3.01-3.10
3.01
テキストpp72-73（または後ろ見開き）の、官能基の構造を示した表を参照すること。 ただし、「官能基名」と、「その官能基を持つ化合物の一般名」を混同しないこと。
教科書下巻、巻末付録の例解では、官能基名を示さずに、その官能基を持つ化合物の一般名（ケトン、エステル、アルコールなど）を与えており、「官能基を示せ」との問いに対して必ずしも適切でないと判断できる部分もある。注意されたし。
メチオニン の３次元模型
イブプロフェン の３次元模型
カプサイシン の３次元模型
（解答例）
官能基（その官能基をもつ一般名）の順で示す。
(a) methionine, (IUPAC名：2-amino-4-(methylsulfanyl)butanoic acid)
緑丸：スルフィド結合（スルフィド）。短いほうのアルキル基であるメチル基も含めた次の部分、CH3-S- は、メチルチオ基、またはメチルスルファニル基ということができる。（発展の項を参照）
ピンク丸：アミノ基（アミン）
茶四角：カルボキシ基（カルボン酸）
青丸：カルボニル基、付け根の炭素を除いて =O のみで言う場合は、オキソ基。このカルボニル基はカルボキシ基の一部なのでわざわざ指摘する必要は無い。
(b) ibuprofen, (IUPAC名：2-(4-isobutylphenyl)propanoic acid)
黄四角：芳香環（芳香族化合物、アレーン）
茶四角：カルボキシ基（カルボン酸）
青丸：カルボニル基、付け根の炭素を除いて =O のみで言う場合は、オキソ基。このカルボニル基はカルボキシ基の一部なのでわざわざ指摘する必要は無い。
(c) capsaicin, (IUPAC名：N-(4-hydroxy-3-methoxybenzyl)-8-methylnon-6-enamide)
橙丸：エーテル結合（エーテル）。短いほうのアルキル基であるメチル基も含めた次の部分、CH3-O- は、メチルオキシ基、またはメトキシ基ということもできる。
黄緑丸：水酸基、または、ヒドロキシ基（フェノール）。水酸基がアルカンに結合している場合はアルコールだが、芳香環に結合している場合はフェノールである。（狭義では、ベンゼン環上に水酸基をもつ C6H5-OH がフェノール（化合物の名称）であるが、広義では、芳香環上に水酸基をもつ Ar-OH も一般にフェノール（化合物群の名称）と総称することがある。区別のため、後者をフェノール類という言い方をする人もいる。）
黄四角：芳香環（芳香族化合物、アレーン）
紫四角：アミド結合（酸アミド）
青丸：カルボニル基、付け根の炭素を除いて =O のみで言う場合は、オキソ基。このカルボニル基はカルボキシ基の一部なので、わざわざ官能基として取り上げる必要は無い。
赤丸：二重結合（アルケン）
（発展）
硫黄の単核水素化合物、SH2 を「スルファン、sulfane」として誘導すると、メチルチオ基 CH3-S- は、メチルスルファニル基であるという言い方になる。
IUPAC 1979 では、アルキルチオ基という言い方が、IUPAC 1993 では アルキルスルファニル基という言い方を推奨しているとのこと。
参考：（外部リンク）「化合物命名法談義（メニュー）」より、「カルコゲンの置換基」
http://homepage1.nifty.com/nomenclator/text/chalco.htm
（発展２）
カルボキシ基とカルボキシル基
カルボン酸を与えるような官能基 -CO2H を、カルボキシ基という。現在、ウェブ上や、教科書等においては、カルボキシル基と表記されることもありますが、IUPACの1993年勧告で、カルボキシル基という表現は廃止されたそうです。従って、皆さんは「カルボキシ基」という表記が正しい（または、好ましい）という認識を持っていてください。（たとえば「but-2-ene」表記することが推奨されている化合物について、まだ 「2-butene」という表記が多々見られるようなものです。カルボキシル基が間違いとまでは言えないところでしょう。）
また、これは、水酸基（ヒドロキシ基）についても同様です。以前は、ヒドロキシル基という表記をしていましたが、IUPACの1993年勧告で、ヒドロキシル基という表現は廃止となっています。
3.02
（誤）つぎの官能基をもつ簡単な分子を示せ。
（正）つぎの官能基や一般名をもつ簡単な分子を示せ。
たとえば (a) アルコールは、官能基の名称ではない。
なお、「分子を示せ」という問いに対して、少なくとも、「構造式（または、示性式）」と「名称」を答えるべき。
テキストpp72-73（または後ろ見開き）の、官能基の構造を示した表を参照すること。
（解答例）
示された官能基を持つような分子には、さまざまなものがある。ここでは、その中の数例のみを示す。
(a) CH3OH（メタノール）
他にエタノール、プロパノールなども可。
(b) 下図（左はベンゼン、右はナフタレン）
(c) CH3CO2H（エタン酸（慣用名：酢酸））
他にもメタン酸（慣用名：ギ酸）、プロパン酸なども可。
(d) CH3NH2（メチルアミン）、(CH3)NH
2（ジメチルアミン）
(e) CH3COCH2NH2（1-アミノ-2-プロパノン）：下図左。
「ケトン」であるためには、カルボニル基に２つのアルキル基が結合していなければならない。図右の CH3CONH2（エタンアミド（慣用名：アセトアミド））は、1-アミノ-2-プロパノンよりも更に単純な構造であるが、カルボニル基（C=O）に結合している一方がアルキル基ではないので、ケトンではない。
また「アミン」であるためには、窒素上の３つの置換基が、水素またはアルキル基である必要がある。図右のエタンアミドでは、窒素に結合しているのがアルキル基ではないので、アミンでもない。（アルキル基が１つ結合したカルボニル基、RC(=O)-は、まとめてアシル基と呼ばれる。）
(f) CH2=CH-CH=CH2（1,3-ブタジエン）：
下図右（1,3-シクロヘキサジエン）や、CH2=C=CH2（1,2-プロパジエン）などでも良い。
注意：「官能基」としての「二重結合」が指すのは、一般的に炭素炭素の間の二重結合に限定される。したがって、二酸化炭素 O=C=O の様な例は、不正解とする。また、ベンゼン C6H6 も３つの炭素炭素二重結合を持つが、芳香環の中の二重結合は、個別の炭素炭素二重結合とは異なる挙動を示すために「芳香族化合物」は「アルケン」とは別の一群に分類されている。そのため、この問いの答えとしてベンゼンを示すことは、あまり良い例とはいえない。
