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第１節　有機化合物の特徴と分類

 

Ａ　有機化合物の特徴

有機化合物

►有機化合物の歴史

　有機化合物organic compoundsの名称は，生物organismにちなんで，1806年に

化学者ベリツェリウスBerzeliusが初めて使ったとされる。18世紀後半に有機物

の新発見が相次ぎ，無機物との性質の違いが認められて，このように区別される

ようになった。当時は，有機物が動植物の生命力によってのみつくりだされ，人工

的に合成することは不可能と信じられていた。ところが，1828年，ベリツェリウ

スの弟子ウェーラーWöhlerは，リービッヒとの共同研究(シアン酸銀と雷酸銀，

シアン酸と雷酸の研究)の中で，シアン酸とアンモニア水から加熱によりシアン酸

アンモニウムをつくろうとして，尿素を得た。

　　　HOCN＋NH3→NH4OCN→(NH2)2CO

この反応は，無機物から有機物が生じる反応であり，当時としては考えられない反

応であった。ウェーラーは慎重に何度も実験を繰り返し，ベリツェリウスに「動物

(腎臓)を使わないで尿素が得られること」を知らせるとともに，この事実を公表し

た。当時，ベリツェリウスを始め多くの化学者は，この実験的証拠を承認しよう

とはしなかった。しかし，その後，次第に有機化合物が合成されるに及んで，生

命力の説は顧りみられなくなった。そして，有機物も無機物も本質的には同じで

あることが認識されるようになった。

　また，フランスのラボアジエは燃焼実験から有機物が炭素，水素，酸素及び窒

素からなることを明らかにしており(1784年)，炭素が有機物の特徴をなす元素で

あることが注目され，1848年にグメリンGmelinは「炭素化合物が有機化合物で

ある」と指摘して現在の有機化合物の概念が確立した。1858年にはケクレKekúlé

により，炭素原子が4価であり，また互いに結合しうることなどが指摘された。こ

うして，有機物の化学構造の基礎が確立され，19世紀後半には有機合成が行われる

ようになり，以後有機化学は各方面に発展して現在に至っている。

 

参考　最初に合成された有機化合物は尿素か

　無機物から合成された最初の有機化合物は，一般には尿素とされている。しかし，

ゲーリュサックの化学講義録(1828年)によると，1824年にウェーラーはシュウ酸

の合成に成功していたようである。この中で，酸化炭素は化学式CO，炭酸は化学

式CO2，シュウ酸は化学式C2O3，その結晶は化学式C203 · 3H2Oと表されるように

説明されている。シュウ酸結晶の現在の化学式はC2O4H2 · 2H2Oであるが，

C2O3 · 3H2Oと表したため，シュウ酸は無機化合物として扱われた。

 

 

有機化合物の特徴

►成分元素の検出(定性分析)

　有機化合物に含まれる各元素の検出法を，以下に解説する。

(1)　炭素　有機物であることがわかっていれば，普通は検出試験を行わない。一般

　には，次のような方法がある。

(A)　濃硫酸を加えて熱すると，Cは黒〜褐色となって生じる。

(B)　封管中で加熱分解すると，Cは黒色物質になる。

(C)　MoO3(黄色)と伴に熱すると，これが青色のMo2O5に還元される。

(D)　KN3と伴に熱し，生じたKCNを検出する。

(2)　水素

(A)　Na2SO3(またはNa2S2O3)と伴に熱し，H2Sを発生させる。H2Sは酢酸

　　鉛紙の黒変などで検出する。

(B)　CuOと伴に強熱し，H2Oとする。H2OはCuSO4の青変などで検出する。

　　この方法はCも同時に検出でき，CO2が発生する。CO2はBa塩などの水溶液

　　に通し，BaCO3の沈殿として確認する。

(3)　窒素

(A)　CO2気流中で，CuOと伴に熱し，N2とする。この混合ガスは，KOH水

　　溶液に通し，CO2とH2Oを除き.N2を確認する。体積で定量する。

(B)　濃硫酸と接触剤(CuSO4，HgSO4など)と伴に加熱分解し，Nを硫酸アン

　　モニウムにする。これを，NaOHの濃溶液に加えて熱し，発生するNH3を

　　酸に吸収させて，酸の消費量を知る。定量法である。

(C)　金属Naと加熱融解し，残りのNaをメタノールと反応させた後，ろ過して

　　炭素を除く。ろ液にはNaCNがあり，液を酸性にしてFeSO4溶液とFeCl3溶

　　液を加えると，ベルリンブルーが沈殿する。Nが少量のときは青緑色になる。

(D)　CaOと伴に熱するとNH3が発生する。このNH3を検出する。

(4)　ハロゲン

(A)　熱してCuO被膜をつくった銅線に試料を載せ，バーナーの酸化炎で熱する。

このとき，Clがあれば緑色炎，BrやIがあれば青色炎になる。これは，揮発性

の銅のハロゲン化物が生成するためである。

(B)　窒素の分析法(C)と同様に試量を反応させ，ろ液を硝酸で酸性にした後硝酸

　　銀溶液を加える。AgCI白，AgBr淡黄，AgI黄の沈殿で確認する。

(5)　硫黄

(A)　Na及びCa(NO3)2と伴に加熱融解し，冷却後水に溶かす。Sは硫酸にな

　　っており，HClとBaCl2を加えるとBaSO4の白沈となる。

(B)　ギ酸ナトリウムと伴に熱すると，H2Sが発生する。これを酢酸鉛紙で検

　　出する。

 

