はじめに 1 |
本書の特徴と使用法 2 |
第1章 原子、分子の構造-電子のふるまいから化学を語る 9 |
第1講 原子の構造と電子配置 10 |
序 ラザフォード鰯嬢夢悪デルに至るまで 10 |
1. 原子の構造の解鴨 11 |
①ラザフォードの原子モデル 11 |
② ボーアの原子モデル 13 |
③ 原子スペクトルとは 13 |
④ 量子とは 14 |
⑤ ド・ブロイの波動説 15 |
⑥ シュレーディンガーの波動方程式 16 |
2. 原子の構造と電子配置 19 |
① 原子の構造 19 |
② 原子にまつわる基本用語 20 |
③ 原子の電子配置 21 |
3. 副殻軌道(オービタル) 25 |
① 主殻の中に副殻がある 25 |
② 重子数 26 |
③ 副殻軌道(オービタル)の形 27 |
④ 副殻軌道のエネルギー準位 28 |
⑤ 副殻軌道の電子配置 29 |
⑥ フントの規則とパウリの排他原理 30 |
第2講 周期律 34 |
序 周期律の発見に至るまで 34 |
1. 周期表と元素の性質 35 |
① 周期表と電子配置 35 |
② 族と周期は何を表すか 37 |
③ 化学反応とは 37 |
④ 元素の陽性,陰性を表す数値 39 |
⑤ イオン化エネルギー,電子親和力,電気陰性度の周期律 40 |
2. 原子半径と陽性・陰性の関係 43 |
① 原子半径の周期律 43 |
② 遮蔽 44 |
③ 原子半径とイオン化エネルギー,電子親和力との関係 45 |
④ 電子配置とイオン 45 |
⑤ 典型元素のイオンの電荷 48 |
3. 遷移元素の周期律 51 |
① 典型元素と遷移元素のちがい 51 |
② 遷移元素の原子半径と電気陰性度 51 |
③ 12族元素 52 |
④ 第4周期以下の13,14族元素 53 |
⑤ スレーターの規則(有効核電荷の求め方) 53 |
⑥ 遷移元素の有効核電荷とイオンの電荷 55 |
第3講 原子の結合 58 |
序 共有結合の概念が認められるまで 58 |
1. 化学結合 59 |
① イオン結合 59 |
② 共有結合 60 |
③ 配位結合 61 |
④ 金属結合 62 |
2. 結晶(粒子が規則正しく並んでできた固体) 65 |
① イオン結晶 65 |
② 共有結合結晶 66 |
③ 分子結晶 67 |
④ 金属結晶 69 |
3. アモルファスと液晶 74 |
① アモルファス 74 |
② アモルファスの工業製品への応用 75 |
③ 液晶 78 |
第4講 分子の構造と性質 84 |
序 電子の時代 84 |
1. 分子の構造 85 |
① 分子の構造の表し方 85 |
② 分子の立体構造 89 |
③ 分子の極性と水素結合,双極子モーメント 91 |
2. 混成軌道 101 |
① 炭素原子がつくる混成軌道 101 |
3. 量子化学の概要 107 |
① 原子軌道(原子の電子軌道) 107 |
② 分子動道(分子の電子軌道) 109 |
第2章 物質量-粒子の個数から化学を語る 117 |
第1講 物質量を用いる計算 118 |
序 質量保存の法則 118 |
1.物質量(モル)と原子量 119 |
① 原子量 120 |
② 物質量(mol・モル) 120 |
③ アボガドロ定数 121 |
④ 物質量の算出 121 |
2. 反応量の計算(係数比=モル比) 127 |
① 化学反応式とは 127 |
3. 濃度の計算 131 |
① 成分の質量で含有量を表す濃度 131 |
②成分の物質量で含有量を表す濃度 132 |
③ 密度 132 |
第3章 エネルギー-エネルギーから化学を語る 139 |
第1講 化学反応とエネルギー 140 |
序 自然な変化と不自然な変化 140 |
