これに対し、化合物の構造がその構造を一義的に示す体系的な命名法が、IUPAC（国際純正応用化学連合）によるIUPAC名です。

IUPAC名は「接頭語」＋「母体炭素数」＋「接尾語」の3部分から成ります。

• 接頭語　　：主鎖に付く置換基の位置と名称を表します。
• 母体炭素数：主鎖の炭素骨格を表します。
• 接尾語　　：分子中の母体となる官能基を表します。

IUPAC名を見て構造を理解したり、または逆に構造から名前を付けるために必要な知識について、以下で少し掘り下げて説明していきます。

炭化水素の分類

炭化水素とは炭素と水素のみからなる化合物の総称です。また、炭化水素は飽和炭化水素と不飽和炭化水素に分けることができます。

飽和炭化水素とは全ての炭素原子が単結合によってつながった化合物で、これらを総称してアルカンと呼ばれます。一般式はC_nH_2n+2で示されます。

不飽和炭化水素は炭素間に二重結合または三重結合を持つ炭化水素のことで、前者をアルケン、後者をアルキンと呼びます。アルケンはC_nH_2n、アルキンはC_nH_2n-2で示されます。

数詞

IUPAC命名法では、数詞を用いることが多く、この際はギリシャ語の数字を使います。これらは本当によく使うので、意識しなくても自然と身に付くと思います。

直鎖炭化水素の命名

ここでは枝分かれを持たない（＝直鎖）炭化水素について考えます。

二重結合や三重結合を持たないアルカンの場合その一般式がC_nH_2n+2で表されますが、n=1,2,3,4の順に、メタン、エタン、プロパン、ブタンという名称になっています。

それ以降のn=5,6,7,…についてはペンタン、ヘキサン、ヘプタン…と続きますが、これは上で紹介した数詞とアルカン（alkane）のアン（-ane）とを組み合わせたものとなっています。

また、次の項の先取りになりますが、アルキル基というものがあります。これはアルカンの水素をひとつ除いたもののことで、メタンに対応するアルキル基はメチル基、エタンに対応するアルキル基はエチル基といった具合になります。

ここまでを理解できれば、アルケンやアルキンの命名も難しくありません。

アルケン（alkene）はアルカン（alkane）のアン（-ane）をエン（-ene）に変えただけです。例えばプロパン → プロペンといった感じです。

同様にして、アルキン（alkyne）はアルカンのアン（-ane）がイン（-yne）になります。例えば、プロパン → プロピンのようになります。

側鎖を持つアルカンの命名

続いて、側鎖（枝分かれ）を持つアルカンの命名について考えます。具体例を見てから説明を読んだほうがわかりやすいと思うので、最初に具体的なアルカンを記載し、その後に解説をします。

例①　2-メチルブタン

例①を見ると、その化合物名が「2-メチルブタン」となっています。IUPAC名はすでに説明したとおり、「接頭語」＋「母体炭素数」＋「接尾語」の3部分から成ります。今回の場合ですと、

• 接頭語　　：2-メチル
• 母体炭素数：ブタ（but-）
• 接尾語　　：アン（-ane）

となります。

母体炭素数をいうのは、直鎖でつながった炭素数のことなので、ここでは4です。そのブタンの2位にメチル基が付いているため、「2-メチルブタン」となります。

ここで注意すべきことは、メチルの位置を右から3つ目の炭素に付いているから「3-メチルブタン」としては誤りになります。左右両方から数えて、より若い番号のほうを採用するという決まりがあるためです。

また、上記には2種類の構造式を載せましたが、どちらも同じ化合物を意味します。

左側は炭素や水素をCやHで表す書き方です。一方、右側は水素を省略し、かつ、炭素と炭素の結合を直線で表す表記法です。使い分けの基準はありませんが、化合物が複雑になってくると右側の書き方のほうがわかりやすい場合が多いです。

