3.1: アルカンの構造

炭素鎖の形成につながる炭素-炭素結合の形成は、有機化学の基礎です。 オーガスト・ケクレとアーチボルド・スコット・クーパーは、炭素鎖形成に関するこのアイデアを独自に考案しました。

炭化水素は、炭素と水素から構成される最も単純な有機化合物です。 炭素間の結合順序に基づいて、炭化水素はさらにアルカン、アルケン、アルキンに分類されます。

アルカンは、sp³ 混成軌道を持つ最も単純な炭化水素です。これらの sp3 炭素原子は、他の炭素原子の sp³ 軌道または水素原子の 1s 原子軌道とシグマ結合を形成できます。 アルカンは炭素原子同士が単結合しか持たないため、飽和炭化水素としても知られています。 アルカンの一般式は C_nH_2n+2 で、これはアルカンが「n」個の炭素原子ごとに「2n+2」個の水素原子を持っていることを示しています。

アルカンのルイス構造は、縮合構造式を使用して簡略化できます。 この表現では、構造を簡略化するために、炭素-水素間の結合および炭素-炭素間の結合が省略されています。 線角度の公式を利用してさらに簡略化します。 線は炭素-炭素結合を表します。 線の端と頂点は炭素原子を表します。 水素は明示的には示されていませんが、炭素原子価を満たして存在すると想定されます。

炭素原子と水素原子を含む化合物は炭化水素と呼ばれます。最も単純な炭化水素であるメタンは、4つの水素原子に結合した4価の炭素原子を持っています。

メタンの水素原子の1つが3つの水素原子に結合した炭素原子に置き換えられると、次の炭化水素であるエタンが形成されます。

メタンとエタンは、アルカンと呼ばれる炭化水素のファミリーに属します。アルカンは単一の共有結合のみを含んでいるため、飽和炭化水素です。

任意のアルカン、例えばエタンでは、炭素原子はsp³混成であり、それらを四面体炭素にする。これらの単独で占められた混成軌道は、隣接する炭素原子のsp³混成軌道と重なり合って、炭素-炭素シグマ結合を形成します。

炭素の他の混成軌道は、各水素原子の1s軌道とシグマ結合を形成します。結合した原子は互いに109.5°の角度にあります。

メタン、エタン、プロパンの3つの単純なアルカンの構造を調べます。メタン、CH₄は、1つの炭素原子と4つの水素原子を持っています。エタン、C₂H₆は、2つの炭素原子と6つの水素原子を持っています。プロパン、C₃H₈は、3つの炭素と8つの水素原子を持っています。

後続の各式には、1つの炭素と2つの水素、つまり、前の式よりもCH₂基が多いことに注意してください。

一般に、n個の炭素原子ごとに、2個のn + 2個の水素原子があります。したがって、アルカンは特徴的な分子式:C_nH_{2n + 2}を有する。

凝縮構造式は、水素結合や炭素-炭素結合への結合を省略することにより、アルカンのルイス構造を単純化します。

炭化水素は、線角または骨格構造を使用して表すこともできます。線は炭素-炭素結合を表し、各頂点と終点は炭素原子を意味します。水素は、明示的には示されていませんが、炭素に結合していると仮定され、それらの原子価を満たしています。

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• Structural formula of alkanes - Represents bonds between carbon and hydrogen in alkanes.
• Cnh2n+2 general formula - It indicates that for every n carbon atom, alkanes have 2n+2 hydrogen atoms.
• Condensed structural formula alkanes - Simplifies Lewis structure by omitting bonds between carbon-hydrogen and carbon-carbon.
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