1

情報化学

循環環境工学科2年前期

次の化合物の構造式を示しなさい

1. 酢酸

2. ベンゼン

3. アセトアルデヒド

4. ニトロベンゼン

5. フェノール

6. アセチレン

7. ブタン

8. エタノール

9. エチレングリコール

10.テレフタル酸

2

講義内容

情報化学とは

化学物質の情報検索

分子の基本的情報

分子の構造パラメータ

環境に関わる化合物

プラスチック

データベースを用いた化合物の定性と定量

原子吸光法

GC-MS

吸光分析

UV・可視吸光スペクトル

赤外線吸収スペクトル

構造活性相関

QSARとは

log Powについて

Log Powを用いた毒性予測

3

インターネットを用いた情報収集I. 化合物の情報検索1. 化合物の索引情報

分子式

化合物名（慣用名，国際名）

登録番号（CAS番号，JIS番号）

分子の構造（2次元，3次元）

2. 化合物の性質

物性値（融点，沸点，密度等）

スペクトルデータ（GC-MS，UV，IR) 毒性や環境基準

分解性，蓄積性

3. 化関連する法律 化学物質審査規制法（化審法）

化学化学物質管理促進法

大気汚染防止法

水質汚濁防止法

4. 情報の源泉（論文の情報）

いつ，どこで（学術雑誌，公的機関

の報告書），誰が発表したか，データの信頼性を考える上で非常に重要．

実験化学講座

化学便覧図書館のHPで検索可能

日化辞Webhttp://nikkajiweb.jst.go.jp/nikkaji_web/pages/top.html

分子の教材データベース

新潟女子短大本間善夫教授のホームページ

独立行政法人産業技術総合研究所 －有機化合物のスペクトルデータベース－

4

次の化合物について，インターネットを用いて以下のことを調べなさい

(1) 英語の名称 (2) 構造式 (3) CAS番号

8. アセチレン

9. イソフラボン

10.エタノール

11.ナフタレン

12.オクタノール

5

1. 安息香酸

2. ｐ－キシレン

3. ホルマリン

4. BHC5. DDT6. アスピリン

7. アセトアルデヒド

CAS番号：アメリカ化学会(American Chemical Society, ACS) が発行するChemical Abstracts誌で使用される化合物番号で、同学会の下部組織であるCAS (Chemical Abstracts Service) が、同誌をはじめ各種検索サービスとCASレジストリへの登録業務を行っている。(Wikipedia)

情報検索：実際に検索を行ってみる。

6

日化辞Webで実際に「ダイオキシン」で検索http://nikkajiweb.jst.go.jp/nikkaji_web/pages/top.html

(1) 大まかな検索

(2) 詳細情報

次の化合物について，日化辞Webを用いて以下のことを調べなさい

(1) 英語の名称 (2) 構造式 (3) CAS番号(4) 用途 (5) 人体への影響

8. アセチレン

9. アニリン

10.テトラクロロエチレン

11.酢酸ビニル

12.イソプレン

7

1. プロピオン酸

2. ε-カプロラクタム

3. アジピン酸

4. ヘキサメチレンジアミン

5. スチレン

6. アクリロニトリル

7. 塩化ビニル

安全性・毒性に関する情報

8神奈川県環境科学センターのホームページより

分子構造の表し方

2次元構造 （例）バニリン

構造式の表記法：molfile化学構造の原子を節、結合を枝とするグラフ構造で表現され、入力デバイスに書かれた

節点の座標と原子の種別を表すアトムリストと、結合をアトムリストの2つの要素を指定して結合の種別と供に表す結合リストから構成される。

9

SMMXDraw07291015252D

11 11 0 0 0 0 0 0 0 0999 V20008.1600 -7.8785 0.0000 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 07.4427 -8.2898 0.0000 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 06.0101 -8.2929 0.0000 O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 06.7255 -7.8785 0.0000 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 05.2935 -7.0516 0.0000 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 06.0083 -6.6361 0.0000 O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 06.7255 -7.0474 0.0000 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 07.4427 -6.6276 0.0000 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 08.1600 -7.0474 0.0000 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 08.8772 -6.6361 0.0000 C 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 09.5919 -7.0516 0.0000 O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

2 1 2 0 0 0 04 2 1 0 0 0 04 3 1 0 0 0 07 4 2 0 0 0 06 5 1 0 0 0 07 6 1 0 0 0 08 7 1 0 0 0 09 8 2 0 0 0 09 1 1 0 0 0 0

10 9 1 0 0 0 011 10 2 0 0 0 0

M END

分子構造の表し方

2次元構造

構造式（SymixDrawを用いた分子の描画）

構造式の表記法：SmilesSimplified molecular input line entry specification

syntax）とは、分子の化学構造をASCII符号の英数字で文字列化した構造の曖昧性の無い表記方法

（例）バニリン

（例）ダイオキシン

SymixDrawにより発生させることができる10

O=CC1=CC(OC)=C(O)C=C1

c1c2c(cc(c1Cl)Cl)Oc3cc(c(cc3O2)Cl)Cl

日化辞Webをアクセスし、次の化合物の(1) 構造式を示し，(2) CAS番号，(3) 用途を調べなさい。

1. 酢酸エチル

2. トルエン

3. テトラヒドロフラン

4. アセトニトリル

5. アセトン

6. クロロホルム

7. ジエチルエーテル

8. フロン129. TCE（トリクロロエチレン）

10.PCE（テトラクロロエチレン）

11.オクタノール

12.p-キシレン

11

構造検索の方法

12

1. “JSME demo page”にアクセスし、分子を描画する。

2. 描画ウインドーにマウスのカーソルを移動し、右クリックで表示されるCopy as Molを選択する。

3. MolFileを選択し、コピーする。4. メモ帳を開き、ペーストする。5. 適当な場所に、temp.molのファイル名で保存する。6. 日化辞Webで、構造検索を選択する。

7. 参照をクリックし、表示されたDialogでは、先に保存したtemp.molを選択する。

8. 「完全一致検索」をクリックし、次いで検索をクリックする。

次の構造式のMol Fileを作成し、保存しなさい。作成したファイルを用いて、日化辞Webにより構造検索を行い，(1)名称(日本語，英語），(2)CAS番号，(3)用途や毒性，を調べなさい。

