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こんにちは。
4月に化学分野の大学に進学した者です。

きっちりしたレポートではなくてもいいのですが、宿題として「アレンの分子軌道構造式を書いてきてください」と言われました。
アレンは“H2C=C=CH2”で表すものです。

二重結合をしているので、σ結合とπ結合をしているのはわかるのですが、いまいちどのような形で結合しているのかがわかりません。
中央の炭素原子を境に平面が垂直になっているみたいなことも言っていたのですがその意味もよくわかりません。

分子軌道構造式を立体映像みたいな感じで見られる場所があったらそれも一緒に教えていただきたいです。

よろしくお願いします。

A 回答 (1件)

以下結合は x軸方向と仮定.


中央の C は sp 混成, 両端の C は sp2 混成です.
で, 中央の C のまわりを考えるために同じ sp 混成であるアセチレンを想像すると, これは結合方向である x軸方向にσ結合, それと直交する y, z軸方向に 2個のπ結合を持ちます.
これと同じで中央の C は x軸方向にσ結合, y, z軸方向に 2個のπ結合という形です.
それにあわせて, 両端の C のうち一方は x軸方向のσ結合 + y軸方向のπ結合, もう一方の C は x軸方向のσ + z軸方向のπ結合, だったはず.
どうしてもわからなかったら CO2 を考えてみればよいかと.
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この回答へのお礼

回答ありがとうございました。
わかりやすい例と共に教えてくださり本当にありがとうございました。

図に描いてみてみます!
アセチレンは最近やったのでノートを見返してみます。

お礼日時:2007/05/15 15:43

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Qアレンはなぜπ結合が直行しているのですか??

アレンはなぜπ結合が直行しているのですか??

Aベストアンサー

中央の炭素に注目して下さい。もし両端の炭素上の水素が同じ平面に来るとしたら、二つのπ結合は真ん中の炭素上で同じp軌道を使わねばならなくなります。そんなことはできません。
なぜできないかは芳香族性と同じです、例の2n+2でnが複数の時だけしか安定になれない。p軌道が三つ平行に並ぶ構造は分子軌道から見てとても不安定。ですから真ん中の炭素はsp混成になるしか無い。これなら二つのπ軌道は量子論的にも幾何学的にも直交していて互いに相手の影響からまぬがれている。

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

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共鳴構造式の書き方って?

有機化学を大学で習っているのですが、いきなり最初の方で躓いてしまいました><
教科書に「巻矢印表記法を用いて、化合物の構造に寄与する共鳴構造式を書け」という問題があるのですがさっぱりわかりません。参考書等を調べてみてもさっぱりわからないので…どうか教えてください><

Aベストアンサー

巻矢印が電子対の移動を表しているということはわかりますか?
また、分子や原子の電子配置はわかりますか?つまり、Lewis構造式を正しくかけますか?

これらがわかっていなければ、共鳴構造式は書けません。逆にこれらがわかっているのであれば、教科書等の例を、その電子配置を考えながら、丁寧に見ていけば理解出来るはずです。

なお、原子の電荷を考える場合には、共有されている電子は共有している原子で等分し、孤立電子対は、それを有する原子のみに属すると考えて、その電子数を、その原子本来の電子数と比較することによって決定します。
上述の電子数が、その原子の本来の電子数よりも多ければ負電荷をもつことになり、少なければ正電荷をもつことになります。

また、共鳴構造式を考えるときには、炭素以外の原子から考え、炭素以外の原子において、ほとんどの場合、本来の結合数(酸素なら2、窒素なら3、ハロゲンならI)よりも、1本多い結合を作っていれば+、1本少ない結合を作っていればーの電荷をもつことになります。これは、上述の電子配置のことがわかっていれば明らかですけどね。

まあ、細かなノウハウはありますが、それは経験的に身につけることですね。

巻矢印が電子対の移動を表しているということはわかりますか?
また、分子や原子の電子配置はわかりますか?つまり、Lewis構造式を正しくかけますか?

これらがわかっていなければ、共鳴構造式は書けません。逆にこれらがわかっているのであれば、教科書等の例を、その電子配置を考えながら、丁寧に見ていけば理解出来るはずです。

なお、原子の電荷を考える場合には、共有されている電子は共有している原子で等分し、孤立電子対は、それを有する原子のみに属すると考えて、その電子数を、その原子本来の電...続きを読む

