エタノールの分子構造（図1.1改変）有機分子の立体構造（異性体）（追加）...

1

エタノールの分子構造（図1.1改変）

分子の骨組み

水と仲が

いい部分

油と仲が

いい部分

OH

酸素原子

炭素原子

酸素原子

炭素原子

水素原子親水性

疎水性

水の分子化学結合

© Toshio Hasegawa 2017，「香りがナビゲートする有機化学」（2016年，コロナ社発行書籍関連資料）

henshu5

タイプライターテキスト

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ｓ軌道ｐ軌道

ｓ軌道のｐ軌道の形とひろがり（図1.2）

2


henshu5


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分子の構造式での表記（図1.3）

3


ルイス構造式を用いた分子の共有結合形成の模式図（図1.4）

4


水素原子の１ｓ軌道の重なりによる水素分子の形成（図1.5）

5


sp3混成軌道原子軌道

2ｓ軌道

2ｐ軌道

2ｓ軌道と2p軌道からのsp3混成軌道の生成（図1.6）

6


有機化合物を構成する分子の基本的な結合様式（図1.7）

7


エタン分子の単結合（図1.8）

単結合

sp3混成軌道

σ電子

σ結合 8


四面体構造平面分子直線分子

三次元二次元一次元

単結合、二重結合、三重結合を有する分子の立体構造（図1.9）

9


アセチレンへの水素添加によるエチレン，エタンへの変化（図1.10）

10


エチレンの二重結合（図1.11）

sp2混成軌道

p軌道 p軌道

σ電子

π結合（π電子）

σ結合

π結合

σ結合 11


アセチレンへの三重結合（図1.12）

sp混成軌道

p軌道 p軌道

σ電子

π 結合（π 電子）

σ 結合

π結合

σ結合 π結合

12


エーテルアルコール

（イ）

+ C

+ O

+ C

直鎖アルカン分枝アルカン

飽和炭化水素（アルカン）

お互いに構造異性体の関係

お互いに構造異性体の関係

（ロ）（ハ）（ニ）

（ホ）（ヘ）

無臭

弱い脂肪族系の匂い脂肪族系の匂い

爽快なエーテル臭すっきりしたアルコール臭

構造異性体とは？（図1.13）

13


L

二重結合の組み込み

三重結合の組み込み

鎖式不飽和炭化水素鎖式不飽和炭化水素

アルケンアルキン

環をつくる

環状炭化水素

（ロ）

（ト）

（チ）

（リ）

（ヌ）

（ル）（ヲ）

不飽和炭化水素および環構造を含む場合の構造異性体は？(図1.14)