13

OH

OH

O

H

ONH2

O

OCl

Cl

Cl

Cl H

Cl

ClCl

O OH

O

O

Cl

ClCl

(1) (2) (3) (4) (5)

(6) (7) (8)

次の化合物の構造検索（molfileを作成）を行い，(1) 名称（英語）、(2) CAS番号，(3) 用途を調べなさい。

14

O

O ON

O

FF

ClCl

Cl

ClCl

Cl

ClCl

Cl

HO

H3C O

OH

0.121 nm0.136 nm

111.3o(4) 特徴的な結合距離，結合角の値を，構造式の中に示しなさい。

興味ある化合物を表示し、その特徴的な結合距離や角度を記しなさい。4種類

15

H3C O

OH

0.121 nm0.136 nm

111.3o(4) 特徴的な結合距離，結合角の値を，構造式の中に示しなさい。

分子のもつ3次元構造

a. 名称、CAS番号、分子量b. 構造式、感応基c. 分子の三次元構造とそれを表すパラメータd. 分子構造の例（医薬品や農薬の構造）e. どこにあるか：丸善（実験化学講座，化学便覧など）：

https://www.chem-reference.com/f. ChemExper Chemical Directory：http://www.chemexper.com/

次の構造式から，SymixDrawまたはサイトをアクセスして，MDL Molファイルを作成しなさい。それを用いて化合物を検索し，(1)名称(日本語，英語），(2)CAS番号，(3)用途，を調べなさい。

17

OH

OH

O

H

ONH2

O

OCl

Cl

Cl

Cl H

Cl

ClCl

O OH

O

O

Cl

ClCl

(1) (2) (3) (4) (5)

(6) (7) (8)

以下のサイトにアクセスし，(1) 例に倣って化合物の構造式を示しなさい。(2) 特徴的な結合距離，結合角の値を，構造式の中に示しなさい。（以下のサイトは，講義のホームページにリンクがある）

https://www.tstcl.jp/jsmol/molecule.php

1. プロピオン酸（2440）

2. p-キシレン（2372）

3. ホルムアルデヒド(2815)4. ニトロベンゼン（2361）

5. フェノール（2360）

6. ナフタレン（2363）

7. クロロエチレン（2311）

8. アセチレン（2546）

9. アニリン（2365）

10. エタノール（2602）

11. 安息香酸（2349）

12. テレフタル酸（2310）

18H3C O

OH

0.121 nm0.136 nm

111.3o

(例）酢酸の分子構造パラメータ

次の英語を日本語に，日本語を英語に翻訳しなさい。

酢酸

分子

結合距離

結合角

トルエン

ビスフェノールーA

Benzoic acidChemical equationDihedral angleMolecular structureThree dimensionDensityMilliontrillion

19

分子の３次元構造の表示

1. 動く香りの分子事典：http://www.weblio.jp/category/academic/ugoka

2. 動く薬物事典：http://www.weblio.jp/category/academic/ugoya

3. 動く農薬事典：http://www.weblio.jp/category/academic/ugono

4. 動く高分子事典：http://www.weblio.jp/category/academic/ugoko

20

以下のサイトにアクセスし，(1) 次の化合物の構造式を示しなさい。(2) 特徴的な結合距離，結合角の値を，構造式の中に示しなさい。（以下のサイトは，講義のホームページにリンクがある）鎖式化合物の構造I：http://www3.u-toyama.ac.jp/kihara/cc/vib/menu-a.htm芳香族環式化合物 ：http://www3.u-toyama.ac.jp/kihara/cc/vib/index.htm1. 酢酸（飽和モノカルボン酸）

