教授は次に、黒板に書いた。
官能基
ミナは言った。
「分子の性格を決めるパーツでしたね」
「はい」
教授はうなずいた。
「炭素の骨組みに、どんな官能基がつくかによって、分子の性質は大きく変わります」
レンが例を挙げた。
-OH
-COOH
-NH₂
「たとえば、-OHを持つとアルコールとしての性質を示します。-COOHを持つとカルボン酸としての性質を示します」
ミナは少し身構えた。
「全部覚えないとだめですか」
「今は覚えなくて大丈夫です」
教授は言った。
「ここでは、分子の性質は炭素骨格と官能基の組み合わせで変わる、という考えを持てば十分です」
黒板に書く。
分子の性質
＝ 炭素骨格 ＋ 官能基 ＋ 形
ミナはノートに書いた。
官能基は、分子の働きを変えるパーツ。
教授は黒板に、炭素を並べて書いた。
C―C―C―C
C
｜
C―C―C
Cの輪
「炭素は、炭素どうしでつながることができます」
ミナは言った。
「前の章でも出てきました。鎖や輪を作れる」
「はい」
教授はうなずいた。
「この性質のために、有機化合物には非常に多くの構造が生まれます」
レンが言った。
「直鎖、分岐、環状構造ですね」
ミナは言った。
「同じ数の炭素でも、一直線につながるか、枝分かれするか、輪になるかで変わる」
「その通りです」
教授は黒板に書いた。
炭素骨格
分子の基本的な形を作る炭素のつながり。
ミナはノートに書いた。
炭素は、分子の骨組みを作る。
教授は黒板に「構造式」と書いた。
構造式
原子がどうつながっているかを表す式。
ミナは言った。
「構造式は、分子の組み立て図」
「はい」
教授はうなずいた。
「分子式が材料リストなら、構造式は組み立て図です」
黒板に書く。
分子式
C₂H₆O
原子の種類と数を表す。
構造式
CH₃CH₂OH
CH₃OCH₃
原子のつながり方を表す。
レンが言った。
「有機化学では、この構造式がとても重要になります」
「その通りです」
教授は言った。
「炭素化合物は、同じ分子式でも多くの異性体を持つことがあります。だから、分子を理解するには、構造を見る必要があります」
ミナはノートに書いた。
有機化学では、分子式より構造式が大事になることが多い。
教授は黒板に、新しい言葉を書いた。
異性体
ミナは言った。
「これが異性体ですね」
「はい」
教授はうなずいた。
「異性体とは、同じ分子式を持ちながら、原子のつながり方や空間的な並び方が違うため、異なる性質を持つ物質のことです」
レンが少し補足した。
「今のエタノールとジメチルエーテルは、つながり方が違う構造異性体ですね」
ミナはすぐに言った。
「構造異性体、もう少しやさしく言うと？」
教授は黒板に書いた。
構造異性体
同じ材料で、つなぎ方が違う分子。
ミナはうなずいた。
「それならわかります」
教授は続けた。
「エタノールは液体で、お酒に含まれるアルコールです。一方、ジメチルエーテルは常温では気体として扱われる物質です」
ミナは驚いた。
「同じ分子式なのに、そんなに違うんですか」
「違います」
教授は答えた。
「だから、分子式だけでは足りないのです」
ミナはノートに書いた。
分子の性質は、原子の数だけでなく、つながり方で変わる。
教授は黒板に書いた。
C₂H₆O
ミナはそれを見て言った。
「炭素が2個、水素が6個、酸素が1個」
「はい」
教授はうなずいた。
「では、この分子式を持つ物質は一つだけでしょうか」
ミナは少し自信なさそうに言った。
「一つ……じゃないんですよね」
「はい」
教授は黒板に二つの構造を書いた。
CH₃CH₂OH
CH₃OCH₃
レンが言った。
「上はエタノール、下はジメチルエーテルです」
ミナは目を細めて見た。
「どっちもC₂H₆Oなんですか」
「そうです」
教授は言った。
「原子の種類と数は同じです。しかし、つながり方が違います」
黒板に書く。
エタノール
炭素―炭素―酸素 の並び
ジメチルエーテル
炭素―酸素―炭素 の並び
ミナは言った。
「材料は同じでも、組み立て方が違う」
「その通りです」
黒板には、前の章の最後に書かれた問いが残っていた。
同じ分子式なのに、なぜ違う物質になるのか。
ミナは、その問いを見ながら言った。
「同じ分子式なら、同じ物質じゃないんですか」
教授は静かに首を振った。
「必ずしもそうではありません」
レンが言った。
「ここで大切になるのが、分子の構造です」
教授は黒板に、二つの言葉を書いた。
分子式
構造式
ミナは言った。
「分子式は、H₂OとかCO₂みたいなものですよね」
「はい」
教授はうなずいた。
「分子式は、どんな原子が何個あるかを表します。しかし、それだけでは、原子がどうつながっているかまではわかりません」
ミナは少し考えて言った。
「材料リストみたいなもの？」
「よい比喩です」
教授は微笑んだ。
「分子式は材料リスト。構造式は組み立て図です」
教授は黒板に、新しい問いを書いた。
同じ分子式なのに、なぜ違う物質になるのか。
ミナは言った。
「分子式？」
「はい」
教授は答えた。
「有機化学が進むと、同じ種類と数の原子を持つのに、性質が違う物質があることがわかってきます」
レンが言った。
「異性体ですね」
ミナは言った。
「つまり、原子の数だけじゃなくて、つながり方が大事になる」
教授はうなずいた。
「その通りです」
「次章では、分子には形がある、という話に進みましょう」
ミナはノートの最後に、まとめを書いた。
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第8章のまとめ
生命の物質は、かつて生命だけが持つ特別な力で作られると考えられた。
しかし、尿素合成などをきっかけに、有機物も実験室で作れる対象となり、有機化学は炭素化合物を理解し、設計し、作る学問へ発展した。