1. 熱化学 141 |
① 反応にともなうエネルギーの出入り 141 |
② 熱化学方程式 142 |
③ 反応熱の種類 142 |
④ 反応熱の算出 145 |
第2講 熱力学の概要 148 |
序 エンタルピー.エントロピー、ギブズエネルギー 148 |
1. 内部エネルギーとエンタルピー 149 |
① 熱と仕事 149 |
② 断熱変化と等温変化 151 |
③ 内部エネルギー 153 |
④ 熱力学第一法則 154 |
⑤ 状態関数と経路関数 155 |
⑥ エンタルピー 156 |
⑦ 内部エネルギーとエンタルピーの関係 157 |
2. エントロピー 160 |
① エントロピー(乱雑さ)の概念とは何か 160 |
② エントロピーの数量化 162 |
③ エントロピー算出の式 164 |
④ 熱力学第三法則とエントロピーの絶対量 167 |
⑤ 熱力学第二法則と自発変化 168 |
3. ギブズエネルギー 174 |
① ギブズエネルギー 174 |
② 水の蒸発と凝縮 175 |
③ ギブズエネルギー変化量と反応が起こる方向 178 |
④ 平衡状態(蒸発平衡) 178 |
⑤ 化学ポテンシャル 179 |
⑥ へルムホルツエネルギー 180 |
⑦ エネルギーを熱の形でとりだす場合 180 |
第3講 反応速度、化学平衡 183 |
序 質量作用の法則が認められるまで 183 |
1. 質量作用の法則 184 |
① 不可逆反応と可逆反応 184 |
② 反応速度を決める因子 187 |
③ 濃度と反応速度,平衡との関係式 188 |
④ 温度と反応速度,平衡との関係式 191 |
第4章 物質の状態-平衡論から化学を語る 201 |
第1講 気体 202 |
序 気体の挙動の数式化 202 |
1. 気体の状態方程式 203 |
① 気体の状態方程式 203 |
② 気体の基本法則 205 |
③ 実在気体 207 |
第2講 蒸発平衡と物質の状態変化 216 |
序 フリーズドライ製法 216 |
1. 物質の三態変化と状態図 217 |
① 気体と液体の平衡(飽和蒸気圧) 217 |
② 飽和蒸気圧と温度の関係219 |
③ 状態図 220 |
④ ギブズの相律 222 |
⑤ 飽和蒸気圧と質量作用の法則との関係 226 |
⑥ クラウジウス・クラペイロンの式 227 |
第3講 混合物の相平衡 234 |
序 凍結防止剤と塩害 234 |
1. 沸点上昇,凝固点降下、浸透圧 235 |
① 蒸気圧降下 235 |
② 沸点上昇 237 |
③ 凝固点降下 238 |
④ 浸透圧 239 |
2. 溶液と気体の相平衡,蒸留 243 |
① 揮発性溶媒と不揮発性溶質からなる溶液 243 |
② 活量 246 |
③ 揮発性溶媒と揮発性溶質からなる溶液 247 |
④ 蒸留 251 |
⑤ 水蒸気蒸留 253 |
第4講 結晶格子 259 |
序 切り火と水晶発振 259 |
1. 金属の結晶格子 260 |
① 単純立方格子 260 |
② 体心立方格子 260 |
③ 最密充填 261 |
2. イオン結晶の結晶格子 265 |
① 金属結晶からイオン結晶への応用法 265 |
② 代表的なイオン結晶 267 |
③ イオン結晶構造の予測 271 |
④ 分子結晶,共有結合の結晶 274 |
計算式一覧 278 |
関数,定数の記号索引 282 |
単位一覧 283 |
さくいん 284 |
注 : S[N]1の[N]は上つき文字 |
注 : S[N]2の[N]は上つき文字 |
注 : [H(+)]、[(+)]、[(-)]は、現物の表記と異なります |