2. トルエン（アルキルベンゼン）

3. ホルムアルデヒド

4. ニトロベンゼン（ニトロ化合物）

5. フェノール（フェノール）

6. ナフタレン（縮合多環化合物）

7. クロロエチレン（不飽和物ハロゲン）

8. アセチレン（アセチレン列炭化水素）

9. エチレンジアミン（ジアミン）

10. エタノール（飽和アルコール）

11. ベンゼンスルホン酸（スルホン酸）

12. テレフタル酸（ポリカルボン酸）

21H3C O

OH

0.121 nm0.136 nm

111.3o

次の化合物の構造式を示すとともに，分子量を計算しなさい。計算式も示すこと

22

原子量は次のものを用いなさいH: 1.0，C:12.0，N:14.0，O:16.0，F:19.0Cl: 35.5，

1. 酢酸エチル

2. 安息香酸エチル

3. ホルムアルデヒド

4. アセトニトリル

5. アセトフェノン

6. クロロホルム

7. スチレン

8. フロン129. TCE（トリクロロエチレン）

10.PCE（テトラクロロエチレン）

11.オクタノール

12.p-キシレン

次の分子の分子量を計算しなさい

原子量は以下のものを使いなさい

H 1.0C 12.0N 14.0O 16.0Cl 35.5S 32.0

安息香酸

TCEホルムアルデヒド

ベンゼン

エチレングリコール

グリシン

ニトロベンゼン

硫酸

塩化水素23

24

COOH

Mol. Wt.: 122.1

O

H

H

Mol. Wt.: 30

Cl

ClCl

Mol. Wt.: 131.4 Mol. Wt.: 78.1

HOOH

Mol. Wt.: 62.1

H2N COOH

Mol. Wt.: 75.1

NO2

Mol. Wt.: 123.1

H2SO4 SOO

HO OHMol. Wt.: 98.1sulfuric acid

HCl

Mol. Wt.: 36.5Mol. Wt.: 98.1

環境基準と濃度

1. 環境基準：その物質

の持つ有害性のために、

それ以上の濃さで存

在すると健康に害が及

ぶ濃度

2. 濃度の表わし方(モル濃度と重量濃度）ppm（parts per million,百万分の一，10-6）

ppb(parts per billion，十億分の一， 10-9)ppt(parts per tririon，一兆分の一， 10-12）mg/L（質量濃度）

M(モラー），mol/L（モル濃度）

3. 大気汚染に係る環境基準

4. 土壌汚染に係る環境基準

5. 汚染物質の種類

揮発性有機物質の分析法（パージトラップＧＣ／ＭＳ法）

26

特定の化合物の環境基準

トリクロロエチレン

検液１㍑につき0.01mg以下であること。(2011年4月から規制強化）

検液1㍑とは？(a)JISK0125試験（）は工業用水及び向上排水中の揮発

性有機化合物のうち，ジクロロメタン，トリクロロエチレンなどのハロゲン化された有機化合物の試験方法

(b)パージトラップ－ガスクリマトフラフ質量分析法

27

パージトラップ－ガスクリマトフラフ質量分析法

ガラス製容器に採取した試料の適量（0.5-25ml）をガスタイトシリンジを用い

てパージ容器に注入する。パージ容器を高温槽に入れ試料の温度を一定（例えば20度または40度以下）にした後、不活性ガス（ヘリウムまたは窒素）を

パージガスとして一定量通気し、試料中に含まれる測定対象物質である揮発性有機化合物を気相に移動させトラップ管に捕集する。捕集後、トラップ管を加熱（例えば180度または280度）し、キャリアーガス（ヘリウム）を通気してトラップ管から揮発性有機化合物を脱離し、冷却凝縮装置（例えば‐50度または‐120度）で冷却凝縮（クライオフォーカス）させる。次に、冷却凝縮装置を加熱し、キャリアーガスで揮発性有機化合物をGC-MSに導入する。

（アジレント・テクノロジーのHPより）

28

以下の問いに答えなさい

地下水を採取して，そのなかのトリクロロエチレン（TCE)の濃度を測定したところ，2.30×10-6Mであった．

この濃度は，環境基準をこえているかどうかを示しなさい。原子量は次のものを用いなさい

H: 1.0，C:12.0，N:14.0，O:16.0，F:19.0Cl: 35.5，

TCEの環境基準0.0１mg/LTCE（C2HCｌ３）の分子量 12×2+1+35.5×3＝131.5TCE 2.30×10-6M=131.5× 2.30×10-6=0.302mg/L環境基準を超えた値となっている。

29

データベースを用いた既知化合物の検出

1. 無機化合物、元素の定量

原子吸光により、量と種類が同時に特定できる

CP-AES（ICP - Atomic Emission Spectrometry、ICP発光分光）

原子吸光分析法 (Atomic Absorption Spectrometry, AAS)

紫外・可視光（UV/VIS）スペクトル

2. 有機化合物

GC-MS（ガスクロまとグラフと質量分析計）

定量：検量線を作成することにより可能

定性：GC-MSのライブ

ラリと照合することにより特定可能

3. LC-MS（液体クロマトグラフと質量分析計）

[問い] 分光分析について調べ，理解したことを100字程度で記しなさい。

31

1. 分子には基底状態（Grand State、GS）と励起状態（Excited state、ES)があり、そのエネルギー差に相当する波長の光を吸収する。

2. GSとESのエネルギー差は分子により異なる。

3. 吸収する光の量（吸光度）は、分子の数に比例するので、吸光度を測定することで、溶液中や気相中の分子の濃度を測ることができる。

分光分析

全ての光学分析には電磁波が関わっている。

電磁波は波長の長さによってγ線、X線、紫外線、可視

光、赤外線、マイクロ波、ラジオ波などに区別される。

1. 紫外・可視吸収スペクトル

2. 原子吸光分析

3. IR(Infra Red、赤外) 地球温暖化ガスとは

次の問に答えなさい

33

1× m-1m-1 cm-1[cm-1]=4.0×10-4[cm-1]=4.0×[m]=4.0m

~

~

~光の波長（）と波数（）には次の関係がある。

１． ７５０nmの波長の可視光の波数（単位はcm-1)を求めなさい。２． 波数２５００cm-１の赤外線の波長（単位はm)を求めなさい。

紫外・可視吸光について

可視部の波長は約360～780nm紫外部は可視部よりも低波長側

の約200～360nm光が当たるとヒトは物質固有の色

を見ることができる。これは物質が吸収した波長の光以外の光をヒトの目が認識するため．

青色の物質は，青色の補色の光を吸収している．そのため，青色の光が反射して目に入いる．これが青色の物質が青色に見える理由である。

34

色 波長(nm) 補色

紫 380-435 黄緑青 435-480 黄 緑青 480-490 橙青緑 490-500 赤緑 500-560 赤紫黄緑 560-580 紫黄 580-595 青橙 595-605 緑青赤 605-750 青緑赤紫 750-780 緑

