合格した人だけ知っているだれでも国立大学医学部に合格できる裏技勉強法を全部紹介するブログ

偏差値40台をとったこともある国公立医学部医学科に合格した現役医師がお送りする大学受験勉強法ブログです。               最強の勉強法とは「二元論を使うべし」と「データベースを作るべし」

有機化学データベース。

データベースの目次は、亀田和久のテキストへの オマージュ。

おもに 亀田和久、卜部吉庸の影響を受けて作られています。他のデータベースをお求めの方は、 www.ndthikaru.com/kagaku.html を ご覧ください。私は、以下の参考書を使ったイメージを持っているので、参考書が一致していたほうが、勉強しやすいですよ。

わたしは 上の卜部吉庸の本と、資料集をベースに 亀田和久の授業でのエッセンスを入れて、以下の記事を書いています。言葉が少なくて、わかりにくいとお感じになるかもしれません。それは卜部吉庸の本とわたしの記事を交互に読めば、解消されると思います。わたしは余計な説明を そぎ落とした 核心を突く言葉でイメージを 表現するように心がけています。

       

本編の前に、有機化学の勉強法について。

1.まず 名前をつけられるようになること。

IUPACの正式名称が わかることによって、英単語よりも簡単に 名前を覚えることができるようになる。アルファベットで 表記すると、すぅーっと スポンジが 吸水するイメージで 単語が 覚えられる。

2.主要な 有機物質の 反応経路を ひとつの絵にして 覚える。

有機化学は 反応が まさに 有機的に 連鎖していきます。つなげて つなげて つなげまくった イメージを 持ってください。具体的な 絵を 消化します。有機化学曼荼羅です。

3.反応名を しっかり 言えるようになる。

どういう理屈で 反応が起こるのか 理解する。

4.以下のデータベースを 参照して、知識を整理する。

5.有機化学計算特有のものを やりなれる。

構造計算において、計算は 命。これが 正確であって はじめて、一種類にのみ 答えが絞れる。時間がかかる問題だし、ALL OR NOTHINGに なりやすいのが 構造決定の特徴。

反応の様子から 即、官能基が 出てくるように、練習をする。

じゃ、目次どうぞ。

1.元素分析と分子式の決定  2.Alkane   3.Alkene  4.合成高分子化合物

5.Alkyne 、 Ether   6.Alcohol   7.Carbonyl 化合物  8.Carboxilic Acid

9.油脂     10. 芳香族化合物   11.糖類  12.アミノ酸 たんぱく質   

13.合成繊維、合成樹脂 

1.元素分析と分子式の決定 

    1.2化学式の種類

組成式は  「組成原子の構成比を 出してね式」

分子式 は いつも 使ってるやつ

構造式は 「価標」という  H - H   棒で すべてを 表現する式

示性式 は 「スタンダードな 表現方法」これを 使います。これだと OHを O-H と 書く必要がない。

電子式 は -のかわりに ・・を 使うやつ。ルイス式だと   非共有電子対    不対電子 のみを ・   で 表現し、sigma結合や  π結合は - で 表現します。ルイス式を 使いましょう。

    1.3.元素分析+分子量測定→分子式決定→ 構造決定

元素分析というのは  たとえば グルコースC6H12O6 なら 「C1H2O1」のことです。

1:2:1 の 比を出すことが目的です。

この比が わかれば、分子量Mから 分子式がわかる。

そして 官能基の 特徴を パズルの要領で 組み合わせて、構造を決定する推理ゲームです。

パターンは 決まっていますが、パターンは 複雑にしようと思えば いくらでも 複雑にできるので、難問珍問をつくりやすいのが構造決定問題です。だから、「おれ 構造決定のもんだいなら なんでも 解けるぜー」と いっているひとは はったりをかましているだけですので安心してください。わたしは その人が 絶対に 解けない問題を 作る自信があります。複雑にしようと思えばいくらでもできるんですから。

         1.4.N S X を 元素分析する。

C H O は 燃やす方法で カンタンに 元素分析できるんですけど、NSXは そうは いきません。そこで 別の方法を考える必要があった。(今は、X線とか NMRとか で 分析できるのかな?)

Nを定量するには、ジューマ法(強熱で 窒素まで分解させる)と キエルダール法(濃硫酸で ぐつぐつ煮て、アンモニアを ぷくぷく 出して、アンモニアを 酸に吸収させて逆滴定させる)がある。

キエルダール法は 有機の問題よりも逆 滴定の問8題として 出題されることのほうが多い。

Sを 定量するには カリウス法(濃硝酸と塩化バリウムをいれて ぐつぐつ煮ると、硫酸バリウムが 沈殿するので、質量を 測る。)がある。

ちなみに、硫酸バリウムは 超安定沈殿なので、X線で 飲んだり、外壁の白ペンキなんかに 使われている。

X つまり ハロゲン、の 特に 塩素には カリウス法(濃硝酸と 銀イオンをいれて ぐつぐつ煮ると 塩化銀が 沈殿する)がある。

上記いずれの方法にしても、覚える必要なし。 そういうのが あるんだなー ぐらいでいいです。

         1.5.異性体の種類

構造異性体。ふつう 「異性体の数を かぞえろ」と 言われたら、構造異性体の数を 数える。

構造というのは 要するに「器官同士が 連携して作りあがる形」のこと。

構造異性体の中には、「連鎖異性体」「位置異性体」「官能基異性体」がある。

それぞれ、その名の通り、連鎖は くさりのかたち。位置は 官能基の位置による違い。官能基は -O- vs-OH の 違い。

ま、名前の違いは どーだっていいんです。数えるときに あんまり 役に立ちませんから。

構造異性体以外にも、「立体異性体は 区別する」という言葉あったときだけ、この異性体を 数えるようにします。

立体異性体というのは、立体的に書かないと、その違いがわからない異性体のことです。

立体異性体の中には 「幾何異性体」「光学異性体」「配座異性体」のみっつがあります。

幾何異性体は cis- trance- 

  光学異性体は  enantiomer と diastereomer 。

配座異性体は  船型と 椅子型(Boat form fvs Chair form )

         1.6.不飽和度定式

U=(2c+2  +x  -n)-h  /2

で 表現されます。 炭素の数c  、ハロゲンの数 x、窒素の数 n、 Hの数 h です。

なども 使ううちに 慣れましょう。分子式をみたら とりあえず、不飽和計算を したくなる体になってください。

また   こんな 表を作って 理解を 深めましょう

U       π                Ring

1       1                  0

1        0                1

2        2                 0

2        0                 2

2         1                 1

不飽和度による、πの数と、Ring つまり 環状構造の数の テーブルです。

         1.7.覚える化学式量データベース

ペンゼン           は 78 「ナンパな ベンゼン」

カルボキシル基 は   45「                         」

アルデヒド基             29 「アレルギーの患者 は 憎む」

ヒドロキシル基           17「いいなー」

ーCH2-       基          14

アミノ        基            16

油脂の基本単位        890これを 知らないと「 はっきょー」しますよ

ステアリン酸             284     これを知らないと 「アリが じゅわっしゅ」と光線出しますよ。

アミド結合                 43 「アミドで 資産を気づいた デュポン社」

硫酸                       98「クッパ好きな りゅうさん」

硝酸                        63 「無残な しょうさん」

ビニル基                  27「ビニルの中は ツナマヨ」

グルコース               180「いやーん 太っちゃう」

グリセリン                  92「@@             」

         1.8.元素分析の計算フローは また今度。絵で 説明します。

2.Alkane   

         2.1.命名法

とりあえず、ギリシャ語で 1から 24までの数字を 言えるようになりましょう。英語で 数字を最初に習ったように、有機でも これを 覚えないと どーしよーもありません。

mono di tri tetra penta  hexa  hepta octa nona

deca undeca dodeca

trideca tetradeca pentadeca hexadeca heptadeca octadeca nonadeca

icosa   henicosa  docosa

tricosa   tetracosa  pentacosa  hexacosa   heptacosa octacosa nonacosa

First Second Third の みっつが 変な形をしているのは、こういうラテン語の 影響を受けていたからなんですね。

モノ ジ トリ テトラ ペンタ ヘキサ ヘプタ  オクタ ノナ   

デカ ウンデカ   ドデカ!

イコサ  ヘンイコサ   ドコサ(ドコサヘキサエン酸といえば DHC DHC DHC♪)

覚え方。

モノは「モノラル」 ジは「Duoのd 」 トリは 「トリオ」 テトラは 「テトラポット」 ペンタは「ペンタゴン」 ヘキサは 「Six のくさ」 ヘプタは 「Seven のv がp になる」  オクタは 「オクトパス」 ノナは 「Nineと似てる」   

デカは 「大きい数字だから でか!」 ウンデカ は 「UNO でかい」  ドデカ!は「Duo でかい」

この数字を そのまま アルカンの命名へ 。

methane   ethane   pentane  butane    pentane   hexane heptane octane  nonane

decane   undecane   dodecane

tridecane   tetradecane pentadecane  hexadecane  heptadecane octadecane nonadecane

icosane  henicosane triicosane

tetraicosane  pentaicosane  ....................................

