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196

化学系薬学

化学物質の基本的性質１

１ 基本事項【到達目標】

C3-（1）-1-1　1. 代表的な化合物をIUPAC規則に基づいて命名することができる。

C3-（1）-1-2　2. 薬学領域で用いられる代表的な化合物を慣用名で記述できる。

C3-（1）-1-3　3. 基本的な化合物を、ルイス構造式で書くことができる。C3-（1）-1-4　4. 有機化合物の性質と共鳴の関係について説明できる。C3-（1）-1-5　5. ルイス酸・塩基、ブレンステッド酸・塩基を定義するこ

とができる。C3-（1）-1-6　6. 基本的な有機反応（置換、付加、脱離）の特徴を理解し、

分類できる。C3-（1）-1-7　7. 炭素原子を含む反応中間体（カルボカチオン、カルボアニ

オン、ラジカル）の構造と性質を説明できる。C3-（1）-1-8　8. 反応の過程を、エネルギー図を用いて説明できる。C3-（1）-1-9　9. 基本的な有機反応機構を、電子の動きを示す矢印を用い

て表すことができる。（技能）

1.1 IUPAC規則

■1.1.1 IUPAC命名法　IUPAC命名法とはIUPACが定める化学用語の命名法のことである。

　IUPAC命名法にはいくつかの方法が存在し、置換命名法や基官能命名法など

がある。置換命名法が代表的であり、炭化水素あるいは基本的な複素環を母核

構造として、母核水素原子を置換基に置き換えて命名する。

A. 炭化水素の命名

a.　母体… 母核構造（alk）：最長の炭素の数 ＋ 接尾語：結合の種類

・環状構造をとる場合 → cyclo-

・不飽和結合をもつ場合 → 不飽和結合の位置番号が小さくなるように母体鎖に

番号をつける

1 meth- 2 eth- 3 prop- 4 but- 5 pent- 6 hex- 7 hept- 8 oct- 9 non- 10 dec-

単結合二重結合三重結合

-ane-ene-yne

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197

C3 化学物質の性質と反応

１

基本事項

１

化学物質の基本的性質

3-エチル-2,4-ジメチルヘキサン3-ethyl-2,4-dimethylhexane

CH3CH3

CH3 CH3

CH2CH3 CH3 CH2

CH3 CH3 CH3

CH3

CH2CH34-メチルペンタ-1-エン4-methylpent-1-ene

2,5-ジメチルヘプタ-3-イン2,5-dimethylhept-3-yne

・母核構造に結合している置換基を母核構造の前につける

・置換基の位置が小さくなるように母体鎖に位置番号をつける

・異なる置換基がある場合

　→ 頭文字をアルファベット順に並べる（個数や位置番号に関係なし）

・同じ構造を複数もつ場合 → 数詞（倍数接語）を用いる

b.　置換基…母体以外の部分

＊複合基：いくつかの置換基を組み合わせてできた側鎖のこと。

倍数接語単置換基複合基＊

5penta-pentakis-

4tetra-tetrakis-

3tri-tris-

2di-bis-

1mono-－

＋alkalkenalkyn

アルキルアルケニルアルキニル

yl

B. ヘテロ原子を有する化合物の命名

命名法 例

有機ハロゲン化合物

【置換命名法】母核構造の前にハロゲン基名（F：フルオロ/fl uoro─、Br： ブ ロ モ /bromo─、Cl： ク ロ ロ /chloro─、：ヨード/iodo─） をつけて命名する【基官能命名法】アルキルハライド/alkyl halideの形で命名する

CH3CH2［置］ヨードエタン［基］ヨウ化エチル

アルコール

【置換命名法】母核構造名の後に接尾語オール/-olをつけて命名する【基官能命名法】アルキルアルコール/alkyl alcoholの形で命名する

CH3CH2OH［置］エタノール［基］エチルアルコール

チオール【置換命名法】母核構造名の後に接尾語チオール/-thiolをつけて命名する

CH3CH2SH［置］エタンチオール

エーテル

【置換命名法】母核構造の前にアルコキシ/alkoxy-をつけて命名する（母核のアルカンはアルコキシのアルカンより優位）【基官能命名法】酸素原子に結合した2つのアルキル基名をアルファベット順に並べその後にエーテル/-etherをつけて命名する

