌道の電子数は2つ。
このうち1つをσ結合として使い、残りの1つは、横方向でなく、縦方向に電子の遷移が起こっていると考えます。

この電子の縦...続きを読む

QW/V%とは?

オキシドールの成分に 過酸化水素(H2O2)2.5~3.5W/V%含有と記載されています。W/V%の意味が分かりません。W%なら重量パーセント、V%なら体積パーセントだと思いますがW/V%はどのような割合を示すのでしょうか。どなたか教えていただけないでしょうか。よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

w/v%とは、weight/volume%のことで、2.5~3.5w/v%とは、100ml中に2.5~3.5gの過酸化水素が含有されているということです。
つまり、全溶液100ml中に何gの薬液が溶けているか?
ということです。
w/v%のwはg(グラム)でvは100mlです。

Q結合性軌道と反結合性軌道とは?

結合性軌道と反結合性軌道とはどういうものなのでしょうか?
調べてみたのですが少し専門的で理解できませんでした。
初心者にも分かる程度にご教授お願いいたします。

また、「水素の分子軌道において、基底状態では反結合性軌道に電子が含まれない」ということも合わせて教えていただけるとうれしいです。

Aベストアンサー

分子の化学結合理論で、分子軌道法という理論の中で使われます。
文だけで分かりづらいと思うので画像をご覧ください。

まず、簡単に水素原子2つから水素分子1つができる過程を考えます。
それぞれの水素は1s軌道に電子を1つずつ持っています。
この2つの1s軌道は相互作用し、エネルギーの異なる2つの軌道ができます。
このときエネルギーの低い方の軌道は、2つの軌道の電子波の位相(波動関数の符号)を合わせて重なります。
すると重なった部分(2つの原子間)の電子密度が高くなり、この軌道の電子は2つの原子核を引き寄せ結合を生成しますから、「結合性軌道」と呼ばれます。
しかしエネルギーの高い方の軌道では、2つの軌道の電子波は位相を逆向きにして重なるのです。
すると、重なった部分の電子密度は低くなり、2つの原子間とは反対方向の電子密度が高くなります。
結果、この軌道はそれぞれの原子を結合とは逆向きに引き離し、結合を破壊する性質を持つので「反結合性軌道」と呼ばれます。

水素分子H2では、このように2つの1s軌道から結合性軌道・反結合性軌道ができます。
電子は合わせて2つです。パウリの原理に従い、エネルギーの低い軌道から電子を詰めていくと、2つの原子はどちらも結合性軌道に位置します。
反結合性軌道には電子は入っていません。

結合次数は (結合性軌道中の電子 + 反結合性軌道中の電子)/2 で求められます。水素分子の結合次数は1となります。
水素分子の結合は単結合である、ということに一致していますね。

分子軌道法はこのように考えます。

分子の化学結合理論で、分子軌道法という理論の中で使われます。
文だけで分かりづらいと思うので画像をご覧ください。

まず、簡単に水素原子2つから水素分子1つができる過程を考えます。
それぞれの水素は1s軌道に電子を1つずつ持っています。
この2つの1s軌道は相互作用し、エネルギーの異なる2つの軌道ができます。
このときエネルギーの低い方の軌道は、2つの軌道の電子波の位相(波動関数の符号)を合わせて重なります。
すると重なった部分(2つの原子間)の電子密度が高くなり、この軌道の電子は2...続きを読む

Qπ電子の数え方

π電子の数え方が分かりません。
ベンゼンなど二重結合のみの基本的なものは分かりますが、少し複雑になると分かりません。
①フラン
②2,4-シクロペンタジエン-1-イドhttp://nikkajiweb.jst.go.jp/nikkaji_web/pages/top.jsp?CONTENT=syosai&SN=J749.075E
のπ電子の数え方を教えてください。
①はなぜO原子の非共有結合のひとつは環平面内でもうひとつは環に垂直になるのですか?