これを 亀田和久から 教わったときは 衝撃的だった。

こんな 美しい言葉の規則で 煩瑣な有機物質を 命名していたんだ!目からうろこだった。

ちなみに メタンから ブタンまで は 気体です。豚が オナラしている絵を 想像すれば覚えられます。

         ** 「1112359」 兄さん号泣

単純な 連鎖異性体の数は 覚えておきましょう。毎回 導き出すのは 面倒ですから。

じゃあ すべての 異性体の名前を いちおう おさらいしますね。

1. methane

1.   .ethane

1.    propane

2.     butane   ,2-methylpropane

3.    pentane  ,2-methylbutane  ,   2,2-dimethylpropane

5.    hexane,   2-methylpentane  ,   3-methyl pentane , 2,3-dimethyl butane   , 2,2-dimethyl butane

9.      heptane  ,2-methyl hexane  ,3-methyl hexane  ,2,3-dimethyl pentane ,2,4-dimethyl pentane ,3,3-dimethyl pentane , 2,2-dimethyl pentane ,3-ethyl pentane ,2,2,3-trimethyl butane

このすべてを とりあえず、構造式で 書いてみてください。有機化学は 命名できて ナンボである ということが よくわかるはずです。システマチックに 名前をつけて 遊ぶんです。

**アルキル基について

C-       methyl group

C-C-   ethyl

C-C-C- propyl  group

C-C-    1-methylethyl group (isopropyl group)    

    C

      

CCCC-  butyl group

C(CH2)CC-  2-methyl propyl

CC(CH2)C-   1-methyl propyl

C(CH2)(CH2)C-     1,1-dimethyl ethyl group

   

と  ここまで 例を見てきてわかると おもいますが、一番ながい Cの鎖を 「主鎖」  枝のように 出ているCの鎖を 「側鎖」と 呼びます。

アルキル基は 側鎖を つけるときに 使う。

この側鎖の 中にも 「側主鎖」があって、枝を 「側側鎖」と 呼ぶ。(すいません。勝手に わたしが 便宜上 読んでるだけです。)

まあ、アルキル基の 命名を 問われることは 東大くらいしかないので だいじょーぶでしょ。

         

環状飽和炭化水素の命名

cycloalkane

cyclopropane         cyclobutane    cyclohexane 

1-methyl cyclopentane

の シクロアルカンの部分が 主鎖です。そこに 側鎖の名前をくっつけていく。

   

   

         1.2.製法

                  1.2.1 原油からの分留「ナフサは され  におい(30 度から 201度)」

                 1.2.2.カルボンさん塩と水酸化ナトリウムを  融解させるほど どろどろに 熱して、 炭酸ナトリウム塩を  遊離させる。

         1。3 。性質

                 1.3.1. 豚は おならぷー

                 1.3.2.置換反応

UV で 塩素を くっつけます。

chloro methane    dichloromethane  trichloromethane(chloroform)  tetrachloroform

ちなみに

ハロゲンの 接頭語は

F-  flvoro   Cl- chloro   Br-  bromo  I- iodo   NO2- nitro 

tinamini  慣用句として   三つのハロゲンがくっついている メタンを Haloform と呼びます。

Chloroform は 気絶させる武器として 有名です。(実際は 無理らしいです)

Iodoform は  ヨードホルム反応(アセチル基の検出)で 有名。

ですから 正式名称である

trichloromethane

triiodomethane    と  いったほうが いいんです。これからは

「クロロフォルムで 誘拐したろか!」ではなく「 トリクロロメタンで 誘拐したろか!」と 脅してください。

** ちなみに CHI3を ヨードフォルムという慣用句ではなく、トリヨードメタンと 模試で 答えるとバツになるかもしれません。それくらい化学的センスのない人が、採点を しているんです。大学受験の場合は、教授、助教授、講師が点数をつけるので、こういうあほなことは起こらないと思います。

3.Alkene 

         3.1.命名 

ethen propen  1-butene  cis-2-butene trans-2-butene       methyl propen

cyclohexene  1,3-cyclohexadiene  1,2-propadiene   1,3-butadiene 

1,2,4,6,8-nonapentaene

これは 絵で 説明します。

         3.2.製法

                 3.2.1 アルコールの分子内脱水

イチローいやん  エチレン  Ethylene は 慣用句   Ethenが 正式名称。

160  180度

一方、

ひとみは 意思を 決めてる ヨーデル     Diethyl ether

110      140

         3.3.性質

                 3.3.1.πボンドの 付加反応

10族の触媒で 水素付加    臭素付加   臭化水素   硫酸付加   水付加   ベンゼン付加

                 3.3.2 πボンドの 酸化反応

アルカリ性だと 酸化は 弱いので(酸化還元反応の式を見ればわかるけど、水素イオンがあると、ルシャトリエより 反応が 速く進む)

πボンドが 開巻して、 OHが ふたつくっつく   がちゃこーん と OHOH

酸化は 酸化マンガンカリウムが よく使われる。反応すると色が変わるから。

酸性だと 酸化力は 強くなるので、

πボンドが はじけ飛ぶ。πボンドの部分に 酸素が くっつくと思えばいい。

   

また、オゾン分解、オゾン酸化の場合は、単純に πボンドの部分を 酸素に 置換して、離せば良いだけ。

ここらへんの反応のシステムは 知らなくて良いです。こじつけて 覚えてください。

構造決定のときに 結構でます。

                 3.3.3.重合反応    monomer to polymer

polyethylene   polypropylene(PP)   poly ennka vinyl   polyvinylchloride(PVC)    polystyrene  polyacrylonitrile   poly ENKA vynilidene

4.合成高分子化合物

         4.1.命名

熱可塑性樹脂

polyethylene   polypropylene(PP)   poly ennka vinyl   polyvinylchloride(PVC)    polystyrene  polyacrylonitrile   poly ENKA vynilidene   Polymethacryl酸Methyl  Vynilon

         ゴム

Butadiene Rubber   Isoplene Rubber  Chloroplene Rubber   Stylene Butadiene Rubber  acryloNitrile Butadiene Rubber  6,6-nylon   polyethyleneterephthalate

ちなみに 2価の基 Alkylidene の命名法

methylene ethylidene  vinylidene  が 例外。

他は、規則的に  trimethylene   tetramethylene  pentamethylene  hexamethylene  heptamethylene    octamethylene    nonamethylene  ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

e.g.   hexamethylendiamine   vinylidenedichloride   

熱硬化性樹脂   これは 立体的に 固まるので  硬化する。熱に強いプラスチック。

グリプタル樹脂 (グリセリンと 無水フタルさん だから ぐり+ぷたる)

以下、Formaldehyde が 架橋を作る系

フェノール樹脂 (Phenol  と Formaldehyde。フォームアルデヒドが 架橋をつくる)

尿素樹脂

メラニン樹脂

         4.2.製法

                 4.2.1.ビニロン  これは 高分子計算問題として 出やすい。

                          2.クロロプレンゴム    Acetyleneから 重合させて、1-butene-3-yne   で chloroplene  で 付加重合。

                          3.スチレンブタジエンゴム   共重合。この構成比問題が高分子の問題として出る。

                          4. 「6-ナイロン」

εーAminohexanoic acid  通量 εカプロラクタム  の アミド結合を 開く

                          5.「6.6ーナイロン」

Adipic acid  Hexamethylene diamine  を 共同縮合重合

                          6.PolyEthylenTerephthalate  PET

terephthalic acid   and  ethyleneglycol  を 縮合重合

5.Alkyne 、 Ether   

                 5.1.命名

ethyne(acetylene)    propyne   1-butyne    3-butyne

                 5.2.製法

A。メタンの熱分解による製法

B.  炭化カルシウム(カルシウムカーバイトというか カルシウムアセチリド) による製法

         B1石灰石を 熱分解すると 生石灰ができる

         B2 生石灰に 炭素を くっつけると  カルシウムアセチリドができる

カルシウムアセチリドというのは  -Ca-C=C-Ca-C=C-Ca-C=C-Ca-

のような ポリマーになっている。       

         B3  カルシウムアセチリドに水を加えると  アセチレンが ぶくぶく

         5.3.性質

A。金属塩   ○○アセチリドを つくる。アセチレンは 超超弱い酸なのだ。

B. 重合反応     赤熱鉄触媒で  Benzene

                     塩化銅 塩化アンモニウムで  Vinyl acetylne(ゴムの 原料)