（発展）
アミン類の命名もそうとうややこしい。CH3NH2 は、methylazane, methanamine, methylamine のいずれも正しい。(CH3)NH
2 は、dimethylazane, dimethylamine などとなる。
参考：（外部リンク）「化合物命名法談義（メニュー）」より、「アミンとイミン」
http://homepage1.nifty.com/nomenclator/text/amine.htm
3.03
描画上、陰になっている水素を見落とさないようにしながら、まずは構造式を書いてみてください。以下の３次元模型も参照しながら、各方向から眺めてみて、構造式に間違いないことを確認してください。
なお、ここで上げるべき官能基は３つ。
アレコリン の３次元模型
（解答例）
構造式は上図。分子式は、C8H13NO2 となる。
アレコリン arecoline に含まれる３つの官能基を次に示す。
（３級の）アミノ基
二重結合
エステル結合（または、アルコキシカルボニル基）
なお、アレコリンのIUPAC名は、この分子構造中ではエステルが最も優先される官能基であるから、 methyl 1-methyl-1,2,5,6-tetrahydropyridine-3-carboxylate である。
3.04
（水素数）14 ＝ 2 × （炭素数）6 ＋ 2 であるから、一般式 CnH(2n+2) を満たしており、不飽和度＝０で、多重結合も環の構造も持たないアルカンであることがわかる。従って、分枝の仕方によるヘキサンの骨格異性体のみを探せばよい。
まず、主鎖の炭素数が６のもの、次に主鎖の炭素数が５のもの、というように順に探すと見落としがない。（→発展）
（解答例）
なお、名称は次の通り
hexane,
2-methylpentane, 3-methylpentane,
2,2-dimethylbutane, 2,3-dimethylbutane
（発展）
不飽和度0であるアルカンの骨格構造式の探し方
主鎖が長い順に場合を尽くしながら探す。CnH2n+2 のとき
- 主鎖の炭素数が n のとき。 → 枝分かれなし。
- 主鎖の炭素数が n-1 のとき。 → C1基が１つ側鎖。
- 主鎖の炭素数が n-2 のとき。 → C2基１つ、またはC1基２つが側鎖。
- 主鎖の炭素数が n-3 のとき。 → C3基１つ、または、C2基とC1基１つずつ、または、C1基３つ。
- 側鎖がつくことにより主鎖の長さが長くなるような組み合わせは数えなくてよい。（すでに、上位で数え済みである。）
- C1基は、外側から２番目以内の炭素に置く。一番外側の炭素上には置かない。
- C2基は、外側から３番目以内の炭素に置く。
- そのアルキル基の最長の炭素数が ｍ の場合、外から ｍ+1 番目以内。たとえばイソプロピル基は、C2基と同様、外から３番目以内に置くことが可能。次の図は、C3基を外から３番目、４番目に置いた例。外から３番目に置いた場合は、主鎖の長さが１つ増える。（＊印の分。この場合は同じ構造を、主鎖の炭素数が１つ多いグループとして、外側から４番目にC2基を置いたものとしてすでに数え済みであるはず。）（ここで、下図の青数字は、側鎖における番号付けではないことに注意してください。側鎖における番号付けは、必ず付け根の位置の炭素を１番にします。）
- 側鎖を配置するときは、炭素数が大きいものから置くようにするとよい。なお、C2 以上の側鎖上には、更に側鎖を置くことも可能とすることで、側鎖アルキル基の異性体に対応することも可能。その場合は、対照性に注意すること。次の例では、C2基＋C1基の置き方２通りを示しているが、どちらも同じ構造になっている。
3.05
(a) メチルエステル（-CO2CH3）を持つものと仮定し、分子式からこの部分を差し引くと、C3H7 となることから、示性式で表すと、C3H7-CO2CH3、C2H5-CO2C2H5、 CH3-CO2C3H7、 H-CO2C4H9、の４種の可能性がある。メチル基とエチル基は直鎖アルキル基しか存在しないが、プロピル基とブチル基には分枝した構造の異性体が存在することにも注意する。
全部で９種類のエステルの異性体が存在する。
(b) シアノ基（ニトリル基）（-C≡N)を持つので、これを分子式から差し引くとC3H7 となることから、示性式は、C3H7
(c) ジスルフィド結合（ -S-S- ）を持つ。ジスルフィドと言った場合、厳密には、モノアルキルジスルフィド R-S-S-H と、ジアルキルジスルフィド R-S-S-R' とがあり得るが、前者は熱的に不安定で容易に分解するので、実質上、通常ジスルフィドという場合にはジアルキルジスルフィドのみをさすことも多い。なお、R-S-S-R' において、R と R' が等しい必要性はない。
（解答例）
(a) 以下９種のうちより書く。
methyl butanoate,
ethyl propanoate,
propyl acetate,
methyl 2-methylpropanoate,
isopropyl acetate
上図、左２つは、C4カルボン酸のメチルエステル。
中央は、C3カルボン酸のエチルエステル。
右２つは、C2カルボン酸のプロピルエステル。プロピル基には２つの構造異性体がある。
下図は、C1カルボン酸のブチルエステル。ブチル基には４つの構造異性体がある。
butyl formate,
sec-butyl formate
isobutyl formate
tert-butyl formate
(b) プロパンの異なる位置にシアノ基が置換した構造は、以下の２つ。
butanenitrile,
2-methylpropanenitrile
構造を探す目的では「プロパン」の水素を「シアノ基で置換」しているが、命名においては、シアノ基の炭素も含んだ主鎖で命名していることに注意する。
(c) ジスルフィド結合を持つ構造は、４つの炭素を左右で分配するから、以下の中から書く。
モノアルキルジスルフィドとして、以下の４種類。
左より
n-butyl hydrodisulfide (または、butyldisulfane),