Aベストアンサー

σ結合とπ結合の違いは分かってますか?
π結合は二重結合でひとつのσ結合とひとつのπ結合、三重結合はひとつのσ結合と二つのπ結合・・窒素分子やアセチレンの結合を参照。
 σ結合で電子は2個、π結合は二重結合なら2個、三重結合なら4個
 共有結合一つについて電子が二個いるから[共有結合]でしたね。その結合がσだろうがπだろうが2個いる。

>①はなぜO原子の非共有結合のひとつは環平面内でもうひとつは環に垂直になるのですか?
 だって酸素は電子を6個もつから、sp²混成軌道で考えると、ひとつは裸のp軌道なので・・

>少し複雑になると分かりません。
 複雑性には一切関係ない。価標の数を数えてその倍が結合電子数、そして結合の数の倍がσ結合なのでその数を引けば良いし、それは二重結合の数に等しい。
 フランは価標が7本あるので14個の結合電子、5辺あるので10個がσ結合、14-10=4個がπ結合電子の数。また二重結合が2箇所なので4個。
EPA(エイコサペンタエン酸 https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/02/EPAnumbering.png/400px-EPAnumbering.png )は、27本の価標があるので結合電子数は54個、単結合が二重結合が6個あるのでπ電子は12個、σ結合電子は42個

なお、
>①はなぜO原子の非共有結合のひとつは環平面内でもうひとつは環に垂直になるのですか?
 この質問はおかしい事が理解できてないですよね。
 結合に関わっていない電子軌道の方向ですよ。

σ結合とπ結合の違いは分かってますか?
π結合は二重結合でひとつのσ結合とひとつのπ結合、三重結合はひとつのσ結合と二つのπ結合・・窒素分子やアセチレンの結合を参照。
 σ結合で電子は2個、π結合は二重結合なら2個、三重結合なら4個
 共有結合一つについて電子が二個いるから[共有結合]でしたね。その結合がσだろうがπだろうが2個いる。

>①はなぜO原子の非共有結合のひとつは環平面内でもうひとつは環に垂直になるのですか?
 だって酸素は電子を6個もつから、sp²混成軌道で考えると、ひとつは裸のp軌道なの...続きを読む

Q窒素化合物の塩基性の強さ

窒素化合物の塩基性の強さのことなのですが、二トリル(RCN)、イミン(R’CH=NR)、アミン(RNH2)の3つを考える時、塩基性はこの順にだんだん強くなっていく理由を考えています。

とりあえず、アミンのNは、その非共有電子対が隣接するアルキル基に押し出されるため、電気的により-となり塩基性が強くなっているという事は分かりました。あとの2つのことは、二トリルの場合、シアノ基が電子求引基であるということが関係してきますよね!?イミンの場合は、よく分かりません。3つを比較した時の、考え方を教えて下さい。

Aベストアンサー

 
abt-594 さんの回答に少し補足します。

R-CN, R'-CH=NH, R"-NH2 の順でN原子は,sp 混成軌道,sp2 混成軌道,sp3 混成軌道をとっています。そのため,各軌道のs性はこの順で小さくなります。

s性が大きい程,電子は原子核に引きつけられた(相手,今の場合,H+,に電子を与えにくい)状態で存在します。逆に,s性が小さい程,電子を与えやすくなります。

ですので,この順で塩基性は強くなります。

 

Q複素環式芳香族化合物のヘテロ原子の混成軌道について

講義で、芳香族であるフランやチオフェンのO原子やS原子はsp2混成で、これらの化合物ではヘテロ原子のp軌道がπ系に2個の電子を提供していると教えられました。
なぜsp2混成なのでしょうか?