続いて、もう一例みてみようと思います。

例②　3-エチル-2-メチルペンタン

例②についても先ほどと同じように考えます。すると、

• 接頭語　　：3-エチル-2-メチル
• 母体炭素数：ペンタ（pent-）
• 接尾語　　：アン（-ane）

となります。先ほどの説明に従うと、メチルは4位ではなく、2位となります。

ここで気をつけるポイントは、この命名を「2-メチル-3-エチルペンタン」としないようにすることです。普通に考えると「3～2～」よりは「2～3～」のほうが自然ですが、ここでは数字の大小ではなく「メチル」か「エチル」かが判断基準となります。

メチル（methyl）の”m”とエチル（ethyl）の”e”とでは、アルファベット順に考えると、”e”のほうが早いため、エチルのほうがメチルよりも先に表記されるといった具合です。

アルケンの命名

すでに紹介済みですが、分子内に二重結合を1つ持つ炭化水素のことをアルケンといい、その一般式はC_nH_2nで表されます。

アルケンの命名は、アルカンの「アン（-ane）」をアルケンの「エン（-ene）」に変えます。また、二重結合の位置を以下の例のように、炭素の番号が最小になるようにつけます。

例③　ペンタ-2-エン（別名：2-ペンテン）

例④　3-メチルペンタ-1-エン（別名：3-メチル-1-ペンテン）

例⑤　2,6-ジメチルヘプタ-3-エン（別名：2,6-ジメチル-3-ヘプテン）

アルケンの場合、例③のようにアルケン（alkene）の”alk-“と”-ene”の間にその位置を表す数字が入ります。この位置も先ほどと同様に、左右両方から数えて番号の若いほうを採用します。

例④はメチル基がついていますが、これはアルカンの場合と同様に考えればほとんど問題ありません。ただし、アルケンは二重結合の位置により構造式の左右どちらを1位にするか決定してしまっているので（例④の場合は左端が1位）、メチル基の位置も同様に左から数えます。

例⑤はやや複雑な構造に見えますので、順を追って考えていきましょう。

まず、直鎖の炭素数が7のアルケンですので「ヘプタ-n-エン」となります。”n”には二重結合の位置を表す数字が入りますが、二重結合の位置は左から4番目、右から3番目と読めますので、より若いほうを採用し、「ヘプタ-3-エン」となります。

さらにメチル基が2つありますが、この位置は右から数えて2位と6位にあります。同じ置換基の場合は「2-メチル-6-メチル」のようには書かず、「2,6-ジメチル」となります。

この「ジ（di）」は数詞の項で扱った通り、ギリシャ語の”2″を意味します。同じくメチル基が3つあれば「トリメチル」、4つあれば「テトラメチル」のようになります。

少し脱線しましたが、そのような経緯で、例⑤のIUPAC名は主鎖の「ヘプタ-3-エン」と側鎖の「2,6-ジメチル」を組み合わせて「2,6-ジメチルヘプタ-3-エン」となります。

アルキンの命名

分子内に三重結合を1つ持つ炭化水素のことをアルキンといい、その一般式はC_nH_2n-2で表されます。

アルキンの命名は、アルケンの時とほぼ同じで、アルケンの「エン（-ene）」をアルキンの「イン（-yne）」に変えただけです。

例⑥　3,3-ジメチルブタ-1-イン（別名：3,3-ジメチル-1-ブチン）

シクロアルカンの命名

シクロアルカンとは、環状のアルカンのことです。シクロ（cyclo-）はサイクロとも読み、「環」を意味します（自転車のサイクルと同じ語源です）。

その一般式はアルケンと同じC_nH_2nで表され、命名は「シクロ」＋「アルカン」です。

例⑦　シクロペンタン

例⑧　シクロヘキサン

ポリエンの命名

二重結合が複数個ある化合物をポリエンといいます（ポリは複数とかたくさんという意味です）。

例えば二重結合が2つあればジエン（diene）、3つあればトリエン（triene）といったように、数詞とアルケンを組み合わせた命名になります。

例⑨　2-メチルブタ-1,3-ジエン（別名：2-メチル-1.3-ブタジエン）

シクロアルケンの命名

シクロアルケンはその名の通り、環状のアルケンです。環状の化合物なので末端がないため、二重結合のある炭素のどちらか一方を1位とします。

例⑩　1-メチルシクロペンテン

例⑪　1,6-ジメチルシクロヘキセン

例⑩の命名を見てもわかるように、シクロアルケンの場合は二重結合の番号を書いていません（置換基の番号は書きます）。これは、必ず二重結合が1位と2位になるため、わざわざ位置を示す必要がないためです。