►有機化合物の炭素原子間の結合
　炭素原子間の単結合，二重結合，三重結合とその結合エネルギーは，炭素原子の
価電子がつくるsp3，sp2，sp混成軌道を考えることで理解できる。

炭素原子間の結合

炭素原子間の
結合の名称

飽和結合

不飽和結合

単結合

二重結合

三重結合

ベンゼンの結合

共有結合の数

C−C

C＝C

C≡C

CC

s 結合1個

s 結合1個

s 結合1個

s 結合1個

(sp3混成)

(sp2混成)

(sp混成)

(sp2混成)

—

p 結合1個

p 結合2個

p 結合0.5個相当

原子間距離〔nm〕

約0.15

約0.13

約0.12

約0.14

結合エネルギー

〔kJ/mol〕

 

 

 

 

 

s 結合は，2個の電子軌道の重なり方が大きく，分子軌道が1本の軸の周りに対
称的に分布する結合で，当然結合エネルギーも大きい。p 結合は，1つの平面の両
側にそれぞれ電子雲が分布する結合で，2個の電子軌道の重なり方が小さく，s 結
合より結合エネルギーが小さい。単結合はs 結合1個で形成されるが，二重結合・
三重結合ではこれにp 結合が1個・2個加わって形成される。結合数の多い結合ほ
ど結合力が強くなり，原子間距離が小さくなる。ただ，p 結合はs  結合より弱いの
で，結合エネルギーは単結合の2倍，3倍にはならず，それより小さい値となる。
　ベンゼンC6H6の炭素原子間の結合は，単純な単結合でも二重結合でもない。こ
のことは，分子が正六角形であることから証明される。もし，単結合と二重結合が
交互に存在するとすれば，炭素原子間の距離も，長いものと短いものが交互に存
在することになり，歪んだ六角形になるはずである。ベンゼンではp 結合が特定の

原子間に固定されず，炭素原子間では平均して0.5個分のp 結合が存在するとみな

すことができる。なお，結合エネルギーは，p 結合の0.5個分相当よりは大きくな

る。これはベンゼンが共鳴構造をとるためと説明されている。

 

炭化水素の分類

►有機化合物の構造による分類
　有機化合物は，その骨格で分類される。まず，環状構造を含むかどうかで鎖状
(鎖式)化合物と環状(環式)化合物に大別される。鎖状化合物は，不飽和結合を含む
かどうかでさらに分けられ，また枝分かれしているかどうかで分けられる。
　環状化合物は，炭素原子以外の原子をその骨格に含むかどうかにより，炭素環式
化合物と複素環式化合物に分けられる。炭素環式化合物は，脂環式化合物とベンゼ
ン環を含む芳香族化合物に分けられる。脂環式化合物は，環内に不飽和結合を含む
かどうかでさらに分類される。
　このほか，官能基によりいくつかの同族体に分類される。
　炭化水素では，普通次のように分類される。

炭化水素の分類

分　　類

飽和炭化水素

不飽和炭化水素

鎖状炭化水素

アルカン

アルケン(オレフィン)

(非環式炭化水素)

(パラフィン)

アルキン　　　　　　など

環式炭化水素

シクロアルカン

シクロアルケン(シクロオレフィン)

(シクロパラフィン)

シクロアルキン

(ナフテン)

芳香族炭化水素(アレーン)　など

複素環式化合物には，O，N，Sなどを含むものがあり，3〜10員環が知られて
いる。これにも，飽和，不飽和がある。次にいくつかの例を示す。

 

Ｂ　異性体

►異性体
　分子式は同じだが，構造式や立体配置が異なるため，物理的または化学的性質が

異なる物質が2つまたはそれ以上存在するとき，これらの化合物を互いに異性体と

呼び，このような現象を異性という。

 

異性体

{

構造異性体

{

炭素鎖異性体，位置異性体

官能基異性体，互変異性体

立体異性体

{

シス−トランス異性体

光学異性体(鏡像異性体)

 

►構造異性体
　構造式が異なる異性体を構造異性体といい，異性体の種類によりいくつかに分けら

れる。炭素鎖異性体(鎖形異性体)とは，鎖状構造が異なる異性体で，ブタンと2−メチ

ルプロパン(イソブタン)などがその例である。位置異性体は，置換基が異なる位置に

結合する異性体で， 1−プロパノールと2−プロパノールなどがその例である。官能基

異性体は，官能基が異なる異性体で，エタノールとジメチルエーテルがその例である。

そのほか，環状化合物の環中の原子の位置が異なる環異性体(イミダゾールC3H4N2と

ピラゾールなど)，環状化合物の置換基の位置が異なるために生じる核異性体(カンフ

ァンC10H18とピナンなど)などが，構造異性体の例にあげられる。
　尚，互変異性体とは，異性体が相互に構造を変えるものをいい，ケト形とエノー

ル形などがその例である。

ブタンは融点−138.3℃，沸点−0.50℃。2−メチルプロパン(イソブタン)は融点

−159.60℃，沸点−11.73℃。1‐ブテンは融点−138.35℃，沸点−6.25℃。2−ブテン(シ

ス形)は，融点−138.91℃，沸点3.72℃。エタノールは，融点−114.5℃，沸点78.32℃。

ジメチルエーテルは，融点−141. 50℃，沸点−24.82</