(21) 有機化合物の世界 - Coocantakahiko.life.coocan.jp/univ/2014/orgchem_01_24.pdfHHHHHH CH3CH2CH2CH2CH2CH3 CHCH 2CHCHCHCH3 (a) (b) (c) C C C C C C HH H HH HH HH H HH HH (a)

1

2014年度「化学」(担当：野島 高彦)

(21) 有機化合物の世界

1 なぜ有機化学を学ぶのか

私たちの身体は細胞から組み立てられている．細胞は脂質に包まれたコロ

イド分散系の微小空間であり，ここには細胞核や細胞内小器官が詰め込まれ

ている．細胞核の内部には DNAが収納されており，ここに記されたプログラムに従って私たちの体内では，二万種類以上の蛋白質が 20種類のアミノ酸を原料として合成されている．

蛋白質の多くは私たちの体内で生化学反応を進めるための触媒として機

能している．たとえば私たちは，エネルギーを得るために炭水化物を摂取す

るが，この炭水化物に対して，数十種類の蛋白質が触媒として働き， 終的

に水と二酸化炭素に分解する．

一方，私たちの健康を守る医療技術では，縫合糸にポリ乳酸(PLA)，人工血管にポリエチレンテレフタラート(PET)，透析フィルターにテフロン，輸液バッグにポリエチレン(PE)，使い捨て注射筒にポリプロピレン(PP)といったプラスチック材料が使用されている．消毒にはエタノールやイソプロピルアル

コールが，保湿剤にはグリセロールが用いられている．世界でもっとも大量

に合成されている医薬品は鎮痛剤のアスピリンである．これの主成分はアセ

チルサリチル酸である．

ここで下線を付けた物質はすべて有機化合物である．私たちの身体を構成

する材料や，私たちの健康を守る材料を理解する際には，有機化合物につい

ての理解が役に立つ．炭素を含む化合物*1を有機化合物と呼び，有機化合物の

化学を有機化学と呼ぶ．

2 医療系専門職を志す大学 1 年生は今から何を勉強しても役に立たないのか

有機化学が扱う領域は非常に広いので，有機化学を専攻しない学生がどこ

から攻めれば良いのか指針を立てるところから有機化学の世界に進もう．そ

のためには，何をやらないのか，何をやっても役に立たないのか，を決めて

おくと，有機化学を効率的に学ぶことができる．

1 CO，CO2，NaCN，KCNなどは有機化合物として扱わないことが多い．厳密に分類されているわけではない．

2

2.1 調べればわかることを暗記しても役に立たない

有機化合物の名称や構造や性質を何百個も丸暗記する必要はない．医療を

学ぶため，また，医療の仕事をするために必要な 低限度の有機化合物の名

称と構造と性質だけを覚えればよい*2．覚えなければならない化合物の具体的

なリストは「有機化合物の構造と名前を覚えよう」にまとめてある．

2.2 名前の付け方を今から覚えても役に立たない

有機化合物には名前の付け方に国際ルールがある(IUPAC 命名法)が，これも今から習得する必要はない*3．基本的な化合物の大半は，このルールに従っ

た名称よりも，慣用的に用いられ続けている名称(慣用名)で呼ばれることの方が多いからである*4．

2.3 細かい知識を覚えても役に立たない

有機化学にはイロイロな反応が出てくるが，これらも細かい反応メカニズ

ムや反応条件を覚える必要はない．基本的な化合物がどのような反応をする

のかについて概要を説明できれば十分である．それに加えて，代表的な医薬

品や医療材料に関して，合成方法の概略を説明できるようになれば，これか

ら先，医療関連物質の理解に役立つかもしれない．

3 有機化合物の世界はどのような世界なのか

3.1 とにかく種類が多い

新しい化合物が発見されたり合成されたりすると，その情報はアメリカ化

学会が提供する化合物データベース CAS Registryに登録される．ここに登録されている化合物の数は，CAS Registryの公式ウェブサイトに表示される (図 1)．