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本書の特長と使用法 2 |
第1章 有機化合物の構造-ブロック感覚で有機化合物の構造を理解する 9 |
第1講 炭化水素 10 |
序 フィツシャー・トロプシュ合成-人工の石油を合成せよ 10 |
1. 炭化水素-有機化合物をブロックでとらえよう 11 |
① アルカン(飽和鎖式炭化水素) 11 |
② アルケン(不飽和鎖式炭化水素) 14 |
③ アルキン,アルカジエン(不飽和鎖式炭化水素) 15 |
④ シククアルカン(飽和環式炭化水素) 16 |
まとめ 17 |
2. 石油化学工業-油を衣服に変える魔法 19 |
① 石油の成分 19 |
② 石油化学原料 2 |
③ ナフサの熱分解(クラッキング) 22 |
④ エチレン,プロペンから化成品をつくる方法 23 |
まとめ 25 |
3. C1化学(シーワンケミストリー)-天然ガスから衣服をつくれ 27 |
① C1化学とは 27 |
② フィッシャートロプシュ合成による石油の合成 27 |
③ 一酸化炭素を原料にする化学工業 31 |
④ 新天然ガス化学工業 32 |
まとめ 34 |
4. グリーンケミストリー-有害物質を工業から排除せよ 35 |
① 環境汚染 35 |
② グリーンケミストリー 36 |
まとめ 41 |
第2講 官能墓と異性体 43 |
序 対掌体-不斉の起源を解き明かせ 43 |
1. 官能基-炭化水素に新たなパーツを挿入せよ 44 |
① アルコールとエーテル 44 |
② アルデヒドとケトン 45 |
③ カルボン酸とエステル 46 |
まとめ 47 |
2. 異性体-同じ材料から違った分子をつくれ 49 |
① 骨格異性体(炭素骨格の違いによる異性体) 49 |
② 官能基異性体 50 |
③ 位置異性体 51 |
④ 対掌体(光学異性体,エナンチオマー) 52 |
⑤ 立体配座と立体配置 54 |
⑥ 旋光性 55 |
⑦ ジアステレオマー(対掌体ではない光学異性体) 57 |
⑧ 幾何異性体 57 |
まとめ 58 |
3. 光学分割と不斉合成-不斉炭素を増殖させよ 63 |
① 再結晶による光学分割 63 |
② ジアステレオマーヘの変換を利用する光学分割 65 |
③ 酵素が基質(反応物質)を見分けるしくみ 67 |
④ 不斉合成と不斉源 68 |
⑤ クラムの法則 68 |
⑥ クラムの法則を応用する不斉合成 71 |
⑦ 不斉収率(e.e.) 73 |
⑧ 触媒的不斉合成 73 |
⑨ 不斉配位子 74 |
まとめ 80 |
第2章 有機反応の基礎-プラス,マイナスの感覚で有機反応を予測する 85 |
第1講 置換反応,縮合反応 86 |
序 有機反応を無機の延長で理解せよ 86 |
1. 置換反応-有機ハロゲン化物を有効利用せよ 87 |
① 有機反応における結合開裂の様式 87 |
② 代表的な有機反応 88 |
③ 無機置換反応 89 |
④ アルコール類とハロゲン化物イオンとの置換反応 91 |
⑤ アルコール類とアルカリ金属イオンとの置換反応 93 |
⑥ 置換反応の生成物の予測 95 |
⑦ ハロゲン化アルキルの置換反応 96 |
まとめ 98 |
2. 縮倉反感-有機分子を合体させよ 101 |
① 脱水縮合の例(エステル化反応) 101 |
② 加水分解 104 |
③ ルシャトリエの原理 105 |
④ 加水分解を進める工夫 105 |
⑤ 脱水縮合を進める工夫 105 |
⑥ エステル交換反応 106 |
⑦ 脱水縮合のまとめ 107 |
⑧ ハロゲン化アルキルを経由する縮合 108 |
⑨ 酸無水物,酸塩化物を経由する縮合 109 |
まとめ 112 |
第2講 酸化還元反応 117 |