C。付加反応

水素。臭素。臭化水素。シアノさん。酢酸。水(HgSO4触媒で Acetaldehydeになる)

D。酸化反応

πボンドを ぶっ壊す。すると、COOH ができる。

ひとつのπボンドを =Oにして もうひとつのπボンドを -OHにすると こうなる。これも 反応機構は どうでもいい。こじつけて 覚える。とーーーーーーきどき でます。ほぼ でないかな。

         55.1 ETHERの命名

dimethyether           = methoxy methane

etyl methy ether      = methoxy ethane

diethyl ether               ethoxy ethane

methy phenyl ether      methoxy benzene

ethyl phenyl ether        ethoxy benzene

↑は基官能命名           ↑ 置換命名

         55.2.製法

A. アルコールの分子間脱水   ひとみは 意思を 決めてる ヨーデル   

                                       130     140         Diethylether

B.  ウィリアムソン の エーテル合成。

         

6.Alcohol   

         6.1.Alcohol命名

methanol  methyl alcohol

ethanol     ethyl alcohol

1-propanol      n-propyl alcohol

2-propanol      isopropyl alcohol

1-butanol        n-butyl alcohol

2-methyl-1-propanol    isobutyl alcohol

2-butanol         sec-butyl alcohol

2-methyl-2-propanol      tert-butyl alcohol

phenyl methanol          benzyl alcohol

Cf)  多価アルコール

Cが2つ   Ethyleneglicol  エチレングリコール 

Cが3つ   Glycerol         グリセリン(グリセリンは 商品名。グリセロールが 正式名称)

エリトリトール

Cが5つ   キシリトール

ソルビトール

         6.2.製法

A. メタノールの製法   一酸化炭素と 水素を ZnO触媒で高温で くっつける。

B。グルコースを アルコール発酵

C.  Alkeneの 水付加

D。ハロゲン化 アルキルの 加水分解

E.  エステルの加水分解

F。カルボン酸、ケトンの還元。

         6.3.性質

A 。水素結合による 分子間力アップ で ねちょねちょ

B。脱水反応    イチローいやん エチレン          ひとみは 意思をきめてるヨーデル

C。アルコラート生成。アルカリ金属との塩。

ーOH と Na は 水素 ぶくぶく

D 。酸化反応

例  methanol - formaldehyde- formic acid - carbonic acid - CO2

       ethanol -acetaldehyde -acetic acid

     propanol - propionic aldehyde - propionic acid

      2-propanol - acetone

    

E 、エステル化          エステル化は 「ヒドロキシル基と 酸が くっつくこと」

だから カルボン酸だけじゃなく、硫酸でも 硝酸でも エステル化できる。

F.ハロゲン化アルキルを 作り出す。

R-OHを R-Cl にする。なんで これで うれしいかっていうと  R-ONa とくっついて Ether を つくれるから。

7.Carbonyl 化合物 

         7.1.命名  aldehyde

formaldehyde           =  methanal

acetaldehyde                ethanal

propionaldehyde             propanal

butylaldehyde                 butanal

benzaldehyde

salicylaldehyde

         7.2.命名 Ketone

dimethylketone(acetone)          =   2-propanone

ethylmethylkeotne                        2-butanone

diethylketone                               3-pentanone

methylphenilketone                      acetphenon

methylvinyl

         8.2.製法

A アルコールの酸化

B  アルキンの水付加  HgSO4 の あれ

C カルボン酸塩の 乾留   

酢酸カルシウム を 強熱すると   炭酸カルシウム塩が 脱塩    ケトンができる

D  ヘキストワッカー法    塩化パラジウム触媒で 酸素を   πボンドに くっつける

         7.3.性質

A  フェーリング反応  Fehling反応    CHOから COOHへの 還元剤 としての性質

構造決定で使いまくる。

B  銀鏡反応

Tollence 液 という 名前がついているくらい 有名な反応。

C   ヨードホルム反応    Acetyl基の検出に使う。これも

構造決定で使いまくる。

D  アセタールの精製      出ません。

8.Carboxilic Acid

         8.1.命名

formic acid        =         methanoic acid

acetic acid                   ethanoic acid

propionic acid                 propanoic acid

butylic acid                    butanoic acid

iso butyric acid               2-methyl propanoic acid

valeric acid                    pentanoic acid

benzoic acid(安息香酸)     benzene carboxylic acid

acrylic acid                      propenoic acid

methacrylic acid                2-methylpropenoic acid

    

      

「周さんが  マロン       怖くて   ぐるっと まわって  アジにつっこむ」

シュウ酸   マロン酸 コハク酸   グルタミン酸     アジピン酸

oxalic acid               = ethanedioic acid

maronic acid               propanedioic acid

succinic acid                butanedioic acid

glutaric acid                 pentanedioic acid

adipic acid                   hexanedioic acid

phthalic acid               1,2-benzene dicarboxylic acid

isophthalic acid            1.3-

terephthalic acid           1.4-

maleic acid                  cis-2-butenedioic acid

fumaric acid             trans-2-

「トラに踏まれて   マレに死す」

トランス フマル   ・・  マレイン  シス

      

「ヒドロキシル酸」

乳酸 Lactic acid   

りんご酸    Malic acid

酒石酸      Tartalic acid

クエン酸     Citric acid

サリチル酸   Salicylic acid

         8.2.製法

A  一級アルコールの酸化

B   アルケン、アルキンの酸化

C    エステルの加水分解

D   二トリルの加水分解

   これは あんまり でません

E     芳香族化合物の酸化   

例    toluene    →     安息香酸

      o-xylene   →     フタル酸    → phthalic anhydrade

   

         8.3.性質

A 水素結合による 会合

酢酸の 二量体

B     無水物づくり

無水酢酸     無水マレイン酸      無水フタル酸

C    エステルづくり

D    アミド結合 づくり

E     無水酢酸で  エステルづくりや アミド結合づくり

ついでに   「アセチル基づくり」

無水酢酸には   アセチル基が くっついているので  無水酢酸で くっつけると アセチル化することになる。

Acetylation = アセチル化

Esterlification =エステル化

9.油脂

         9.1.脂肪酸の種類

「ラミパス   ラミパス     るるるるるー」

ラ   ウリン酸         Cが 12

ミ   リスチン酸               14

パ   ルチミン酸               16

ス     テアリン酸              18

このなかで ステアリン酸が  枢軸になる。「じゅわっしゅ」=「M=284」を 覚えておけば、Mを 足し算することが簡単になる。

飽和脂肪酸は  πボンドがないので、からまりやすい。

πがない  、    飽           和        想起するイメージは?   その直感で 覚えてください。

      

じゃあ πボンドが 入っている Cが 18個の 脂肪酸。πがある 不飽  脂肪酸。

おれ:「オレIN。李 乗る?」

李さん:「李、乗れん!」

これは わたしのオリジナルの覚え方。

オレイン(π)   リノール (ππ)   リノレンさん(πππ)

         9.2.製法

グリセリンと 高級脂肪酸 を エステル化   Triacrylglycerol

         9.3  性質

A  植物性の油には  πがある!だから 固まりにくい。オレインリッチ☆

     動物性の            πがない

B   水素付加して πあり から なしへ

植物油を 水素付加して  マーガリンへ!(動物性油っぽくする技術)

C   ヨウ素付加      これで ヨウ素価を 定量する

いくつ πボンドがあるか 調べる。

D     せっけん化       KOHで 加水分解。

1gの油脂に  K g の   KOHを くっつける。

E    界面活性剤=表面張力を 下げる。

F   ミセルコロイド    油をつつんで   乳化する。

G     石鹸を 無力化するには「強酸をくわえて、追い出す」「カルシウムイオン、マグネシウウイオンを くっつける」

10. 芳香族化合物   Aromatic compound

         10.1 芳香族化合物の種類。

強酸系    ベンゼンスルホン酸    ピクリン酸    

中弱酸系     安息香酸     Phthalic acid   Acetyl salicilic acid

弱酸系         H2CO3

超弱酸圭       Phenol   Cresol  1-Naghtol 

中性       benzene    toluene     xylene  styrene     cumene   naphtalene    chlorobenzene   benzyl alcohol     benz aldehyde     anisole      benzenitrile        azobenzene      acetanilide       nitrobenzene    TNT

