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大学で有機化学をしているんですが、けっこう基本的なところから理解できてないと思います。

(1)化合物が非局在化電子をもっているかどうかってどうやったら分かるんですか?
非局在化電子は1つのp軌道が隣接する2つ以上の原子のp軌道と重なって生じる、とあるのですが、軌道のところが特に苦手なのでほぼ意味が分かりません^_^;
(2)正電荷をもつ炭素はどうやったら分かるんでしょうか?
(3)sp3炭素とは何なんでしょう?

分かる方、回答お願いしますo(_ _*)o

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A 回答 (3件)

「非局在化電子」という言葉を私は知りませんでした、新しい教科書の言葉でしょうか。


まず簡単なところからいきますと(3)が初めが良いでしょう。
裸の炭素原子は1s軌道に2個の電子、2sには2個の電子、2pに2個の電子を持っています。
これは良いでしょうか?
結合に使われるのは2sと2pの4つの電子です。そして炭素がメタンのように4つの等価な結合を作るときには、原子軌道のうち2s1つと2p3つを使います。これが飽和炭化水素などの基本構造sp3です。s1つにpが三つなので…。
s軌道と3つのp軌道は量子化学的に「直交」しています。
この直交の意味はまた調べて下さい。
この2s1つと2p3つを同じ総数の4つの「直交」した軌道に「書き換える」ことが出来ます。
sp3が4つ、sp2が3つとpがひとつ、あるいはspが2つとpが2つ。どの組み合わせでも出来た軌道は直交しています。
これらの軌道を「混成軌道」と呼びます。ライナス・ポーリング先生達が考えついた概念で有機化合物の構造を量子化学的に説明するのに非常に便利です。
sp3は等価な四つの結合をつくることを表します。正四面体の各頂点に他の原子が来る構造です。
次に(1)の場合上記の混成軌道のうちsp2やsp軌道を持つ場合、同時にp軌道も持つことになります。
このp軌道が電子1つを持ちますが、これらのp軌道同士が隣り合ったり、となりに窒素や酸素のような非結合電子対を持った原子が来るとこのp軌道が結合に関与するためπ(ぱい)結合と呼ばれる結合が作られ、炭素上の電子や隣り合う非結合電子が結合に関与できるようになります。これが非局在化なのです。
すみません、ちょっと長くて分かり難いですね。
(2)はまず炭素に結合している原子の数が3であることが必要です。つまり通常の結合より一つ少ないのです。その場合炭素上は電子が足りなくて正電荷を持つカルベニウムイオン。元々の電子が残っている炭素ラジカル。非結合電子対を持つ炭素アニオン。これらのいずれかになります。
これらの概念はもう量子化学でなくて有機化学の「常識」なので教科書を何度も読んで、理解して下さい。
もちろんどんどん質問して下さって良いのですが。
m(_ _)m
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この回答へのお礼

非常に助かりました!!!1が8になったカンジです笑”10段階で。
そして、混成軌道を今更理解できました^_^;
ありがとうございました。

お礼日時:2007/12/08 22:32

(2)カルボカチオンの場合には電子式を書けばわかります。

炭素原子に属する価電子が、形式的に4個であれば電荷をもたないし、3個であれば正電荷、5個であれば負電荷をもつということです。「形式的」というのは、共有結合二使われている電子は結合原子で等分して考えるということです。つまり、単結合であれば1個、二重結合であれば2個の電子が、その結合に由来する電子として炭素に属することになります。
また、分極を考慮するという意味であれば、電気陰性度の大きい原子に結合している炭素は正電荷をもつことになります。たとえば、カルボニル炭素はこれに該当します。