例⑪の左と右は同じ化合物ですが、炭素の番号の振る位置が違います。

その命名は左だと「1,6-ジメチルシクロヘキセン」となり、右だと「2,3-ジメチルシクロヘキセン」となります。このような場合、より若い番号を含むほうが優先されるため、左が正しく、右の数字の振り方は誤りとなります。

以上が基本的な炭化水素のIUPAC命名法となります。

次の項では、炭化水素でない化合物（ヘテロ原子含有化合物）の命名法について説明します。

ヘテロ原子とは、炭素および水素以外の原子のことです。有機化学においてよく使われる例を挙げるなら、酸素（O）、窒素（N）、硫黄（S）などです。例えばアルコールは－OH基（ヒドロキシ基）を持ちますので、ヘテロ原子含有化合物ということになります。

ヘテロ原子含有化合物の命名は、炭素鎖を語幹とし、ヘテロ原子を含む官能基を語尾として表します。言葉ではぴんとこないかもしれないので、以下に具体例を見ていきます。

アルコールの命名

－OH基を持つ化合物をアルコールといいます。

炭化水素の命名のルールさえしっかり理解していればアルコールの命名は単純で、炭化水素の語尾の”-e”をアルコールを表す”-ol”に変えるだけです。

例えばメタンに－OH基が付いたらメタノール（methanol）、エタンに－OH基がついたらエタノール（ethanol）といった具合です。二重結合や三重結合を含む場合も同様のルールで命名できます。下の図と命名を見比べて確認してください。

プロパン-1-オール（propan-1-ol）（別名：1-プロパノール）

プロパン-2-オール（propan-2-ol）（別名：2-プロパノール）

ブタ-3-エン-2-オール（but-3-en-2-ol）（別名：3-ブテン-2-オール）

上図の最後の構造式では少し気をつけなければいけないことがあります。この化合物の右を1位と読んで「ブタ-1-エン-3-オール」としてしまうのは間違いです。

二重結合と－OH基の両方の官能基を持つ化合物の場合、－OH基に高い優先順位を持たせることになっていますので、－OH基に近い末端の炭素を1位とする必要があります。

アミンの命名

－NH₂基や－NH－基などの官能基を持つ化合物をアミンといいます。

アミンの命名は、炭化水素の語尾の”-e”をアミン”amine”に変えます。もしくは、アルキル基に”amine”をつける命名でもよいことになっています。

エタンアミン（ethanamine）もしくは、エチルアミン（ethylamine）

チオールの命名

－SH基を持つ化合物がチオールです。

炭化水素の語尾にそのままチオールをつければ命名となります。

ブタン-1-チオール（butane-1-thiol）

アルデヒドの命名

－CHO基を持つ化合物をアルデヒドといいます。

炭化水素の語尾の”-e”をアルデヒドを表す”-al”として命名します。

プロパン-1-アール（propan-1-al）（別名：1-プロパナール）

ケトンの命名

＞C＝O基を持つ化合物がケトンです。

炭化水素の語尾の”-e”をケトンを表す”-one”として命名します。

ペンタン-2-オン（pentan-2-one）（別名：2-ペンタノン）

ペンタン-3-オン（pentan-3-one）（別名：3-ペンタノン）

カルボン酸の命名

－COOH基を持つ化合物がカルボン酸です。

命名の際は炭化水素の語尾の”-e”をカルボン酸を表す”-oic acid”とします。日本語では炭化水素にそのまま「酸」をつけるだけです。

プロパン酸（propanoic acid）

ただし、カルボン酸は特に慣用名が多く使われます。IUPAC名ではないですが、以下のような呼び方も知っておく必要があります。

エステルの命名

エステルはアルコールとカルボン酸が脱水縮合したもので、－COO－という部分を持ちます。

命名の際は対応するアルコールとカルボン酸の組み合わせとなります。具体的には、アルコールのOHを除いたアルキル基に、カルボン酸の語尾”-ic acid”を”-ate”と変更したものを付け加えます。また、日本語では「カルボン酸」＋「アルキル基」となります。

アミドの命名

アミドはアミンとカルボン酸が脱水縮合したもので、－CONH－という部分を持ちます。

命名の際は対応するカルボン酸の語尾”-oic acid”を”-amide”に変えます。また、日本語では「アルカン」＋「アミド」となります。

（左）エタンアミド、ethanamide
（右）N-エチルエタンアミド、N-ethylethanamide

上図左側のようにアミドの窒素側が－NH₂となっている場合については「アルキル基」＋「アミド」でいいのですが、上図右側のように窒素原子に別の炭素鎖が付いている場合は、「N-」＋「置換基」を頭につけることになります。

言葉では覚えづらいので、下にもう1例挙げます。

N,N-ジメチルエタンアミド、N,N-dimethylethanamide

エーテルの命名

アルキル基と別のアルキル基がO（酸素原子）を介してつながったものがエーテルです。

その命名は「アルキル基」＋「別のアルキル基」＋「エーテル」といった呼び方になります。

（左）エチルメチルエーテル、ethyl methyl ether
（右）ジエチルエーテル、diethyl ether

上図左側において「メチル」と「エチル」の順番を決める際は、英語表記のアルファベットの順番で決まります。つまり、”methyl”と”ethyl”なら”ethyl”が先で、”methyl”と”propyl”なら”methyl”が先となります。炭素鎖の長さなどは関係ありません。

また、上図右側のように左右のアルキル鎖が同じ場合は、”2″を表す”di”を使います。

スルフィドの命名

アルキル基と別のアルキル基がS（硫黄原子）を介してつながったものがスルフィドです。つまり、エーテルのOがSになったものともいえます。

その命名もエーテルの時と同様で、「アルキル基」＋「別のアルキル基」＋「スルフィド」となります。

（左）エチルメチルスルフィド、ethyl methyl sulfide
（右）ジエチルスルフィド、diethyl sulfide

複数の官能基を含む化合物の命名

二重結合とアルコールの両方を持つ化合物の場合、その命名はアルコールを優先させることはすでに説明したとおりです。有機化合物の中には、他にもアルコールとエステルの両方を持つものやカルボン酸とアミンの両方を持つものなど、複数の官能基を含む化合物というのが数多く存在します。

それらを命名する際にどちらを優先するべきかというのは以下のように決まっています。

• （上ほど優先順位が高い）
• 陽イオン
• カルボン酸
• 酸無水物
• エステル
• アミド
• アルデヒド
• ケトン
• アルコール
• チオール
• アミン
• エーテル
• スルフィド
• アルケン
• アルキン
• アルカン
• （下ほど優先順位が低い）

しかし実際にはこれらを覚えこむ必要はないと思われます。知識として抑えておきたいことは3つ、

1. アルコールと二重結合を持つ化合物はアルコールを優先して命名する。
2. 何よりもカルボン酸を優先して命名する。
3. エステルもやや優先順位が高い。

ということです。

2. についてはカルボン酸と陽イオンが共存する場合に限ってはこの書き方では誤っていることになりますが、そのような化合物を命名する機会はほとんどないと思いますので、このように覚えてしまっても問題ないかと考えられます。

ここで優先順位の高い官能基は化合物の母体となりますが、それ以外の官能基については置換基という扱いとなります。それぞれの官能基が母体となった時の命名は上述のとおりですが、置換基として扱う時はまた呼び方が変わるので、以下の一覧表を見てください。

そして化合物としての命名の仕方は、「置換基」＋「母体（語幹＋語尾）」となります。語幹とは、最長の炭素鎖のことで、語尾は、優先順位の高い官能基のことです。具体例を挙げると、以下のようになります。

methyl 2-hydroxybenzoate（慣用名：サリチル酸メチル）

上図はサリチル酸メチルと呼ばれる化合物ですが、この化合物にはエステルとアルコールが含まれます。IUPAC命名法に従うとエステルの優先順位が高いため、エステルが母体、アルコールは置換基ということになります。