sec-butyl hydrodisulfide (または、(1-methylpropyl)disulfane),
isobutyl hydrodisulfide (または、(2-methylpropyl)disulfane),
tert-butyl hydrodisulfide (または、(1,1-dimethylethyl)disulfane)
ジアルキルジスルフィドとして、以下の３種類。
左より
methyl propyl disulfide (または、1-(methyldisulfanyl)propane),
isopropyl methyl disulfide (または、2-(methyldisulfanyl)propane),
diethyl disulfide (または、ethyldisulfanylethane)
（発展）
イソプロピル基、イソブチル基等について
一般に、iso は、英語では「同じ」「等しい」を表す連結語であり、isotope（同位体）など、「同」「等」の漢字に置き換えられることもあるが、「isopropyl」「isobutyl」といった単語は、「iso」と「propyl」に分離してそのような訳を与えるようなことはなく不可分であり、単に「イソプロピル」「イソブチル」などとなる。
命名においてアルファベット順を考慮する際は、倍数接頭語や、位置を表す数字や記号などが無視されるのとは異なり、これらの置換基は i から始まるひとつの単語として数える。
これらは、教科書p80からの§3.3にあるように、アルキル基（アルカンより、水素を１つ除いたもの）のうちの異性体の１つに与えられる慣用名である。
共通した構造を見るに、末端よりひとつ内側の炭素にメチル基が置換した形（先端が、Yの字のような形に分岐している形）である。
イソプロピル、イソブチルが許されるのなら、同様に、すべてのアルキル基に対して、同様の分岐構造を持つ異性体に、イソアルキル基と表現できるのかというと、そうでもない。IUPACで許容されている慣用名の中に、isopropyl, isobutyl, isopentyl, isohexyl までは見当たるが、それ以上の炭素数のイソアルキル基は無い。つまり、isoheptyl基、isooctyl基などと表現すると、IUPACの規則上、誤りであるということになる。（isooctane は許容された慣用名であるが、イソブタン（ Me2CHCH3 ）、イソペンタン（ Me2CHCH2CH3 ）、イソへキサン（ Me2CHCH2CH2CH3 ）から類推されるのとは異なり、イソオクタンの構造は、Me2CHCH2CMe3 である。
すなわち、「命名法において「iso」という接頭語は、同じ炭素数のアルカンやアルキル基の末端が、−CHMe2 の構造を持つもの」という一般的な表現は、誤りである。
（一般的に「isoなんたら」がどういう構造であるという規則を述べることはできない。ただ、許容されている例をみてください、としか言えない。）
3.06
(a) 水酸基を持つのだから、示性式は C3H7-OH である。水酸基を水素に置き換えたアルカン C3H8 について骨格異性体を全て探しだし、それぞれを母核とするアルコールについて水酸基を置換する際の位置異性体をすべて探す。
(b) 臭素を水素に置き換えたアルカン C4H10 について骨格異性体を全て探し、それぞれを母核とするブロモアルカンについて臭素を置換する際の位置異性体をすべて探す。
（解答例）
(a) プロパン C3H8 には、骨格異性体は存在しない。その内の一つの水素を水酸基に置き換えたものは、次図の通り２種である。
1-propanol,
2-propanol
(b) ブタン C4H10 には、骨格異性体は２種存在する。それぞれの一つの水素を臭素に置き換えたものは、次図の通り４種である。
1-bromobutane,
2-bromobutane,
1-bromo-2-methylpropane,
2-bromo-2-methylpropane
3.07
3-06 と同様に考えれば良い。５炭素のアルキル基なので、５炭素のアルカン C5H12 について骨格異性体を全て探しだし、それぞれを母核とするアルキル基（アルカンの水素を一つ取り除いたもの）を探せばよい。
（解答例）
ペンタン C5H12 には、骨格異性体は３種存在する。それぞれの一つの水素を取り除きアルキル基としたものは、次図の通り８種である。
アルキル基の名称は以下の通り
pentyl,*1
1-methylbutyl,
1-ethylpropyl,
2-methylbutyl,
1,1-dimethylpropyl,*2
1,2-dimethylpropyl,
3-methylbutyl,*3
2,2-dimethylpropyl*4
註：
*1 「 n- 」をつけて直鎖アルキルであることを示しても良い。（例：n-pentyl ）
*2 慣用名では、 tert-pentyl
*3 慣用名では、 isopentyl
*4 慣用名では、 neopentyl
（炭素５のアルキル基で慣用名が許されるのは上記３種のみ。また、これらのアルキル基の慣用名称は、その誘導体を作ることを許さない。（ phenyl基（ −C6H5 ）からはその誘導体として例えば 2-chlorophenyl 基を作ることができるが、chloroisopentyl 基などのような複合的な名称の部分として用いることはできない。））
3.08
注目している炭素に結合しているアルキル基の数（ C−C 結合の数）を数える。
（解答例）
骨格構造で示された図中の炭素原子のうち、赤で囲んだものが１級、青で囲んだものが２級、緑で囲んだものが３級、黄で囲んだものが４級である。
(a) 
(b) 
(c) 
3.09
第１級炭素に結合した水素を第１級水素、第２級炭素に結合した水素を第２級水素、第３級炭素に結合した水素を第３級水素と呼ぶことがある。
（解答例）
3.08 の解答で第１級炭素に結合した水素が第１級水素、第２級炭素に結合した水素が第２級水素、第３級炭素に結合した水素が第３級水素である。第４級炭素は４本のＣ−Ｃ結合を持ち水素と結合しないから、第４級水素というものは存在しない。
構造式との対応については、3.08 の解答例を参照。
3.10
条件を満たすような化合物は無限に存在する。（シクロアルカンやアルケンではなく）アルカンの中から与えられた条件に合うものをひとつ選べばよい。
