今日の分子No.18 ：オゾン

今日は面白い話を聞いたのでこの分子。

今日の分子 No.18、オゾン O₃

Jmolで描画

酸素O₂の同素体で、酸素以上に酸化力に富む気体分子。

特有のにおいがして青色で有毒。

空気に紫外線を照射したり酸素中で無声放電したりすると発生。

テレビなどの電化製品で特有な不思議な匂いを嗅いだことはないだろうか？

電化製品の電流によって空気中の酸素が化学変化してオゾンになり、あの匂いがするらしい。


また、地上から約10～50kmほどの成層圏に「オゾン層」があるのは有名。

この層にあるオゾンが、太陽から放射された有害な紫外線を吸収してくれるので重要。

なので或る意味かなり我々に関係のある分子です。

オゾン層の破壊だとか、フロンガスが悪いだとかはもう知っての通りだろう。


今日の講義でオゾンの面白い話がありました。

まず、オゾン分解というものをお知りだろうか？

>C=C< という構造のアルケンにオゾンを反応させると >C=O + O=C< のように、2つのアルデヒドまたはケトンに分解されるというものです。

ようするにアルケンが二つにぶち切られるという反応です。

このオゾン、実は実験室ではオゾン発生器なる機械からクーラーの送風のようにガンガン発生させるようです。

そのオゾンの風にゴム手袋を当てると、ゴム分子の二重結合が次々と千切り去られて、ブチブチとゴム手袋が切れていくらしいのです。

また、我々の体を構成する脂肪酸にも二重結合があるので、腕をその風に当てると千切れるということはないけどかなりダメージを受けるとか。。。

オゾン発生装置があっても、扇風機と間違えて涼まないようにしましょう！！

・・・ってそんなことないか（笑）


◎ 参考

・ 筆者の大学の先生の有難いお話

今日の分子No.17 ：アセトアルデヒド

今日も基本的で重要な化合物について紹介します。

「今日の分子」No.17、アセトアルデヒド CH₃CHO

Jmolで描画

溶媒や試薬として重要な有機化合物。

水も油もよく溶かすため、実験室でビーカー等の器具を洗うのに使われたりする。

しかも揮発性が高いので、洗ったビーカーがすぐ乾くという利点がある。

しかしアセトアルデヒドは有毒かつ高い引火性を持ち、危険。

消防法では特殊引火物として危険物指定されている程。

なのでもう少し危険性の低いアセトンもよく使われる。


アルデヒドは第一級アルコール(※)の酸化により作られる。

CH₃CH₂OH（エタノール） → CH₃CHO（アセトアルデヒド）

ただしアルデヒド類は還元性が強く、すぐに酸化されてカルボン酸になってしまう。

CH₃CHO → CH₃COOH（酢酸）

なのでアルデヒドを作るときは"穏やかに"酸化しなければならず、加減が難しい。

実際に大学レベルでアルデヒドを合成するときは、ちょっと複雑なPCC（クロロクロム酸ピリジニウム）という穏やかな酸化剤が用いられる。


（※）第一級アルコールとは

アルコールはヒドロキシ基(-OH)が付いているアルキル基の種類で大きく分けて3種類に分けられる（重要！）

○ 第一級アルコールは、CH₃-OH、またはR-CH₂-OHの場合。

例；メタノール CH₃-OH、エタノール CH₃CH₂-OH 等

第一級アルコールは酸化されてアルデヒド(R-CHO)に、さらに酸化されてカルボン酸(R-COOH)になります。

○ 第二級アルコールは、R₂-CH-OHの場合（-OHのあるCに2つのアルキル基が付いている）

例；2-プロパノール CH₃CH(CH₃)-OH

第二級アルコールは酸化されるとケトン(R-CO-R')になり、これ以上酸化されません。

○ 第三級アルコールは、R₃-C-OHの場合

例；2-ブタノール CH₃C(CH₃)₂-OH

第三級アルコールは酸化されません。


アルコールの種類は難しいのでまた今度詳しく解説しましょう。

今日の分子No.16 ：酢酸メチル

このサイト、気が付いたら200ヒット超えしてました！

うれしい限りです！

これからもっと人が来てくれるよう精進いたします。


さて、今日は昨日・一昨日の分子と関連してこんな分子です。

「今日の分子」No.16、酢酸メチル CH₃COOCH₃

WinMOPACで計算・描画　※二重結合は省略

「今日の分子」No.15の酢酸とNo.14のメタノールが脱水縮合反応(エステル化反応)でくっ付いた分子。

この様に酸とアルコールから水が取れてつながってできた化合物群をエステル、時にカルボン酸エステルといいます。

またこの分子中にあるR-COO-R'の部分をエステル結合といいます。

酢酸メチルはマニキュア落しや有機溶媒として使われる、特有のにおいを持った分子。