以上がヘテロ原子含有化合物のIUPAC命名法となります。

やや複雑な部分もありましたが、命名法だけを完璧に理解しようとするのではなく、これから別の項を勉強する中で折りに触れて命名についても考えていけば、自然とその法則に慣れていくことができるはずです。

次の項では、代表的な化合物の慣用名について説明します。

この項では慣用名がよく使われる化合物の例を挙げていきます。

どれも頻出かつ重要な化合物ですが、慣用名なだけに規則や覚え方が曖昧なもの（または全くないもの）が多く、なかなかすぐには覚えきれないかもしれません。ですが、無理に暗記しようとする必要はありません。

以下の化合物は有機化学を勉強していく中で本当によく見かけますので、復習の機会はたびたびあります。そのため、この項は単なる紹介程度のものだと思ってください。

価電子の数は水素原子なら1つ、炭素原子だと4つ、酸素原子では6つ、と原子により様々ですが、分子の構造を見ると、基本的にはどの原子の周りにも8つの電子が配置されるような構造を取っています（水素原子の周りのみ、2電子で安定）。このことを8電子則といいます。

8電子則に従うと、分子がどのような構造を取っているのか（どのような結合をしているのか）を知ることが出来ます。

上の図がメタン（CH₄）のルイス構造式です。炭素は価電子を4つ持っていて（●で表現）、水素は価電子をそれぞれ1つずつ持っています（×で表現）。

結果としてメタン分子の炭素の周りには8電子、水素の周りには2電子が存在することになるので、メタンは安定した分子となります。

上の図（左）は、メタナール（慣用名：ホルムアルデヒド）のルイス構造式です。図のように炭素と酸素の間に2対（4つ）の電子を配置することで全ての原子が8電子則を満たします（水素は2電子）。ここでの2対の電子というのが、つまりは二重結合を意味します。

また、三重結合を持つエチン（慣用名：アセチレン）の場合、上の図（右）のようなルイス構造式が書けます。

図1

8電子則を満たすため、二酸化硫黄は分子内で正電荷と負電荷を持つことになります。その際、図の左側のように左の酸素が負電荷を帯び右の酸素が二重結合を形成しても良いし、図の右側のように逆の配置でも良いはずです。

このように左右どちらの書き方でも正しい場合この2つのルイス構造式は互いに共鳴構造であるということになります。

共鳴構造を考える際に大事なことは全ての原子の位置は変えずに電子の位置が異なるということです。

また、共鳴構造を示す際に大事なことは、図1にもあるように互いの構造を両頭矢印で結ぶことと、全体をかっこで覆うことです。矢印を↔ではなく⇄にしてしまうと、こちらは平衡反応を示すことになりますので全く別の意味になってしまいます。注意してください。

ところで、分子というのは本来、電荷が局在化しているとエネルギー的に不安定であり、電荷が分子全体に分散しているほうが安定です。この電子の分散した状態を電子の非局在化といいますが、図1の左側の構造式も右側の構造式も、だいぶ電荷が偏っています。

そこで、大事な概念として、二酸化硫黄は図1の2つの構造式のどちらかの状態で居続けるというわけではなく、2つの構造の複合体となります。この複合体を共鳴混成体と呼びます。

共鳴混成体のイメージが沸きにくい場合は、2種の構造がものすごく早い速度で交互に入れ替わっているような状態を想像してください。その過程における電子の空間的な広がりが前述の「電子の非局在化」であり、その状態の分子全体が共鳴混成体です。

このように考えると、分子全体の電子の偏りはより小さくなります。つまり、図1の硫黄原子が+1の正電荷を帯びているのは変わりませんが、2つの酸素原子はそれぞれ-1/2の負電荷を帯びるという勘定になります。

（補足）

先ほど、2つの矢印「↔」と「⇄」は違うと説明しましたが、具体例を挙げると以下のようになります。

図2：炭酸イオンの共鳴構造式

図3：平衡反応式（ケト－エノール互変異性）

図2の共鳴構造式と図3の平衡反応式を比べると、図2では全ての原子が動いていないのがわかります。つまり、電子のみが移動しています。

一方の図3ではもちろん電子は動きますが、水素原子も移動しています。このような場合は共鳴ではなく、平衡反応と呼ぶことになります。また、ケト－エノール互変異性については別の項で扱います。