(a) ２つの第３級炭素以外に炭素を持たないようなアルカンは存在しないので、適宜、第１級や第２級の炭素を補って考えればよい。
(b) イソプロピル基の構造は −CH(CH3)2 である。（教科書81ページの図3.3も参照のこと）
(c) もちろん、(a) と同様に第１級などの炭素を補って考えればよい。
このような問題では、自分で書いてみた構造式が条件を満たしているかどうか、問題 3.08 と同様の方法で確認してみることが重要である。
（解答例）
以下には、いくつかの例を示すが、かならず、問題 3.08 と同様の方法等で、自分の書いた構造が条件を満たしているかどうかを確認すること。
図のうち、左端のものが最低の炭素数で与えたもの。ただし(b)については下の解説を参照すること。また図の中あるいは右は指定されていない級数の炭素を追加したもの。これらでも条件を満たしているので正解としてよい。
(a) 
2,3-dimethylbutane,
2,4-dimethylpentane
(b) 
2-methylpropane,
3-ethyl-2-methylpentane,
4-isopropylheptane*1
(c) 
2,2-dimethylbutane,
2,2,4-trimethylpentane
(b) 左端の分子は、置換基（イソプロピル基）を中心に考えると、その置換基が母核としてのメタンに付いていることになり（すなわち、
なお、シクロプロパンにイソプロピル基が置換したもの（ isopropylcyclopropane ）が、アルカンおよびシクロアルカンの中で、イソプロピル基を名称の中に含む最低の分子である。その他、分子内に二重結合や他の置換基がある場合も命名上で元となる主鎖として一番長い炭素鎖以外が選ばれる場合があり、少ない炭素数のものでもイソプロピル基を置換基として命名することになることもある。（例：2-isopropyl-1,3-butadiene ）
註 *1 isopropyl基は慣用名で、システム的な名称では 1-methylethyl基となる。したがってこの分子は
註 *2 教科書p83 命名規則 段階１ b) 「長さの等しい二つの違った炭素鎖が存在する場合は、母体になるべく多くの分枝点があるものを選ぶ」より、中央の 3-ethyl-2-methylpentane について、 3-isopropylpentane と命名するのは誤りである。
3.11-3.20
3.11
(a) C5H12 は、一般式 CnH(2n＋2) に従うので飽和のアルカンである。その骨格異性体には、主鎖の炭素数が５のもの、４のもの、３のものが存在する。
(b) 〜 (d) 主鎖がどこであるとすると一番長くなるか。またその番号は（左右の）どちらから振る方が置換基の位置番号が若くなるか。
なお、(CH3)2CH− や、(CH3)3C− という構造式は次の構造に対応している。
教科書（第７版、第１刷）（下）の答え、 3.11(b),(d) は間違いのようです。まあ、主鎖の長さについてのところですので、迷う余地はないと思いますが。
（解答例）
(a) 
pentane,
2-methylbutane,
2,2-dimethylpropane
(b) 〜 (d) では、問題文中で同じ行内で書かれている部分を黄色の背景で示した。これらの構造の中で一番長い炭素鎖は、赤で示された部分（他の等価な取り方があるものもある）である。
(b) 
2,3-dimethylpentane
(c) 
2,4-dimethylpentane
(d) 
2,2,5-trimethylhexane
（発展）
化合物名については、授業でも説明したように英語で正しく表記できるようになること。これは、英語 → 日本語の変換は比較的簡単であるのに対し、日本語での表記しか覚えていない場合に英語に直すことができないばかりか、命名の規則中にアルファベット順といった制約があり、これは英語のスペルを知らないと対応できないからである。
また、複雑な化合物の命名については、単純なアルカンの命名に優先する規則がある。（授業でやったとおり。）教科書下巻、巻末付録Aを参照すること。その概要を以下にまとめておくが、これを先に概観しておくとよい。
- 主基（一番優先される官能基）を決める。これが名前の接尾語の部分を決める。
- 主鎖（母体の炭化水素）を見つける。このとき、単純なアルカンでは連続した最も長い炭素鎖を見つける(次の 3. と 4. に該当する部分が無い)のであるが、一般的には次の順に決める。
- （主官能基数）主基が最多の鎖を第１優先とする。
- （多重結合数）上でひとつに決まらない場合、多重結合（二重結合と三重結合を区別しない）の数が最大になるものを選ぶ。
- （鎖の長さ：炭素数）上でひとつに決まらない場合、連続した炭素鎖の長さが長いものを選ぶ。
- （二重結合の数＞三重結合）上でひとつに決まらない場合、二重結合の数が多いものを選ぶ。
- （主基の位置）上でひとつに決まらない場合、主基の位置番号が最小となるような炭素鎖を選ぶ。
- （多重結合の位置）上でひとつに決まらない場合、多重結合の位置番号が、組として最小（はじめに出てくる番号が最小、同じ場合には次にでてくる番号がより小さい、…）となる鎖を選ぶ。
- （側鎖の数）上でひとつに決まらない場合、接頭辞で表される置換基の数（アルキル基の場合には、母体上の分岐点。ハロゲンなども含めて、側鎖の置換基の数）が最多の鎖を選ぶ。
- （側鎖の位置）上でひとつに決まらない場合、接頭辞で表される置換基の位置番号が、組として最小（はじめに出てくる数字が最小、同じ場合には次にでてくる番号がより小さい、以下同じように）となる鎖を選ぶ。
- （小さい側鎖の炭素原子数）註上でひとつに決まらない場合、側鎖の炭素原子数を小さい方から比べ、差が見つかったところの側鎖の炭素原子数が大きいものを選ぶ。
- 上でひとつに決まらない場合、側鎖の分岐が最小のものを選ぶ。
註）出典は「有機化合物 命名法の手引き」（化学同人、1990年）ISBN 4-7598-0205-3
このルールによれば、次の化合物は
炭素数７の主鎖を２通り選べるが、側鎖の数はいずれも３で等しい。側鎖の位置もいずれも３、４、５位で等しい。従ってこのルールの適用となる。一方の選び方では、側鎖の炭素数が（１、１、５）であるのに対し、もう一方の選び方では側鎖の炭素数が（１、２、４）となる。そこで、２番目に小さい側鎖の炭素原子数で差がみられたので、ここでより大きい後者を選ぶ。すなわち、