14


有機分子の立体構造（異性体）（追加）

15

鏡像異性体

（光学異性体）

幾何異性体

（Cis-Trans異性体）

四面体構造平面分子

三次元二次元

C C

H

HH

HH C

H

H

C H

H

H

分子を構成する原子の種類と数が同じ、

しかしその立体的な形が異なる

単結合二重結合


C C

H

BrBr

H

16

二重結合

臭素原子が

同じ側にある

平面分子

二次元

Trans Cis

C C

H

BrH

Br

臭素原子が

反対側にある

幾何異性体（cis-tranns異性体）（図1.15改変）


X Y

幾何異性体の立体表記法（図1.16）

17


18

鋭いグリーン香気脂肪臭

青葉アルコール

幾何異性による匂いの違い（図1.17改変）


19

不斉炭素原子

２種類の立体異性体が存在

四面体構造

三次元

F Cl

Br

I

F Cl

Br

I

F Cl

Br

I

鏡像異性体の存在条件（図1.18）


(－)乳酸 (+)乳酸

光学活性な乳酸（図1.19）

20


R S

1

2

3

1

2

3

Ｒ，Ｓ命名法（図1.20）

21


22

樹脂的なラベンダー様香気

甘い感じの匂い

不斉炭素原子

光学異性と匂いの違い（図1.21改変）


23

COOH

H2N H

COOH

*

HOOC

NH2H

HOOC

*

L-グルタミン酸 D-グルタミン酸

Na塩はうま味 Na塩はうま味

まったくしない

グルタミン酸の味を感じる舌の上の受容体がL-アミノ酸からできている

光学異性と味の違い（図1.22改変）


光学異性体と薬（追加）

24

N

NH

O

O O

O*

(S)-サリドマイド

奇形児睡眠剤

化学合成した場合、特別なことをしないかぎり、２つの光学異性体が等量生成する

現在では薬として見直されている


エタン分子の立体配座（図1.23）

25


ブタン分子の立体配座（図1.24）

26


シクロヘキサン分子の立体配座（図1.25）

27


炭化水素分子骨格官能基

有機分子

官能基の種類

炭化水素分子骨格がいくつの炭素原子からできていて，どのように結合しているのか

官能基が結合している炭化水素分子骨格の位置

有機化合物の命名法の基本（図1.26）

28


ヘキサンのIUPAC名の付け方（図1.27）

29


エタンとエタノールのIUPAC名（図1.28 ）

30


アルコール

アルデヒド

カルボン酸

エステル

アミン

R 炭化水素分子骨格

官能基

メタノール

アセトアルデヒド

酢酸

酢酸メチルエステル

メチルアミン

同じ炭素骨格CH3をもった代表的な官能基を有する化合物（図2.1）

31


親水性

疎水性

R O

H

R CO

H

R CO

O HR C

O

O R'R NH2

R SH

R S

R'