http://www.shse.u-hyogo.ac.jp/kumagai/eac/ea/photometry/photometry.htm

染料の色と光の吸収

35

インディゴの可視・UVスペクトル

色 波長(nm) 補色

紫 380-435 黄緑青 435-480 黄

緑青 480-490 橙青緑 490-500 赤緑 500-560 赤紫

黄緑 560-580 紫黄 580-595 青橙 595-605 緑青赤 605-750 青緑

赤紫 750-780 緑

http://www.shse.u-hyogo.ac.jp/kumagai/eac/ea/photometry/photometry.htm

http://wwwchem.uwimona.edu.jm/courses/CHEM2402/Textiles/Dyeing_Fibres.html

＃３１４８

HN

HH

HH O H

H

HH

N

O

H

UV・可視吸光スペクトルの例

36ウイキペディア，紫外・可視・近赤外分光法の項目より

色 波長(nm) 補色

紫 380-435 黄緑青 435-480 黄

緑青 480-490 橙青緑 490-500 赤緑 500-560 赤紫

黄緑 560-580 紫黄 580-595 青橙 595-605 緑青赤 605-750 青緑

赤紫 750-780 緑

紫外可視近赤外分光光度計

37（日本分光株式会社のホームページより）

分光光度計用セル（藤原製作所のホームページより）

吸光光度法

38

I0 I透過前の光の強度 I0透過後の光の強度 I吸光度Aは次式で定義される

A= -log(I/I0)= ×c×l

（ランベルト/ベールの法則）：モル吸光係数c：濃度l: セルの長さ

Wikipedia 分光からの図

紫外部の測定には重水素放電管(D2ランプ)を使用し、可視部の測定にはタングステンランプやハロゲンランプを用いる。

39

以下の問いに答えなさい。１． 密閉容器中で、CH4 9.6 gとO2 48 gの混合物を完全燃焼させた。このとき、容器中に存在する

すべての化合物の物質量の合計はどれだけになるか。次の中から最も近いものを一つ選べ。ただし、Hの原子量は1.0，Cの原子量は12，Oの原子量は16とする。

1. 1.2 mol2. 1.5 mol3. 1.8 mol4. 2.1 mol5. 2.4 mol

2． 10％ のHNO3水溶液の質量モル濃度(mol kg-1)として、以下の中から最も近いものを一つ選べ。ただし水素、窒素、酸素の原子量は、それぞれ1, 14, 16とする。

1 1.22 1.43 1.64 1.85 2.0

環境計量士（濃度）試験問題

CH4 9.6g = 9.6/16 = 0.6 mol, O2 48g = 48/32 =1.5 mol

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

CH4 0.6 molが完全燃焼すると1.2molのO2消費され、0.6molのCO2 と1.2molのH2Oが生成する。（答え） （1.5-1.2）+0.6+1.2 = 2.1 mol

10%のHNO3水溶液1Lは100gのHNO3を含む。HNO3no分子量：1+14+16*3=63（答え） 100/63＝1.58 → 1.6

無機化合物、元素の定量 原子吸光(Atomic Absorption Spectrometry)により、量と種類を同時に測定す

ることができる．

高温媒体として空気-アセチレン炎や亜酸化窒素-アセチレン炎などの化学炎が主として用いられる。

図2は原子吸光装置の概念図．光源には、中空陰極ランプと呼ばれる、それぞ

れ目的元素の原子発光を放射するランプを利用する。一方、試料溶液はバーナーの炎中に噴霧され、目的元素の原子蒸気をつくる。その蒸気がランプからの光を共鳴吸収する。分光器により目的元素の共鳴原子線を選び出し、その波長における吸収を測定する。

吸光度をA、目的元素濃度をC、原子化部の長さをlとすると、次式が成立する。

A = k×C×l ここでkは比例定数である。最新の装置では、一度にいくつかの元素の定性・定量を行うことができる。

40

元素の特定吸収波長

41熊本大学薬学部附属創薬研究センター 機器分析施設HPより

ICP発光分光分析法

42

誘導結合プラズマ（ICP）に液体試料を霧化して導入すると、プラズマ内部で熱エネ

ルギーにより励起され、光を発生します。これを分光器で元素固有のスペクトルに分け（定性）、各スペクトルの強さにより試料に含まれる元素の濃度を測定します（定量）。

http://www.shimadzu-techno.co.jp/technical/icp30_analysis.html

(a)平面型、(b)円筒型[1]、(c)半ドーナツ型[2]のICP誘導コイル

誘導結合プラズマ（ゆうどうけつごうプラズマ、Inductively Coupled Plasma、略称：ICP）は、気体に高電圧をかけることによってプラズマ化させ、さらに高周波数の変動磁場によってそのプラズマ内部に渦電流によるジュール熱を発生させることによって得られる高温のプラズマである。誘導結合プラズマの温度は10000K程度、電子密度は約1017個/m3である。(Wikipedia)

原子分光装置の検出限界比較

43

[問い] 原子吸光分析では、「元素が特定

の波長の光を吸収または発光する」ことを利用して、溶けている元素が何であるかを特定している。(1) ある元素が特定の波長の光しか吸収または発光しない理由を説明しなさい。