π系に2個の電子を提供した"結果"、sp2混成になったのでしょうか?だとしたら、フランやチオフェンが芳香族である事や、π系に2個の電子を提供しているという事を前提として知らない場合、構造式を見た分には、これらの原子は何処にも二重結合を持っていないですし、sp2混成ではなく、sp3混成だと思ってしまう気がするのです。これは(芳香族になる為にπ系に2個の電子を提供しているからsp2であるということ)知識として覚えてしまう他ないのでしょうか?自分では理論的に説明できません。

この考え方はきっと何処かで間違えてしまっているのだと思うのですが、何処が間違えているのか自分で分かりません。どなたか分かりやすく教えていただけると助かります。

支離滅裂で申し訳ありません。

Aベストアンサー

>>>#1でした議論は四つの炭素がsp2の120°に固定されていると酸素、硫黄、窒素上に結合の無理が来るという意味です

>>というのはどういうことなのでしょうか?
4つの炭素がsp2の120°で固定されているとすると、四炭素の両端は非常に離れており、単純にそれと結びつけると考えると、(酸素、窒素などでは)「σ結合間角度」がsp3の109.5°ではもちろんp3の120°でもまだ足りない大きさになるため「キツイ筈だ」という意味です。
この場合もπ電子共有の寄与を考えない、単に立体的な効果だけを考えています。立体的な制約がある場合、σ結合間の角度が大きく制限されるほどs性が高くなります、つまりsp(180°)>sp2(120°)>sp3(109.5°)>p(90°)と言うわけで、これによりLone Pairが共役に関与できるか否かが決まってしまう場合が起きます。
ベンゼンでも六つの炭素にみな大きすぎる基が付くと平面から外れてしまい芳香族性が薄れてしまいます。
なお硫黄の場合C-S結合長がC-NやC-Oの場合より長いので少し遠くなりその分角度による「無理」は緩和されます。

>>>#1でした議論は四つの炭素がsp2の120°に固定されていると酸素、硫黄、窒素上に結合の無理が来るという意味です

>>というのはどういうことなのでしょうか?
4つの炭素がsp2の120°で固定されているとすると、四炭素の両端は非常に離れており、単純にそれと結びつけると考えると、(酸素、窒素などでは)「σ結合間角度」がsp3の109.5°ではもちろんp3の120°でもまだ足りない大きさになるため「キツイ筈だ」という意味です。
この場合もπ電子共有の寄与を考えない、単に立体的な効果だけを考えています。立体...続きを読む

Qlogとln

logとln
logとlnの違いは何ですか??
底が10かeかということでいいのでしょうか?
大学の数学のテストでlogが出てきた場合は底が10と解釈してよいのでしょうか??
解説お願いします!!

Aベストアンサー

こんにちは。

>>>logとlnの違いは何ですか??

「自然対数」は、natural logarithm の訳語です。
「ln」というのは、「logarithm 。ただし、natural の。」ということで、つまり「自然対数」という意味です。
一方、log というのは、底がeなのか10なのかがはっきりしません。


>>>大学の数学のテストでlogが出てきた場合は底が10と解釈してよいのでしょうか??

数学であれば、底がeの対数(自然対数)です。底が10の対数(常用対数)ではありません。
一方、log は、数学以外であれば不明確な場合があります。

私の大学時代と仕事の経験から言いますと・・・

【eを用いるケース】
・数学全般(log と書きます)
・電子回路の信号遅延の計算(ln と書く人が多いです)
・放射能、および、放射性物質の減衰(log とも ln とも書きます。ただし、eではなく2を使うこともあります。)

【10を用いるケース】(log または log10 と書きます)
・一般に、実験データや工業のデータを片対数や両対数の方眼紙でまとめるとき(挙げると切りがないほど例が多い)
・pH(水溶液の水素イオン指数・・・酸性・中性・アルカリ性)
・デシベル(回路のゲイン、音圧レベル、画面のちらつきなど)

ご参考になれば。

こんにちは。

>>>logとlnの違いは何ですか??

「自然対数」は、natural logarithm の訳語です。
「ln」というのは、「logarithm 。ただし、natural の。」ということで、つまり「自然対数」という意味です。
一方、log というのは、底がeなのか10なのかがはっきりしません。


>>>大学の数学のテストでlogが出てきた場合は底が10と解釈してよいのでしょうか??

数学であれば、底がeの対数(自然対数)です。底が10の対数(常用対数)ではありません。
一方、log は、数学以外であれば不明確な場...続きを読む


人気Q&Aランキング