2 たとえば医療の仕事をする者がエタノールとメタノールの区別もできないようではハナシにならない． 3 習得することに意味がないというわけではなく，これから有機化学を学ぶ際に優先順の上位には来ないという意味である．命名法のルールが分かってい

ると便利なこともあるが，わからなくても別に困らない．この世界でそうい

うルールがわかっていないと困るのは，有機合成化学者くらいである． 4 たとえば消毒に用いられる「イソプロピルアルコール」は正式名称ではなく慣用名である．正式名称は 2–プロパノールである．日本薬局方では「イソプロパノール」となっているが，これは国際ルールに反している．こんな調子

である．

3

2014年 10月 1日時点で，ここには約九千万種類の化合物が登録されている*5．これらのうち，少なく見積もっても 9割は有機化合物である．つまり私たちの世界には，八千万種類を超える有機化合物が存在しているのである．

図 1 化合物データベース CAS REGISTRY．(左)データベースの URLをコードした QRコードと，(右)リンク先のサイト．矢印で示した箇所に化合物カウンターが組み込まれている． http://www.cas.org/ スマートフォンからのアクセスだとカウンターではなく概数が表示される．

3.2 理解するためには共通性から攻める

約九千万種類の有機化合物の間には，いくつかの共通性が見られる．有機

化学の世界に足を踏み入れる前にそこを確認しておこう．

(a) 基本構成要素は炭素 C，水素 H，酸素 O，窒素 N

有機化学の世界に登場する元素のほとんどは，C，H，O，N の 4 種類である．これらの他に，リン P *6，硫黄 S *7，ハロゲンがときどき登場する．

たとえば，我々の身体を構成する有機化合物を考えてみよう．蛋白質の構成

材料である天然アミノ酸 20 種類のうち，S をもつものは 2 種類だけであり，他のすべては C，H，O，Nから構成されている．DNAの場合は C，H，O，N，Pの 5種類である．

5 蛋白質や DNAの配列情報は除く． 6 DNA，RNA，ATPなどにリン酸基として含まれる． 7 例えば蛋白質を構成する天然アミノ酸では，メチオニンとシステインに含まれている．

4

(b) 基本骨格は炭素 C と水素 H の 2 種類だけ

有機化合物の基本骨格は C と H から構成されている．だから，有機化合物の分子構造を考えるときには，まず，どのように C原子と C原子とがつながっているのかを考えればよい．その後から細々としたパーツを付けて行け

ばよいのである．Cと Hから成る化合物を炭化水素と呼び，単結合だけから

成るものをアルカン，二重結合を含むものをアルケン，三重結合を含むものを

アルキンと分類する．表 1に基本骨格と化合物の例を示す．構造による分類もここに示す．

3.3 有機化合物の構造を描くときにはきまりがある

表 1 では，C–H 結合は省略されている．有機化合物の構造式を表すときには，炭素 Cと水素 Hとをひとまとめにすることが多い．たとえばヘキサンC6H14は図 2のようにあらわす．

5

図 2 ヘキサン C6H14 の構造式．(a)すべての原子について結合がわかるように記す方法．(b) C–H結合を省略して Cと Hとをまとめて記す方法．(c) C–C結合も省略して記す方法．

さらに，Cと Hのまとまりさえも省略してしまう場合がある．ヘキサンの場合には図 3(a)のように記される．

図 3 ヘキサンの構造式．(a)は折れ線で構造をあらわしたもの．(b)はすべての原子を記したもの．

有機化合物構造をあらわすときは，その化合物を構成する原子の相対的な

位置関係が同じならば，どのように表示してもよい．例として酢酸エチルの

表し方を図 4に示す．

H C C C C C C H

H H H H H H

H H H H H H

CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3

CH3CH2CH2CH2CH2CH3

(a)

(b)

(c)

CC

CC

CC

H H

H

H H

H H

H H

H

H H

H H

(a)

(b)

6

図 4 酢酸エチルの分子構造を表記する方法の例．分子を構成する原子の相対的な位置関係が同じであれば，上下左右は好きに描いてよいし，折れ曲げる箇所も好きに選んでよい．