Q臭素の付加反応

(Z)‐および(E)‐2‐ブテンへの臭素の付加反応において
一方はラセミ体,他方はメソ体の2,3‐ジブロモブタンをあたえる。

このことを反応式を書いて説明しなければならないのですが
いまいちよく分からなくて困っています、、、。

Aベストアンサー

添付図を参考にしてください。

Q2つの分子の双極子モーメントの違い

アンモニア(NH3)とフッ化窒素(NF3)は両方ともピラミッド構造ですが、双極子モーメントは4.87*10^30 ,  0.77*10^-30と大きな違いがあるのはどうしてですか?
誰か詳しく知っている方がいたら教えてください。
たぶん水素とフッ素の電気親和力の違いが関係しているように思うのですが。

Aベストアンサー

 #1 さんがお書きの様に,考えないといけないのは「電気陰性度」の大きさと電気双極子の向きです。

 まず,「化学辞典」(東京化学同人)によると,アンモニア(NH3)とフッ化窒素(NF3)の双極子モーメントは 1.48Dと 0.235Dです(D:デバイ,1D=3.33564×10^(-30) C・m)。そして,N,H,Fの電気陰性度は 3.0, 2.1, 4.0 です。

 まず,アンモニア(:NH3,:は孤立電子対)を考えます。電気陰性度の差から,NーH間の電子はN側に片寄っています。片寄りの程度は両者の電気陰性度の差の 0.9 と考えます。この結合が3つありますので,ベクトル的に足し合わせます。

 さらに,窒素上の孤立電子対を考慮しますが。孤立電子対の電気陰性度はありませんが,電気双極子モーメントがN核から孤立電子対側に向かうのは間違いないですから,先のNーH間の電気双極子モーメントの和と同じ向きです。

 結果,分子全体では窒素核から孤立電子対の方向に向いた大きな双極子モーメントが存在する事になります。

 一方,フッ化窒素(:NF3)ですが,この場合はNーF間の電子はNからFに向かう電気双極子を生じます。つまり,NーF結合3本が生じる電気双極子の向きはN核と孤立電子対間の電気双極子の向きと反対になります。そのため,分子全体としては両者が打ち消しあい,フッ化窒素の双極子モーメントは小さくなります。

 いかがでしょうか。

P.S.
「電気親和力」とありますが,「電子親和力」の間違いです。御注意下さい。

 #1 さんがお書きの様に,考えないといけないのは「電気陰性度」の大きさと電気双極子の向きです。

 まず,「化学辞典」(東京化学同人)によると,アンモニア(NH3)とフッ化窒素(NF3)の双極子モーメントは 1.48Dと 0.235Dです(D:デバイ,1D=3.33564×10^(-30) C・m)。そして,N,H,Fの電気陰性度は 3.0, 2.1, 4.0 です。

 まず,アンモニア(:NH3,:は孤立電子対)を考えます。電気陰性度の差から,NーH間の電子はN側に片寄っています。片寄りの程度は両者の電気陰性度の差の 0.9 と考...続きを読む

QSn1反応とSn2反応の違い

Sn1反応およびSn2反応になる条件について調べています。調べたところ両者には以下のような条件の違いがありました。

*Sn1反応*
[中間体]・・・・・3級>2級>1級>メチル
[反応条件]・・・・中性~酸性
[試薬の求核性]・・重要でない

*Sn2反応*
[中間体]・・・・・メチル>1級>2級>3級
[反応条件]・・・・中性~塩基性
[試薬の求核性]・・重要

中間体による違いは、カルボカチオンの超共役効果や立体障害に依存するのだと思います。しかし反応条件や試薬の求核性がどのようにSn1反応とSn2反応に関係するのかが分かりません。例えば、「なぜSn1反応は中性~酸性条件で進行するのか」といったようなことです。どなたか教えてください。

Aベストアンサー

 既にある回答と一部重複するかもしれませんが,全く新たな回答として書かせていただきます。

 まず最初に,求核置換反応(Sn 反応)の機構は Sn1 か Sn2 かのどちらかしかありません。時に「Sn1 と Sn2 の中間の機構」とか「Sn1 と Sn2 が混ざった機構」と言われる事がありますが,これは Sn1 と Sn2 並行して起こっているという事(ある分子は Sn1 反応をし,別の分子は Sn2 反応をしているという状態)であって,個々の分子を見ればどちらか一方です。

 結果,Sn1 反応になるか Sn2 反応になるかは,どちらの反応の律速段階の反応速度が速いかで決ります。律速段階の反応速度が速い方の機構を通って反応が進行するわけです。

 さて,Sn1 反応の律速段階は御存知の様にカルボカチオンが生じる段階です。つまり,カルボカチオンができ易い程 Sn1 反応は速くなります。一方,Sn2 反応では反応中心の炭素が5つの結合を持った状態が遷移状態ですので,この状態ができ易いもの程反応が速くなります。