(3)4本のσ結合を形成している炭素と、3本のσ結合を形成しているカルボアニオンがこれに該当します。後半がわかなければ、それは無視して下さい。

(1)2p軌道が3個以上つながっていることです。つまり、π結合では2p軌道が使われています。したがって、π結合があれば、それを形成している2個の炭素原子はいずれも2p軌道を提供していることになり、結果的に2個の2p軌道がつながることになります。共役ジエンであれば、それが4個、共役トリエンであれば、それが6個つながることになり、いずれも3以上ですので非局在化していることになります。三重結合の場合も同様です。
また、不飽和結合でなくても、たとえばアリルアニオンのように、sp2混成炭素をもち、2p軌道に電子対をもつような原子もこれに該当します。また、アリルアニオンのように2p空軌道をもつ原子もこれに該当します。
したがって、アリル系では2p軌道が3個つながることになりますので、非局在化ということになります。

なお、軌道の混成がわからなければこういったことの理解は絶望的です。上の説明がさっぱりわからないというのであれば、電子配置や軌道の混成の所からじっくり勉強して下さい。教科書以上の説明をここで求めても無理というものです。
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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。

お礼日時:2007/12/08 22:35

#1さんが詳しく書かれているので、簡潔に書いておきます。



(1)主に共役二重結合(単結合と二重結合が交互になっている)
(違う場合もありますが、とりあえず、これでいいでしょう。)

(2)電荷を持っていない炭素から負電荷を持った原子や原子団が取れたもの

(3)s軌道1つとp軌道3つが混ざり合って、等価な4つの軌道になっている炭素。炭素から出ている結合の数が4つで、正四面体型構造になっている炭素。
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この回答へのお礼

簡潔にありがとうございました!!!

お礼日時:2007/12/08 22:34

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Q非局在化と局在化

この言葉の意味がよくわかりません。
また、安息香酸をイオンベンゼン環へ非局在化した構造がかけないのに
アニリンをベンゼン環による非局在化をうけるという違いはどこからくるのでしょうか?
カルボキシル基は電子吸引基、アニリンは電子供与基ということからくる違いでしょうか?
でもそうなら、電子吸引基であるカルボキシル基のほうが、ベンゼンのπ結合を壊して影響をうける基がしますし・・・。

それとも、安息香酸イオンは ―C=O
               |
               O- ←(マイナス)
であり、酸素のマイナスをベンゼン環に移すことができないし、
また、
アニリンがイオンになると H
             |
            ―N+―H
             |
             H
とベンゼン環と結合しているとNが+に帯電することにより、ベンゼン環のπ結合を壊してNが安定したり、ベンゼン環を再生したりの共鳴構造がかけるんでしょうか?そうして電子が一定の原子にとどまらず動きまわることを非局在化というんでしょうか?

この言葉の意味がよくわかりません。
また、安息香酸をイオンベンゼン環へ非局在化した構造がかけないのに
アニリンをベンゼン環による非局在化をうけるという違いはどこからくるのでしょうか?
カルボキシル基は電子吸引基、アニリンは電子供与基ということからくる違いでしょうか?
でもそうなら、電子吸引基であるカルボキシル基のほうが、ベンゼンのπ結合を壊して影響をうける基がしますし・・・。

それとも、安息香酸イオンは ―C=O
               |
             ...続きを読む

Aベストアンサー

>カルボキシル基は電子吸引基、アニリンは電子供与基ということからくる違いでしょうか?
違います。それは極性効果で共鳴とは別の概念です。
>それとも、安息香酸イオンは…
それが正しい理解です。カルボン酸の付け根の炭素上ではこんな効果が起きます。
(ベンゼン環の)C-C^+(OH)-O^- ⇔ (+荷電を持つベンゼン環の)C=C(OH)-O^- (平衡ではありませんので注意、極限構造と呼びます)
この炭素上の陽電荷がベンゼン環のπ系と共役してo-,p-位置に陽電荷が乗ります。同じ事はニトロ基でも言えます。
(ベンゼン環の)C-N^+(=O)-O^-
一方アニリンやフェノール、フェニルエーテルでは、非結合電子対がベンゼン環の炭素側に移動してπ共役系とつながりo-、p-位置に陰電荷が乗ります。
(-荷電を持つベンゼン環の)C=N(^+)H2
(-荷電を持つベンゼン環の)C=O(^+)-R
>ベンゼン環と結合しているとNが+に帯電することにより、ベンゼン環のπ結合を壊して(Nが安定したり)、ベンゼン環を再生したりの共鳴構造がかけるんでしょうか?そうして電子が一定の原子にとどまらず動きまわることを非局在化というんでしょうか?
その通りです。(Nは安定しません、ベンゼン環の炭素との結合が二重結合性を帯びます)
テキストベースだと書きづらいです。
良い引用ページが見つかりません。ごめんなさい。