3.4 よく出て来る構造の描き方がある

分子の構造と性質を特徴づける–OH，–COOH，–NH2 などのパーツを官能

基と呼び，官能基を用いてあらわした化学式を示性式と呼ぶ．たとえば図 4で扱った酢酸エチルを示性式であらわすと，CH3COOC2H5 となる．官能基の

例を表 2に示す．

CH3 C O

O

CH2 CH3 CH3 CH2 O C

O

CH3

O

O

O

O

O

O

CH3 C O

O CH2

CH3

O C

CH3

O CH2 CH3

7

表 2 官能基例

3.5 反応パターンは 4 種類だけ

有機化合物固有の反応は数え切れないほど知られているが，分類すると，

付加，脱離，置換，転位，の 4 パターンのどれかにあてはまる．以下に例を示す．

(a) 付加反応

二重結合や三重結合が開裂し，それらの端に新しい原子団*8が共有結合す

る反応．たとえばエチレン CH2=CH2 に水 H2O が付加してエタノール

CH3CH2OHが生じる反応がこれである．

8 分子内の部分構造．

官能基の名称 官能基の構造

8

b) 脱離反応

化合物が原子団を放出してより原子数の少ない分子となる反応．たとえば

1,1,2-トリクロロエタンから塩化水素 HCl が離れて塩化ビニリデンCCl2=CH2が生じる反応*9がこれである．

(c) 置換反応

化合物の同一原子上で置換基が置き換わる反応．たとえばメタン CH4の水

素原子Hが塩素原子 Clに置き換わって塩化メチル CH3Clが生じる反応*10が

これである．

(d) 転位反応

化合物内で原子や原子団が結合位置を変える反応．たとえばシクロヘキサ

ノンオキサムがε-カプロラクタムに変化する反応*11がこれである．

9 塩化ビニリデンはサランラップの主原料である． 10 塩化メチルにさらに同様の置換反応が生じると，塩化メチレン CH2Cl2，ク

ロロホルム CHCl3，四塩化炭素 CCl4が生じる． 11 ε-カプロラクタムは 6-ナイロンの原料である．

C CH

H H

HC C

H

H H

HH

OH

H2O

����� ����

C CCl

Cl H

HH

Cl

C CCl

Cl H

HKOH–KCl–H2O

1,1,2-������� �����

H

CH H

H

H

CH H

Cl

Cl2–HCl

��� �����

9

3.6 構造バリエーションの世界

数種類の元素を材料に，組み合わせパターンの多様性で数千万種類の分子

を組み立てているのが有機化合物の世界である．そのため，同じ種類の元素

を同じ数だけ使って組み立てても，異なる物質になることがある．たとえば

C2H6O であらわされる化合物を考えてみよう．図 5 に示すとおり，2 種類が可能である．

図 5 エタノールとジメチルエーテルの構造式と示性式．

エタノールは消毒薬として用いられている常温で液体の物質である．一方，

ジメチルエーテルは常温で気体の物質である*12．両者は全く異なる物質であ

る．このように，分子式が同じでも構造の異なる物質どうしを異性体と呼ぶ．

また，分子内における原子の結合順序の異なる異性体どうしを構造異性体と

呼ぶ*13．エタノールとジメチルエーテルは，互いに構造異性体の関係にある．

4 鏡の世界の有機化学

4.1 立体異性体:同じだけど違う

分子内における原子の結合順序が同じでも，複数種類の分子が存在する場

合がある．その違いを理解することが，医薬品や生体分子の性質を理解する

際に役に立つ．

12 燃料としての応用が期待されている化合物である． 13 結合順序が同じ場合には立体異性体と呼ぶ．

N OHNH

O

���������� �������

H C C

H

H

O

H

H

H H C O

H

H

C H

H

H

����� ���� ��

CH3CH2OH� C2H5OH� CH3OCH3�

����

����

����

10

(a) エナンチオマー

鏡の前に立って右手を上げてみよう．鏡の向こうのあなたは左手を上げて