CH3CH2OCH3［置］メトキシエタン［基］エチルメチル　　エーテル

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198

化学系薬学

命名法 例

アミン

【置換命名法】母核構造の後に接尾語アミン/-amineをつけて命名する方法と、母核構造の炭化水素基名にアミン/-amineをつける方法がある

CH3CH2NH2［置］エタンアミン［置］エチルアミン

ケトン

【置換命名法】母核構造の後に接尾語オン/-oneをつけて命名する【基官能命名法】2つの炭化水素基名をアルファベット順に並べその後にケトン/-ketoneをつけて命名する

CH3 CCH3

O［置］ブタン-2-オン［基］エチルメチルケトン

アルデヒド

【置換命名法】母核構造の後に接尾語アール/-al又はカルバルデヒド/carbaldehydeをつけて命名する※アルデヒドは、-aldehydeで終わる慣用名が使われることが多い

CH3CHO［置］エタナール（慣用名： アセトアルデ

ヒド）

CHO

［置］シクロヘキサン　　カルバルデヒド

カルボン酸

【置換命名法】母核構造の後に接尾語酸/-oic acid又はカルボン酸/-carboxylic acidを使って命名する※カルボン酸は慣用名が多く認められている

CH3COOH［置］エタン酸（慣用名：酢酸）

COOH

［置］シクロヘキサン　　カルボン酸

エステル

【置換命名法】英名ではカルボン酸名の語尾-ic acidを-ateにかえ、化学名の最初にエステルの炭化水素基名を書いて表す日本語名では先にカルボン酸名、次にエステルの炭化水素基名を書いて表す

CH3 COCH2CH3

O［置］エタン酸エチル（慣用名：酢酸エチル）

アミド

【置換命名法】カルボン酸名の語尾-oic acidをアミド/-amideにかえて表す

CH3 CNH2

O［置］エタンアミド（慣用名：アセトアミド）

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199

C3 化学物質の性質と反応

１

基本事項

１

化学物質の基本的性質

■1.1.2 複数の官能基を有する化合物のIUPAC名　複数の官能基がある場合、優先順位の高い官能基が母体官能基となり、その

他はすべて接頭語として命名する。

高

低

官能基 構造 接尾語 接頭語

陰イオン － -ide、-ate -idyl、-ato

陽イオン － -ium、-onium -io、-onio

カルボン酸 R COOH

-oic acid（-carboxylic acid）

carboxy

エステル R COO R'

alkyl -（o）ate（alkyl～carboxylate）

acyloxy[RCOO─］

alkoxycarbonyl［─COOR］

アミド R CONR'R''

-amide（-carboxamide）

carbamoyl

アルデヒド (H)R COH

-al（-carbaldehyde）

oxo[─(CH）＝O]formyl[─CHO]

ケトン R COR' -one

oxo[ (C)=O]carbonyl[ C=O]

アルコール R－OH -ol hydroxy

チオール R－SH -thiol sulfanyl

アミンR－NH2、R2NH、R3N

-amine amino

※ ニトロ基（NO2：nitro-）、ニトロソ基（NO：nitroso-）、ハロゲン（F：fl uoro-、Cl：chloro-、Br：bromo-、I：iodo-）及び局方収載医薬品ではエーテル（alkoxy-）、スルフィド（alkylsulfanyl-）は通常母体として命名せず置換基名として命名する。（　）内は置換基名。