序 メタノールの毒性-酸化生威物の毒性に注意せよ 117 |
1. エコアルコールの酸化反応-酸素原子を挿入せよ 118 |
① アルコールの酸化 118 |
② 誘起効果(I効果) 119 |
③ エタノールの酸化 120 |
④ アルコール酸化の一般則 122 |
⑤ アルコール酸化の反応機構 123 |
⑥ アルデヒド酸化の反応機構 124 |
⑦ アルデヒドで酸化を止める方法 125 |
まとめ 126 |
2. 不飽和・芳香族化合物の酸化反応-ポリエステルの原料を合成せよ 128 |
① ポリエステルの原料 128 |
② エチレングリコールの合成 129 |
③ 不飽和結合の酸化 131 |
④ ベンゼン環側鎖の酸化(テレフタル酸の合成) 132 |
⑤ 芳香族化合物の酸化反応 135 |
まとめ 136 |
第3講 付加・脱離・転移反応 139 |
序 ナイロンの大幅コストダウンを実現せよ 139 |
1. 付加反応-くっつく場所を制御せよ 140 |
① シス付加 140 |
② トランス付加 142 |
③ マルコウニコウ付加 143 |
④ アンチマルコウニコウ付加(ヒドロホウ素化) 145 |
まとめ 146 |
2. 脱離反応-(+)をとったら(-)も取れ 150 |
① 脱離反応の生成物を予測する 150 |
② 実際の脱離反応の反応機構 152 |
③ 説離反応と置換反応の競合 153 |
まとめ 155 |
3. 転移反応-[H(+)]の脱着には目をつけよ 156 |
① 二重結合の転移反応 156 |
② ザイツェフの規則 158 |
③ ケト-エノール転移とポリビニルアルコールの製造 159 |
④ ベックマン転移と6-ナイロンの製造 162 |
まとめ 166 |
第3章 芳香族化合物の反応-プラスイオンを交換することにより,目的の化合物をつくる 167 |
第1講 求電子置換反応 168 |
序 ベンゼンの構造を解明せよ 168 |
1. 芳香環の置換反応-電離しない結合を電離させよ 169 |
① 芳香環とは 169 |
② 芳香環のニトロ化反応 171 |
③ 種々の求電子置換反応 174 |
④ フリーデルクラウツ反応 175 |
まとめ 176 |
2. 芳香環と置換基の作用-電子の押し引きを理解せよ 178 |
① アルコール類とフェノール類の違い 178 |
② 脂肪族アミンと芳香族アミンの違い 179 |
③ 誘起効果と共役効果 180 |
④ ベンゼン-置換体の配向性 182 |
⑤ 共役効果と配向性 183 |
⑥ 電子供与性基と電子級イン性基 185 |
⑦ 誘起効果と配向性 186 |
⑧ 配向性と電子供与性,電子吸引性 188 |
まとめ 190 |
第2講 医薬の合成I 194 |
序 坑結核薬-生命の掟に挑戦せよ 194 |
1. フェノール含成-プラスとマイナスを交換せよ 195 |
① フェノール合成の問題点 195 |
② フェノールの工業的製法 196 |
③ クメン法 197 |
④ ジアゾニウム塩の反応 198 |
⑤ アニリンの製法 199 |
⑥ フェノール,アニリンの性質 199 |
まとめ 200 |
2. 解熱鎮痛剤,化学療法剤の含成-ベンゼン環にパーツをつけよ 202 |
① アセチルサリチル酸の合成 203 |
② アセチルサリチル酸の薬理作用 205 |
③ そのほかの解熱鎮痛剤 206 |
④ サルファ剤の合成 207 |
⑤ サルファ剤の薬理作用 209 |
⑥ 抗結核薬の合成 210 |
まとめ 212 |
第4章 S[N]1,S[N]2反応-マイナスイオンを交換することにより,目的の化合物をつくる 215 |
第1講 求核置換反応 216 |