くる．鏡のこちら側と向こう側では，左右が逆転しているのだ．分子の世界

でもこれと同じことが起こる．たとえば食品中で「うま味」の素になってい

る L-グルタミン酸を考えてみよう(図 6)．

図 6 L-グルタミン酸と D-グルタミン酸．両者はエナンチオマーの関係にある．不斉炭素原子の 4本の共有結合のレイアウトが逆になっている．

L-グルタミン酸を鏡に映すと D-グルタミン酸になる．両者は重ね合わせることのできない別の構造をしている．右手と左手の関係である．この関係を

エナンチオマー(鏡像異性体)と呼ぶ*14．どちらのグルタミン酸も化学的には

全く同じ性質を示すが，私たちの身体は両者を見わけることができる．L-グルタミン酸には「うま味」があるのだが，D-グルタミン酸には味がないのである*15．

グルタミン酸は 1個の C原子 Cに–H，–NH2，–COOH，–CH2CH2COOHの4種類の原子または官能基が接続されたしくみになっている．このように 4種類の異なる原子または官能基をもつ炭素原子を不斉炭素原子と呼ぶ．

このような立体的な配置の違いをあらわさなければならない場合には一

工夫必要になる．たとえば図 7 の分子模型であらわされる 2 つの分子は，同じ構成要素から組み立てられているが，互いに重ね合わせることができない

ので，同じ分子ではない． 14 高校化学でこの関係のことを「光学異性」と教わったかもしれないが，これは誤りである．鏡像異性は光学異性の一種であって同じものではない．ジ

アステレオマーとエナンチオマーの両者を考慮しなければならないからだ． 15 D-グルタミン酸は人畜無害である．

!�

"#$�!%%#�#�

!#$�

!#$�

!%%#�

!�

"#$�#�#%%!�

!#$�

!#$�

!%%#�

�� &'�� ��('�� ��

�������

11

図 7 同じ種類の元素が同じ順番で結合しあっているにもかかわらず，互いに重ね合わせることのできない構造の例．左の分子では，aから眺めたとき，時計回りに b→c→dとなっているが，右の分子では反時計回りに b→c→dとなっている．

この問題を解消するために，くさび形の記号を用いて分子の立体構造を表

記することがある(図 8)．

図 8 原子の立体配置を平面上に記す方法． は紙面より手前に飛び出しており， は紙面よりも奥に向かっていることをあらわす．

(b) ジアステレオマー

再び鏡に向かってみよう．今度は「右手と右足」をセットで上げてみる．

鏡の向こうのあなたは「左手と左足」を上げてくる．しかし，もしも鏡の向

こうのあなたが「右手と左足」あるいは「左手と右足」を上げてきたらどう

ab

dc

12

だろうか? 鏡の前のあなたと鏡の向こうのあなたとは，エナンチオマーの関係ではなくなる．このような関係をジアステレオマー呼ぶ(図 9)．

図 9 エナンチオマーとジアステレオマー．手も足も揃って反転しているものどうしがエナンチオマーで，エナンチオマーでない立体異性体どうしがジアステレオマーである．

エナンチオマーとジアステレオマーをあわせて立体異性体と呼ぶ．たとえ

ばアミノ酸の一種であるトレオニンには不斉炭素が 2個あるため，4種類の立体異性体が考えられる．天然の蛋白質にはこのうちの一種類だけが含まれて

いる(図 10)．分子内に n 個の不斉炭素原子が存在するとき， 大で 2n個の立体異性体が考えられる．

図 10 トレオニン．不斉炭素原子 C*を 2 個もつため，種類の立体異性体が考えられる．(c) メソ化合物

例として酒石酸をとりあげる．酒石酸は次のように分子内に 2個の不斉炭素原子をもつ．

�� ��

��

�� ��

������

�� ��

��

��

��

C

COOH

C

H2N H

CH3

OH

H

*

*

13

しかし酒石酸には 22 = 4通りの立体異性体が存在するわけではなく，存在

するのは 3 通りである．鏡のこちら側の姿とむこう側の姿とが重なりあう構造パターンが 1 個存在するからである(図 11)．このパターンの構造をもつ化合物をメソ化合物やメソ体と呼ぶ．