弱アルカリ性    aniline   

         10.2.製法いろいろ

A   フェノールの合成   Phenolは 薬の原料にも  樹脂の原料にもなる多用途 原料。安く作るために、いろんな 方法が考えられた。

今では クメン法が 一番安価に 作ることができる。

         10.3.性質いろいろ

A   フリーデル クラフツ反応    求電子置換反応

11.糖類 

炭素の数が 6で単糖類。12で 二糖類。それ以上が 多糖類。

         11.1 単糖類

以下、11.1.1から 11.1.5まで 単糖類の 環状構造の 名前をつけるために、高校の教科書には載っていないが、亀田和久の授業では取り扱われる説明をします。これを理解することによって、糖に対する苦手意識がなくなって、どんな問題でも 解けるという自身につながります。

                 11.1.1.aldehyde の aldose vs ketone  の ketose

1つの炭素に 1つの ヒドロキシル基が 一対一で くっついたアルコール。これが 糖の原型。

OH  OH  OH  OH  OH  OH  OH  OH  OH

|   |   |   |   |   |   |   |   |   

C     C    C    C    C    C    C    C    C    ← この 一番はじの 炭素に注目。Aldehydeへ

                                            ↑

                                           この 端から2番目の 炭素に注目。ketone へ

ここで 糖の 「頭と おしり」を 決定します。

Aldehyde 基が あるほうが 頭で、Aldehyde基の炭素が 一番目の炭素。その下の炭素が 2番目の炭素。以下、同様に 炭素に順番がつく。

Ketone基が あるほうが頭で、ケトン基の上にあるメタノール基の炭素が 一番目の炭素。その下のケトン基の炭素が 2番目の炭素。以下、同様に 炭素に順番がつく。

また、環状に なっても、炭素の背番号は 変わりません。

Aldose系だと、ヘミアセタール基の 酸素の右どなりの炭素が 1番目の炭素。

Ketose系だと、ヒドロキシケトン基の メタノール基の炭素が 一番目の炭素です。

そのほかの炭素は、右回りに 2,3,4と 背番号が ついていきます。

Aldose系 糖

一級のアルコールを 酸化して アルデヒド基に したものが アルドース

そして もう一方、

Ketose系 糖

二級アルコールを 酸化して ケトン基にしたものが ケトース。

   

                 11.1.2 単糖類の アルドースvs ケトース

アルドース系 単糖類 は グルコース と ガラクとース

ケトース系 単糖類 は  フルクトース

                 11.1.3. 光学異性体の D体vsL体

D体と L体は 糖のみに 用いる異性体の分け方。

ケトンや アルデヒド基が あるほうを 頭とすると、おしりの部分の形が、

左に H 下に メタノール基  右に ヒドロキシル基 の 立体配置になっているものを D体と 呼ぶことにした。

一方、小文字の d体vs l体 は 一般に用いられる 相対的配置による 分類。この考え方は古いやり方。光を 右に回すか 左に回すかによって 決めている。よって 物質によって どっちが どっちだか わからない。

一方、R体vsS体 は 一般に用いられる 絶対的配置による分類。こちらが 普通。

物質の形から 、キラル中心炭素に くっついている官能基の種類によって 優先順位を 1位2位3位4位と 決めて、その炭素と官能基を ハンドルの形に見立てて、右回りに 1位2位3位と 回るか、左回りに 1位2位3位と まわるかで R と S を決める。

ちなみに、Rは 右回り。Sは 左回り。この違いは、大学入試では 絶対に 問われないので安心して。

                 11.1.4 単糖類には みっつの形がある。「鎖状」vs「6員環」vs「5員環」

とくに 6員環をpyranose    5員環を franose と 呼ぶ。ピラノースと フラノース

                 11.1.5  「1.1から 1.4まで 準備」することによって、1.5で はじめて  ブドウ糖の 環状になった糖の 正式名称を 名づけることができる。

鎖状の糖なら 名前をつけるのはカンタンなんです。

グルコースは  D-glucose

ガラクとースは D-galactose

フルクトースは  D-fructose

じゃあ、環状の糖を それぞれ 名前をつけていきましょう。

ふつう、β型つまり 一番の炭素についているヒドロキシル基が  (頭に ついているヒドロキシル基と 呼ぶことにする) 上に 向いている状態を 「正式な状態」とする。「名前の付け方が 下手」と 覚えよう。上を向いているものが べたべたに ベータだから。

β-D-glucopyranose

glucose に β つまり  頭の ヒドロキシル基が 上向きの形で

                 D つまり  おしりのメタノール基が 上向きの形で

                pyranose つまり 6員環の形をしていますよ。

この言葉が くっついて はじめて いつもの グルコースを ユニークに  呼ぶことができる。

同じく アルドース系の ガラクとースを 正式名称で 呼んでみよう。

β-D-galactopyranose

galactose   β つまり  頭の ヒドロキシル基が 上向きの形で

                   D つまり  おしりの メタノール基が 上向きの形で

         pyranose つまり 6員環の形をしていますよ。

じゃ、今度は ケトース系の フルクトースの 6員環と 5員環を 正式名称で 呼んでみよう。

まずは 6員環のフルクトース

β-D-fructopyranose

fructose   β つまり   頭の ヒドロキシル基が 上向きの形で

                   D つまり おしりの メタノール基が 上向きの形で

         pyranose つまり 6員環の形をしていますよ。

まずは 6員環のフルクトース

β-D-fructopyranose

fructose   β つまり   頭の ヒドロキシル基が 上向きの形で

                   D つまり  おしりのメタノール基が 上向きの形で

         pyranose つまり 6員環の形をしていますよ。

つぎに 5員環のフルクトース

β-D-fructofranose

fructose    β つまり 頭の ヒドロキシル基が 上向きの形で

                   D つまり おしりのメタノール基が 上向きの形で

         franose つまり 5員環の形をしていますよ。

これで すっきり 名前を つけられるようになりました。名前がはっきりしていないと なんか もやもやしていて 嫌ですよね。このことは 亀田和久の冬期講習を 受けないと おしえてもらえませんから、これを ご覧になっている受験生関係者の方は 相当ラッキーです。

                 11.1.6.実際に 単糖類を 書いてみる。その覚え方。

たしかに 名前をつけられるようになるのは いいんですけど、でも 名前をつけても、実際に 糖を かけるようになる必要がある。じゃあ それぞれを こじつけて 覚えましょう。

思い出すコツを 紹介します。わたしの オリジナルです。

基本法則は β型のみ 覚えるということ。ベータ型は 頭のヒドロキシル基が 上向きのやつでしたね。

グルコースの思い出し方

「まず 六角形を 書く。右上に 酸素を書く。頭の炭素の上に OHを 書く。あとは 右回りに、ジクザグになるように 交互に OHを 書いていく。最後の5番目の炭素にはヒドロキシル基のかわりに メタノール基を 書いて 出来上がり。」

なんどか ドラえもんの絵描きウタのように 書いていれば 導き出せるようになります。

続いて、ガラクトースの思い出し方

「まず 六角形を 書く。右上に 酸素を書く。頭の炭素の上に OHを 書く。あとは 右回りに、ジクザグになるように 交互に OHを書いていく。最後の5番目の炭素にはヒドロキシル基のかわりに メタノール基を 書いて 出来上がり。おっと違った、ガラクトースは両手がバンザイしているんだったなー。書き直して 出来上がり。」

グルコースとの違いは 4番目の炭素のヒドロキシル基が 上に向くことだけ。だから、グルコースを 思い出せれば、ガラクトースは 「バンザイポーズ」と 思い出せれば、正解が書ける。

じゃあ フルクトースの6員環の思い出し方

「まず 六角形を 書く。右上に 酸素を書く。頭の炭素の上に OHを 書く。今度は、2個ずつペアにしてジクザグする。上上下下。5番目の炭素、つまり おしりに くっついていたメタノール基を ぐいっと へし折って、頭にくっつける。頭には すでに OHが上向きについているので、メタノール基は 下につける。」

これも 何度も書いていれば、すぐに 覚えられます。なんていっても 4種類しかないんですから。

最後に フルクトースの5員環の思い出し方。とりあえず、フルクトースの6員環を 書いてから、フルクトースの5員環を 書くほうが カンタンに 思い出せます。

「まず 5角形を 書く。五角形をみて 思い出すのが、ラピュタの巨人兵。巨人兵の頭の部分に 酸素を書く。いつもの炭素の位置に 上に OHを書く。フルクトースの6員環と同様に、OHを くっつける。上上下。下?Oの左どなりに OHがつくはずない。フルクトースの6員環と同様に、メタノール基を 頭にくっつける。そして、最後の閉めは メタノール基をもう片方のラピュタの巨人兵の 腕に くっつける。そして サタデーナイトフィーバーの決めポーズ!これで 出来上がり。」

ラピュタの巨人兵が  サタデーナイトフィーバーの決めポーズを している形を 妄想すれば、カンタンに覚えられます。

とうとう 語呂合わせをつかわずに 覚えることができましたね。よかった よかった。

      