R

アルコールアルデヒドカルボン酸エステルアミン

チオール

エーテルスルフィド

飽和炭化水素（鎖状）飽和炭化水素（環状）

不飽和炭化水素芳香族化合物

（含窒素化合物）

（含硫黄化合物）

極性

非極性

比較的水と仲が良い

炭素骨格構造

水の分子

官能基疎水性と親水性（追加）

比較的油と仲が良い

32


分子の世界から見た，溶ける，溶けない，の現象（図2.2）

ある液体の物質Ａ

ある個体の物質Ｂ物質Ｂが溶けていない状態

物質Ｂが溶けている状態

（１）

（２）

33


お砂糖を構成している糖の分子（図2.3）

34


//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b3/Sucrose-inkscape.svg

バターを構成している脂肪酸の一つオレイン酸の分子（図2.4）

親油性（疎水性）

35


鎖状アルコールの構造と親油性、親水性の関係（図2.5）

エタノール

プロパノール

ブタノール

OH

OH

OH

親水性親油性

ヒドロキシ基

の性質

アルキル基の

性質

溶解度（100gの水に何g溶ける）

よく溶ける

8 g

（溶けにくくなる）

36


d－

極性分子

無極性分子

静電引力（クーロン力）

ファンデルワールス力

d+ d－ d+

有機化合物の分子間力（図2.6）

37


分極した結合（図2.7）

38


極性分子

非極性分子

沸点

７５ ℃

３６ ℃

分子量の等しい極性分子と非極性分子の沸点（図2.8）

39


分子式C5H12の３種類の構造異性体（Ａ）から(C)の構造式と沸点（図2.9）

40


分子式C5H12の３種類の構造異性体（Ａ）から（C）の原子の大きさを考慮した分子模型

（図2.10）

41


接触部分が少ない接触部分が多い

構造異性体（Ａ）から(Ｃ)の分子間の接触の様子（図2.11）

42


水素結合（図2.12）

43


ほぼ同じ分子量の水素結合のある分子とない分子の沸点（図2.13）

44


エタノール分子間の水素結合の様子の模式図（図2.14）

45


ブタジエンの化学結合（図2.15）

46


共役ブタジエンの構造の表記の仕方（図2.16）

47


ヘキサトリエンとシクロヘキサトリエン（図2.17）

48


ヘキサトリエンとベンゼンの構造の比較（図2.18）

49


（A）（B）

ベンゼンの構造の表示方法（図2.19）

50


化学平衡反応（図2.20）

酢酸の酸塩基の関係（図2.21）

51


電子対の移動を表している

酸、塩基としての水分子とプロトン（図2.22）

52


酸、塩基としての酢酸イオンとオキソニウムイオン（図2.23）

53


ケトン構造エノール構造

ジケトンの２つの構造異性体の間の平衡（図2.24）

54


ケト－エノール互変異性（図2.25）

55


ケトーエノール互変異性の具体例（図2.26）

56


基本骨格構造官能基

ベンゼン構造

飽和結合（単結合）

鎖状構造

官能基そのものが反応して変化

官能基が基本骨格構造の電子の偏りを誘発し，反応して変化

不飽和結合（二重結合、三重結合）

環状構造

基本骨格構造が様々な要因で反応して変化

N, O, Sなどの原子の含有

＜基本骨格構成構造＞

有機化合物の反応部位（図3.1）

57


有機化合物を構成する分子の基本的な結合様式（図3.2）

四面体構造平面分子直線分子

三次元二次元一次元 58


アセチレンへの水素添加によるエチレンそしてエタンへの変化（図3.3）

59


飽和脂肪族炭化水素メタンの代表的な反応（図3.4）

60


π結合にあるC=C二重結合の反応性（図3.5 ）

61


ステップ１ステップ２

アルケンへの臭化水素の付加反応とその反応機構（図3.6）

62


63

α-アミノ酸のキラルな分子構造（図4.1改変）

不斉炭素原子鏡像異性体

COOH

H2N H

COOH

*

L-グルタミン酸

HOOC

NH2H

HOOC

*

D-グルタミン酸


α-アミノ酸の双性イオンとしての分子構造（図4.2）

64


生体を構成するα-アミノ酸（図4.3）

アルキル基，芳香環ヒドロキシ基，アミド，硫黄原子アミノ基（塩基），カルボキシル基（酸性）

Ｒ＝側鎖：

不斉炭素原子

65


アルキル基を側鎖に有するα-アミノ酸（図4.4）

66


芳香環を側鎖に有するα-アミノ酸（図4.5）

67


酸素，窒素，硫黄原子を有する α-アミノ酸（図4.6）

68


酸性および塩基性のα-アミノ酸（図4.7）

69


α-アミノ酸からペプチドそしてタンパク質へ（図4.8）

70


α-アミノ酸からペプチドの生成反応機構（図4.9）

71


タンパク質の構造（図4.10）

72


脂肪酸（図4.11）

73


74



直線的な分子構造お椀状の分子構造

分子の空間に広がった形が違う

脂肪酸から生成する草のにおい成分とその幾何異性体（図4.12 改変）


トリアシルグリセロール（図4.13）

75


76

イソプレンからテルペン類（図4.14）


植物の香りの元のテルペン類（図4.15）

77


78

柑橘類のにおい成分リモネンの光学異性体（図4.16）

オレンジ様の香りテルペン様の香り

不斉炭素原子


糖の基本単位単糖（図4.17 ）

79


糖の構造（図4.18）

80


二糖類と多糖類（図4.19）

81


合成高分子（図4.20）

82


代表的なにおいを有する有機分子とその分子模型（図 5.1 ）

α-ピネン β-ピネン (R)-(+)-リモネン

メントールゲラニオールリナロール

炭素原子

水素原子

酸素原子

水素原子 83


84

鼻

