「環状」とは、端点がなく輪のように連続した形を示す言葉。 読みは「かんじょう」で、漢字・カタカナ表記いずれも同じ読み。 奈良時代に「環」が伝来し、明治期に和製漢語として定着した歴史がある。 道路・化学・ITなど多分野で使われ、閉じた連続性を強調するときに有効。. また、環を構成する原子(炭素だけとは限りません)が5つであれば、5員環、6つであれば6員環というように呼びます。 さて、話がチョッと飛躍しますが、質問にあったグルコース(ブドウ糖)の構造を書いて見ましょう。
環状構造(かんじょうこうぞう)は、分子内の原子が輪のような構造を形成している状態である。化学、特に有機化学において非常に重要で、その種類や性質によって化合物の安定性や反応性が大きく異なる。
種類
環状構造は主に以下の2種類に分けられる。
- 炭素環式化合物
環を構成する原子が全て炭素原子である化合物。(炭素環式化合物の例:シクロプロパン、シクロヘキサン、ベンゼンなど。)
- 複素環式化合物
環を構成する原子の中に、炭素以外の原子が1つ以上含まれている化合物であり、これらは生物学的に重要な分子(DNA、RNA、タンパク質など)の基本骨格となることが多い。(複素環式化合物の例:ピリジン、フラン、チオフェンなど。)
環ひずみ
通常の鎖状炭化水素では、炭素原子の結合角は理想的な正四面体角(約 109.5°)に近くなろうとするが、小さな環では、原子が強制的に接近させられるため、この理想的な角度が保てず、分子内にひずみが生じる。
- シクロプロパン(三員環)
結合角が 60°となり、非常に大きなひずみを持つため不安定で反応性が高い。
- シクロブタン(四員環)
結合角が約 90°で、ひずみは残る。
- シクロヘキサン(六員環)
結合角が 109.5°に非常に近くなる配座(後述)をとることができるため、ひずみがほぼなく非常に安定である。
配座
特に六員環のシクロヘキサンは、環ひずみとねじれひずみを最小限にするために、様々な立体構造をとる。これを配座と言う。
- いす形(Chair Conformation)
最も安定な配座で、結合角が 109.5°に保たれる。置換基はアキシアル位(軸方向)とエクアトリアル位(赤道方向)の2種類に配置される。
- 舟形(Boat Conformation)
いす形よりもエネルギーが高く不安定な配座である。これは、フラッグポール相互作用と呼ばれる立体的な反発が生じるためである。
シクロヘキサン環は、これらの配座の間で配座異性化(環反転)を起こし、より安定ないす形が優勢になる。
脚注
【分類】有機化合物の基礎〜鎖式・環式・飽和・不飽和・炭化水素・官能基など〜 化学のグルメ
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