[スポンサーリンク]

一般的な話題

反応機構を書いてみよう!~電子の矢印講座・その1~

[スポンサーリンク]

「ある反応がどのようにして起こっているか?」について記述したものが反応機構(reaction mechanism)です。一つの反応機構は、反応に関わる全ての結合の開裂・生成様式を示します。つまり、どの結合がどういう順番で切れ、どの結合がどういう順番でできるか、ということが必要十分に表現されていなくてはなりません。

有機化学反応の本質は電子の授受にあります。そのため反応機構は、電子の移動で表現されます。

もちろん現実は紙の上より複雑・多様です。実際に電子が一つずつ移動するわけではありません。これで得られるのはあくまで定性的な理解ですが、有機化学反応を適切に分類して理解しやすくし、また、より深く理解するためのツールとして非常に強力です。

そこで本シリーズでは、反応機構図を書くためのポイントを解説していきたいと思います。

有機化学を学ぶ人は是非マスターしておくべきものですので、反応機構が自分でうまく説明できないとお困りの方は是非参考にしてみてください!

 

反応機構を矢印で書く

有機反応の中身は電子の授受であると書きました。このやりとりは、定性的に「巻矢印」で表現する慣例になっています。

たとえば有用人名反応の一つ、ホーナー・ワズワース・エモンス反応の反応機構は下図のようになります。

hwe_5

有機化学を学ぶ学生の多くは、まずこの矢印表記につまづくようです。実験技術に長けていても、矢印の書き方を知らない大学院生は実にたくさんいます。

確かに矢印が書けずとも実験は進められます。どんな結果が期待できるかさえ知っていれば何とかなるからです。しかし、それではいつまでたっても「化学=暗記物」の図式から抜け出せません。実験結果を深く理解し、さらなる応用へと結びつけていくことも難しいと思えます。

矢印を使った反応機構を書けるようになること――これはレベルの高い有機化学研究をしたいのであれば、習得を避けては通れないスキルであるといえます。単なる「実験事実」から、「サイエンス」へと実験結果を発展させていくための“思考ツール”、つまりは一つ一つの結合変換について深く理解し、学んだ知見をさらに発展させていく目的に大変な優れた記述法だからです。

はじめは大変かも知れませんが、ひとたびマスターすれば、化学的思考力が格段にアップすることは確実です。 是非、正しい「電子の矢印の書き方」を習得しましょう。

矢印の決まりごと

大きく分けて以下の3つがあります。

①電子対(電子2つ)の動きを表す時には、普通の矢印を使う 

②電子1つの動きを表す時には、釣り針型の半矢印を使う

③巻矢印内側にある原子の電子数は変わらない

③は分かりづらいかも知れませんので、下図・右のケースを例に考えてみましょう。A-Bの共有結合電子対がCに移るケースで、極性転位反応などに多く見られるパターンです。

上スキームのように破線を使って書くと、A上の電子数は変わらずに、B上の電子がCに持って行かれる表記になります。他方、下スキームのように書くと、B上の電子数は変わらず、A上の電子が持って行かれる、という表記になります。

どちらも同じ結合から矢印が伸びる機構ですが、全く異なる意味になっていることを知っておいてください。

一方、曲がっていない矢印は何を表しているのでしょうか?これは、化学種同士を関係づける表記です。多用されるものは以下の3つです。

電子の動かし方

電子の動きを考えるのは一見複雑そうです。しかし、実は常識的な感覚に従えば良く、難しく捉えすぎる必要はありません。

以下のポイントを押さえておけばとりあえずOKでしょう。

①矢印(電子の動き)はマイナス電荷を帯びた『求核種』から、プラス電荷を帯びた『求電子種』へ移動する。
②電子の移動しやすさ(負電荷を持つ優先度)は電気陰性度で決まる

ざっくり言ってしまえば、世にある反応機構のほとんどは、プラスとマイナスが結びつくことの繰り返しで書ける、ということです。たとえば、プラスが出にくい元素にプラスを出そうとしたり、マイナスとマイナスが反応するような機構は、間違っている可能性が高い、ということです(勿論例外はあります)。

次回は実例を挙げつつ、反応機構をどうやって書くか?についてお話ししたいと思います。

(※本記事は以前より公開されていたものを加筆修正し、「つぶやき」に移行したものです。)

関連書籍

cosine

cosine

投稿者の記事一覧

博士(薬学)。Chem-Station副代表。現在国立大学教員として勤務中。専門は有機合成化学、主に触媒開発研究。
関心ある学問領域は三つ。すなわち、世界を創造する化学、世界を拡張させる情報科学、世界を世界たらしめる認知科学。
素晴らしければ何でも良い。どうでも良いことは心底どうでも良い。興味・趣味は様々だが、そのほとんどがメジャー地位を獲得してなさそうなのは仕様。

関連記事

  1. ガラス器具の洗浄にも働き方改革を!
  2. CSJジャーナルフォーラム「ジャーナルの将来像を考える」
  3. 水から電子を取り出す実力派触媒の登場!
  4. 酸と塩基のつとめを個別に完遂した反応触媒
  5. 2002年ノーベル化学賞『生体高分子の画期的分析手法の開発』
  6. 論説フォーラム「研究の潮目が変わったSDGsは化学が主役にーさあ…
  7. 化学のうた
  8. アメリカで Ph.D. を取る –エッセイを書くの巻– (前編)…

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 第96回―「発光機能を示す超分子・ナノマテリアル」Luisa De Cola教授
  2. 低温低圧・常温常圧窒素固定の反応開発 最新情報サマリー その1
  3. 山東信介 Shinsuke Sando
  4. 中皮腫治療薬を優先審査へ
  5. 金属スカベンジャーを試してみた
  6. 界面活性剤のWEB検索サービスがスタート
  7. 静岡大准教授が麻薬所持容疑で逮捕
  8. 無保護アミン類の直接的合成
  9. リピトール /Lipitor (Atorvastatin)
  10. とにかく見やすい!論文チェックアプリの新定番『Researcher』

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

注目情報

注目情報

最新記事

非古典的カルボカチオンを手懐ける

キラルなブレンステッド酸触媒による非古典的カルボカチオンのエナンチオ選択的反応が開発された。低分子触…

CEMS Topical Meeting Online 超分子ポリマーの進化形

1月28日に毎年行われている理研の無料シンポジウムが開催されるようです。事前参加登録が必要なので興味…

カルボン酸に気をつけろ! グルクロン酸抱合の驚異

 カルボン酸は、カルボキシ基 (–COOH) を有する有機化合物の一群です。カルボン…

第138回―「不斉反応の速度論研究からホモキラリティの起源に挑む」Donna Blackmond教授

第138回の海外化学者インタビューはドナ・ブラックモンド教授です。2009年12月現在、インペリアル…

Ru触媒で異なるアルキン同士をantiで付加させる

Ru触媒を用いたアルキンのanti選択的ヒドロおよびクロロアルキニル化反応が開発された。本反応は共役…

化学系必見!博物館特集 野辺山天文台編~HC11Nってどんな分子?~

bergです。突然ですが今回から「化学系必見!博物館特集」と銘打って、私が実際に訪れたいちおしの博物…

有機合成化学協会誌2021年1月号:コロナウイルス・脱ニトロ型カップリング・炭素環・ヘテロ環合成法・環状γ-ケトエステル・サキシトキシン

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2021年1月号がオンライン公開されました。あ…

第137回―「リンや硫黄を含む化合物の不斉合成法を開発する」Stuart Warren教授

第137回の海外化学者インタビューはスチュアート・ウォーレン教授です。ケンブリッジ大学化学科に所属し…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP