【名古屋大学】2024 化学 第３問 part1

こんにちは。

今回は名古屋大学第３問になります。第３問は大きく２つに分かれているので、記事を分けてお送りします。

目次

問１　化合物Aの構造式

　アセチレンC₂H₂に臭素Br₂を過剰量付加させるので、炭素間は飽和結合になり、それぞれ臭素原子が２つずつ結合した1,1,2,2-テトラブロモエタンになります。

問２　同位体の割合

　アセチレンC₂H₂の分子量は26であり、同位体の組合せによって以下の分子量をもつ分子ができます。

　(ア)　⁷⁹Brが４つ ⇒ 分子量：342

　(イ)　⁷⁹Brが３つ、⁸¹Brが１つ ⇒ 分子量：344

　(ウ)　⁷⁹Brが２つ、⁸¹Brが２つ ⇒ 分子量：346

　(エ)　⁷⁹Brが１つ、⁸¹Brが３つ ⇒ 分子量：348

　(オ)　⁸¹Brが４つ ⇒ 分子量：350

①　(ア)の分子量は342です。

②　Brの同位体それぞれの存在確率は50%ずつであるため、⁷⁹Brを４つ集めると( 1 2 )⁴ ＝ 1 16  ⇒ 6.25%になります。

③　⁷⁹Brを２つ、⁸¹Brを２つ集めるとき注意点が一つあります。それは臭素Brを選び出す組合せを考えるからです。数Aのように考えるといいと思います。

　⁷⁹Br原子と⁸¹Br原子が１つずつ入っている袋から原子を一つ取り出します。質量数を確認してから、原子を袋に戻します。この操作を４回繰り返し、出てきた４つのBr原子でテトラブロモエタンをつくったとき、(ウ)のようになる確率は？

 

　こんな感じの問題であれば「組合せ」が思いつくでしょう。実際、取り出す順番が「79→79→81→81」でも「79→81→79→81」でも分子量は(ウ)と同じになります。結果、組合せは₄Ｃ₂＝6通りになるので、6×( 1 2 )⁴  ⇒ 37.5%になります。

 

 

問３　化合物Bの分子式

　元素分析です。分子量が100以下であることで分子式まで決まるかと思います。

問４　化合物Ｃ、Ｄの構造式

　問３より、化合物Bの分子式はC₅H₈と決まり、炭素－炭素三重結合をもちます。この時点でBは２種類です。

　水を付加させると図１のようにカルボニル化合物ができます。化合物C・Dはいずれも銀鏡反応を示さないことからケトンのみができる方がBとなります。C・Dを還元すると、それぞれ不斉炭素原子をもつ化合物Eともたない化合物Fができるので、それぞれ構造式が定まります。

問５　ヨードホルム反応を示す化合物

　ヨードホルム反応を示す構造をもつものを選びます。

 

問６　化合物Gの構造式

　問題文より、Gの分子式がC₈H₁₂であることが分かっています。ここで、「不飽和度」について考えると、構造式を見つけやすくなります。

不飽和度

　不飽和度とは、二重結合や三重結合のような不飽和結合、環構造の数を表す値である。「二重結合が１つ」「環構造が１つ」だと不飽和度は１となり、「三重結合が１つ」だと不飽和度は２である。

　例えば、アセチレンは三重結合が１つなので不飽和度２、シクロヘキセンは二重結合が１つ、環構造が１つなので不飽和度２となる。

　分子式から不飽和度を求めることができる。C_nH_mO_l場合、不飽和度Xは次のように表すことができる。

　　X ＝  2n－m＋2 2

　窒素、ハロゲンがある場合、少し変わってきますが基本的にC、H、Oの３元素が含まれることがほとんどなので、ぜひ覚えておくと手掛かりとして使えます。

　今回の場合、C₈H₁₂の不飽和度は「３」であり、水分子が１つしか付加しないことから、三重結合の他に環構造をもつことが分かります。よって、シクロオクチンが答えになります。

【まとめ】

　今回はアルキンへの水の付加反応についてでした。不飽和結合に水が付加するとヒドロキシ基が結合しますが、三重結合の場合、ビニルアルコールに似た構造ができ不安定であるため、図１のようなカルボニル化合物に異性化します。難関大ではこの異性化を踏まえて構造決定させるものもあるので、ぜひ覚えておきましょう。