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4 20 4 23 18:45~ 13 1322 18:45~ 1 113 TEL: 03-5841-4321 E-mail kagaku@chem.s.u-tokyo.ac.jp 2
/ 3
/ 1s/2s 2s 1s 2s 1s Wikipedia 1s 2s 4
/ s, p, d 1, 3, 5 5
/ 50 2 2 2 2 6
6 メチルアニオン 陽子 6 個 = 正電荷 6 1s 電子 2 個非結合電子 2 個負電荷 7 共有電子 3 個 正味 1 7N アンモニウムイオン + N N + 陽子 7 個 = 正電荷 7 1s 電子 2 個共有電子 4 個負電荷 6 正味 +1 テトラヒドロホウ素 メチルカチオン 5B B B 陽子 5 5 個 = 正電荷 55 1s 電子 2 2 個共有電子 4 個負電荷 66 6 + 陽子 6 6個 = 正電荷 64 1s 電子 2 2個共有電子 3 個負電荷 55 + 正味 1 1 正味 +1 7
/ Lewis O O O 8
2 2 2 2 9
/ 2 F 2 etc 10
/ 11
/ 12
/ 2 F 2 etc 13
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4 15
1 1s 1e 1s 2 3Li 1s 2 2s 4Be 1s 2 2s 2 5B 1s 2 2s 2 2p x 6 1s 2 2s 2 2p x 2p y 7N 1s 2 2s 2 2p x 2p y 8O 1s 2 2s 2 2p x 2 2p y 2p z 9F 1s 2 2s 2 2p x 2 2p y 2 2p z 10Ne 1s 2 2s 2 2p x 2 2p y 2 2p z 2 16
17
2p 2s 2p 2s 1s 1s 18
ψ ( a ) = ψ ( a, 1s) ψ ( b ) = ψ ( b, 1s) Φ B ( 2 ) = ψ ( a ) + ψ ( b ) 2 の結合性分子軌道 の反結合性分子軌道 19
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2 つの水素原子 分子すなわち 2 Δ = 435 kj/mol 435 kj/mol だけ発熱的 Δ = +435 kj/mol 435 kj/mol だけ吸熱的 水素分子 ( 2 ) は 2 つの孤立した水素原子より 435 kj/mol (104 kcal/mol) だけ安定である. 22
23
2p 2s 2p 2s 1s 1s 24
2p 2p 6 2s 1 2s 1s 1s 6 1 25
E 3d 3p 3s E 2p 2s 2s E 1s 1s 1s 1. 09 A 109.5 26 sp 3 軌道の空間配置を上および横から見た図
E E E E 改めて メタンの構造を考える 3d 3d 3d 3d 3p 3p 3p 3s メタンとなる 3s 3s6原子 3p 3s 1原子 炭素1個と水素4個の間に E 2p 3d 2p 3 3p sp 2p 2p 3s 2s 2s 2s 2p 新たにできた4つの分子軌道に 2s 合計8個の電子が入る 2s 1s 1s 1s 1s 1s 1. 09 A ４ 109.5 sp3軌道の空間配置を上および横から見た図 1. 09 A 等価な-結合が4つ 27 3 sp3軌道の空間配置を上および横から見た図 1. 09 A 109.5 109.5
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4 メタン methane ( 4 ) 3 2 3 プロパン propane ( 3 8 ) 2 2 2 シクロプロパン cyclopropane ( 3 6 ) アルカンの構造を描くいろいろな方法 31
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E E E E E 3d E 3d 3d 3d 3d 3p 3d 3p 3p 3p 3p 3s 3p 3s 3s 3s 3s 3s E 2p3d 3d 2p 2p 2p3p 2p 2p 3p 2s 3s 3s 2s 2s 2s 2s 2s 2p 1s 2s 1s 1s 2p 2s 1s 1s 1s 1s 1s 1. 09 A 35 sp 3 軌道の空間配置を上および横から見た図 109.5
E 2p E 2p 2s 1s 1s 120 正面図 側面図 3 個のsp 2 混成軌道の空間配置を上および横から見た図 36
E 2p E 2p 2s 1s 1s 37
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4 39
40
(a) カルボカチオンの生成 (b) カルボアニオンの生成 メチル水素化物 メチルプロトン メチル 41 水素原子
sp 2-1s 結合 空の p 軌道 メチル水 120 1. 10 A メチル 107.5 21.4 42
111 WWW 1.11 A 108 1.53 A エタンの構造 43
(dihedral angle) 赤色の 結合のなす角度が二面角 θ 44
45
= 46
112 3 1.532 A 1.107 A 47
48
49
120 π σ 50
重結合の回転は容易には起こらない cf. 12 kj/mol in 33 51
Trans ( トランス ) is ( シス ) 52
53
54
第一級炭素 (primary carbon) 第二級炭素 (secondary carbon) 3 2 2 3 第一級炭素 (primary carbon) 3 第三級炭素 (tertiary carbon) 3 3 55