図 11 メソ化合物の構造．a, b, cはいずれも異なる官能基である．これらが分子内の 2 個の炭素原子に結合している．(a)のように並べると，左右の分子は互いにエナンチオマーに見える．この状態で右側の分子を回転させて行く．まず，180° 回転で 2 個の炭素原子を入れ替えると(b)になる．ここで炭素と炭素を結ぶ結合軸を回転させると(c)になる．(c)では左右の分子が同じものになっている．

4.2 医薬品と立体異性

エナンチオマーは沸点，融点，密度，色，化学反応性などが共通であるが，

生物学的な性質が異なる場合がある．その例を以下に挙げる．

C C COOH

H

HOOC

OH OH

H**

14

(a) S-ナプロキセン

鎮痛剤や解熱剤として用いられる医薬品の一つに，ナプロキセンがある(図12)．この化合物にはエナンチオマーが存在するが，医薬品としての効果を示すのは片方だけである．化学合成すると両者を 50 %ずつ含む混合物(ラセミ体)が得られるため，これを分割したものが用いられる*16．

図 12 ナプロキセンのエナンチオマー．医薬品としての効果を示すのは S-ナプロキセンだけである．

(b) サリドマイド

サリドマイド(図 13)は睡眠薬として 1950 年代〜1960 年代に市販された薬品である．しかし，服用した妊婦から奇形児が生まれてくる事故が発生した

ため，販売中止となった経緯がある．エナンチオマーの片方は副作用の無い

睡眠薬だが，もう片方は睡眠薬としての効果は示さず，催奇性を示すことが

判明した．

図 13 サリドマイドのエナンチオマー．R–サリドマイドは睡眠薬や乗り物酔い止めとして有効な化合物．S-サリドマイドは非常に高い催奇性をもち，高い頻度で胎児に異常をひき起こす化合物．

我々の体内で生命現象を化学的に進行させている蛋白質，核酸，糖類はい

ずれも立体異性体である．そのため，我々の身体は立体異性体に対して異な

16 「光学分割」と呼ばれる技術が用いられる．

OH3C

COOH

H CH3

OCH3

HOOC

H CH3

������� �������

N

HN

O

O O

O

HN

NH

O

O

O

O

H

* *

�������� ��������

15

る応答を示すことがある．有機化合物の構造に対する理解は，生命を守るた

めに必要なものなのだ．

なお，ラセミ体を記述する際に以下のように波線を用いる場合がある．

NHN

O

O O

O

16

5 有機化学の基本は炭化水素

5.1 アルカン

有機化合物の世界を知るために，まず基本骨格のパターンを見よう．炭素

C と水素 H だけから組み立てられており，結合がすべて単結合で，直鎖状の化合物をアルカンと呼ぶ．表 3には炭素数 1から 8までのアルカンと，20以上のアルカン混合物の一覧を示した．

表 3 アルカンの例

C数 名称 化学式 状態 (25 °C)

1 メタン CH4 気体 2 エタン CH3CH3 気体 3 プロパン CH3CH2CH3 気体 4 ブタン CH3CH2CH2CH3 気体 5 ペンタン CH3CH2CH2CH2CH3 液体 6 ヘキサン CH3CH2CH2CH2CH2CH3 液体 7 ヘプタン CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3 液体 8 オクタン*17 CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3 液体 20以上 パラフィン*18 固体 数百〜 数十万