>カルボキシル基は電子吸引基、アニリンは電子供与基ということからくる違いでしょうか?
違います。それは極性効果で共鳴とは別の概念です。
>それとも、安息香酸イオンは…
それが正しい理解です。カルボン酸の付け根の炭素上ではこんな効果が起きます。
(ベンゼン環の)C-C^+(OH)-O^- ⇔ (+荷電を持つベンゼン環の)C=C(OH)-O^- (平衡ではありませんので注意、極限構造と呼びます)
この炭素上の陽電荷がベンゼン環のπ系と共役してo-,p-位置に陽電荷が乗ります。同じ事はニトロ基でも言えます。
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Q安定性が第三級>第二級>第一級になるのは何故?

学校の課題で、安定性がこのようになるのは何故なのか説明しなければいけないのですが、教科書(「パイン有機化学I」p202)を読んでもよくわかりません。

超共役や誘起効果が関わると思うのですが、それをどのように理解したら「第三級>第二級>第一級」と安定性が説明できるんでしょうか??

わかりやすいHPなどでも結構です。
急ですが、明日中にお願いします。

Aベストアンサー

カルボカチオンの安定性の話ですね。
単純化すれば、アルキル基が電子供与性の誘起効果を示すために、それが正電荷を持つ炭素に多く結合しているほどカルボカチオンの正電荷を中和されるために、安定化されるということです。
そのために、アルキル基の数が多いほどカルボカチオンが安定であり、それを言い換えると「カルボカチオンの安定性は、第三級>第二級>第一級である」ということになるわけです。

アルキル基が電子供与性を示す理由として用いられるのが超共役の考え方です。
すなわち、通常の共鳴においては、単結合が切れたような構造は考えませんが、超共役というのは、C-H結合の切れた構造を含む共鳴のようなものと考えればわかりやすいと思います。
図はパインの教科書にも書かれていると思いますが、C-H結合が切れた構造においては、形式的に、その結合に使われていた電子対が、正電荷を持っていた炭素原子に移動して、その正電荷を中和しています。その結果、正電荷は、切れたC-H結合を有していた炭素上に移動します。このことは、共鳴の考え方によれば、超共役によって、正電荷が分散した(非局在化した)ということになり、安定化要因になります。

要するに、超共役というのは、単結合の切れたような構造を含む共鳴のようなものであり、その構造がカルボカチオンの正電荷を非局在化させ、安定化に寄与するということです。正電荷を持つ炭素に結合しているアルキル基の数が多いほど、上述の超共役が起こりやすくなり、カルボカチオンが安定化されるということです。

カルボカチオンの安定性の話ですね。
単純化すれば、アルキル基が電子供与性の誘起効果を示すために、それが正電荷を持つ炭素に多く結合しているほどカルボカチオンの正電荷を中和されるために、安定化されるということです。
そのために、アルキル基の数が多いほどカルボカチオンが安定であり、それを言い換えると「カルボカチオンの安定性は、第三級>第二級>第一級である」ということになるわけです。

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Q吸光度の単位

吸光度の単位は何でしょうか!?
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宜しくお願いします。

Aベストアンサー

物理的には、No.1さんも書かれているように吸光度も透過度も基本的に同じ単位系の物理量どうしの「比」なので「無単位」です。しかし、無名数では他の物理量、特に透過度と区別が付かないので、透過度は"透過率"として「%」を付けて表し、"吸光度"は「Abs(アブス)」を付けて呼ぶのが業界(分析機器工業会?)のならわしです。

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有機化学に良く出てくる記号 Ph とか Meってなんですか?