直鎖のアルカンの例 名称化学式融点 ( ) 沸点 ( ) メタンエタンプロパンブタンペンタンヘキサンヘプタンオクタンノナンデカンウンデカンドデカンイコサントリアコンタンペンタコンタン methane ethane propane butane pentane hexane heptane octane nonane decane undecane dodecane icosane triacontane pentacontane 4 3 3 3 2 3 3 ( 2 ) 2 3 3 ( 2 ) 3 3 3 ( 2 ) 4 3 3 ( 2 ) 5 3 3 ( 2 ) 6 3 3 ( 2 ) 7 3 3 ( 2 ) 8 3 3 ( 2 ) 9 3 3 ( 2 ) 10 3 3 ( 2 ) 18 3 3 ( 2 ) 28 3 3 ( 2 ) 48 3 182.5 183.3 189.7 138.4 129.7 95 90.6 56.8 51 29.7 25.6 9.6 36.8 66 92 164 88.6 43.1 0.5 36.1 69 98.4 125.7 150.8 174.1 195.9 216.3 343.0 449.7 56
4 3 3 methane ethane propane 3 methyl ethyl propyl (n-propyl) isopropyl 57
butane isobutane butyl (n-butyl) s- s-butyl sec-butyl isobutyl t- t-butyl tert-butyl 58
IUPA IUPA 1: meth- 2: eth- 3: prop- 4: but- 5: pent- 6: hex- 7: hept- 8: oct- 9: non- 10: deca- -ane = -ene = -yne = -yl = -enyl = -ynyl = 59 -anol = -anal = -anoic acid =
60
61
1 2 3 5 4 6 3-methylhexane 62
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2: di- 3: tri- 4: tetra- 5: penta- 6: hexa- 7: hepta- 66
Br l 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 7 8 7 6 5 4 3 2 1 3- ブロモ -4- メチルヘキサン 3-bromo-4-methylhexane 4- ブロモ -3- メチルヘキサンでも 3- メチル -4- ブロモヘキサンでもない ( 3 ) 3 4-t- ブチル -5- クロロオクタン 4-t-butyl-5-chlorooctane 4- クロロ -5-t- ブチルオクタンではない 2, 5, 5- トリメチルヘプタン 2, 5, 5-trimethylheptane 3, 3, 6- トリメチルヘプタンではない 67
68
IUPA IUPA 1: meth- 2: eth- 3: prop- 4: but- 5: pent- 6: hex- 7: hept- 8: oct- 9: non- 10: deca- -ane = -ene = -yne = -yl = -enyl = -ynyl = 69 -anol = -anal = -anoic acid =
cis/trans E/Z Z cis E trans 70
高順位 ( 左側の ) 高順位 ( 右側の ) 高順位 ( 左側の ) 低順位 ( 右側の ) 3 Br 3 l l Br 低順位 ( 左側の ) 低順位 ( 右側の ) 低順位 ( 左側の ) 高順位 ( 右側の ) 71
この には 2 個の と 1 個の が結合している = 高順位 3 3 l この には 3 個の が結合している = 低順位 t- ブチル基 3 3 3 3 2 イソプロペニル基 72 低順位 3 3 3 3 2 高順位
Z cis E trans 高順位 ( 左側の ) 高順位 ( 右側の ) 高順位 ( 左側の ) 低順位 ( 右側の ) 3 Br 3 l l Br 低順位 ( 左側の ) 低順位 ( 右側の ) 低順位 ( 左側の ) 高順位 ( 右側の ) Z 異性体 : 高順位の基が同じ側にある E 異性体 : 高順位の基が反対側にある 73
高順位 ( 左側の ) 高順位 ( 右側の ) 高順位 ( 左側の ) 低順位 ( 右側の ) 3 Br 3 l l Br 低順位 ( 左側の ) 低順位 ( 右側の ) 低順位 ( 左側の ) 高順位 ( 右側の ) Z 異性体 : 高順位の基が同じ側にある E 異性体 : 高順位の基が反対側にある (Z)-1-bromo-1-chloro-1-propene (E)-1-bromo-1-chloro-1-propene 74
ヘキセン類の生成熱 Δ t ( 単位 kj/mol, 括弧内は kcal/mol) 異性体 Δ t 2 = 2 2 2 3 3 2 = 2 3 ( シス体 ) 3 2 = 2 3 ( トランス体 ) ( 3 ) 2 = 2 3 ( 3 ) 2 =( 3 ) 2 41.8 ( 10.0) 46.9 ( 11.2) 50.6 ( 12.1) 66.9 ( 16.0) 69.5 ( 16.6) 最も不安定 最も安定 2 3 2 3 シス体には重なり形になったエチル基同士がぶつかり合うエネルギーの大きな不安定化相互作用がある 75
一置換型 二置換型 sp 2 -sp 2 のσ 結合 sp 2 -sp 2 のσ 結合 2 2 2 3 3 2 2 3 sp 2 -sp 3 sp 3 -sp 3 sp 3 -sp 3 sp 2 -sp 3 sp 3 -sp 3 三置換型 四置換型 sp 2 -sp 2 のσ 結合 sp 2 -sp 2 のσ 結合 3 sp 2 -sp 3 3 2 3 sp 2 -sp 3 sp 3 -sp 3 3 3 sp 2 -sp 3 sp 2 -sp 3 3 3 sp 2 -sp 3 76
σ 結合 sp 2 -sp 2 1 1 1 1 sp 2 -sp 3 4 3 2 1 sp 3 -sp 3 0 1 2 3 最も安定 最も不安定 エネルギー 77
78
79