         11.2. 糖類独特の 官能基、結合、反応

                 11.2.1  himiacetal化して himiacetal基が できる。

鎖状のときは、

アルドース系ではOH と アルデヒド基        は 分かれているんだけど、

ケトース系では OH と    ヒドロキシケトン基は 分かれているんだけど、

近づいて くっつくと ヒミアセタール基になって、おしりと 頭が くっついて 環状構造になる。

ヒドロキシケトン基、つまり hydorxyketone基とは ケトン基に メタノール基が くっついた官能基のこと。この呼び方は 糖でしかしません。

ヘミアセタール基というのは ーC-O-C-OH- となっている部分のこと。環状の Ether結合のようだけど、ヘミアセタール基という名前がついている。

                 11.2.2. 環状の単糖類どうしが くっついて 2糖類を 形成する。結合の名前を Glycoside結合。

鎖状 と 環状の糖が あるわけですけど、実は、環状のほうが 圧倒的に 安定していて、99%は 環状で 存在している。そういうわけで、環状どうしが 2糖類を 形成する。

単糖類の OHどうしが 脱水して、-C-O-C- の Ether結合のような 結合をする。これを Glycoside linkage と呼ぶ。

麦芽糖は α1-α4 Glycoside linkage あるいは  α1-4 Glycoside linkage

結合の名前の付け方。炭素の背番号に注目します。(こういう背番号のつけ方は、生物の DNAの結合方向でも やりますよね)

左にα型のグルコースの         と 右にα型のグルコースを イメージする。

左の1番目の炭素のOH         と  右の4番目の炭素のOH  が   エーテル結合するイメージ。

エーテル結合だけど、糖どうしの結合の場合、特に Glycoside 結合と 呼ぶ。

同じ、α型の環状糖どうしなら、二個目を 省略したがるのは アメリカ人が これを 決めたから。

セルロースは β1-β4 Glycoside linkage あるいは  β1-4 Glycoside linkage

乳糖は  β1-β4 Glycoside linkage あるいは  β1-4 Glycoside linkage

スクロースは α1-β2 Glycoside linkage

アミロペクチンの枝分かれ構造は  α1-α6 Glycoside linkage

                 11.2.3    二糖類の名前の語呂合わせ。

麦芽糖、maltose, 4-o-α-D-glucopyranosyl-D-glucose

ちなみに 右の長いやつは 正式名称です。4-o - の o は アルファベットの オーです。まあ 忘れてください。思い出すのに 何の役にも立ちませんから。

麦芽から 取れたから、麦芽糖。ビールの甘さ。麦茶の甘さ。マルトースという名前は 「丸い」糖です と 覚える。でんぷんは 丸いのだ。

「glucose どうしが α1-α4 Glycoside linkage しつづけると、でんぷんになる」

vs

「glucose どうしが β1-β4 Glycoside linkage しつづけると、セルロースになる」

と 覚える。

でんぷんは ぐるぐる螺旋構造になっていることは ヨウ素でんぷん反応が 起こるからわかりますよね。

一方、

セルロースは  食物繊維というぐらいだから、まっすぐの繊維状物質であることは 想像できます。

ぐるぐるのでんぷんと まっすぐの セルロース。この基本構造の違いは グリコシド結合の違いで 説明できます。

α1-α4で くっつきつづけると、円の形になる。

β1-β4で は                        直線になる。

これは 絵を描けばわかります。

だから、でんぶんから 分解して 出てくる

あまーい マルターゼは glucose どうしが α1-α4 Glycoside linkage したものなんです。

   

セロビオース。Cellobiose。4-o-β-D-glucopyranosyl-D-glucose

Cell つまり 細胞壁から 抽出されたので、この系統には Cell という名前が入る。

二個の糖だから Bi が 入る。

β1-4 であることは、上の説明の通り。

            

乳糖。Lactose。4-o-β-D-galactopyranosyl-D-glucose

牛乳の甘さ。酪農といえば、牛乳。ということで ラクトース。

ガクト(楽斗)が ベロを出して 牛乳を  ぐるぐるかき回しているところを 想像してください。

ガクトが べろで ぐるぐる。ガラクトースとグルコース。β1-4グリコシド結合。1-4結合であるのが 普通であると覚えておいてください。

1-6結合や 1-2結合は 例外として 覚える。

じゃあ その 例外を 覚えましょう。

ショ糖。Sucrose。Invertase。β-D-fructfranosyl-α-glucose

ショ糖。普通、砂糖 と言われているのは、このショ糖です。さとうきびや 大根から 作り出しています。

おなかが 空くろーす と 覚えてください。おやつの時間は、砂糖を 多めでお願いします。砂糖というか しょ糖と これからは いいましょう。

Invertase。というのは ショ糖の別名。転化糖のことです。Inversion とは 転化 のこと。通称、Invert sugar ともいいます。

じゃあ なにが 転化するのかっていうと、偏光角度です。スクロースが 分解して、フルクトースと ガラクトースになると、偏光角度が 転がるように変わるので、転化と 呼びます。昔の呼び名ですが、おじいちゃん教授は ときどき この名前を使いますので、注意。

ショ糖は例外だらけ なので やたらと テストに出ます。覚えた人の勝ち組。

この覚え方は わたしのオリジナルなので、真似している教師がいたら、「ああ こいつ NDT hikaru みて 教わったのに、自分が考えたように  シッタカ してるよ。最悪!」 と 思ってください。わたしの魂が 癒されます。そんな教師は、どんどん 掲示板で 悪い噂を立ててくださいね。つぶしに いってください。(笑)

Glucose これは Great Britain つまり イギリス と 思ってください。

Fructofranose これは France つまり ふら フランスと 思ってください。イニシャルが似てるでしょ。

イギリスと ふらフランスの世界地図を イメージしてください。ドーバー海峡を はさんで、上下関係を 持っていますよね。

じゃあ ふたつの国を ドーバー海峡トンネルで つないでください。これが

α1-β2グリコシド結合です。

六角形の イギリスと 五角形のフランスが トンネルで つながれているのが スクロースです。

いやぁ~、覚えやすいですねーーーーーーーーー。よかったねー。NDT hikaruを 見つけて。こんな 楽に 覚えられる方法なんて、ほかに だれも 知りませんよ。

もし この問題が出たら、あなたは カンタンに答えられますよね。これで 合格者の仲間入りです。

よかったよかった。

このイメージは 亀田和久に 教えてもらいましたが、イギリスとフランスのイメージは わたしが 思いついたものです。たいていの教科書は、フルクトースが ひっくり返っている 発狂しそうな 絵を持ってきていますが、立体構造って ひっくり返してもいいんですよ。σ結合はぐるぐる まわすことができますから。

      

例外 つながりで もうひとつ 例外。ふつう、単糖類と 二糖類は 還元性を 持っています。ヘミアセタール基は 開けば、還元性のある アルデヒド基、 ヒドロキシケトン基が 出てくるからです。

還元性ということは、すぐに 大好きな 銀鏡反応と フェーリング反応ですよね。

でも、ショ糖だけは 還元性を 持ちません。

というのも、構造をかければ、一目瞭然なんですが、ヘミアセタール基が 両方、結合に 使われているんです。がぴーん。

これでは 環を 開いて 還元性のある アルデヒド基、 ヒドロキシケトン基が 出てくることは ありません。だから 還元性がないんです。

絵が描ければ、当たり前に 納得できますよね。

                 11.2.4. メチル化による 糖 当て ゲーム。

ドラゴンフルーツの中にある 糖は どの種類が 一番多いのだろう?って 調べるときに、考え出されたのが、「メチル化」という技術です。まあ 昔の 技術です。

「メチル化」「Methylation」 というか 「ヒドロキシル基の Hを CH3に 置換反応」といったほうが 正確だと思います。

じゃあ メチル化の ルールを データベース。

1.反応機構は どうでもいい。

メチル化の反応が なぜおこるかは どーでも いーです。

なお、グルコースを メチル化する場合、鎖状のグルコースは ほとんどないので、鎖状のグルコースの メチル化は たいてい 無視します。つまり 環状のメチル化だけを 考えるのです。

2.すべての ―OH が  ―OCH3 に 変化しますが、ヘミアセタール基のくっついている一番目の炭素の―OHだけは  一度くっついても 離れてしまう。

というわけで 環状グルコースを メチル化した場合、最終的に―OCH3になっている炭素の背番号は 2番、3番、4番、6番です。

つまり

「2 3 4 6」 です。これが 基本形 ですので、覚えてください。「爺さんは 伊藤四郎」と おぼえてください。

ガラクトースの基本形も 「2346」。

フルクトピラノースの基本形は 「1345」

フルクトフラノースの基本形は 「1346」です。

   