 まず,お書きの『中間体』についてです。カルボカチオンの安定性が「3級>2級>1級>メチル」の順であるのは御存知ですよね。これは付いているアルキル基の電子供与性効果と超共役による安定化がこの順で大きいからです。逆にこの順で立体障害が大きくなり,求核剤の接近は困難になります。つまり,「3級>2級>1級>メチル」の順で Sn1 反応の速度は速くなり,Sn2 反応の速度は遅くなります。結果,反応機構が Sn1 → Sn2 にシフトします。

 次に,『試薬の求核性』です。上記した様に Sn1 反応の律速段階はカルボカチオンができる段階であり,求核試薬はこの段階には関与しません。そのため,試薬の求核性は Sn1 反応にはあまり影響しません(重要でない)。一方,Sn2 反応では遷移状態の形成に求核試薬が関与しますので,遷移状態が出来やすい(試薬の求核性が高い)程反応は速くなります(試薬の求核性が重要)。結果,試薬の求核性が高い程 Sn2 反応で進行しやすくなります。

 最後に問題の『反応条件』です。何度も繰り返しになりますが,Sn1 反応の律速段階はカルボカチオンが出来る段階です。この過程では脱離基が抜けてカルボカチオンが生じると同時に,脱離基はアニオンになります。結果,このアニオンを安定化する条件(つまり,酸性もしくは中性)の方が Sn1 反応が進みやすくなります。逆に Sn2 反応は,求核試薬が剥出しの状態になる塩基性の方が攻撃性が高まり反応が速くなります(塩基でもある求核試薬を酸性条件下に置くと酸と反応してしまいます)。結果,塩基性から酸性になるに連れて,反応機構は Sn2 → Sn1 にシフトします。

 ざっとこんな感じですが,要点だけ纏めると,「カルボカチオンができ易い,脱離基が脱離し易い」条件は Sn1 に有利ですし,「アニオンができ易い,求核試薬が攻撃し易い」条件は Sn2 反応に有利です。そして,「求核置換反応の機構は Sn1 か Sn2 のどちらか」ですので,反応が起こらない場合は別にして,Sn1 反応が起こり難くなると Sn2 機構で,Sn2 反応が起こり難くなると Sn1 機構で反応が起こります。

 既にある回答と一部重複するかもしれませんが,全く新たな回答として書かせていただきます。

 まず最初に,求核置換反応(Sn 反応)の機構は Sn1 か Sn2 かのどちらかしかありません。時に「Sn1 と Sn2 の中間の機構」とか「Sn1 と Sn2 が混ざった機構」と言われる事がありますが,これは Sn1 と Sn2 並行して起こっているという事(ある分子は Sn1 反応をし,別の分子は Sn2 反応をしているという状態)であって,個々の分子を見ればどちらか一方です。

 結果,Sn1 反応になるか Sn2 反応になるかは,...続きを読む

Qアミノ酸のL型、D型の区別そ仕方

****CH3
****|
 H2N─ C─COOH
****|
****H 

上の構造式はアラニンですが、これがL型かD型かを判断するのに困っています。
定義では不斉炭素を中心にカルボキシル基を上に書いた場合に、アミノ基が左側にくるのがL型です。しかしこの定義のまま動かしてみると、

   COOH
****|
 CH3─ C─H
****|
****NH2
このようにアミノ基が下になってしまうため、判断に困っています。
アドバイスをお願いいたします。

(注意!:記号*は構造式を書くときに軸をそろえるために付けたものです。)

Aベストアンサー

D型とかL型というのは光学異性体を区別するための記号です。グリシン以外のアミノ酸の場合は、中心の炭素原子に4つの異なる基が結合しているために光学異性が生じます。

炭素原子の4つの単結合は、正四面体の中心に炭素原子があるとすると、正四面体の4つの頂点の方向に向かっています。つまり、実際の形は構造式に描かれるような十字型ではないのです。
(参考)
http://www.geocities.com/yoshihitoshigihara/isei.htm

さて、ご質問のようにアミノ酸の構造式を十字型に描いてある場合は、なんとなく描いてあるのではなく、意味があります。これはフィッシャー投影式といいます。

フィッシャー投影式では、「左右の結合は紙面より手前に出ている」「上下の結合は紙面の向こう側に出ている」というのがルールです。このルールにより、正四面体型の構造を、紙面で表示できます。

アミノ酸をフィッシャー投影式で描いた場合、上にカルボキシル基、下に側鎖を書いたときに、左にアミノ基が来るのがL型、右にアミノ基が来るのがD型です。

では、「上にカルボキシル基、下に側鎖」となっていないときに、どうするかです。フィッシャー投影式のルールから考えると、ご質問のように90度回転させてはいけません。90度回転させると、「紙面の手前」と「紙面の向こう」が逆になりますから、D型がL型に、L型がD型に変わってしまいます。
(180度の回転はOKです)