× 4-(1-ethylpropyl)-3,5-dimethylheptane
○ 3-ethyl-5-methyl-4-(1-methylpropyl)heptane
ということになる。なお、(1-methylpropyl) 基の慣用名は sec-butyl 基である。
なお、市販の化学構造式描画ソフトである ChemBioDraw や、個人使用は課金なしで使用できる SymyxDraw などでは、構造式を書いて名前を表示させる機能がついているが、必ずしも正確ではない。以下は（書き方が異なるだけで）同じ分子に対し、この命名機能を用いたときに２通りの名前が表示されている例。（上記ルールによれば、図上方の命名は間違いで、図下方の命名が正しい。）
3.12
直鎖アルカンの構造（炭素数）と名称については、授業で配布したプリント（のなのなこんたのなくたのなりあん、できゅうせんきゅうひゃくきゅうじゅうく！ ＞ΩΩΩ）ならびに、教科書79ページの表 3.3 を参照し、よく復習しておくこと。
（解答例）
下図の通り。なお、下図において主鎖の炭素の左から右へ番号を振るように示した。
(a) 
(b) 
(c) 
(d) 
3.13
単にアルキル基の名称を羅列するのではなく、構造との関係で命名できるようにすること。教科書85ページ、アルカンの命名法規則の「段階５」を参照し、複雑なアルキル基についてはその中に主鎖部分と分枝部分にわけて考える。
（解答例）
（3.07 の解答より 再掲）
アルキル基の名称は以下の通り
pentyl,*1
1-methylbutyl,
1-ethylpropyl,
2-methylbutyl,
1,1-dimethylpropyl,*2
1,2-dimethylpropyl,
3-methylbutyl,*3
2,2-dimethylpropyl*4
註：
*1 「 n- 」をつけて直鎖アルキルであることを示しても良い。（例：n-pentyl ）
*2 慣用名では、 tert-pentyl
*3 慣用名では、 isopentyl
*4 慣用名では、 neopentyl
3.14
示された図より、すべての炭素原子からは４本の単結合がでているから、飽和のアルカンであることがわかる。炭素同士の結合の順番に注意して骨格構造を記すこと。
問題に与えられら分子 の３次元模型
（解答例）
骨格構造式は、左図のようになる。
主鎖は炭素数７のヘプタンに４つのメチル基が置換している。番号は図の右から振ると 3,4,5,5- となるが、左から振ると 3,3,4,5- となり（初めの数字は３で同じだが、２番目の数字が４と３で比べて）より小さくなる。
3,3,4,5-tetramethylheptane
3.15
以下の手順でとく。
1) プロパンの C1−C2 結合軸に沿ってみたときの Newman 投影図を、任意の重なり形、またはねじれ型の立体配座に対して書く。プロパンは、 H3C1-C2H2-CH3 だから、C1 からは３つの水素が、C2 からは２つの水素と１つのメチル基が結合している。
2) C1−C2 結合軸に沿って60度ごとに１回転（0度から360度まで）させ、それぞれの立体配座に対応する Newman 投影式を書く。
3) それぞれの点におけるエネルギーを求める。
ねじれ形に対しては、特に相互作用がないので、０とする。重なり形の相互作用に関しては、教科書 92 ページの図3.8 を参考とし、水素−水素の重なり１組に対して 4.0 kJ/mol、水素−メチル基の重なり１組に対して 6.0 kJ/mol と考える。
4) グラフの横軸に、回転角（任意の点を０度としてよい）を、縦軸にはそれぞれの立体配座に対するエネルギーをプロットする。
5) これらの点をなめらかに結ぶ。
（解答例）
3.16
下の順序で解くとよい。
1) 2-メチルプロパンの C1−C2 結合軸に沿ってみたときの Newman 投影図を、任意の重なり形、またはねじれ型の立体配座に対して書く。
C1 からは３つの水素が、C2 からは１つの水素と２つのメチル基が結合している。
2) C1−C2 結合軸に沿って60度ごとに１回転（0度から360度まで）させ、それぞれの立体配座に対応する Newman 投影式を書く。
3) それぞれの点におけるエネルギーを求める。ここで計算する結果が、(d) のこたえとなる。
ねじれ形に対しては、特に相互作用がないので、０とする。重なり形の相互作用に関しては、教科書 92 ページの図3.8 を参考とし、水素−水素の重なり１組に対して 4.0 kJ/mol、水素−メチル基の重なり１組に対して 6.0 kJ/mol と考える。
4) 以上の結果をもとに、(a) 最も安定な、(b) 最も不安定な 立体配座を決める。 5) (c) グラフの横軸に、回転角（任意の点を０度としてよい）を、縦軸にはそれぞれの立体配座に対するエネルギーをプロットし、これらの点をなめらかに結ぶ。
（解答例）
青で示した結合軸が手前から向こうに重なるように視点を取る。
(a) 最も安定な配座は、ねじれ形配座の中のひとつである。2-メチルプロパンでは、回転角をかえて書いたねじれ形配座は次の３つとなるが、このエネルギーはいずれも等しく、不安定化を招く相互作用はゼロである。
(b) 最も不安定な配座は、重なり形配座の中のひとつである。2-メチルプロパンでは、回転角をかえて書いた重なり形配座は次の３つとなるが、このエネルギーはいずれも等しい。（重なり型相互作用の値については、ヒントの (3) を参照のこと）
(c) (d) グラフの概形および、その極大、極小点のエネルギーの相対値は次のグラフの通り。
3.17
以下の順序で解くとよい。
1) 2,3-ジメチルプロパンの C2−C3 結合軸に沿ってみたときの Newman 投影図を、任意の重なり形、またはねじれ型の立体配座に対して書く。
C2 からは１つの水素と２つのメチル基が、C3 からも１つの水素と２つのメチル基が結合している。
2) C2−C3 結合軸に沿って60度ごとに１回転（0度から360度まで）させ、それぞれの立体配座に対応する Newman 投影式を書く。
3) それぞれの点におけるエネルギーを求める。