3.二糖類を メチル化で 分類する。

メチル化した 二糖類を 加水分解して 単糖類にします。このとき、単糖類に メチル化した 名残が あるのです。それによって、未知の二糖類が どの単糖類によって 交際競れているのかが わかるというわけ。

じゃあ メチル化した二糖類を 加水分解した単糖類の ―OCH3になっている炭素の背番号 を それぞれ データベースしていきましょう。

まずは メチル化したマルトース。

「2346」と 「23×6」

×は そこが 基本形から ずれていることを 示しています。

メチル化したとき  グリコシド結合していたので、片方の4番目の炭素の ヒドロキシル基は メチル化を 免れたのです。だから ずれる。

つぎ、メチル化した セロビオース。

「2346」と 「23×6」

マルトースと まったく同じですね。

つぎ、メチル化した 乳糖。

「2346」と 「23×6」

ガラクトースでも 結局は 同じってこと。ええ そうです。区別する方法として 古いんです。

つぎは、メチル化した ショ糖。

「2346」と 「1346」

基本形からの ずれなし!だから ここでも 例外的なんですね。

    

4.メチル化によって、でんぷんが どれだけ 枝分かれしているか 調べてみよう。

単糖類、二糖類 ときて いっきに 飛びます。

でんぷんは3種類の 環状グルコースによって 成り立っている。

A。はじっこの 環状グルコース。   背番号 1 か 4だけ      が 結合に使われている。

B。つなぎやくの環状グルコース。            1と4の両方     が                          。

C。枝分かれ役の環状グルコース。          1、4、6の三つ が                         。

じゃあ

メチル化した でんぷんを、 二糖類でやったように すべて 加水分解して、単糖類にして、

メチル化した炭素の背番号を 調べてみる。

A。「2346」(はじっこのうち、一番右末端の ひとつだけが、Bに分類される。これは 誤差の範囲内。)

B。「23×6」

C。「23××」

   Aーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー

            Aーーーーーーーーーーーー                   |

Aーーーーーー                            |                 |

                      |                        |                 |

AーーーーーーーCーーーーーーーーCーーーーーーCーーーーーーーーーーーー

つまり A タイプと Cタイプは ほぼ  同じ数だけ存在する。

ほとんどはBタイプってこと。

このCあるいはAタイプの量によって、どれくらい 枝分かれがあるのか、わかる。

ちなみに、

でんぷん、つまり Poly saccharidesにおいて、

枝分かれの少ないのが Amylose

                  多いのが、Amylopectineや Glycogen

ヨウ素でんぷん反応において、枝分かれが少ないほど、青が強くなり、

                                                           多いほど   赤が強くなる。

だから アミロースは 青い。グリコーゲンは 赤い 色がつく。

じゃがいもは 青。筋肉は 赤と 覚えましょう。

                 11.2.5  加水分解反応。

グリコシド結合を 分解するのは、3つ方法がある。

1.酵素。○○ase.

酵素というのは たんぱく質でできた 有機物質の触媒のこと。目的物質の結合部に 分子間力、クーロン力、水素結合で くっつくことで 結合部の結合力を 弱くして、すぱっと 切る。

酵素の特徴は、とにかく 効率がいいこと。そして、基質特異性。ひとつのたんぱく質は原則として、ひとつの目的物質しか 切ることができない。

体の中で 起こっている反応だけに 楽しいです。ご飯を食べて、口の中の酵素、アミラーゼが でんぷんを 分解して デキストリン、マルタースになるのを 感じてください。

酵素の名前のつけ方は、分解したい物質の名前の語尾を ase に かえること。

amylose --amylase

maltose--maltase

cellrose--cellrase

cellobiose--cellobiase

latose--lactase

succrose--succrase

グリコシド結合を 切るもの以外にも、

isomeraseという異性化する 酵素や  リン酸を くっつける酵素

脂肪のエステル結合を 切る lipase

たんぱく質のペプチドを切るpeptide--peptitase には pepsin ,trypsin とか いろいろある。

2.酸

酸でも 加水分解できます。結合が 弱いから。

他にも、結合が弱いやつは 酸で 加水分解できます。

Ester結合 -COO-

Amide 結合  -NHCO-

3.アルカリ

アルカリでも加水分解できます。結合が弱いから。

他にも、結合が弱いやつは 酸で 加水分解できます。

Ester結合 -COO-

Amide 結合  -NHCO-

      

                 11.3.セルロース繊維産業

日本は、自動車や船、鉄鋼が 基幹産業になる前の時代は、繊維産業が盛んでした。そういうわけで、その時代の名残で、今でも、世界屈指の繊維産業が 日本にはあります。

だから、科学の教科書でも やたらと 繊維が 取り上げられる。

                         11.3.1.半分合成 繊維産業

繊維には、Samantha Thavasaのバッグのように、光沢のある 繊維。つまり、完全に石油が原料となった繊維と

                綿つまり、セルロースが 使われている繊維があります。

原料に セルロースを利用して 新しい繊維を作ろうとしたのが、半分合成繊維産業。

11.3.1.1..  「綿100% の 爆弾」="Nitro Cellurose"

セルロースの ヒドロキシル基を ある程度 硝酸とエステル結合させることで まったくあたらしい物質を 作り出すことができます。ニトロと 名前がついていますが、ニトロ化ではありません。硝酸エステルです。

         A1. Celloid セルロイド。脆綿薬。

セルロースの ヒドロキシル基を  硝酸とエステル結合させることで セルロイドが できます。窒素の質量パーセント濃度は 10%以下。

セルロイドは 半透明のプラスチックで 燃えやすいが、爆弾にはならない。玩具、文房具に よく使われている。

         A2.   塗料、半透膜。弱綿薬。ダイナマイト。

セルロースの ヒドロキシル基を  硝酸とエステル結合させることで セルロイドが できます。窒素の質量パーセント濃度は 10から13%。

           A3.   綿火薬。強綿薬。無煙火薬。

セルロースの ヒドロキシル基を  硝酸とエステル結合させることで セルロイドが できます。窒素の質量パーセント濃度は 13%ぐらい。火をつけると 爆発します。すべてのヒドロキシル基が エステル化しても 14.1%までしか 行きません。

    

B。製法。セルロースというか 綿を  混酸に 1時間ぐらい つけておくと、エステル結合します。濃硫酸が 脱水することで 反応が進みやすくなる。

C. ヒドロキシル基が 硝酸エステルになると、綿としての性質がなくなる。

ヒドロキシル基が いっぱいついていることで、吸水性のある さわやかな繊維であったセルロース。でも、硝酸エステルになると、極性がなくなって、無極性溶媒に よく溶ける繊維になってしまう。

アセトンに 溶かしたニトロセルロースを  均一に伸ばして アセトンを蒸発させると、和紙を作る要領で、 フィルムを作ることができる。

11.3.1.2.アセチルセルロース。Acetyl cellurose。

ニトロセルロースが      硝酸とのエステルでした。

アセチルセルロースは  酢酸とのエステルです。

ニトロセルロースは 燃えやすいという欠点があった。そこで 改良されて作れたのが、アセチルセルロースです。不燃セルロイドとして 商品化されている。カメラのフィルムは これ。

A。製法

無水酢酸を 綿と 脱水剤として 濃硫酸の中に入れて、エステル化。

             

                 11.3.2.再生繊維産業

短いセルロースだと 繊維としてつかえないという欠点があるので、木の中にあるセルロースからは 繊維が作れなかった。そこで 考え出されたのが、再生繊維。短いセルロースを お互いに絡みつかせて、長いセルロースにさせるというのが 再生繊維産業。

A。まず 短いセルロースを ほぐす。

セルロースは OHで 互いに水素結合しているので、カンタンにほぐれてくれない。そこで、ヒドロキシル基の水素結合を 無力化することで、ほぐす。ほぐし方は、3通り。

         A1.エステル化して ほぐす。上記、半合成繊維産業で やったとおり。

硝酸エステルか   酢酸エステルをつくる。

         A2.  錯体化させて ほぐす。

シュバイツァー試薬、銅とアンモニアの錯体を 入れて、ヒドロキシル基と錯体を作ることにより、水素結合を弱らせる。

         A3. エーテル化して ほぐす。

濃水酸化ナトリウムを入れて、ヒドロキシル基を 中和する。強力なアルカリのなかでは、ヒドロキシル基も 酸として働いてしまうのだ。

そこに めったに 他の分野ではお目にかからない物質  CS2(硫化炭素。通称 BS2.NHK 衛星第二放送)と 結合させて、エーテル化させる。

この反応機構は ほかの反応にない 新しいものなので、テストに出ることはまずない。

R-O-C-S2-Na

というあたらしい セルロースになる。名前は 「セルロースキサントゲン酸ナトリウム」

すごい名前です。これは 語呂合わせで覚えるしかない。

「ビスコ(ジャスコの姉妹店)で  ロース肉のタイムセールで  木戸さんと 源さんが  とりあって ケンカ」と イメージしてください。この様子を、BS2で 全国放送しているイメージです。

      

B。さあ、3つのいずれかの方法で ほぐした「異物のくっついたセルロース」を、「異物を取り除く液体」の中に、 細い穴から高速で、勢いよく ところてん 噴射!