たとえば

Ph3P=CH2

とか

MeOH

とか良く出てきますけど、そんな原子記号ってないですよね?

Aベストアンサー

Phはphenyl基(C6H6-)、MeはMethyl基(CH3-)をあらわします。
他にもEtはEthyl基(C2H5-)などあります。

Qカチオンとアニオンとは?

最近、化学を勉強し始めました。
カチオンとアニオンが分かりません。
テキストにCN+アニオン、CN-カチオンとありますが、分からないため、それらの結合次数が求められません。
基礎かもしれませんが、どなたか教えてください。

Aベストアンサー

> カチオンとアニオンが分かりません。

 既に回答がありますが,カチオンとは (+) の電荷(正電荷)を持ったイオンの事です。日本語では「陽イオン」と言います。逆にアニオンは (-) の電荷(負電荷)を持ったイオンで「陰イオン」と言います。

 『最近、化学を勉強し始めました。』との事ですので,敢えて注意しておきますが,化学の用語で「プラスイオン」や「マイナスイオン」はありません。上記の様に「陽イオン」または「陰イオン」と言います。

> テキストにCN+アニオン、CN-カチオンとありますが、

 何か勘違いしていませんか? でなければ,教科書が間違っています。「CN+」や「CN-」の「+」や「-」は正電荷を持っている事及び負電荷を持っている事を示していますから,「CN+」はカチオンで「CN-」はアニオンです。つまり,「CN+ カチオン」と「CN- アニオン」です。

> CNとCNカチオン、CNアニオンの結合次数を求めていますが、使用しているテキストには等核二原子分子しか記載されておらず、異核二原子分子は記載されていません。今求めています。
求め方は違うのでしょうか?

 等核2原子分子でも異核2原子分子でも考え方は同じはずです。同じ様に考えれば良いと思います。

> CN,CN+,CN-の結合次数と結合の強さを考えたかったのですが・・・。

 どの結合の結合次数と結合の強さでしょうか? どういったレベルの話でしょうか? 『最近、化学を勉強し始めました。』との事から,勝手に「炭素・窒素間の結合」についての「初歩的レベルの話」と考えましたが・・・。

 そうであれば,「CN」,「CN+」,「CN-」で違いは無いと考えて良いと思います。それぞれの構造を考えてみれば解るかと思いますので,以下構造について説明しておきます。

 まず,炭素及び窒素原子の電子配置は,炭素:1s(↑↓), sp(↑), sp(↑), py(↑), pz(↑),窒素:1s(↑↓), sp(↑↓), sp(↑), py(↑), pz(↑) となっています。

 ここで,両原子の 1s 軌道の電子は結合には関与しませんので考えなくても良いです。で,両原子の電子1個を有する sp 軌道を使って C-N のσ結合が出来ます。さらに,両原子の py 軌道同士,pz 軌道同士の重なりによってπ結合2つが生じます。結果,CN 間は3重結合になります。

 残った軌道と電子をみると,炭素原子には電子1個の sp 軌道が,窒素原子には電子2個(孤立電子対)の sp 軌道がそれぞれ残っています。炭素の sp 軌道は窒素原子とは反対側,窒素の sp 軌道は炭素原子とは反対側,をそれぞれ向いていますので,結合に関与することはできません。したがって,その電子状態を書くと ・C:::N: となります。これが「CN」と書かれている構造です。ですので,より正確に書けば,炭素上の不対電子も示した「・CN」となります。

 この不対電子が存在する炭素の sp 軌道の電子を取り除いてやれば電子(負電荷)が1個減りますから -(-1) = +1 で「+」になります。これが「CN+」ですが,「+」電荷は炭素原子上にありますので「+CN」と書く方が正確です。

 さて,先の不対電子が存在する炭素の sp 軌道は電子を1個受け入れる事が可能です。ここに電子を受け入れた場合 +(-1) = -1 で「-」になります。これが「CN-」です。「-」電荷は炭素上にありますので「-CN」と書く方がより正確なのは先の「+CN」の場合と同じです。