　置換命名法では母核構造の水素原子を官能基で置換して命名する。

接頭語 母核構造名 接尾語

例

O

NH

OHCO2H

CH3H3C

アスピリン2-Acetoxybenzoic acid

アセトアミノフェンN-（4-Hydroxyphenyl）acetamide

O

O

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200

化学系薬学

1.2 薬学領域で用いられる代表的化合物の慣用名

ハロゲン化物

アルコール

フェノール

チオール

ケトン

カルボン酸

カルボン酸誘導体

アミン

部分構造 代表的な化合物の説明 代表的な化合物

ハロタンは麻酔薬として用いられる

l - メントールは口に含むと清涼感をもつため、食品や医薬品に汎用される

サリチル酸は角化性皮膚疾患治療薬として用いられる

ジメルカプロールは、重金属中毒の解毒薬として用いられる

イブプロフェンはフェニルプロピオン酸系の解熱鎮痛薬である

d-カンフルは樟脳ともよばれ、クスノキから得られるボルナノン系の局所刺激薬、局所消炎・鎮痒薬である

イソニアジドはピリジン系の抗結核薬である

エフェドリン塩酸塩はフェネチルアミン系の交感神経興奮薬である

HF

FF

ClBr

CO2H

OH

OHSHH SH

CH3CH3CH3O

H

CO2H

CH3

CH3

CH3H

NH2O

NH

N

OHH

CH3H CH3

HCl・

ハロタン

l-メントール

サリチル酸

ジメルカプロール

d-カンフル

イブプロフェン

イソニアジド

エフェドリン塩酸塩

及び鏡像異性体

及び鏡像異性体

及び鏡像異性体

CH3

CH3

CH3

OH

H

HH

HN

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201

C3 化学物質の性質と反応

１

基本事項

１

化学物質の基本的性質

1.3 基本的な化合物のルイス構造式

■1.3.1 ルイス構造式の書き方　原子は、単独では不安定であるため、原子どうしが相互作用により化学的に

結合し、分子として存在している。ほとんどの原子は、最外殻に８個の電子を

もつときに最も安定になる。すなわち、希ガスと同じ電子配置になったときに

最も安定化される。これをオクテット則という。

　このような化合物の結合は、ルイス構造式で適切に記述することができる。

単結合のみからなる構造

不飽和結合をもつ構造

形式電荷をもつ構造

水素 メタン メチルアミン

エテン ホルムアルデヒド シアン化水素

シアン化物イオン 炭酸イオン

H H H HH

HNC･･ ･･ ･･

････ H

H

HC･･ ･･････

H･･H････

OH

HC･･ ････

H

HC･･ ･･

H

HC･･ ･･ ････････

NH C･･ ･･････ ･･

O

CC･･ ･･････－ ････

･････O･ ････

･･O････

････

－ －

･･

N･･

1.4 有機化合物に及ぼす共鳴の影響

■1.4.1 共鳴と非局在化　共鳴とは、結合や電荷がπ結合を介して分散することである。通常、共鳴混成体が実際の分子の構造となる。有機化合物における共有結合が開裂する際や

生成する際の電子の移動において、1電子の移動を片刃矢印（ ）、2電子の移動を両刃矢印（ ）で書き表す。

　炭酸イオン（CO32－）の共鳴構造例

A. 共鳴の特徴 　共鳴には次のような特徴がある。

　・共鳴構造式は電子の位置が異なるだけであり、原子の位置は同一である　・ 共鳴構造式は各々の構造では存在せず、その中間の共鳴混成体で存在する

　・個々の共鳴構造式は必ずしも等価ではない

　・共鳴構造式は、一般にオクテット則に従う

　・複数の共鳴構造を関連づける矢印は、←→を用いる

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202

化学系薬学

■1.4.2 共鳴による影響A. 構造に与える影響　共鳴は電子の非局在化により分子を安定化する。

ベンゼン

ベンゼンは等価な6本の炭素─炭素結合からなる正六角形の平面分子で、炭素─炭素結合距離は単結合と二重結合の間の距離である。また、ベンゼンの水素化熱は－206 kJ/molであり、シクロヘキセンの水素化熱の3倍（－119 kJ/mol×3）よりも少ない。これは共鳴によりベンゼンが安定化されているためであり、この安定化エネルギーを共鳴エネルギーという

アミド

アミドの炭酸─窒素結合は、通常、単結合で表すが、窒素上の非共有電子対が共鳴し、炭素─窒素結合が二重結合性を帯び、平面構造として固定される。窒素上の非共有電子対が非局在化するため、アミンのような塩基性を示さない

NCH3

O

H

HNCH3

O

H

H＋

－

B. 酸性度に及ぼす影響　共役塩基の負電荷が、共鳴により安定化されるほど酸性度は高くなる。

例

CH3CH2OH CH3CH2O

CH3 COH

OCH3 C

O

OCH3 C

O

O

+ H2O + H3O+

+ H2O + H3O+

－

－

－

　エタノール（pKa=16）と酢酸（pKa=4.8）

C. 塩基性度に及ぼす影響 　非共有電子対が、共鳴により分散されるほど塩基性度は低くなる。

例

CH3CH2NH2 CH3CH2NH3

NH2 NH2 NH2 NH2 NH3

+ H2O + OH－+

:

:

+ + +

－+ H2O + OH－

+

:－

:－

　エチルアミン（共役酸のpKa=10）とアニリン（共役酸のpKa=4.6）

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203

C3 化学物質の性質と反応

１

基本事項

１

化学物質の基本的性質

1.5 ルイス酸・塩基、ブレンステッド酸・塩基

■1.5.1 酸と塩基の定義　酸と塩基の定義は、アレニウスによる定義、ブレンステッド・ローリーによ

る定義を経て、ルイスによる定義でより幅広く説明されるようになった。

酸（acid） 塩基（base）

アレニウスによる定義水素イオン（H＋）放出物質

水酸化物イオン（－OH）放出物質

ブレンステッド・ローリーによる定義

プロトン（H＋）供与体 プロトン（H＋）受容体

ルイスによる定義 電子対受容体 電子対供与体

　ルイスによる定義では、酸は電子対を受け取って共有結合をつくり得る物

質、塩基は電子対を与えて共有結合をつくり得る物質としている。

ルイス酸

例　BF3、AlCl3、FeCl3、ZnCl2、Li＋、Mg2＋、Br＋

ルイス塩基

例　NH3、N（CH3）3、H2O、CH3OH、CH3OCH3、CH3SCH3、P（C6H5）3、

H－、Br－

　ただし、水やアルコールなどのように、相手により電子対を受け取ることも

電子対を与えることもでき、酸としても塩基としても働くものもある。

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204

化学系薬学

1.6 有機反応の特徴

　基本的な有機反応はその反応様式から分類して、置換反応、付加反応、脱離

反応、転位反応の4つの代表的反応に分類される。

置換反応（substitution reaction）

試薬から供給される原子や置換基が、反応基質に存在する原子または置換基と置き換わる反応（主にハロゲン化アルキルやカルボン酸誘導体、芳香族化合物などで起こる）

付加反応（addition reaction）

不飽和結合におけるπ結合が切断され、分子に新たな原子や置換基が結合する反応付加反応が起こると、反応生成物の結合次数は減少する（主にアルケンやアルデヒド・ケトンなどで起こる）

脱離反応（elimination reaction）

分子内から2個の原子や置換基が外れる反応主に1,2-脱離（β脱離）が多く、その場合、反応生成物は新たに不飽和結合を形成する（主にハロゲン化アルキルやアルコールなどで起こる）

転位反応（rearrangement

reaction）

水素や置換基などが別の原子に移る反応（中間体にカルボカチオンが生成する場合などで起こることがある）

反応試薬の分類

Nu－（:NuH）求核試薬

（Nucleophile）

＋を求める試薬（自身が電子過剰）陰イオン、非共有電子対をもつ分子例 H－、OH－、RO－、H2O、ROH、RNH2、R2NH

E＋

求電子試薬（Electrophile）

－を求める試薬（自身が電子不足）陽イオン、空軌道などをもち電子対を受け取る分子例 NO2＋、X＋、RCO＋、BF3、AlCl3、FeBr3

置換基の効果

誘起効果＊電気陰性度の差による電子の 押し引き

共鳴効果＊共鳴による電子の押し引き

正（プラス）の効果

（電子供与）

アルキル基

C C HH

H

非共有電子対をもつ置換基　－OCH3、－NH2、－Brなど

OCH3..

負（マイナス）の効果

（電子求引）

炭素より電気陰性度の大きい元素（O、N、ハロゲンなど）

C OCH3C NH2C Cl

不飽和結合をもつ置換基（電気陰性度に差のある場合）　－NO2、－COR、－SO3H

NO

O－＋

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205

C3 化学物質の性質と反応

１

基本事項

１

化学物質の基本的性質

置換基効果のまとめ

アルキル基非共有電子対（O、N、S）

ハロゲン 不飽和結合

脂肪族に対してC ●C

C C R C C OR C C Br C C NO2

供与基（正の誘起効果）

求引基（負の誘起効果）

求引基（負の誘起効果）

求引基（負の誘起効果）

芳香族に対して

●

R OR Br NO2

供与基（正の誘起効果）

供与基（正の共鳴効果＞負の誘起効果）

求引基（負の誘起効果＞正の共鳴効果）

求引基（負の共鳴効果、負の誘起効果）

各化合物の反応分類（詳細は各論参照）

反応基質 反応試薬 主な反応の種類

①アルケン

C C C C

E ●

E＋ 求電子試薬 （求電子）付加反応

②芳香族化合物

H EE＋ 求電子試薬 求電子置換反応

③ハロゲン化アルキル

C C

C C NuNu－

B:

