2.7: 炭素骨格
概要
すべての有機化合物の骨格は炭素骨格です。各炭素原子は 4 つの結合を作ることが可能で、炭素骨格の長さが増すにつれ、環構造、二重結合、分岐側鎖などに構造変化する可能性が生じます。
炭素は有機分子の土台
生物を構成する高分子はすべて炭素原子に依存しているため、地球上の生命は炭素が土台にあります。各有機分子の中心には、他の原子の結合する炭素骨格があります。これらの他の原子の種類が、各分子に固有の特性を与えます。炭素は 4 つの結合を形成でき、イオンになることはほとんどないため、非常に柔軟な分子成分を形成できます。これら特性が炭素を地球上のすべての生命にとって重要な成分とし、炭素はこの惑星だけでなく宇宙の至る所で豊富に存在するものとなっています。
炭素と炭素の結合は、炭素骨格の土台を形成します。水素原子は炭素原子に容易に結合できます。水素と炭素のみ含む分子は炭化水素と呼ばれます。炭化水素は通常長い鎖を形作るか、さらに様々な地点で突出する枝を有します。結合数が変わると、分子の特性が変化します。たとえば、 1 つ以上二重結合を持つ長い炭化水素から成る脂肪酸は、二重結合を持たない脂肪酸と異なった振る舞いをするでしょう。
異性体は、同数の原子を配置する異なる方法
同じ化学式を持ちますが、異なる構造の分子は異性体と呼ばれます。異性体の 1 つの例は、 C6H14 という化学式を共有する 2 つの異なる分子に見られます。ヘキサンは直線的な一つの炭素鎖を持ちますが、イソヘキサンは 2 番目の炭素原子に分岐があります。他の異性体では、炭素と炭素の二重結合の両側で化学基の配置が異なる場合があり、結果として 2種類の構造が考えられます。他には、互いに鏡像である場合もあり、鏡像異性体と呼ばれます。左右の手指や親指と同様、鏡像異性体の要素は全く同じですが、重ねた時に一致しません。
官能基は炭素骨格の上に構築されます
生物分子固有の特性は、官能基、すなわち（アミノ基（–NH2）やメチル基（–CH3）などの炭素骨格に結合された化学基によって授与されます。官能基は炭素以外の原子で構成され、分子の構造的特性や化学的特性を変えます。官能基の相互作用は、生物学的機構で発生する殆どあらゆることに極めて重要であり、官能基の特性に関する知識は、合成薬の設計など多くの研究分野に影響を与えます。