結合の開裂

ルイス構造の項で説明したように、共有結合は2つの電子から成ります。有機反応によってその結合が切れる時には、2つの電子がどうなるのかで開裂の仕方に違いがでます。その違いは以下の図の通りです。

（左）図1．ホモリシス　（右）図2．ヘテロリシス

図1に示すように、結合を成していた2つの電子がばらばらになり、反応後の2つの生成物のそれぞれに1つずつ付くような開裂の仕方を「ホモリシス」と呼びます。

「ホモ（homo-）」は「同じ」、「等価な」といった意味を持つ接頭語で、電子が生成物Aにも生成物Bにも等しく分配されることを指しています。

また、これら生成物A,Bのような不対電子をもった化合物を「ラジカル」といいます。このラジカルを使った反応（ラジカル反応）は重要なテーマですが、また別の項にて扱います。

一方、図2のように2つの電子が一方に偏って結合が切れるような開裂が「ヘテロリシス」です。

「ヘテロ（hetero-）」は「異なった」という意味の接頭語で、反応生成物がカチオン（陽イオン）とアニオン（陰イオン）に分かれることから、このような呼び方をします。

補足ですが、図１の片羽矢印は電子１つ分の移動を表します。図2の両羽矢印は電子2つ分の移動を表します。

ホモリシスとヘテロリシス、この違いは大事なので覚えておく必要があります。2つの電子が均一に開裂し、2つのラジカルを生成するのがホモリシスです。2つの電子が不均一に開裂し、カチオン（陽イオン）とアニオン（陰イオン）を生成するのがヘテロリシスです。

結合の生成

上記のホモリシス・ヘテロリシスの違いが分かれば、生成についても容易に理解が出来ます。開裂反応の逆を考えれば良いだけです。以下の図で確認してください。

（左）図3．ラジカル反応　（右）図4．イオン反応（極性反応）　　　

図3はホモリシスの逆で、ラジカル反応といいます。その名の通り、ラジカル同士が1つずつ電子を出し合って結合を生成します。

図4はヘテロリシスの逆で、イオン反応または極性反応です。アニオン（陰イオン）の持つ2つの電子（孤立電子対）をカチオン（陽イオン）に供与することで、結合を生成します。

求電子試薬と求核試薬

有機反応は電子の移動が伴います。というよりも、電子の移動が反応そのものといえます。電子の豊富な化合物と電子の足りない化合物とが反応して安定な物質が出来る、といったイメージです。

電子が不足した試薬のことを求電子試薬といい、電子が過剰な試薬のことを求核試薬といいます。求電子・求核の考え方は重要ですので、各反応の説明に入る前にこれらについて記述します。

求電子試薬とは、その試薬自身が電子不足であり、電子密度の高い物質と反応するような試薬のことです。「電子」を「求」める「試薬」、とってもわかりやすい名前です。

自身が電子不足というのは、陽イオンや空軌道を持つ分子などが当てはまります。具体的には、H⁺、⁺NO₂、BF₃、FeBr₃ などが挙げられます。

求核試薬は求電子試薬とは反対で、自身が電子過剰なため、電子密度の低い物質と反応します。電子過剰ということで、陰イオンや非共有電子対を持つ分子などが相当します。具体的には、^–OH、CN^–、ROH、NH₃などです。

置換反応

置換反応とは、反応前の物質（これを基質といいます）の一部分が、反応試薬の一部分と置き換わる反応のことを指します。ここでいう「一部分」とは、原子であったり置換基であったりと様々です。

また、置換反応は「求電子置換反応」と「求核置換反応」に大別されます。基質に対して求電子試薬が反応すれば「求電子置換反応」で、求核試薬が反応すれば「求核置換反応」です。

図1．求電子置換反応

図2．求核置換反応

図1の反応では、基質であるベンゼンに対して求電子試薬であるニトロニウムイオンが反応し、ニトロベンゼンが生成されます（本来ならベンゼンに硝酸と硫酸を加える反応ですが、簡略化しています）。