HC C Br

H

求核試薬 求核置換反応

塩基 脱離反応

④アルデヒド・ケトン

C OOH

RC

RNu－ Nu

（H）R’（H）R’ （NuH）

求核試薬 求核付加反応

⑤カルボン酸誘導体

OC OL

RC

RNu－

Nu求核試薬

求核アシル置換反応（付加－脱離反応）

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206

化学系薬学

1.7 炭素原子を含む反応中間体

生成様式 構造

カルボカチオン

安定性：第三級＞第二級＞第一級＞メチル

名称

炭素を含む共有結合において、炭素とある原子の間で不均一結合開裂を起こし、炭素から結合電子対を失う場合に生じる正に帯電した炭素

カルボカチオンの炭素は sp2混成軌道で、平面構造である。空の p 軌道をもつため、電子不足（求電子性）である

カルボアニオン

安定性：メチル＞第一級＞第二級＞第三級

炭素を含む共有結合において、炭素とある原子が不均一結合開裂を起こし、結合電子対が炭素に保持される場合に生じる負に帯電した炭素

カルボアニオンの炭素原子はsp3 混成軌道で、四面体構造をとっており、孤立電子対が頂点の1つを占めているため、電子豊富（求核性）である

ラジカル

安定性：第三級＞第二級＞第一級＞メチル

化合物に光照射するか、ラジカル開始剤を反応させると、炭素とある原子の間の結合が均一結合開裂を起こし、1個の電子を保持した炭素ラジカルが生成する

ラジカル炭素は sp2 混成軌道で、p軌道に1個の電子をもち、電子不足（求電子性）である

カルベン

一般的な安定性：三重項カルベン＞一重項カルベン

ジアゾメタンに光照射、又はクロロホルムに水酸化カリウムなどの強塩基を反応させると、形式電荷を有さず6個の最外殻電子をもつ炭素原子（カルベン）を生じる

C

CH3

CH3BrCH3 C

+

CH3

CH3CH3 Br+

tert -ブチルカチオン

C

H

H

HH C

H

H

H H++

メチルアニオン

C

H

H

HH C

H

H

H HCl・

+

メチルラジカル

Cl

CH2 N N

CHCl3KOH Cl

CCl

－

－

－

＋ +光

メチレンカルベン

N2・CH2・

+ H2O + KCl

ジクロロカルベン

・・

・

C＋

C

C C

空のp軌道

120°

一重項カルベン 三重項カルベン

CHH H

p 軌道

▶混成軌道　C1─（1）─1─2参照

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207

C3 化学物質の性質と反応

１

基本事項

１

化学物質の基本的性質

1.8 反応のエネルギー図

■1.8.1 発熱反応と吸熱反応　出発物に比べて生成物のエネルギー準位が低い場合の反応を発熱反応、一

方、出発物に比べて生成物のエネルギー準位が高い反応を吸熱反応という。

■1.8.2 遷移状態と活性化エネルギー　遷移状態とは、反応出発物から生成物に変換されるときの最もエネルギー状態が高い状態である。　このときの、遷移状態に至るまでに必要なエネルギーを活性化エネルギー

（Ea）という。反応が起こる際のエネルギー変化の全量は反応熱（エンタルピー

変化：ΔH）で示される。

発熱反応 吸熱反応

速い反応

遅い反応

遷移状態

出発物 生成物

反応座標

H H

HH

Ea

遷移状態

出発物生成物

反応座標

Ea

遷移状態

出発物

生成物

反応座標

Ea

遷移状態

出発物

生成物

反応座標

Ea

大

小

エネルギー

大

小

エネルギー

大

小

エネルギー

大

小

エネルギー

Δ Δ

Δ Δ

1.9 電子の動きを表す矢印

■1.9.1 曲がった矢印の意味①曲がった矢印は反応の過程で電子が移動する方向を示す

② 電子が矢印の根元にある原子や結合から、矢印の先の方にある原子や結合上

に移動する

HC Br

HH

OH

H

HHOH Br－ －++

例C

■1.9.2 矢印の意味

両刃矢印

片刃矢印

電子対（電子2個）の移動を表す

電子1個の移動を表す。ラジカル反応などで用いる

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