においのもと

においを感じるところ

信号信号

においがした！

有機分子

におい受容体

脳

においを感じるとは？（図 5.2 改変）


85

におい分子エタノールC2H5-OHの構造上の特徴（図 5.3）

親油性親水性

Ｃ（炭素原子）

Ｏ（酸素原子）

Ｈ（水素原子）

OH


86

エタノール

プロパノール

ブタノール

OH

OH

OH

ヒドロキシ基

の性質

アルキル基

の性質

炭素骨格構造親水性親油性

疎水性の性質

（親油性）親水性の性質

油

臭

さ

増大

鎖状アルコール類の炭素数と構造上の特徴（図 5.4 改変）


87



直線的な分子構造お椀状の分子構造

分子の空間に広がった形が違う

幾何異性体の分子構造の違いとにおいの違い（図 5.5 改変）


88

酸素原子

炭素原子

水素原子

酸素原子

炭素原子

１本で

２本で

炭素骨格構造親水性

親油性

ゲラ二オールの分子構造の特徴（図 5.6 改変）


89

酸素原子

炭素原子

炭素骨格構造親水性

親油性

酸素原子

炭素原子

水素原子

不斉炭素原子

(-)-メントールの分子構造の特徴（図 5.7 ）


90

含酸素化合物

（アルコール、アルデヒド、ケトン、エステル）

個性的な強い香気

モノテルペンのリモネンを

80から90%含んで

(R)-(+)-リモネン

柑橘類を構成する香気成分（図 5.8 ）

不斉炭素原子


91

１つのにおい分子は

多数のにおい受容体と

種々の強さの相互作用

におい発現

１つのにおい分子受容体は

多数のにおい分子と

種々の強さの相互作用

におい分子

受容体

受容体受容体

受容体

受容体

受容体

におい受容体

分子

分子

分子

分子

分子

分子

におい分子とにおい受容体の相互作用によるにおい発現の仕組み（図 5.9 ）

© Toshio Hasegawa 2017，「香りがナビゲートする有機化学」　（2016年，コロナ社発行書籍関連資料）

92


花のかおり花のかおりハッカのかおり

形が似ている

におい分子の構造の類似性（図 5.10 ）


93

違った形のにおい分子の混合（追加）


1 + 1


形が違う


94

似た形のにおい分子の混合（追加）


1 + 1


形が似ている


95

素材近くの空間

（ヘッドスペース）吸着法

水蒸気蒸留法

有機溶剤抽出法

圧搾法素材

香気成分のあるところと香気成分を取り出す方法（図 5.11 ）


リモネンの1H NMRスぺクトルチャート（図 5.12 ）

9 8 7 6 5 4 3 2 1 ppm

Current Data ParametersNAME haseizumi20090206

EXPNO 2PROCNO 1

F2 - Acquisition Parameters

Date_ 20090206Time 16.02

INSTRUM spectPROBHD 5 mm BBO BB-1H

PULPROG zg30TD 65536

SOLVENT CDCl3NS 16

DS 2SWH 8278.146 HzFIDRES 0.126314 Hz

AQ 3.9584243 secRG 80.6

DW 60.400 usecDE 6.00 usec

TE 297.7 KD1 1.00000000 sec

TD0 1

======== CHANNEL f1 ========NUC1 1H

P1 10.30 usecPL1 1.00 dB

SFO1 400.3524723 MHz

F2 - Processing parameters

SI 32768SF 400.3500023 MHz

WDW EMSSB 0

LB 0.30 HzGB 0

PC 5.00

化学シフト (ppm)

0 5 10

96


リモネンの13C NMRスぺクトルチャート（図 5.13 ）

180 160 140 120 100 80 60 40 20 ppm

20.78

23.44

27.91

30.58

30.80

32.44

41.08

70.04

76.68

77.00

77.32

108.35

111.81

113.00

120.64

133.71

150.09

150.23

Current Data ParametersNAME haseizumi20090206

EXPNO 3

PROCNO 1


Date_ 20090206

Time 16.25

INSTRUM spectPROBHD 5 mm BBO BB-1H

PULPROG zgpg30

TD 65536SOLVENT Acetone

NS 130

DS 2

SWH 35971.223 HzFIDRES 0.548877 Hz

AQ 0.9110004 sec

RG 8192

DW 13.900 usecDE 6.00 usec

TE 297.7 K

D1 2.00000000 sec

d11 0.03000000 secDELTA 1.89999998 sec

TD0 1

======== CHANNEL f1 ========

NUC1 13C

P1 7.00 usec

PL1 0.00 dBSFO1 100.6781544 MHz

======== CHANNEL f2 ========CPDPRG2 waltz16

NUC2 1H

PCPD2 80.00 usec

PL2 1.00 dBPL12 22.50 dB

PL13 22.50 dB

SFO2 400.3516014 MHz


SI 32768

SF 100.6680894 MHz

WDW EMSSB 0

LB 1.00 Hz

GB 0PC 1.00

化学シフト (ppm)

