不飽和度
環とπ結合の総数を決定する項

有機分子の分子式を解析する際、不飽和度 (DU) (水素欠損指数 (IHD)、二重結合当量 (DBE)、または不飽和指数[1]とも呼ばれる) は、環とπ 結合の総数を決定する計算です。有機化学では、化学構造を描くために式が使用されます。式からは、環の数、二重結合の数(それぞれ 1 つの π 結合)、三重結合の数 (それぞれ 2 つの π 結合) など、個々の成分に関する情報は得られません。最終的な構造は、NMR、質量分析、IR 分光法、および定性検査を使用して検証されます。これは、実際の分子式を、環を持たずσ 結合のみを含み、すべての原子が標準の原子価を持つ構造が飽和している場合の可能な式と比較することに基づいています。

一般式

不飽和度の計算式は次のとおりです。

D あなた ＝ ∑ n 私 （ v 私 − 2 ） 2 + 1 {\displaystyle \mathrm {DU} ={\sum n_{i}(v_{i}-2) \over 2}+1}

ここでn iは原子価 v iを持つ原子の数である。[2]

つまり、原子価xの原子は 、不飽和度に 合計x − 2を寄与します。その結果は半分になり、1が加算されます。

簡略化された式

特定の分子種については、一般式を簡略化したり、より明確に書き直したりすることができます。例えば、

二重結合当量 ＝ （ 1つの + 1 ） − b − c + f 2 {\displaystyle {\text{二重結合当量}}=(a+1)-{\frac {b-c+f}{2}}}

どこ

a = 化合物中の炭素原子の数
b = 化合物中の水素原子の数
c = 化合物中の窒素原子の数
f = 化合物中のハロゲン原子の数

または

r 私 n グラム s + π   b o n d s ＝ C − H 2 − X 2 + 北 2 + 1 {\displaystyle \mathrm {環+\pi \ 結合} =C-{\frac {H}{2}}-{\frac {X}{2}}+{\frac {N}{2}}+1\,}

ここで、C = 炭素の数、H = 水素の数、X = ハロゲンの数、N = 窒素の数であり、[3]は同等の結果を与えます。

どちらの場合でも、 2 − 2 = 0 であるため、酸素やその他の二価原子は不飽和度に寄与しません。

説明

炭化水素の場合、DBE（またはIHD）は、非飽和構造中の環式および／または追加結合の数を示します。これは、構造を飽和させるために必要な水素対の数に等しくなります。これは、2つの元素が結合して環を形成したり、構造中に1つの追加結合（例えば、単結合を二重結合に変更）を追加したりすると、2つの水素原子の必要性が減少するからです。非炭化水素の場合、対を構成する元素には、周期表のリチウム族およびフッ素族の任意の元素が含まれ、必ずしもすべての水素原子が含まれるとは限りません。

一般的な式の形式は次のとおりです。

虚血性心疾患 ＝ C + 1 + 北 2 − H 2 − X 2 {\displaystyle {\text{IHD}}=C+1+{\frac {N}{2}}-{\frac {H}{2}}-{\frac {X}{2}}}

ここで、 C、N、H、Xはそれぞれ炭素、窒素、水素、ハロゲン原子の数を表します。右辺の各項はそれぞれ以下のように説明できます。

  • 末端炭素を除き、2つの単結合で構造に連鎖するすべての炭素には、水素原子が2つ結合している必要があります。式中の炭素数は、実際には、その数の炭素が飽和構造を形成するために必要な水素原子対の数を表しています。（これは、炭素が骨格鎖に挿入される場合、末端に結合して水素原子を置換する場合、または炭素から分岐して水素原子を置換する場合など、構造に炭素が付加される場合にも当てはまります。）
  • 主鎖の2つの末端炭素にはそれぞれ1つの水素原子が必要です。そのため、式に「1」が加えられています。（分岐の末端には計算にHを加える必要はありません。分岐によって置換されたHは、分岐末端に追加されたHとしてカウントされるためです。これは、分岐が任意の元素で末端化している場合にも当てはまります。）
  • 末端窒素を除いて、鎖中の各窒素には1つのHのみが結合し、これは水素の半分のペアである。そのため、+ ⁠北/2⁠は式中に含まれており、窒素原子2個ごとに1の値が与えられます。（これは、窒素原子が骨格鎖に挿入された場合、末端に結合してHを置換した場合、またはCから分岐してHを置換した場合など、構造に窒素原子が追加された場合でも当てはまります。）
  • ⁠​H/2⁠ は水素原子対の数を表します。これは、水素原子2個ごとに1という値を与えるためです。式の中でこの値を差し引くことで、不飽和構造において水素原子対がいくつ欠けているかを数え、水素の欠乏度を示します。（ IHD = 0の場合、水素原子対は欠けておらず、これは水素欠乏がないことを意味します。）
  • ⁠の存在X/2⁠は⁠と同様の理由ですH/2⁠。

構造に酸素原子を追加するには水素原子を追加する必要がないため、式には酸素原子の数は記載されていません。さらに、この式は、周期表のCAS A族の第I族（水素およびリチウム族）、第IV族（炭素族）、第V族（窒素族）、および第VII族（フッ素族）のすべての元素を含むように一般化できます。その場合、以下のようになります。

虚血性心疾患 ＝ G 4 + 1 + G 5 2 − G 1 2 − G 7 2 {\displaystyle {\text{IHD}}=G_{4}+1+{\frac {G_{5}}{2}}-{\frac {G_{1}}{2}}-{\frac {G_{7}}{2}}}

あるいは単に、

虚血性心疾患 ＝ G 4 + 1 + G 5 − G 1 − G 7 2 {\displaystyle {\text{IHD}}=G_{4}+1+{\frac {G_{5}-G_{1}-G_{7}}{2}}}

参照

  • ヨウ素価- サンプル中の二重結合の数の実用的な尺度

参考文献

  1. ^ Sparkman, David O. (2006).質量分析デスクリファレンス. ピッツバーグ: Global View Pub. p. 54. ISBN 0-9660813-9-0。
  2. ^ Badertscher, M.; Bischofberger, K.; Munk, ME; Pretsch, E. (2001). 「有機分子の不飽和度を特徴付けるための新たな形式論」. Journal of Chemical Information and Modeling . 41 (4): 889–93 . doi :10.1021/ci000135o. PMID  11500105.
  3. ^ 有機構造分光法、第1章。

ヤング、ポール・R.（2000年）『実用分光法』ISBN 0-534-37230-9。

  • 分子量と不飽和度の計算機
  • 不飽和度 2014年1月4日アーカイブ at the Wayback Machine
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