ポリエチレン

*19 固体

5.2 炭素数が増えると構造異性体がたくさん

メタン CH4，エタン CH3CH3，プロパン CH3CH2CH3までは可能な構造式は

1 種類ずつである．しかし，ブタン CH3CH2CH2CH3以降は構造異性体が存在

する．たとえばペンタン CH3CH2CH2CH2CH3の場合には図 14のように 3種類の構造異性体が考えられる．炭素数が増えるに従ってアルカンの構造異性体

の数は増えていく．炭素数 6以上のアルカンには，立体異性体も存在する．

17 ガソリンに含まれるオクタンはこれの異性体で，2,2,4-トリメチルペンタン．慣用名はイソオクタン． 18 パラフィンは炭素数が 20以上のアルカンの混合物． 19 ポリエチレンは炭素数が数百から数十万の高分子化合物と呼ばれる物質である．高分子化合物では両末端の構造は無視して考える．さまざまな分子量

の分子が混ざっている．

CH2 CH2 n

17

図 14 ペンタン CH3CH2CH2CH2CH3 の構造異性体と IUPAC 名，および慣用名．

53 アルカンの置換反応

アルカンが反応物となる化学反応は燃焼反応か置換反応である．置換反応

とは，化合物の同一原子上で原子や原子団が置き換わる化学反応である．ア

ルカンの置換反応のなかでは，ハロゲン化が重要である．例としてメタン CH4

が塩素 Cl2と反応するときのことを考える．この反応は高校化学の教科書に，

次の一行だけで紹介されている．

CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl

この反応のしくみを見てみよう．

メタンも塩素も常温では気体である．両者を反応容器に封入し，光を照射

すると，光エネルギーによって Cl2分子の共有結合が均等に切断される(ラジカ

ル開裂)．

Cl–Cl → Cl・ + ・Cl

Cl・は塩素原子のラジカルである．ラジカルとは共有結合が二等分された，

非常に反応性の高い状態である．このラジカルは，他の分子を攻撃し，原子

を引き抜くことができる．たとえばメタン CH4を Cl・が攻撃すると，次のようにメタン分子から Hが 1個引き抜かれる．

この結果，メタン CH4分子は反応性の高い CH3・ラジカルに変わった．こ

んどはこれが別の分子を攻撃する．たとえば Cl2とか．

この反応の結果，CH3Clが生成する．

CH3 CH2 CH2 CH2 CH3 CH3 CH CH2 CH3

CH3

CH3 C CH3

CH3

CH3

����� 2–�� ��� 2,2–��������

������� ���������������

IUPAC��

����

H

C

H

H H + Cl

H

C

H

H + H Cl

18

ここで Cl・が生じてしまった．これはどうなるのだろうか? 2 通りの可

能性がある．一つは，「別の CH4に攻撃をしかける」である．その結果， CH3Clが次々と生成することになる．すなわち，ラジカル反応は連鎖反応なのであ

る．

一方，Cl・どうしが衝突する可能性もある．

Cl・+・Cl → Cl2

この場合は反応が停止する．

さて，CH4に対して過剰量の Cl2を加えておいた場合，CH4 → CH3Clでは反応が止まらず，次の反応が生じる．

この反応もさらに先に続く．Hが Clに置換されて行くのだ．

アルカンへのラジカル反応はコントロールが難しい．連鎖反応が起こるた

め，例えば上記反応の場合，CH2Cl2 の生成段階だけで反応を止めることがで

きない．生成物は混合物となり，ここから目的物を分けなければならない．

H

C

H

H + Cl Cl

H

C

H

H Cl + Cl

Cl

C

H

H H + Cl

Cl

C

H

H + H Cl

Cl

C

H

H + Cl Cl

Cl

C

H

H Cl + Cl

CH4 CH3Cl CH2Cl2 CHCl3 CCl4

��� ������ ������� �������� �������� ����� ����� �����

19

5.4 シクロアルカン

単結合だけで炭素が環状につながった炭化水素をシクロアルカンと呼ぶ．シ

クロアルカンの例を以下に示す．

6 石油化学工業

人工的に合成される有機化合物のほとんどは，石油を原料としている．石

油はどのように私たちの身の周りの化合物に姿を変えているのだろうか?