序 ラセミ体(R体+S体)を全部R体に変えよ 216 |
1. S[N]1反応,ラセミ化と工学活性化-ラセミ化を用いて対掌体を製造せよ 217 |
① 求核置換反応の種類 217 |
② S[N]1反応とは 218 |
③ S[N]1反応によるラセミ化 218 |
④ 光学活性化 221 |
⑤ S[N]1反応を利用する光学活性化 222 |
⑥ H(1)の脱着によるラセミ化 223 |
⑦ H(1)脱離のラセミ化を利用する抗生物質の不斉合成 224 |
まとめ 226 |
2 S[N]2反応と農薬〈殺虫剤)の合成-動物にまったく無害な農薬を合成せよ 229 |
① S[N]2反応とは 229 |
② S[N]2反応の立体反転 230 |
③ 求核置換反応の反応速度 231 |
④ 求核様式を決める要因 232 |
⑤ 合成幼若ホルモン(超遅効性殺虫剤)の合成 236 |
⑥ (S)-ピリプロキシフェンの合成 237 |
まとめ 240 |
第2講 神経と医薬,農薬 245 |
序 即効性殺虫剤有機リンの安全性を向上させよ 245 |
1. 神経に関与する物質-神経毒を農薬に応用せよ 246 |
① 神経の種類 246 |
② 末梢神経の構造 246 |
③ 神経細胞の構造 247 |
④ シナプスでの情報伝達のしくみ 248 |
⑤ アセチルコリンエステラーゼに作用する物質(殺虫剤と毒ガス) 249 |
⑥ アセチルコリンエステラーゼ阻害剤の作用機構 250 |
⑦ アセチルコリンエステラーゼ阻害剤の解毒 251 |
⑧ 神経毒の作用機構 252 |
⑨ 有機リン系殺虫剤の安全性の向上 254 |
まとめ256 |
第5章 有機人名反応-炭素-炭素結合を形成し,複雑な炭素骨格を構築する 259 |
第1講 炭素-炭素結合形成反応 260 |
序 複雑な炭素骨格を構築せよ 260 |
1. 炭素原子で反応する求電子試薬,求核試薬-炭素-炭素結合を構築せよ 261 |
① 炭素-炭素結合を形成するには 261 |
② 炭素原子部分で反応する求電子試薬 263 |
③ 炭素原子部分で反応する求核試薬 264 |
まとめ 269 |
2. 有機金属化合物を用いる炭素-炭素結合形成-[(+)]になりたがる炭素原子を[(-)]に帯電させよ 274 |
① 有機金属化合物の製法と性質 274 |
② グリニアル試薬とカルボニル化合物との反応 275 |
③ へミアセタールとアセタール 277 |
④ グリニアル試薬とエステルとの反応 278 |
⑤ グリニアル試薬の置換反応 279 |
⑥ ウイッティッヒ反応 280 |
まとめ 282 |
3. カルボニル化合物の縮合反応-ありふれた物質を使って,炭素骨格を構築せよ 286 |
① アルドール縮合 286 |
② 交差アルドール縮合 288 |
③ ニトロアルドール縮合 290 |
④ マンニッヒ反応 291 |
⑤ クライゼン・エステル縮合 293 |
⑥ マイケル付加反応 294 |
⑦ 活性メチレンと求電子試薬との反応 295 |
⑧ クネベナゲル反応 296 |
まとめ 297 |
第2講 医薬の合成Ⅱ 302 |
序 アルツハイマー病治療薬-中枢神経の不具合を克服せよ 302 |
1. 中枢神経を調節する医薬の合成 303 |
① 抗パーキンソン氏病薬の合成 303 |
② アルツハイマー病治療薬の合成 308 |
③ 抗うつ剤の合成 310 |
まとめ 312 |
おわりに 319 |
参考文献 320 |
有機化合物の命名法 321 |
反応さくいん 329 |
さくいん 331 |
はじめに 1 |
本書の特徴と使用法 2 |
第1章 原子、分子の構造-電子のふるまいから化学を語る 9 |