44

Cu,Znの分析法

45

ICP発光分光

ICP(Inductively Coupled Plasma)によってサンプルを原

子化・熱励起し、これが基底状態に戻る際の発光スペクトルから元素の同定・定量を行う方法である。

原子吸光分析法 (AAS) 試料を高温中（多くはアセチ

レン-空気炎中や黒鉛炉中）で

原子化し、そこに光を透過して吸収スペクトルを測定することで、試料中の元素の同定および定量を行うものである。主として、工場排水などの水溶液中に含まれる微量元素の検出に用いられる。特定の波長を発光する光源が必要となる。

熊本大学薬学部附属創薬研究センター 機器分析施設HPより

次の日本語を英語に直しなさい1. atomic absorption spectrometry 2. Spectroscopy 3. Trichloroethylene4. Electric(al) current5. Cresol6. Ultraviolet ray7. Infrared ray8. Visible ray9. Data base10.Organic compounds11.Grand state12.Excited state

46

1. 原子吸光分析法

2. 分光学

3. トリクロロエチレン

4. 電流

5. クレゾール

6. 紫外線

7. 赤外線

8. 可視光

9. データベース

10. 有機化合物

11. 基底状態

12. 励起状態

分光学分析

全ての光学分析には電磁波が関わっている。

電磁波は波長の長さによってγ線、X線、紫外線

、可視光、赤外線、マイクロ波、ラジオ波などに区別される。

1. 紫外・可視吸収スペクトル

2. 原子吸光分析

3. IR(Infra Red、赤外) 地球温暖化ガスとは

赤外線について

48

赤外線の波長領域近赤外線：0.7 - 2.5μm中赤外線：2.5 - 4μm遠赤外線：1300 - 650 cm−1

赤外線でよく使われる単位cm-1 （カイザー，インバースセンチメートル)波の個数（=1/波数、ウェイブナンバー（1cmの中に入っている波の数）

~

アセトアルデヒドの赤外線（IR)スペクトル

49

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

400900140019002400290034003900

波数(cm-1)

Abs

orb

ance

C-O伸縮

C-C-H変角

C-H伸縮

赤外線は分子振動のエネルギーと同等の電磁波である

振動モードに応じた特定の赤外線のみが吸収される

50

図3 振動エネルギー準位

図4 L-シスチンのラマンおよびIRスペクトル

ラマン分光法と赤外分光法の違い

赤外分光法は、分子の振動エネルギーに相当する光エネルギーの吸収、赤外吸収スペクトル(IRスペクトル)を検出する方法(図3)。赤外分光法ではC=OやO-Hのように振動によって双極子モーメント(電荷の偏り)が大きい振動モードが非常に強く検出される。

ラマン分光法は、入射光に対して分子の振動エネルギーだけシフトしたラマン散乱を観測。ラマン分光法ではS-SやC-C結合のように分子の振動によって分極率(電子雲)の体積が大きく変化する対称性のよい振動モードが強く検出される。

赤外分光法とラマン分光法では同じ官能基の振動モードが同じ波数に検出されます。

原理的な違いから、双方の分析手法を併用することで詳細な分子構造を解析することが可能。

L-シスチンのラマンおよびIRスペクトルを図4に示した。

日本分光㈱のホームページより

二酸化炭素について

51

構造： 直線， C-O:1.163 Å （１Å＝１０-6ｍ） 赤外線の吸収

二酸化炭素の振動の様子

水蒸気のスペクトル 二酸化炭素のスペクトル2350cm-1付近と670cm-1付近に吸収が見られる

地球温暖化と温室効果ガス

52

温室効果ガス（Greenhouse Gas, GHG）

大気圏にあって、地表から放射された赤外線の一部を吸収することにより温室効果をもたらす気体の総称。水，二酸化炭素，メタンなどがその効果を持っている地球温暖化係数

物質 温暖化係数 物質 温暖化係数 物質 温暖化係数

CO2 1.0 CHF3 11,700 CF3CHF2 2,800CH4 21 CH2CF2 650 CF2HCF2H 1,000

地球温暖化対策の推進に関する法律施行令（平成11年4月7日政令第143号）

過去140年間の気温の変化

53気候変動に関する政府間パネル（Intergovernmental Panel on Climate Change、IPCC）報告から

産業革命：イギリスで1760年代から1830年代にかけて始まった

過去３４万年間の二酸化炭素とメタンの濃度と南極の気温との関係

54

「東北大学大学院理学研究科大気海洋変動観測研究センター」のホームページ

気温のグラフから，この３４万年の間には温暖な「間氷期」が現在を含めて４回あり（黄色く塗ってある期間），それ以外の時期は寒冷な「氷期」だったことが 分かります。二酸化炭素とメタンの濃度は気温と密接に関係していて，間氷期に高く氷期に低いことから，気候変動によって温室効果気体の循環が大きく変化し ていたことが分かります。さらに，氷

期から間氷期に向かって気温が急上昇するとき，温室効果気体濃度も同期して急上昇しています。このことは，二酸化炭素 やメタンの濃度上昇による温室効果の強まりが気温の上昇をさらに強めるという「正のフィードバック」が過去に働いていたことを示唆しています。