0 100 200

CDCl3

C-1,2,8,9 C-3,4,5,6,7,10

97


1H NMR

13C NMR

グレープフルーツ果皮

9 8 7 6 5 4 3 2 1 ppm

Current Data Parameters

NAME hasetakezawa20090218

EXPNO 1

PROCNO 1


Date_ 20090218

Time 16.11

INSTRUM spect

PROBHD 5 mm PABBO BB-

PULPROG zg30

TD 65536

SOLVENT CDCl3

NS 16

DS 2

SWH 8278.146 Hz

FIDRES 0.126314 Hz

AQ 3.9584243 sec

RG 35.9

DW 60.400 usec

DE 6.00 usec

TE 296.2 K

D1 1.00000000 sec

MCREST 0.00000000 sec

MCWRK 0.01500000 sec

======== CHANNEL f1 ========

NUC1 1H

P1 13.00 usec

PL1 -1.00 dB

SFO1 400.1324710 MHz


SI 32768

SF 400.1300374 MHz

WDW EM

SSB 0

LB 0.30 Hz

GB 0

PC 1.00

No title

180 160 140 120 100 80 60 40 20 ppm

14.09

17.67

18.73

20.78

22.46

22.63

23.44

24.71

27.89

29.14

29.25

29.69

30.56

30.78

31.57

41.05

76.69

77.00

77.32

107.35

108.33

120.62

127.10

133.71

150.23


NAME hasetakezawa20090218

EXPNO 2

PROCNO 1


Date_ 20090218

Time 16.21

INSTRUM spect


PULPROG zgpg30

TD 65536

SOLVENT CDCl3

NS 110DS 4

SWH 23980.814 Hz

FIDRES 0.365918 Hz

AQ 1.3664756 sec

RG 181DW 20.850 usec

DE 6.00 usec

TE 297.2 K

D1 2.00000000 sec

d11 0.03000000 secDELTA 1.89999998 sec



======== CHANNEL f1 ========NUC1 13C

P1 8.00 usec

PL1 -4.50 dB

SFO1 100.6228298 MHz

======== CHANNEL f2 ========

CPDPRG2 waltz16

NUC2 1H

PCPD2 90.00 usec

PL2 -1.00 dBPL12 15.50 dB

PL13 15.50 dB

SFO2 400.1316005 MHz

F2 - Processing parametersSI 32768

SF 100.6127722 MHz

WDW EM

SSB 0

LB 1.00 HzGB 0

PC 1.00

No title

レモン果皮

180 160 140 120 100 80 60 40 20 ppm

14.10

20.80

21.28

21.80

22.65

22.98

23.45

23.55

26.08

26.95

27.52

27.90

29.70

30.58

30.79

31.59

34.52

40.41

41.07

51.76

76.68

77.00

77.32

105.87

108.34

115.98

118.85

120.63

133.74

150.26


NAME hasekato20090224

EXPNO 2

PROCNO 1


Date_ 20090224

Time 15.21INSTRUM spect


PULPROG zgpg30

TD 65536

SOLVENT CDCl3NS 132

DS 4

SWH 23980.814 Hz

FIDRES 0.365918 HzAQ 1.3664756 sec

RG 322.5

DW 20.850 usec

DE 6.00 usecTE 297.2 K

D1 2.00000000 sec

d11 0.03000000 sec

DELTA 1.89999998 sec

MCREST 0.00000000 secMCWRK 0.01500000 sec

======== CHANNEL f1 ========

NUC1 13CP1 8.00 usec

PL1 -4.50 dB

SFO1 100.6228298 MHz

======== CHANNEL f2 ========CPDPRG2 waltz16

NUC2 1H

PCPD2 90.00 usec

PL2 -1.00 dBPL12 15.50 dB

PL13 15.50 dB

SFO2 400.1316005 MHz


SI 32768

SF 100.6127707 MHz

WDW EM

SSB 0LB 1.00 Hz

GB 0

PC 1.00

No title

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 ppm


NAME hasekato20090224

EXPNO 1

PROCNO 1


Date_ 20090224

Time 15.10

INSTRUM spect


PULPROG zg30

TD 65536

SOLVENT CDCl3

NS 16

DS 2

SWH 8278.146 Hz

FIDRES 0.126314 Hz

AQ 3.9584243 sec

RG 57

DW 60.400 usec

DE 6.00 usec

TE 296.2 K

D1 1.00000000 sec



======== CHANNEL f1 ========

NUC1 1H

P1 13.00 usec

PL1 -1.00 dB

SFO1 400.1324710 MHz


SI 32768

SF 400.1300113 MHz

WDW EM

SSB 0

LB 0.30 Hz

GB 0

PC 1.00

No title

13C NMR

1H NMR

グレープフルーツとレモンの1H NMR および 13C NMRスぺクトルチャート（図 5.14 ）

98


ガスクロマトグラフィー (GC) チャート（図 5.15）

保持時間（分）

99


100

α-サンタロールから各種誘導体の合成（図 5.16 ）

OH OHCHO

room temp

H2 / Pd-C

benzene

MnO2

hexane

Z

(+)-(Z)-a-サンタロール

ビャクダン様のにおい

O

O

H

HCOOH

Abs. benzene

グリーン臭のする


O

O

CH3

Ac2O

Et3N

甘味のある

ビャクダン様のにおいビャクダン様のにおい

脂肪臭のする



アネトールの合成（図 5.17 ）

(C2H5CO)2O, AlCl3

CS2

LiAlH4

Et2O

H2

Pd/C

E

アネトール

不快なにおい弱い甘みのにおい

アニス様のにおいフレッシュな脂肪様のにおい

H+

101


エタノールの分子構造（図1.1改変）有機分子の立体構造（異性体）（追加）...

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