3.15、3.16 では見られなかった相互作用として、ねじれ形に対しても、２つのメチル基が Gauche 形になっているときの相互作用（教科書 93 ページ、表3.5より、１組のメチル基に対して 3.8 kJ/mol ）を考える必要がある。
重なり形の相互作用に関しては、教科書 92 ページの図3.8 を参考とし、水素−水素の重なり１組に対して 4.0 kJ/mol、水素−メチル基の重なり１組に対して 6.0 kJ/mol と考える。
4) 以上の結果をもとに、(a) 最も安定な、(b) 最も不安定な 立体配座を決める。
（解答例）
青で示した結合軸が手前から向こうに重なるように視点を取る。
(a) 最も安定な配座は、ねじれ形配座の中のひとつである。2,3-ジメチルプロパンでは、回転角をかえて書いたねじれ形配座は次の３つとなる。
左のものでは、Gauche 相互作用が２箇所、中央および右のものでは、Gauche 相互作用が３箇所存在する。従って、左のものが一番安定な配座である。
(b) 最も不安定な配座は、重なり形配座の中のひとつである。2,3-ジメチルプロパンでは、回転角をかえて書いた重なり形配座は次の３つとなる。
中央のものは、２組のメチル−メチルの重なり相互作用（11.0 kJ/mol）と、水素−水素の重なり相互作用（4.0 kJ/mol）を持つ。左右の２つは、１組のメチル−メチルの重なり相互作用と、２組の水素−メチルの重なり相互作用（6.0 kJ/mol）をもつ。
以上を考慮すると、中央のものが一番不安定な立体配座である。
3.18
C2、C3 ともに１つの水素と２つのメチル基が結合している。
図を見ながら、この回転角に対応した立体配座の Newman 投影式を書く。たとえば、上図の 2,3-ジメチルブタンを構成する炭素のうち、紙面内にある炭素（ C1 〜 C4 と番号を振ったもの）を、垂直な線上に配置すると、紙面より手前にでている２つの水素は垂直な線の左側に、また紙面より奥にある２つのメチル基は垂直な線の右側に、それぞれ描くこととなる。
（解答例）
上図のようになり、３組のメチル−メチルの Gauche 相互作用によるひずみエネルギーがあるから、全ひずみエネルギーは、
3.8 kJ/mol × 3 = 11.4 kJ/mol
である。
3.19
分子式は C, H, O, N の順、それ以外の元素はこの後にアルファベット順で記す。
骨格構造式を描き、官能基をマルで囲んで、官能基名を記すこと。官能基名と、その官能基をもつ化合物の一般名とはきちんと区別すること。
(a) 主に３種の官能基をもつ。
(b) 主に３種の官能基をもつ。
特に (b) の構造式を書く際に、問題で与えられている立体的な図では、重なったり陰に隠れたりして見えにくい原子があるので、落とさないように気をつけること。
フェニルアラニン の３次元模型
リドカイン の３次元模型
（解答例）
官能基名に続くカッコ内は、その官能基を持つ化合物の一般名。
(a) phenylalanine, C9H11O2N
芳香環（アレーン）：赤
アミノ基（アミン）：緑
カルボキシ基（カルボン酸）：青
(b) lidocaine （リドカイン）, C14H22ON2
芳香環（アレーン）：赤
アミン窒素（アミン）：緑
アミド結合（カルボン酸アミド）：桃
（発展）
lidocaine （リドカイン）のIUPAC名は、
2-diethylamino-N-(2,6-dimethylphenyl)acetamide である。番号の付け方は下図参照。（図中、黄色背景が命名上の母核となっている acetamide (または、ethanamide）である。
なお、大文字の N- は、炭素の位置番号に相当し、窒素上の置換基を表す。（枝分かれのないアルキル基である、小文字の n- とは異なるので注意。）
3.20
アルカンの命名法に従う。教科書 3.4 節を参照のこと。
（解答例）
(a) 3,3,5-trimethylheptane
(b) 3-ethyl-2-methylpentane
(c) 2,2,4-trimethylpentane
(d) 2-methyl-4-(1-methylethyl)heptane (または、4-isopropyl-2-methylheptane）*
註*：側鎖置換基は、アルファベット順に並べる。IUPAC で使用の認められている慣用名イソプロピル基の "iso" と "propyl"の間にはハイフン区切りもなく、i で始まるひとつの単語として扱われる。そのため、同じ置換基でも、isopropyl基と表記するか、1-methylethyl基と表記するかによって、系統名上、並び順が変わることがある。
3.21-3.30
3.21
官能基をマルで囲んで、官能基名を記すこと。官能基名と、その官能基をもつ化合物の一般名とはきちんと区別すること。
(a) 主に３種の官能基をもつ。
(b) 主に２種の官能基をもつ。
(c) 主に２種の官能基をもつ。その内の一つはカルボニル基を内包する。
(d) 主に２種の官能基をもつ。
(e) 主に２種、３箇所の官能基
（解答例）
(a) (2-methylaminophenyl)methanol
または、2-(methylamino)benzyl alcohol (benzyl alcohol は、PhCH2OH の慣用名）
または、2-hydroxymethyl-N-methylaniline (aniline は、PhNH2 の慣用名）
芳香環（アレーン）：赤
アミノ基（アミン）：緑
水酸基（アルコール）：黄
(b) cyclohex-2-en-1-one
二重結合（シクロアルケン）：水色
カルボニル基（ケトン）：橙
(c) N-phenylethanamide
または、 N-phenylacetamide
または、 acetoanilide
または、 acetylaminobenzene
芳香環（アレーン）：赤
アミド結合（カルボン酸アミド）：桃
(d) alanine (慣用名）
または、 2-aminopropanoic acid
アミノ基（アミン）：緑
カルボキシ基（カルボン酸）：青
(e) nootkatone (慣用名）
または、4,4a-dimethyl-6-(1-methylvinyl)-4,4a,5,6,7,8-hexahydro-3H-naphthalene-2-one *
または、 5,6-dimethyl-8-(1-methylvinyl)bicyclo[4.4.0]dec-1-ene-3-one