どうすればよいのかといえば、できることは次の2つです。
(1)3つの基を循環的に入れ替える(いわゆる三角トレード)。
(2)二組の2つの基を、両方同時に入れ替える。

ご質問の上のフィッシャー投影式ですと、上の(1)を適用して、「COOHを上に移動、CH3を下に移動、Hを右に移動」という形で循環的に入れ替えると、左にアミノ基が来てL型であることがわかります。

よくわからなかったら、分子模型を作ってみるとよいと思います。

D型とかL型というのは光学異性体を区別するための記号です。グリシン以外のアミノ酸の場合は、中心の炭素原子に4つの異なる基が結合しているために光学異性が生じます。

炭素原子の4つの単結合は、正四面体の中心に炭素原子があるとすると、正四面体の4つの頂点の方向に向かっています。つまり、実際の形は構造式に描かれるような十字型ではないのです。
(参考)
http://www.geocities.com/yoshihitoshigihara/isei.htm

さて、ご質問のようにアミノ酸の構造式を十字型に描いてある場合は、なんとなく...続きを読む

Qσ結合、π結合、sp3混成???

こんにちわ。今、有機化学の勉強をしているのですが、よくわからないことがでてきてしまったので質問させていただきます。なお、この分野には疎いものなので、初歩的なことかもしれませんがよろしくおねがいします。

題名の通りで、σ結合、π結合、混成軌道とはどういう意味なのですか??手元にある資料を読んだのですが、全くわからなかったので、どなたかお教えいただければ幸いです

Aベストアンサー

σはsに対応しています。sとsの結合でなくともsとp他の結合でも良いのですが、対称性で、「結合に関与する(原子)軌道が(分子軌道でも良い)結合軸に関して回転対称である」つまり結合軸の周りにどの様な角度回しても変化のない結合です。
πはpから来たもので、結合が「結合に関与する軌道(同上)が結合を含む面内に『一つ』の節を持ち結合軸上に電子密度のないもの」を指します。当然sは使えませんpかdかから作ります。
混成軌道:例えばs1p3の軌道があったときこれらからsp+2×p、sp2+p、sp3のいずれの組み合わせを(数学的に)作っても、どれもが四つの「直交した」軌道になります。
この様に「典型的な」表現から他の数学的に等価な(直交した)はじめの軌道数と同数の軌道を作り出したものです。
もっぱら化学結合の立体特異性を説明するのに使われます。
ライナス・ポーリング先生達が考え出したもののようです。

QCO2の混成軌道

CO2のVB法でC]haSP混成軌道でOがSP2混成軌道になるのがよく分かりません。OはSP軌道ではいけないんですか?

Aベストアンサー

VB法とか関係なしに電子対が1つあると軌道が一つ増えます。
軌道は、s→p(x)→p(y)→p(z)→d・・・と増えていきます。

ここで、二酸化炭素の結合状態を考えます
O=C=O
ですね?これを電子式であらわすと
http://www.miyazaki-c.ed.jp/miyazakiminami-h/media/elearn/bakegaku/co2.gif
になります。

酸素の周りには、電子対が3つなので、軌道三つ分(SPP混成軌道)
炭素の周りには、電子対は2つなので、軌道二つ分(SP混成軌道)
になります。


別の例
水 H-O-H
http://www.miyazaki-c.ed.jp/miyazakiminami-h/media/elearn/bakegaku/h2o.gif

水素の周りの電子対は1つ:S軌道
酸素の周りの電子対は4つ;SPPP混成軌道(SP3混成軌道)


メタン CH4
http://www.miyazaki-c.ed.jp/miyazakiminami-h/media/elearn/bakegaku/ch4.gif

炭素の周りの電子対4つ:SPPP混成軌道(SP3混成軌道)
水素の周りの電子対1つ:S軌道


ちなみに「混成軌道」っていうのは2つ以上の軌道が混じってることです。(SP混成軌道とか)
なので、1つの軌道しかないS軌道はS混成軌道なんて言いませんよ。

VB法とか関係なしに電子対が1つあると軌道が一つ増えます。
軌道は、s→p(x)→p(y)→p(z)→d・・・と増えていきます。

ここで、二酸化炭素の結合状態を考えます
O=C=O
ですね?これを電子式であらわすと
http://www.miyazaki-c.ed.jp/miyazakiminami-h/media/elearn/bakegaku/co2.gif
になります。

酸素の周りには、電子対が3つなので、軌道三つ分(SPP混成軌道)
炭素の周りには、電子対は2つなので、軌道二つ分(SP混成軌道)
になります。


別の例
水 H-O-H
http://www.miyazaki-c.ed.jp/mi...続きを読む


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