 如何でしょうか。こうみれば「CN」も「CN+」も「CN-」もCN間の結合に関しては同じですね。勿論,炭素の sp 軌道上の電子の数はCN間の結合に影響が無いわけではありませんが,それを議論するのであれば『最近、化学を勉強し始めました』というレベルではないと思いますので・・・。

> カチオンとアニオンが分かりません。

 既に回答がありますが,カチオンとは (+) の電荷(正電荷)を持ったイオンの事です。日本語では「陽イオン」と言います。逆にアニオンは (-) の電荷(負電荷)を持ったイオンで「陰イオン」と言います。

 『最近、化学を勉強し始めました。』との事ですので,敢えて注意しておきますが,化学の用語で「プラスイオン」や「マイナスイオン」はありません。上記の様に「陽イオン」または「陰イオン」と言います。

> テキストにCN+アニオン、CN-カチオンとあります...続きを読む

Qアキラルとは。

アキラルというものが解りません。辞書によると
キラルというのは像と鏡像が重なり合わないもので、
アキラルは像と鏡像が重なり合うらしいのですが、
(像と鏡像が)重なり合うと云う事は、おんなじ物質
というのと違うのでしょうか。

どなたか詳しい方がいらっしゃいましたら回答
宜しくお願いします。

Aベストアンサー

> アキラルというものが解りません。

 簡単に言えば,「キラルでないもの」をアキラルといいます。


> アキラルは像と鏡像が重なり合うらしいのですが、
> (像と鏡像が)重なり合うと云う事は、おんなじ物質
> というのと違うのでしょうか。

 はい,同じ物質です。よく使われる例に手袋があります。右手用(あるいは左手用)の手袋を鏡に写すと,左手用(右手用)になり,元の右手用(左手用)とは異なります。この様な場合を「キラル」と言います。

 一方,靴下の場合,右足(左足)用とも形が同じですので,右(左)足用の靴下を鏡に写しても同じ右(左)足用になります。この様に,鏡に写しても元と同じになる場合を「アキラル」と言います。

 「キラル」,「アキラル」と言う言葉は出てきませんが,下の過去質問「QNo.337088 光学不活性・・・」の ANo.#3 の回答とそこで紹介されている過去質問が参考になると思います。

参考URL:http://www.okweb.ne.jp/kotaeru.php3?q=337088

QCrの電子配置がなぜ3d軌道に5個、4s軌道に1個になるのですか?

電子配置のことなんですが、遷移元素の原子番号24番のCrの電子配置がなぜ3d軌道に5個、4s軌道に1個はいるのかわからないんです。前の23番の元素Vは3d軌道に3個、4s軌道に2個はいってるので、次のCrはこれでいくと3d軌道に4個、4s軌道に2個になるはずじゃないんでしょうか?これと同じことが、NiとCuでも起こっているのですがなぜなんでしょうか?

Aベストアンサー

定性的な説明ですが、3d軌道に電子が半分充足された状態(Cr)や完全に充足された状態(Cu)がエネルギー的に特別、安定になるからです。4f軌道についても同様です。

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(1)化学の参考書を読んでいたら「ベンジル位」というのが出てきました。(KMnO4はベンジル位のCに反応する…)いろいろ調べてみましたが、持っている本には載っていませんでした。ベンジル位とは何なのでしょうか?

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お手数ですが、よろしくお願いします。

Aベストアンサー

ベンジル基とはベンゼン環にCH2がついたもの(C6H5-CH2-)で、ベンジル位とはそのCH2部分です。

Q寄与が大きい・小さい

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「寄与が大きい」「寄与が小さい」という言葉。
自分なりに、それぞれを
「なりやすい」「なりにくい」という言葉で
理解したんですが、これって正しいですか?

もっと「寄与が大きい・小さい」を説明する
わかりやすい言葉があれば
教えてください。

Aベストアンサー

極限構造のパーセンテージだと思って下さい。
ベンゼンの二つの構造は等価なので同じ大きさの寄与。
他の形のベンゼン(デュワーベンゼンなど)の構造は無理があるので小さい寄与。
てな処です。


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