図2の反応では、基質であるクロロメタンに対して求核試薬の水酸化物イオンが反応し、その結果メタノールが生成します。

付加反応

付加反応とは、不飽和結合（二重結合や三重結合）の1つの結合が切れ、そこに新たな原子や置換基が結合するような反応です。ここでも置換反応と同様、その反応試薬によって求電子付加反応と求核付加反応に大別されます。

図3．求電子付加反応

図4．求核付加反応

脱離反応

脱離反応は付加反応の反対と考えてください。つまり、分子内から2つの原子（または原子団）が抜けて、そこに結合が形成されるような反応です。結果として、二重結合（正確には多重結合）が生成します。

脱離反応の分類として、E1脱離（一分子脱離）とE2脱離（二分子脱離）がありますが、ここはひとつの大きなテーマになりますので、別の項で扱います。

図5．脱離反応

転位反応

転位反応は原子や置換基が別のその分子の別の部位に移動するような反応です。水素が移動する水素移動が頻出です。アルキル移動やBaeyer-Villiger酸化（詳細は別の項で）などもあります。

これらの反応は、転位前の化合物よりも転位後の化合物のほうが安定であるために起こるものです。

図6．転位反応（水素移動）

1. アレニウス（Arrhenius）の定義
2. ブレンステッド・ローリー（Brønsted–Lowry）の定義
3. ルイス（Lewis）の定義

アレニウス（Arrhenius）の定義

アレニウスの定義では、

• 酸　：水素イオンを生じる物質
• 塩基：水酸化物イオンを生じる物質

という、至ってシンプルな分け方をしています。

しかし、水溶液中ではこの説明で通用したとしても、非水溶媒では適用できないこともあり不完全な定義といえます。

ブレンステッド・ローリー（Brønsted–Lowry）の定義

ブレンステッド・ローリーの定義では上述の問題点を改良し、酸・塩基反応をプロトンの移動であると考えています。つまり、

• 酸　：プロトン供与体
• 塩基：プロトン受容体

と定義しています。

HClは相手にH⁺を渡すため酸であり、NH₃はH⁺を受け取ってNH₄⁺となるため塩基である、といった具合です。

しかし、アレニウスの定義より適用範囲の広いブレンステッド・ローリーの定義ですが、まだ問題点があります。それは、プロトンを持つ物質でしか適用できないということです。

ルイス（Lewis）の定義

そこで、ルイスの定義が登場します。その定義は以下のようなものです。

• ルイス酸　：電子対を受け取る物質
• ルイス塩基：電子対を供与する物質

ルイスの定義による酸・塩基はそれぞれ、ルイス酸・ルイス塩基と呼ばれます。

電子対を受け取る物質とは、外殻が閉殻構造をとるのに少なくとも2電子不足している化学種のことで、電子を受け取ることで安定構造となります。

一方、電子対を供与する物質とは、少なくとも1対の非共有電子対を持つ化学種のことです。ルイス塩基の非共有電子対がルイス酸と共有されて新しい結合ができます。

この定義ならば、プロトンを持たない物質の酸・塩基についても適用が可能です。プロトンを持たない酸とは、例えばBF₃、AlCl₃などが挙げられます。もちろん、プロトンを含んでいる酸もルイス酸と呼ぶことができます。

以下に、ルイス酸とルイス塩基の酸・塩基反応の例を示します。

以上をまとめると、下の表のようになります。

演習問題）９９回薬剤師国家試験　問９

炭素原子を含む重要な中間体は主に4種ほどあり、それらは以下の通りです。

1. カルボカチオン
2. カルボアニオン（カルバニオン）
3. カルボラジカル
4. カルベン

カルボカチオン

カルボ（carbo-）はカーボン（carbon）、つまり炭素のことです。カチオンは陽イオンのことを指します。よって、カルボカチオンとは、「正に帯電した炭素」ということになります。また、炭素から出る結合は3本であり、sp²混成軌道を取ります。