以下のことについて記述しなさい．

地球温暖化を記述したホームページを2つ検索し，要約しなさい． URL名を記述することを忘れないこと．

地球温暖化に関係する要素は何であるかと記述しているか示しなさい。

内容について，簡単にコメントしなさい．

55

以下のことについて調べなさい．

赤外線の波長の範囲を調べなさい。

赤外線に使われる単位を示しなさい。

分子が赤外線を吸収すると何が起こるか調べなさい

温暖化ガスである二酸化炭素とメタンはどのような赤外線を吸収するかを調べなさい。

大気中にある温暖化ガスのうち，最も濃度の高いものは何か調べなさい。

56

原子吸光に関する次の語を説明しなさい

基底状態

励起状態

吸収スペクトル

ランベルト・ベールの法則

57

次の日本語の英語を記しなさい。

(1) 酢酸

(2) 分子

(3) 化学式

(4) 分子構造

(5) 密度

(6) 100万

(7) 無機化合物

(8) 温室

(9) 高分子

(10)定性的

(11)定量的

(12)構造 58

Acetic acidmoleculeChemical equationMolecular structuredensitymillionInorganic compoundsGreen housePolymerQualitativeQuantitativeStructure

ガスクロマトグラフィーについて調べなさい。

質量分析計について調べなさい

59

GC-MSを用いた有機化合物の定性分析

クロマトグラフィーとは？

クロマトグラフィー（ Chromatography ）は、混合物をその構成成分に分離する方法 。固定相（Stationary phase）と移動相（Mobile phase）と呼ばれる二つの 相

が平衡状態にあり、そこを試料が移動する。この時、試料中の各成分がこの二つの相 とそれぞれ相互作用し、

この相互作用の差に応じてそれぞれの成分が分離する。このよ うにして分離された成分を定性、定量的に測定する分析方法をクロマトグラフィーといい 、クロマトグラ

フを用いてクロマトグラフィーを行なった結果を記録したも のをクロマトグラム（ Chromatogram ）と呼ばれる。（滋賀医科大学実験支援センターHPより）

カラムクロマトグラフィーWikipediaより 60

ガスクロマトグラフィー

61

ガスクロマトグラフィー (Gas Chromatography, GC) はクロマト

グラフィーの一種であり、気化しやすい化合物の同定・定量に用いられる機器分析の手法である。サンプルと移動相が気体であることが特徴である。ガスクロマトグラフィーに用いる装置のことをガスクロマトグラフという。また、ガスクロとも呼称される。 （Wikipedia)

検出器

GC-MSを用いた有機化合物の定量分析

62

以下の問に答えなさい

63

1. 次の化合物について，元素記号

または化学式を示すとともに，環境基準を調べなさい。

① ホルムアルデヒド

② ダイオキシン

③ 水銀

④ ヒ素

⑤ テトラクロロエチレン

⑥ フタル酸ジ-n-ブチル

⑦ クロロホルム

⑧ トルエン

① 100μg／m3 （0.08ppm）

② 1,000pg-TEQ／ｇ以下（土壌）

③ 0.0005mg/L(水質）、検出されない（メチル水銀）

④ 0.01mg／Ｌ以下（規格Ｋ0102の61.2、61.3又は61.4に定める方法）

⑤ 50ppm⑥ なし（内分泌かく乱物質）

⑦ 3ppm⑧ 260 100μg／m3 （0.07ppm）

毒性等量（どくせいとうりょう、Toxicity Equivalency Quantity または Toxic Equivalents の略）、2,3,7,8-TCDD（2,3,7,8-テトラクロロジベンゾ-1,4-ジオキシン）の毒性を1とした係数（Wikipedia)

質量分析計の原理 ＭＳは、物質を構成している個々の化合物の質量（重さ）を正確に測定し、その重

さからその化合物が何で、どれ位あるのかを調べる装置。ＭＳの基本原理は、イオン（電気を帯びた原子、分子）を一定の速度に加速して磁場の中を通過させてやると、そのイオンの持っている質量数（重さ）に応じて磁場の強度に より軌道が曲げられ

るという性質を利用したもので，電子が磁場を通って軌道を曲げられる性質を利用して作られたテレビのブラウン管の原理と似ている．

64

図 ａ） のように、左から同じエネルギーでイオンを加速

磁場の強さを一定にすると、磁場の影響で質量の小さい（軽い）イオンから順に軌道が，到達するイオンの位置を検出する質量スペクトルを得ることによって、定性と定量が可能。

実際のＭＳ は、図 ｂ） のようにイオンの軌道

を一定にしておいて、磁場の強さを変化させることによって、各イオンの種類と量を一つの検出器で測定．検出されたものは、質量 スペクトルといわれ、通常横軸に質量電荷比(ｍ／

ｚ）、縦軸にイオン強度（どれだけの量があるか）をとった多くのピーク群からなるグラフ（ｃ））として示されます。

日本電子㈱のホームページより

ＧＣ／ＭＳによる実際の測定

65

検出されたデータは、あらかじめコンピュータに入っているデータ（ライブラリー）と比較照合され，化合物が何であるかが特定される．

磁力線の方向

フレミングの左手の法則

電流の方向

S

N

電磁力の方向

電流

磁力線

力

次の問に答えなさい

66

分子の振動スペクトルに関する次の記述のうち、(ア)と(イ)に入る語句の組合せとして、正しいものを1-5の中から一つ選べ。

分子振動のエネルギー準位の間隔は波数換算でおよそ5~5000cm-1であり、振動準位の励起では[ ア ]領域の電磁波が吸収される.同じく分子振動の情報を与える

ラマン散乱スペクトルにおいて、波長500nmのレーザー光を光源に用いた場合には、入射光からの波数シフトが50-5000cm-1の範囲にあるラマン散乱光は[ イ ]領域の電磁波である。