6.1 目的に応じて石油を分離する

油田から取り出される原油は，様々な有機化合物の混合物である．これを

適切な方法で化学処理*20した後，沸点の違いで分離する．沸点の低いもの*21か

ら順に，LP ガス*22，ナフサ*23，灯油*24，軽油，重油，残油*25，に分けられる*26．

これらのうちナフサは沸点がおよそ 38 °Cから 180 °Cの成分であり，これが石油化学工業で生産される化合物の出発材料となる．

6.2 ナフサから石油化学基礎製品を得る

ナフサをさらに化学処理すると，沸点の低いものから順に，エチレン，プ

ロピレン，1,3-ブタジエン*27，ベンゼン，トルエン，キシレン(o-，m-，p-異性体の混合物)が得られる．これら 6 種類(異性体を含めると 8 種類)の化合物を石油化学基礎製品と呼ぶ(図 15)．このうち，ベンゼン，トルエン，キシレン

20 不純物を取り除き，適切な触媒の存在下で加熱処理する． 21 ガスになりやすいもの． 22 「LPガス」は「液化石油ガス(liquefied petroleum gas)」の略であり，「液化プロパンガス」ではない．LPGと略される場合もある． 23 ガソリンの原料もここに含まれる． 24 ジェット機の燃料油もここに含まれる． 25 常圧蒸留残油とも呼ばれる．アスファルトや潤滑油がここから得られる． 26 他にも分け方があるが説明は省略する． 27 一般にこの異性体がブタジエンと呼ばれる．

H2C

H2C

H2C CH2

CH2

CH2

H2C CH2

CH2

H2C

H2C

������C6H12� �����C5H10�

20

をあわせて BTXと呼ぶ*28．世の中に出回っている有機化合物のほとんどすべ

ては，石油化学基礎製品から合成されている．これの化合物を組み合わせる

ことによって，人類は薬品や繊維や樹脂を生産している．

図 15 石油化学基礎製品．ここでキシレンは 3 種類の異性体(o-キシレン，m-キシレン，p-キシレン)を一括して描いてある．

6.3 我が国の産業は石油化学コンビナートから始まる

ナフサからは一度に複数種類の石油化学基礎製品が得られる．そのため，

石油化学工業においては，複数種類の化学製品を生産する設備や，原料貯蔵

施設，燃料備蓄設備が一箇所に集約されて建設される．これが石油化学コンビ

ナート*29である*30．石油化学コンビナートの中核を成す設備はエチレンを製造

するエチレンプラントである．そのため，石油化学コンビナートの生産能力を比

較する際には，エチレンの生産量が基準になる．エチレンについては「(22)アルケンとアルキン」で学ぶ．

28 BTXにエチルベンゼン(C2H5–C6H5)を加えて BTEXと呼ばれることもある． 29 日本では単にコンビナートと略されることが多い．なお，「コンビナート」はロシア語である． 30 タンカーが原油を運んで来るので，湾岸部に建設される．

CH2 CH2

CH3 CH3

CH3

���� ���� ���� ���� � �� ����

21

【問題】

問 1 次の構造式の中から酢酸エチルをあらわすものをすべて選べ．

問 2 次の化合物の中から，石油化学基礎製品をすべて選べ．

(1)アクリロニトリル (2)アニリン (3)エタノール (4)エタン (5)エチルベンゼン (6)エチレン (7)m-キシレン (8)o-キシレン (9)p-キシレン (10)m-クレゾール (11)o-クレゾール (12)p-クレゾール (13)トルエン (14)1,3-ブタジエン (15)ブタン (16)プロピレン (17)ベンゼン (18)メタン

問 3 原油を分離して得られる以下の資源を，沸点の低いものから高いものへの順番に並び替えよ．また，これらのうち石油化学基礎製品の主な原料と

なるものはどれか答えよ．

重油，LPG，軽油，ナフサ，残油，灯油

問 4 ヘキサンの構造異性体の構造式をすべて記せ．

CH3 C

O

O CH2 CH3

CH3 CH2 C

O

O CH3

CH3 O C

O

CH2 CH3

CH3 CH2 O C

O

CH3

CH3 C

O

O C2H5

C2H5 C

O

O CH3

O

O

O

O

O

O

O O

O

O

(1)