二重結合（シクロアルケン）：水色
カルボニル基（ケトン）：橙
(f) 4-methylpent-2-ynoyl chloride
三重結合（アルキン）：紫
クロロカルボニル基（カルボン酸塩化物）：茶
註*：「hydro」は、水素原子の付加を示す接頭語。hexahydrobenzene で cyclohexane のこと、decahydronaphthalene で decalin となる（デカリンの語末に e は無い）。
（発展）
なお、大文字の N- は、炭素の位置番号に相当し、窒素上の置換基を表す。（枝分かれのないアルキル基である、小文字の n- とは異なるので注意。）
3.22
分子式を満たすような構造をとりあえず一つ書いてみるとよい。同じ分子式を持つ分子同士は、かならず分子内の（多重結合数＋環構造の数）が一定になる。
(a) 与えられた分子式は CnH(2n+2) の一般式に従うので、飽和なアルカンである。
(b) 酸素は２本の結合を持つことを考慮して分子の構造を書くと、分子内に二重結合が一箇所、または環状構造が一箇所あることがわかる。
（解答例）
以下の中から、指定された数を解答すればよい。ここでは、光学異性体を除いてすべての構造を挙げた（と思う）。
(a)
上より順に,
octane,
2-methylheptane,
3-methylheptane,
4-methylheptane,
2,2-dimethylhexane,
2,3-dimethylhexane,
2,4-dimethylhexane,
2,5-dimethylhexane,
3,3-dimethylhexane,
3,4-dimethylhexane,
3-ethylhexane,
2,2,3-trimethylpentane,
2,2,4-trimethylpentane,
2,3,3-trimethylpentane,
2,3,4-trimethylpentane,
3-ethyl-2-methylpentane,
3-ethyl-3-methylpentane,
2,2,3,3-tetramethylbutane
(b)
数が多いので、名称は省略。
（発展）
練習のために、なるべく全ての可能性を考えてみる。
(a) 異性体はすべてで18種類、存在する。
命名時の母体となる（分子内で連続した一番長い）炭素鎖数で分類すると、
８のもの １種
７のもの ３種
６のもの ７種 （エチル基を持つもの１種を含む）
５のもの ６種 （エチル基を持つもの２種を含む）
４のもの １種
が存在する。
(b) 異性体は１５９種類（数え間違いあったらごめんなさい）存在する。（二重結合の幾何（シス−トランス）異性体、環の立体配置（シス−トランス）異性体はともに別の構造として数え、光学異性体は区別しないものとする。）
官能基ごとに分類（カッコ内は分類した官能基以外の酸素の形態とする）すると、
カルボニル基を含むもの １７種類
カルボン酸 ２種
エステル ４種
ケトン（水酸基） ３種
ケトン（エーテル結合） １種
アルデヒド（水酸基） ５種
アルデヒド（エーテル結合） ２種
Ｃ＝Ｃを含むもの４８種類（幾何異性体２１種を含めると６９種類）
アルケン（水酸基×２） １８＋８種
アルケン（エーテル結合＋水酸基） １５＋６種類
アルケン（エーテル結合×２） ３＋１種類
アルケン（−ＯＯＲ） ４＋１種類
アルケン（−ＯＯＨ） ８＋３種類
環状構造のもの５６種類（立体配置異性体１７種を含めると７３種類）
シクロアルカン（水酸基×２） ９＋６種 （４員環（３＋２）、３員環（６＋４））
シクロアルカン（エーテル結合＋水酸基） ３＋１種
シクロアルカン（−ＯＯＲ） １種
シクロアルカン（−ＯＯＨ） ４＋１種
Ｏを１つ含む環（水酸基） １７＋６種 （５員環（２）、４員環（７＋３）、３員環（８＋３））
Ｏを１つ含む環（エーテル結合） ６＋１種
Ｏを２つ含む環 １６＋２種 （６員環（３）、５員環（４）、４員環（６＋２）、３員環（３））
なお、(b) のような問題に対して、「すべての場合」を考えるためには、以下のようなアプローチがおそらく有用であろう。
- まず、C6H12 のすべての骨格異性体を挙げる。
- 二重結合もつものすべて（幾何異性体を除いて１３種類）を探すため、まず C6H14 のすべての骨格異性体を挙げる。５種類ある。それぞれについて、一箇所の単結合を二重結合に交換する。
- 次に、環の構造をもつものすべて（立体配置異性体を除いて１１種類）を探すため、環の構造が６員環、５員環、４員環、３員環の順に調べる。
- 二重結合もつものすべて（幾何異性体を除いて１３種類）を探すため、まず C6H14 のすべての骨格異性体を挙げる。５種類ある。それぞれについて、一箇所の単結合を二重結合に交換する。
- 次に２４種類のそれぞれの構造について、任意の２箇所の炭素を酸素に交換し、すべての可能性を調べる。
- 最後に１２１種類のそれぞれの構造について、立体異性体（幾何異性体、立体配置異性体、光学異性体）があるものはどれか、調べる。
3.23
与えられた分子式は CnH(2n+2) の一般式に従うので、飽和なアルカンである。
このような問題のように全ての異性体の構造を描かせる場合では、思いついたものから描くのではなく、系統的に探す必要がある。命名時の母体となる（分子内で連続した一番長い）炭素鎖数で分類しながら探すとよい。
（解答例）
上より順に,
heptane,
2-methylhexane,
3-methylhexane,
2,2-dimethylpentane,
2,3-dimethylpentane,
2,4-dimethylpentane,
3,3-dimethylpentane,
3-ethylpentane,
2,2,3-trimethylbutane
3.24
(a) や (c) は、まずそれぞれの式を、骨格構造式で描き直してみると互いに比較しやすい。原子の結合の順序のみに注目すればよいので、
・回転させたり、裏返したりといった操作で互いに重ね合わせることができるもの
・任意の炭素を中心とした結合の方向を入れ替えて、炭素鎖の曲がり方を変えることで互いに重ねあわせることができるもの
は同じ構造である。
（解答例）
(a) ３つとも同じ構造である。
(b) 左の２つは同じ構造だが、右端は異なる。
(c) 右の２つは同じ構造だが、左端は異なる。