(ア) (イ)

1 赤外 赤外

2 可視光 紫外

3 紫外 可視光

4 可視光 赤外

5 赤外 可視光

分子中に硫黄に原子を含む化合物A(分子量142)が、硫黄を含まない溶媒 に溶けている。この溶液中の硫黄は、質量パーセント濃度で1.0%であった溶液中の化合物Aの質量パーセント濃度はいくら

か。次の中から最も近いものを一つ選べ。ただし、硫黄の原子量は32とする。

1. 1.1%2. 2.3 %3. 4.4 %4. 11 %5. 23 %ある化合物の、濃度の異なる水溶液AとBがある。可視光吸収を測定したところ、透過光の強度は、Aでは入射光の1/9であり、Bでは入射光の1/3であった。Aにおける化合物の濃度は、Bにおける化合

物の濃度の何倍になるか。次の中から最も近いものを一つ選べ。ただし、A、 Bは同じ光路長で測定

し、この水溶液の光吸収はランベルト・ベールの法則に従うものとする。また、log103=0.48とする

1. 0.3 倍2. 0.5 倍3. 2 倍4. 3 倍5. 5 倍

32/142＝１/ｘX=142/32=4.4

CAl=-log(I/Io)=-log(1/9)CBl=-log(I/Io)=-log(1/3)CA/CB=(-log(1/9))/(-log(1/3))CA/CB=-2log(3)/(-log(3))=2CA/CB=2

第59回環境計量士（濃度）試験問題より

以下の問に答えなさい

67

1. 次の化合物（気体）の濃度を，標準状態（1 atm, 298K)におけるppmV（1m3に占める物質の体積の割合）単位に変換しなさい。計算式を示すこと。

① キシレン 870μg/m3

② パラジクロロベンゼン 240μg/m3

③ エチルベンゼン 3800μg/m3

原子量は次の値を使いなさい。

C: 12.0、H： 1.00、Cl: 35.5

1μg = 10-6 g 1 ppm = 10-6

pv=(w/M)RT p: 圧力、 v: 体積、 M:分子量、 w:含まれる分子の質量R：気体定数(0.0821 L atm K-1 mol-1）

分子量 キシレン、エチルベンゼン 106、 パラジクロロベンゼン 147

① v=(870×10-6/106) ×0.0821×298×10-3 [m3] = 0.201 ppm② 0.0400 ppm③ 0.876 ppm

68

次の問に答えなさい

ベンゼン環を１つ含むC7H6O2の分子式で

与えられる化合物の構造異性体を２つ以上示しなさい。

benzoic acid Salicylaldehyde(2-hydroxybenzaldehyde) benzodioxole

マススペクトルの比較

69

benzoic acid salicylaldehyde

70

次の問に答えなさい

ベンゼン環構造を持ち，C7H8Oの分

子式で与えられる構造異性体を４つあげなさい。

CH3

OH OH

CH3

OH

CH3

OCH3

71m-cresol

o-cresol p-cresol

anisole

CH3

OH

OH

CH3

OH

CH3

OCH3

GC-MSを用いた有機化合物の定量分析

72

y＝228113.5x （y：面積，x：濃度 mM）面積が2537346と得られた時の濃度を求めなさい。

x= 2537346/2281135= 11.12317 mM

次の日本語の英語を記しなさい。

(1) クロマトグラフィー

(2) 異性体

(3) 濃度

(4) 環構造

(5) 分子式

(6) サリチルアルデヒド

(7) 圧力

(8) 体積

(9) 親水性

(10)疎水性

73

ChromatographyisomerconcentrationRing structuremolecular formulasalicylaldehydepressurevolumeHydrophilicityhydrophobicity

次のことについて調べ、100字程度でまとめなさい

BCF（生物濃縮係数）について調べなさい

LC50とは何か，説明しなさい。

74

用語の説明

75

用語 説明

BCF（生物濃縮係数）

濃縮度試験において定常状態に達した際の水中の化学物質濃度に対する生体中の化学物質濃度の比(Bio-Concentration Factor) 。

生物濃縮 水中の化学物質が、えらや体表など周囲の水と直接接触している部位から生体内へ取り込まれ、その取込速度が消失速度を上回り、生体内に化学物質が蓄積する現象。食物からの取り込みによる化学物質の蓄積は該当しない。

濃縮度試験 化学物質の生物濃縮性を調べる試験。被験物質を一定濃度に保った水槽中で水生生物を一定期間飼育し、生体内に蓄積した化学物質の濃度を測定することにより生物濃縮係数を求める。化審法の生物蓄積性評価で用いられる濃縮度試験では、供試魚として主にコイが用いられている。

化学物質の審査及び製造等の規制に関する法律（化審法）

昭和43年（1968 年）に起こったカネミ油症事件のポリ塩化ビフェニル（PCB）による健康被害を契機に、昭和48年（1973年）に制定された。

独立行政法人 製品評価技術基盤機構（NITE）のホームページより

用語の説明

76

用語 説明

LC50半数致死量

半数致死量（はんすうちしりょう）とは、物質の急性毒性の指標、致死量の一種としてしばしば使われる数値で、投与直後から数日以内に発現する毒性である。

この急性毒性の強さの尺度として用いられるのは半数致死用量（LD50), または、半数致死濃度 (LC50, 吸入毒性の場合)、すなわち同量投与された個体のうち半数が死に至る用量(濃度)である。単位としては普通mg/kg（体重1kg 当りの投与mg）あるいは、mg/m3、またはppm(吸入毒性の場合、吸入ガス中濃度)を用いる。毒物・劇物などはLD50を目安に指定されている（毒物及び劇物取締法参照）。