カルボカチオンの炭素原子と結合する炭素の数によりカチオンの安定性が変わりますが、安定性の大小は以下の通りです。

上の図で第３級カルボカチオンの安定性が高いのは誘起効果（I効果）によってカルボカチオンの正電荷が非局在化するためです。

誘起効果（I効果）とは、ある原子（原子団）が他の原子の静電的環境に影響を及ぼすことをいいます。

今回の例だと、正電荷の電気的偏りを抑えるために、隣にある炭素原子から電子（の一部）が供給されることになります。そうすると正電荷は弱まり、カルボカチオン全体で見ると電荷の偏りが少なくなります。

電子供与基となる炭素原子（アルキル基など）はこのように隣の正電荷に電子を分け与えることができますが、水素原子ではそのようなことができません。

そのため、メチルカチオンは誘起効果がなく電荷の偏りが大きいために不安定となります。それよりはアルキル基が1つ付いた第１級カルボカチオンのほうが安定で、さらに第２級、第３級カルボカチオンの順に安定度が増します。

カルボアニオン（カルバニオン）

カルボアニオンは負に帯電した炭素のことです。カルボカチオンは炭素に付く原子団が3つであったためsp²混成軌道を取っていましたが、カルボアニオンの炭素は3つの原子団との結合に加え孤立電子対を持つためその軌道はsp³混成軌道を取ることになります。

カルボアニオンの安定性の大小は以下のとおりです。

こちらはカルボカチオンの時とは逆になっています。しかし、ここでも電荷の偏りが小さいほうが安定である、という原則は同じです。

つまり、中心にある負電荷を周りに分散させたほうが安定になるのですが、隣にある原子が電子供与性基である炭素原子だとなかなか電子を受け取ってもらえません。一方、隣の原子が水素であれば、アニオンの負電荷をうまく流すことができるというわけです。

ちなみに、水素の代わりに、電気陰性度の高い電子求引性基であるハロゲンなどを用いれば、さらにスムーズに電子を非局在化できるので、より安定なアニオンとなります。

カルボラジカル

前の項で見たように、1つの不対電子を持った原子をラジカルといいます。つまり、カルボラジカルは不対電子を持つ炭素ということになります。

ラジカルの炭素は3つの結合を持ち、sp²混成軌道を取ります。ラジカルはカチオンやアニオンと比べても非常に反応性に富み（それだけ不安定だといえます）、一度ラジカル反応が開始されると非常に速い速度で連鎖反応が起こります。

ラジカルの相対的な安定性は、カチオンの時と同様の順序です。これは、ラジカルの炭素が8電子則から考えて電子不足であるので、カチオンの時と同じ考え方に基づきます。

カルベン

価電子が6で、かつ電荷を持たない炭素をカルベンといいます。

最も単純なカルベンは以下の構造を持つメチレンです。

本来は最外殻電子数が8つであることが望ましいのでカルベンは残り2つ分の電子を受け入れるような反応が起こりやすいです。言い換えると、求電子性が高いということになります。

ここまでの説明だと、吸熱反応は外からのエネルギーが必要で、発熱反応は勝手にどんどん反応が進む…というイメージを持つかもしれませんが、実際には違います。

吸熱反応・発熱反応というのはあくまで基質と生成物の持つエネルギー準位の比較であって、反応の起こりやすさはそれとは別の「活性化エネルギー」というもので決まります。以下の図を見てください。

反応のエネルギー図

上図は発熱反応を示していますが、基質がエネルギーを発散してすぐに生成物に変化するわけではありません。図にある通り、基質は遷移状態である反応中間体を経て生成物となります。

そのため、たとえ発熱反応でも、まずは外からエネルギーを加えて遷移状態を越えなければ反応は起きません。よって、反応の起こりやすさというのは活性化エネルギーの大小で決まります。

活性化エネルギーが大きければ（図でいうと山の高さが高ければ）、それだけ反応は進みにくくなります。逆に活性化エネルギーが小さければ（山の高さが低ければ）、反応は進行しやすいということになります。

参考のため、以下に吸熱反応のエネルギー図も載せておきます。

（左）発熱反応　（右）吸熱反応