ほぐれたセルロースが たっぷりはいっている液体を 穴から 噴射させると、ほそーーーーい 糸のように 出てきます。

C. 噴射させた液を 「異物をとりのぞく液」の中に入れる。すると 異物が取り除かれた、新品のセルロース繊維ができる。液体だったものが、一瞬で、固体の繊維になるイメージ。

Aの1から3のそれぞれの とりのぞく液は 次の通り。

         A1.エステルを 加水分解する液。

酸でも、アルカリの液でも良いです。

         A2. 希硫酸の中に入れる。

錯体を壊せばいい。

         A3. 希硫酸と 硫酸ナトリウムの混合液の中に入れる。

キサントゲン酸は 不安定な物質なので、エーテル部分が 水素原子で 破壊されて、もとの ヒドロキシル基にもどる。

12.アミノ酸 たんぱく質

         12.1.α-アミノ酸

入試には αしか でません。しかも 大切なアミノ酸は みんな α。

―NH2 アミノ基と    R-COOH カルボン  つまり 「アミノ基つきカルボン酸」これを 早口で 10回いうと 「アミノ酸」になる。アミノ基の塩基性よりも カルボキシル基のほうが、酸性として 強力なので、主役は カルボン酸です。

                 12.1.1    アミノ酸の名前語呂合わせ。

基本的に 有機化学で mono di tri tetra、、、を 覚えていないと、どーしょーもない のと 同様に、アミノ酸の問題で、必須アミノ酸を 覚えることは 必須です。アルファベットを覚えて、英語を 始めるように、まずは アミノ酸を 覚えましょう。

アミノ酸といっても、中性アミノ酸。酸性アミノ酸。アルカリ性アミノ酸があります。酸のくせに、水に溶けると アルカリ性になってしまうアミノ酸もあります。

じゃあ

アルカリ性アミノ酸から。Lys。終了。

αーアミノ酸は 共通部分と 側鎖にわかれます。側鎖の部分にどんな 官能基がつくかによって、機能が変わってきます。

アミノ酸に 共通した こじつけ方は、必ず、-CH2-が 入るということ。直接、共通部分に 官能基が つくということはありません。なぜかというと、不安定な物質になってしまうから。立体配置が ぎゅーぎゅーになってしまう物質は 安定しません。

Lys。リシン。

「り 4 ん」言葉の中に 4 という数字が 入っている!つまり -CH2-が4個。しかも、塩基性なので、アミノ基が つくはず!  と 覚えておく。

         

次は、中性アミノ酸。覚えるのは、7種類。

Gly。Ala。Ser。     Phe。Tyr。        Cys。Met。

          

Gly。グリシン。                            

一番単純な アミノ酸。唯一、光学異性体を持たないアミノ酸なので、テストでは「光学異性体が なかった」という条件文があったら、そく 「ははーん Gly だな」となる。

水素 グリシン。水栗。甘栗。うーん。いい ごろがない。

   

Ala。アラニン。

Glyの次に単純なアミノ酸。メチル基が くっついた。とにかく ありふれたアミノ酸なので 、、、、「あら ここにも!あらら ここにも 確認!」と 覚える。

   

Ser。セリン。

アミノ酸に 共通した こじつけ方は、必ず、-CH2-が 入るということでしたね。セリンの主役は ヒドロキシル基。これに 注目する。

「アルコールのつまみに パセリ食べる。」

         

Phe。フェニルアラニン。(フェニル基が 入っているから 文字を強調しています。)       

今度の主役は フェニル基。ベンゼン環が くっついたやつを Phenyl基と呼ぶ。Phenol とは OHが Phenyl に くっついたから 語尾を ol に 代えたのだ。

名前は 単純で、アラニンに フェニル基を くっつけたから フェニルアラニン。

      

Tyr。チロシン。          

これも フェニル基が 入っている。そして、OHが くっついて フェノールが くっついた状態になっている。

「次郎、笛に乗る。 」   は どうかな。次郎は みなさんの身近にいる 次郎さんを 想像してみてください。

      

Cys。システイン。(S が 入っているので 強調してます。)       

お肌に いいシステイン。なにかと ショコラBBとか 美白サプリに 入っています。主役は 有機化学で これしかでてこないチオール基。(thiol 基)-SH。これは 酸素で カンタンに酸化されて、-S-S- ジスルフィド結合します。(disulfido結合)これにより βシート構造の たんぱく質が できる。とにかく たんぱく質に多様性をもたせるのに とっても 役になっている-S-S- ジスルフィド結合。

このアミノ酸が あるときは、硫黄反応でわかる熱濃NaOH で たんぱく質を すべて分解して、ばらばらにする。酢酸鉛をいれて 分解した アミノ酸のなかの 硫化物イオンと 鉛イオンを 反応させて、PbSを 沈殿させる。これは システインの検出方法。

BUT!  メチオニンを確認することができない。熱濃NaOHでも メチオニンのように 内側にあるSは 分解しきれないから。

主役は S ということで 「エス が IN 」と覚える。

       

Met。メチオニン。         

同じく、含硫アミノ酸だけど、マイナー。

「MEDDLE に Thio が IN」かつ 「メタン Thio  にー個 炭素」

                                            C-   S-   C-C-

以上、中性アミノ酸。

   

というわけで 酸性アミノ酸。2個。Asp 。Glu。

Asp。アスパラギン酸。

名前は アスパラに 入っていたらから という理由で つけられたので、割と覚えやすい。

アミノ酸に 共通した こじつけ方は、必ず、-CH2-が 入るということでしたね。というわけで、一個しか -CH2-が 入らない アスパラギン酸。主役は カルボン酸。

「アスパラドリンク   一本 いっとくぅ~?」という CM を 思い出せば、-CH2-が 一個だとわかる。

   

Glu。グルタミン酸。

味の素。日本人が かつおぶし や にぼしのダシから 抽出した。まさに 伝説の調味料。

-CH2-が 二個はいる。つまり、

「あ の も と。あ Di のもと。Di といえば 2 じゃん」

ふぅー。危ない こじつけですが、なんとか 覚えられます。

      

さあ   準備はできました。あとは ご自分で アレンジして、全部で 10個のアミノ酸の側鎖と 名前を一致させてください。

暗記ではなくて、「こじつける練習」「思い出す練習」に 集中してください。

それが 二元論的学習。

         12.2 アミノ酸の pH

                 12.2.1.アミノ酸の 双性イオン

ひとつの化合物の中に、アルカリ性の アミノ基 と 酸性の カルボキシル基が 入っていると、水の中で 電離したとき、アミノ基がプラスに帯電し、カルボキシル基が マイナスに帯電する。この plusとminusが 共存したイオンのことを 双性イオンと呼ぶ。

                 12.2.2.中性アミノ酸を 2価の酸のように 扱う。

酸塩基のところで すでに 解説しましたけど、酸性物質は(アルカリ性物質も) 溶液の pHによって 存在するイオンの状態が 違います。

復習しましょう。

たとえば 2価の 硫酸。H2SO4

pH 低い→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→高い

H2SO4(0)                                     HSO4(-1)                            SO4(2-)

左から順に、イメージを 表現すると、

pHが 低いほど、Hイオンが いっぱいあるってことだから、自分よりも強い酸に負けてしまって、Hが 放出できないイメージ。

pH が 高くなるに連れて、Hの数が少なくなり、自分も Hを 放出できるようになる。

そして ついには、自分の持っているHを すべて 放出し終える。

(硫酸のように 強い酸の場合は、このすべてのHを 出し終えるpHが 酸性のほうに大きくずれている。一般に、強酸であるほど、左にずれて、弱酸であるほど、pH=7に近づく。)

同様に、

アミノ酸についても イオンの状態を pHで 追う。

双性イオン  H3N-C-COO(0)の状態で イオンがプラスマイナス0の状態。

pH 低い→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→高い

H3N-C-COOH(+1)              H3N-C-COO(0)                   H2N-C-COO(-1)

というわけで

たしかに イオンの価数は 硫酸の場合と違いますけど、同様に 推移しているのが わかります。

だから 二価の酸とまったく同様の定式が可能なんです。

なにも 新しいことを習わずに、アミノ酸の pHを 定量することができる。

                 12.2.3.等電点のpHを定量する

等電点というのは 「等しい 電荷の数になり、アミノ酸溶液に コンデンサーをつっこんで 電気泳動させようとしても、動かないpH」のこと。

つまり、

99%が 双性イオン  H3N-C-COO(0)の状態

0.5%が                  H3N-C-COOH(+1)