投与経路としては経口、経皮（皮膚から吸収される場合）、吸入、各種の注射（医薬品）などがある。

独立行政法人 製品評価技術基盤機構（NITE）のホームページより

次の問いに答えなさい

「化学物質の審査及び製造等の規制に関する法律」は何を規制する法律か，調べなさい

この法律により，企業は何をすることが求められているかを調べなさい

77

物性推算の必要性

化審法

昭和48(1973)年に「化学物質の審査及び製造等の規

制に関する法律」が制定され、新たに製造・輸入される化学物質について事前に人への有害性などについて審査するとともに、環境を経由して人の健康を損なうおそれがある化学物質の製造、輸入及び使用を規制する仕組みが設けられた。

30年以上経ってもすべての既存化学物質の安全性の評価ができていない。

安全性を，情報化学的に推算することが試みられている。

78

79

80環境省環境保健部化学物質審査室 木野修宏氏の説明スライドhttp://www.env.go.jp/chemi/saicm/forum/090323/2.pdf

有機溶媒／水系の分配係数 P

分配係数：化合物全体の疎水性を表す数値。分配係数は化合物が水と有機溶媒（n-オクタノ

ールが一般的）の二相に溶解したときの平衡溶解度比を実測した値

疎水性：水に対する親和性が低い、すなわち水に溶解しにくい、あるいは水と混ざりにくい物質または分子（の一部分）の性質の

分配係数 P = (有機溶媒相の濃度)/ (水相の濃度)

次のことについて調べなさい

分子の疎水性と親水性について調べなさい

疎水性と親水性を決める要因について調べなさい。

82

次の化合物の構造式を調べなさい

アニリン 0.9フェノール 1.5アセトフェノン 1.7アニソール 2.13-メチル安息香酸 2.4アリルフェニルエーテル 2.9ビフェニル 4.0ジベンジル 4.8 トリフェニルアミン 5.7DDT 6.46

836.5

5.74.84.0

2.92.1 2.4

1.71.50.9

log Powの実測値

有機化合物の２相への分配

84

写真１ 指示薬を用いたオクタノール／水系の分層実験の例（左：メチルレッド，右：メチルオレンジ）．

メチルレッドlog Pow= －0.66（推定値）

メチルオレンジlog Pow=3.83（推定値）

log P は定量的構造活性相関において必ず用いられる物

性値で，分子と分子の相互作用の大小を考える重要な目安となっている。

例えば催眠薬にとっての理想の log P は2とされるなど，

薬物が活性部位に結合するか否かの尺度となっている（山川ほか，「メディシナルケミストリー」，p.34，講談社）。また，

におい分子や味分子の化学構造と活性を考える上でも重要な指標としてしばしば取り上げられる。

オクタノール／水系の分配係数 P

以下のサイトを調べ，次の化合物の中から5つを選びその構造式を描くとともに、Log Pを計算しなさいし、実測値と比べなさい（ホームページを参照しなさい）。

86

実測値

アニリン 0.9フェノール 1.5アセトフェノン 1.7アニソール 2.13-メチル安息香酸 2.4アリルフェニルエーテル 2.9ビフェニル 4.0ジベンジル 4.8 トリフェニルアミン 5.7DDT 6.5

計算値

1.141.671.531.822.142.323.624.515.296.46

次の日本語を英語に，英語を日本語に翻訳しなさい．

分子結合距離分光学紫外線有機化合物定性的構造異性体疎水性環構造環境地球

Chemical equationMillion Infrared rayExcited stateSpectroscopyGreen houseQuantitativeconcentrationHydrophilicitymolecular formulaSustainable reuse

88京都大学大学院農学研究科赤松資料

89

京都大学大学院農学研究科赤松資料

Log Pを用いた予測生分解性と生物濃縮性の予測システム（BCF,魚類への生物濃縮倍率）

Log （BCF） = 0.76 log（Pow） - 0.76

生態毒性予測システム– 化学物質の部分構造から魚類急性毒性試

験における半数致死濃度（LC50）及びミジンコ遊泳阻害試験における半数影響濃度（EC50）を予測

定量的構造活性相関（QSAR）定量的構造活性相関（

quantitative structure-activity relationship）ハンシュ（Hansch）-藤田の式

，着目している生物活性を引き起こす薬物濃度C

log (1/C ) ＝aπ2＋bπ＋ρσ＋cEs＋d

（a，b，ρ，c，d は適用する系によって決まる定数）

ここで疎水性因子 π は，薬物の母化合物（着目している置換基が結合していない化合物）のオクタノール／水系の分配係数PH と，母化合物に置換基Xが結合した化合物のオクタノール（C8H17OH）／水系の分配係数 PX から次式で規定される。

π＝log PX－log PH＝log （ PX / PH ）

σ： ハメットの置換基定数Es:

http://www.ecosci.jp/chem9/interaction.htmlより

92

以下の指揮を用いて、次の化合物のBCFを計算しなさい。

Log （BCF） = 0.76 log（Pow） - 0.76

次の化合物の名称を，名称を示した化合物の構造式をかっこの中に記しなさい。

オクタノール トルエン アニリン シクロヘキサン

( ) ( ) ( ) ( )

( )

BHC

( ) ( )

PCE

( )

ナフタレン 塩化ビニル