ちなみにエステルは果物に香りの成分として含まれたりしていて、酢酸メチルや酢酸エチルのような低分子量のエステルは甘い良いにおいがします。

しかしとても引火しやすく、引火性液体として危険物指定されていたりもします。


酢酸とメタノールに硫酸等の酸を添加して

CH₃COOH + CH₃OH → CH₃COOCH₃ + H₂O

という反応で作られます。

しかしこの反応は可逆反応なので、逆に酢酸メチルに硫酸等の酸を添加した水を反応させると

CH₃COOCH₃ + H₂O → CH₃COOH + CH₃OH

という反応が起こって元のメタノールと酢酸に加水分解することができます。

また、このとき酸ではなく水酸化ナトリウム等の塩基を反応させると

CH₃COOCH₃ + NaOH → CH₃COONa + CH₃OH

と分解（けん化）されるが、こちらの反応は不可逆反応なので逆反応は起こりません。

今日の分子No.15 ：酢酸

今日も高校で習う基礎的な分子について掲載します。

「今日の分子」No.15、酢酸 CH₃COOH

Jmolで描画

日本の食卓に出てくる普通の酢の主成分。

とても酸っぱくて特有の刺激臭がある。

純粋なものは、実は非常に引火しやすくて危険物指定されている。

これはカルボン酸という有機化合物群で、カルボキシル基-COOHを持つ。

カルボキシル基は電離してH⁺と-COO^-になり、酸である。

酢酸は金属、たとえばナトリウムと出会うと酢酸ナトリウム CH₃COONa となる。

またカルボン酸R-COOHはアルコールR'-OHと出会うと脱水縮合してカルボン酸エステルR-COO-R'となる。


酢酸はエタノールが二段階酸化されたもので、

CH₃CH₂OH（エタノール） → CH₃CHO（アセトアルデヒド） → CH₃COOH(酢酸)

と段階的に酸化される。体内でもお酒を飲んだときこのような酸化が起こり、最終的に二酸化炭素になる。


ちなみに酢酸と鉛の塩の(CH₃COO)₂Pbの水溶液は白くて甘いシロップ状でありこれを飲むのが一時中世ヨーロッパで流行ったらしい。

しかし言わずもがな鉛が入っているため有毒であり、音楽家のベートーベンの耳が聞こえなくなったのも、ベートーベンがこの酢酸鉛を好んで飲んでいたからだという一説がある。


--以下マニアック--

カルボキシル基は水素結合が強く、また対称性が良いため気体状態の酢酸は下図の様に一部二量体となっている。

Jmolで描画

なので見かけの物質量は小さくなるので、理想気体の状態方程式 PV=nRT に全然従ってくれない。

デュマの分子量測定法や凝固点降下も理論式に全然当てはまってくれない厄介な物質である。

理論式は、あくまでとても理想的な時しか成り立たないということを実感させてくれる分子である。

今日の分子No.14 ：メタノール

最近マイナーな分子やマニアックな分子を紹介したので、今日は基本的な分子について紹介します。

「今日の分子」No.14、メタノール CH₃OH

Jmolで描画

言わずと知れた最も単純なアルコール類の化合物。

高校2年の二学期くらいに習う有機化学で出てくる。

アルコール類とは炭化水素の-Hを-OH（ヒドロキシ基）で置き換えた化合物で、一般にR-OHで表される。

一般的なアルコールと知られるエタノールはこれの炭素数が2の場合でCH₃CH₂-OHである。

アルコール類は水H₂Oと同様に-OHの部分を持つため相性がよく、水によく溶ける。

ただしアルコールは同時に油の性質を持つ炭化水素基も分子内に持ち合わせるため、油とも相性がよい。

しかし炭素数が6、7、8・・・と増えてくると油としての性質が大きくなっているため水に溶けにくくなっている。

一方、グリセリンCH₂(OH)CH(OH)CH₂OHのように、分子内に多くのヒドロキシ基を持つと水への溶解度は大きくなる。

このようにアルコール類は性質が似通っているが、異なる性質もある。

たとえば、エタノールはお酒に含まれていてちょっと大人は飲んだくらいでは普通全然平気であるが、メタノールは毒性が強く失明したり死亡することもある。

しかしエタノールも大量に飲むと泥酔→死亡ということもあるので、そういう点では似通っていると言える。

またアルコールに耐性のない人は少量の飲酒でも危険な状態になる。

飲酒には気をつけましょう！


ちなみにメタノールは高圧高温・金属酸化物の触媒下で一酸化炭素と水素との混合物を反応させると合成することができる。

CO + 2H₂ → CH₃OH

ちなみに、一酸化炭素やメタノールなどの炭素数1の簡単な物質から炭素数のより大きな複雑な分子を合成する化学の分野を「C1化学」といい、現在工業化学の分野で重要視されている。