(2)

(3)

(4)

(6)

(5)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

22

問 5 炭素原子を 3 個含むアルカン分子に対して，1 箇所の水素原子を塩素原子に置換した構造をもつ化合物の構造式を記せ．また，2 箇所の水素原子を塩素原子に置換した構造をもつ化合物の構造式を記せ．光学異性体は区

別しなくてよい．

問 6 以下に示す化合物中の不斉炭素原子をすべて選べ．

問 7 次の化合物中の不斉炭素原子をすべて選べ．この化合物には何種類の構造異性体が存在するか答えよ．

問 8 立体異性体に関する次の説明文のうち，正しいものをすべて選べ．また，誤っているものは，どのように誤っているのかを述べよ．

(1) 互いにエナンチオマーである 2種類の化合物は，必ず同じ色を示す． (2) 互いにジアステレオマーである 2種類の化合物は，必ず同じ融点を示す．

(3) 不斉炭素原子をもつ有機化合物には，互いにエナンチオマーとなる組み合わせの立体異性体が必ず存在する．

(4) 不斉炭素原子をもつ有機化合物には，互いにジアステレオマーとなる組み合わせの立体異性体が必ず存在する．

(5) 互いにジアステレオマーである化合物のモル質量は同じとは限らない． (6) エナンチオマーが存在しジアステレオマーが存在しない有機化合物が存在する．

(7) ジアステレオマーが存在しエナンチオマーが存在しない有機化合物が存在する．

(8) ジメチルエーテルとエタノールは互いにエナンチオマーの関係にある．

NH2 CH

COOH

CH2 CH2 COOH CH3 CH

OH

CH

NH2

COOH

CH3 CH

CH3

CH2 CH CH2

CH3

CH3

HO CH

COOH

CH

COOH

OH

23

【解答】

問 1 (1) (4) (5) (7) (8) (10) 問 2 (6) (7) (8) (9) (13) (14) (16) (17) 問 3 (低) LPG，ナフサ，灯油，軽油，重油，残油 (高) 問 4

問 5

問 6

CH3 CH2 CH2 CH2 CH2

CH3 CH2 CH2 CH

CH3

CH3

CH3CH3 CH2 CH CH2 CH3

CH3

CH3 CH CH CH3

CH3 CH3

CH3 C CH2 CH3

CH3

CH3

CH3 CH2 CH2 Cl CH3 CH CH3

Cl

CH3 CH2 CH Cl

Cl

CH3 CH CH2 Cl

Cl

Cl CH2 CH2 CH2 Cl

CH3 C

Cl

Cl

CH3

�������

�������

NH2 CH

COOH

CH2 CH2 COOH CH3 CH

OH

CH

NH2

COOH

CH3 CH

CH3

CH2 CH CH2

CH3

CH3

* * *

*

24

問 7

3種類存在する．エナンチオマーが 1組あり，他にメソ化合物が 1種類存在する．2個の不斉炭素原子がそれぞれ結合する原子 and/or 原子団が共通な場合にメソ化合物が生じる．

問 7 (1)(3)(6)

(2) 物理的性質はエナンチオマーどうしでは同じだが，ジアステレオマーどうしでは同じとは限らない． (4) 不斉炭素原子を 2個以上もたなければジアステレオマーは生じない． (5) ジアステレオマーは原子配置が異なるだけなのでモル質量は同じである． (7) ジアステレオマーが存在する化合物中には複数個の不斉炭素原子が存在するので，必ずエナンチオマーは存在する． (8) ジメチルエーテルとエタノールは互いに構造異性体の関係にある．原子の結合順序が異なるため，立体異性体ではない．

□

HO CH

COOH

CH

COOH

OH*

*

HOOH

H

HOOC H

COOH

HOH

H

HO COOH

COOH

HOH

HOOC

HOOC H

OH���������

���