0.5%が                 H2N-C-COO(-1)   として イオンが存在している溶液では 電気泳動することが ほとんどない。 

普通、 等電点のpH を pI と 表す。

pI= (pK1+pK2)/2

これは 絵を見たら、一発で わかりますよね。(絵は 後日。)

    

         12.3.たんぱく質。

                 12.3.1.アミノ酸のポリマーがたんぱく質

アミノ酸は リボソームという細胞小器官で  結合されて、たんぱく質になる。

一般に、アミノ基と カルボキシル基が くっついた結合を アミド結合、Amide bond と呼ぶけど、

アミノ酸由来の アミノ基と カルボキシル基が くっついた結合は ペプチド結合、Peptide bond と 呼ぶ。

また、ペプチド結合を もった複数のアミノ酸の総称を ペプチドと 呼ぶ。

だから 2つのアミノ酸が くっつくと dipeptide

          3                                  tripeptide

          4                                  tetrapeptide

          5                                   pentapeptide

          6                                   hexapeptide

         10個以上                          polypeptide とくに 50個以上の 機能を持ったポリペプチドのことを たんぱく質と呼ぶ。

普通、たんぱく質は アミノ酸が 100個以上 つながっている。しかも そのたんぱく質どうしが さらに 戦隊もののロボットように くっついて 巨大な複合たんぱく質をつくる。たいていのたんぱく質は 複合たんぱく質。

たんぱく質どうしは 鍵と鍵穴が あって、きわめて正確に、特定のたんぱく質のみと 結合して、複合たんぱく質を作る。この正確性に科学少年少女は 魅了されちゃうわけです。カンタンにエラーなく たんぱく質ができるからこそ、みなさんは こうして パソコンのディスプレイの文字を読むことができるわけです。

    

         12.3.2.  ポリペプチドの構造解析をする。

たんぱく質5000プロジェクトというのがありまして、人間の生命活動に 重要な役割をはたしているたんぱく質の構造を すべて明らかにしようという 世界的プロジェクトが 進行中です。人間のDNAが すべて 解明されて、今度は、本丸に 切り込んでいくわけです。生命科学はものすごい勢いで 進歩します。残念なのは、その牽引をしているのは、アメリカだってこと。日本は 後手にまわっている。やっぱり 日本は車、家電の科学立国なんですねー。生命科学立国を目指しているアメリカは、かなり 先を行っています。その遅れをとりもどすのは、願わくば、この記事を読んでいる あなたであって欲しい。そんな気持ちで、わたしは 情報を公開します。内輪で受験戦争している暇はないんです。あなたは 日本代表になって、世界の代表と 戦ってください。

さて、前置きが長くなりました。

「ポリペプチドの アミノ酸どうしが どうやって つながっているかを調べる。」

普通 左を N末端 →→→→→→→→→→→→→→→→→→→→右をC末端とします。

あとは パズルゲーム。

フェニル基が 入っているアミノ酸の カルボキシル基のみを 切る酵素 とか 都合のいい酵素が 出てきて、Aが Bと C になったりします。

それを 条件を 頼りに 組み合わせていくだけ。パズルみたいに、外枠を 決めて、どんどん 内側を埋めていくイメージです。

場合わけする必要もなく、ピースを 埋めていけばいいだけ。事前に必要な知識は、10個のアミノ酸の特徴を 知っていることのみ。

いくつか 例題を 解く練習をすれば、東京大学だろうが、早稲田大学だろうが、同様に、解くことができます。難しい問題を作ることができないので、見つけたら、一番、最初に解きましょう。時間がなくなって、解けなかったとなると 相当 点差がついちゃいますよ。それは もったいないですから、やはり 見つけたら最初に この問題を解くのが 得策。

   

         13.4     たんぱく質の検出方法。

1.ビウレット反応。Biuret 反応。「ベルベットは 紫色」

尿素が熱分解した ビウレットという化合物と 銅イオンが 錯体をつくることで この反応が 見つかったので、ビウレット反応と呼ばれているんですが、

たんぱく質を 検出するのも ビウレットを検出するのも、ビウレット反応と 呼びます。

たんぱく質を アルカリ性で 銅イオンと 混ぜると、たんぱく質のペプチド結合と 銅イオンが 錯体をつくります。錯体を作るには、2つ以上、ペプチド結合が ないとだめ。

「ベルベットは 紫色」と 覚えてください。

ちなみに Buret、ビュレットは 滴定するときの道具で  発音が似てるだけでなんの関係もありません。

2.キサントプロテイン反応。というか ニトロ化です。「黄さんと プロテインの反応」

Phenyl 基の入った、フェニルアラニンや チロシンが たんぱく質にはいっていると、ニトロ化して、黄色くなる。

亀田和久ネタとして 有名なのが、むかつく先輩を ニトロ化作戦。

むかつく先輩の手に 硝酸をこぼすと、皮膚のたんぱく質が ニトロ化されて 黄色くなります。そこで すかさず、「先輩! すぐに 中和しなくちゃ!」といって、事前に準備しておいた アンモニア水を ニトロ化された手にかける。すると、黄色だった先輩の手は オレンジ色に!強調されます。

3.硫黄反応。システインの入ったたんぱく質にのみ 有効。

NaOHでたんぱく質を 融解させて、酢酸鉛で PbS沈殿。黒沈。

4.ニンヒドリン反応。これは アミノ酸とたんぱく質の検出に使える。「ひどい!青ざめる妊婦反応」

ニンヒドリンという有機物質と アミノ酸のアミノ基が結合し、遊離し、 錯体をつくって 鋭敏に反応します。

CSI なんかでは、犯人の指紋や 被害者の血痕を ニンヒドリン溶液をしゅしゅっと やることで 浮き上がらせます。どんなに 血痕を 洗剤で洗い流そうと、たんぱく質は くっつきやすいので、 青紫色に 光って動かぬ証拠になる。少量でも 残っていたら、鋭敏に反応するからこそ、CSI 御用達の 検査薬なんです。

 

13.合成繊維、合成樹脂 

        13.1 合成繊維。

合成繊維には 縮合型と 付加型の2種類がある。

また、縮合型には アミド結合系と エステル結合系の2種類がある。

                  13.1.1.ポリアミド系

A。6.6-nylon

adipic acidと  hexamethylendiamine を加熱して作る。デュポン社の看板商品。

でも アジピン酸は あんまり 反応性がないので、実用的じゃない。そこで、

アジピン酸di chloride を 使う。COOHの代わりに COClになっている。

ちなみに、どうして わざわざadipic acidと hexamethylendiamineを 使う気になったかというと、デュポン社のひとが 頭がよかったから。

なんと このふたつの物質は、フェノールから 作り出すことができる。フェノールを開環して アジピン酸を 作り出し、有機合成で ヘキサメチレンジアミンを作り出す。

B。6-nylon

εカプロラクタム の 開環重合。

あんまりでません

                 13.1.2.ポリエステル系

A。PET。Polyethyleneterephthalate.

terephthalic acid  and  ethylenglycol で  エステル化。

                 13.1.3.付加重合系

A。vinylon

あんまり 使われていないのに、日本人が作ったという理由だけで、異常に 注目されている物質。工学部の作業服、テント、漁業用の網に 使われている。

高分子の 反応割合問題は 理論値反応量テーブルで  係数に 100 と αを 使いましょう。

そっちのほうが 想像しやすいから。詳しくは 以下、記事参照。

         13.2.合成樹脂。

定量する的問題として 出題されることはありません。安心してください。

出てくるのは、陽イオン交換樹脂を つくるときの スルホン化の割合問題。

これも 以下、記事参照。

熱によって 可塑するか  硬化するか は ポリマーが  直線構造か 立体構造か で きまります。

A。Formaldehyde 利用系

phenol 樹脂

尿素樹脂

メラニン  樹脂

名前を覚えればいいだけ。定量的問題は でません。

B。グリプタル樹脂。

「グリ」セリン と 「フタ」ル酸 が くっついて グリプタル。

         13.3.高分子系の 計算問題

n を つかって 抽象化すると、帰納的に理解しにくいので、

100 とか わかりやすい数字で  具体化して 計算するのが こつです。

以下、後日 記載。

         13.4.ゴム

                 13.4.1   ゴムの名前と 作り方。

                 13.4.2.ゴムの高分子計算

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2010.12.18 04:03  | # [ 編集 ]

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2012.07.12 21:58  | # [ 編集 ]

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2014.07.20 06:03  | # [ 編集 ]













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