(a) 2-bromo-3-methylbutane
(b) 1,2-dihydroxybenzene と 1,3-dihydroxybenzene
(c) を骨格構造式に直すと、次図のようになる。
2-ethyl-4-methylpentanol と 2,4-dimethylhexanol
3.25
４種類のアルコールおよび３種類のエーテルが異性体として存在する。
分子式を満たすような構造をとりあえず一つ書いてみるとよい。同じ分子式を持つ分子同士は、かならず分子内の（多重結合数＋環構造の数）が一定になる。
C4H10O は、分子内に二重結合も環構造も全くもたない分子であることがわかる。２本の単結合をもった酸素を含む官能基は、水酸基またはエーテル結合であるから、この分子はアルコールまたはエーテルであると考えられる。
アルコールについては、まず、対応するアルカン、C4H10の構造異性体をすべて描き、それぞれの異性体について、一つの水素を水酸基に置換する、という手順で考えるとよい。
エーテルについては、エーテル結合の左右の炭素の数の小さいものが１である（すなわちメチルエーテル構造＝メトキシ基（ -O-CH3 ）をもつ）もの、２である（すなわちエチルエーテル構造＝エトキシ基をもつ）もの、というように順に考えればよい。
メトキシ基（ -O-CH3 ）をもつ C4H10O をすべて系統だてて探すためには、「 C4H10O 」−「 -O-CH3 」＋「 -H 」＝「 C3H8 」の構造異性体をすべて描き、それぞれの異性体について、一つの水素をメトキシ基に置換する、という手順で考えるとよい。（この計算式は、C4H10O 分子の中のメトキシ基 -O-CH3 を、水素 -H に置き換えるとどのような分子式になるか、ということに対応している。）
（解答例）
1-butanol,
2-butanol,
2-methyl-1-propanol,
2-methyl-2-propanol,
(n-butyl alohol,
sec-butyl alohol,
isobutyl alohol,
tert-butyl alohol,)
methyl propyl ether,
diethyl ether,
isopropyl methyl ether
（発展）
分子式を満たすような構造をとりあえず一つ書いてみなくても、不飽和度を求めてやれば、
C4H10O が、分子内に二重結合も環構造も全くもたない分子であることが判断できる。
なお、酸素は２本の結合を持つのだから、形式的には C−H 結合の間に酸素を挿入すれば、水素の数の増減なしに、たとえば アルカン R−H をアルコール R−O−H に変換することができてしまう。つまり、これはある分子式の分子のもつ不飽和度を判断するためには、酸素の数は全く無視して（ C4H10O の代わりに C4H10 を用いて）アルカンの一般式にあてはめて考えて構わないことを示す。
3.26
(a) 適当なアルカンを考え、そのうちの一箇所のメチレン（−CH2−）をカルボニルに変えればよい。ただし、末端の炭素の場合はアルデヒドになってしまい、ケトンではないので注意する。
(b) 官能基の表よりアミドの構造を確認し、炭素数が全部で４になるように適宜アルキル基の長さ等を調整する。
ただし、窒素上には任意の数のアルキル基を配しても構わないが、窒素上にアシル基（ R-CO- ）を２つ持つ場合には、アミドではなくイミドと呼ばれるので注意する。
(c) 官能基の表よりエステル結合の構造を確認し、炭素数が全部で５になるように適宜アルキル基の長さ等を調整する。
ただし、R-CO2- の右側に水素がくると、エステルではなくカルボン酸となるので注意する。
(d) 芳香環からアルデヒド基が直結しているものを指す。分子内に芳香環を持っていても、アルデヒド基との間に脂肪鎖がある場合には脂肪族アルデヒドとして扱われる。
(e) 適当なエステル構造を描き、そのうちの一箇所のメチレン（−CH2−）をカルボニルに変えればよい。ただし、R-CO2-CO-R' の構造となる場合は、酸無水物であるのでケトエステルとは呼ばない。
(f) 適当なアルカンを描き、適当な位置にアミノ基と水酸基を置換する。（ただし、一般的にはそれぞれ異なる炭素上に置換する。）
（解答例）
以下の例のほか、（環状構造や）多重結合を持つものも解である。
(a) 以下の構造より、任意のひとつを答える。
上の図の下段は、同じカルボニル基を持つが、ケトンではなくアルデヒドなので問題の条件には合致しない。
(b) 以下の構造より、任意のひとつを答える。
なお、下図のうち、左端以外のような環状のアミド類は特に「ラクタム」と呼ばれることがある。（左端は、シクロアルキル基をもつ通常のアミド）
(c) 以下の構造より、任意のひとつを答える。
なお、下図のような環状のエステル類は「ラクトン」と呼ばれることがある。
(d) 例 benzaldehyde
ベンゼン環やナフタレン環にアルデヒド基 -CHO が直結したものを例として示せばよい。（Ph-CH2-CHO などのように、分子内に芳香環があったとしてもアルデヒド基の結合位置がアルキル基である場合、フェニル基をもつ脂肪族アルデヒドとして分類される。）
(e) 例 methyl 2-oxobutanate
右のような構造（R-CO-O-CO-R'）は、酸無水物であり、ケトエステルではない。
(f) 例 2-aminoethanol
右のような構造（窒素上に水酸基が置換したもの）は、ヒドロキシルアミンである。
（発展）
(a) 炭化水素部分が飽和な構造のみを持つものを考えるものとする。
環構造を持たない異性体は、３種類存在する。
この全てを挙げるためには、C5H12 の骨格異性体すべてを考え、任意のメチレン （−CH2−）をカルボニル（−C(=O)−）に変える。
または、カルボニル基を中心におき、その左右に適当なアルキル基をその合計の炭素数が４となるように配す。
環状構造を持つものは、（立体配置異性体は除き、またシクロアルキル基を持つ１種類をふくめて）７種類存在する。
(b) 炭化水素部分が飽和な構造のみを持つものを考えるものとする。
窒素上にアルキル置換基を持たない（すなわち −CONH2 構造を持つもの）異性体は２種類存在し、窒素上にアルキル置換基を持つものでは、（メタンアミド、すなわちホルムアミド類も含めて）さらに６種類が存在する。
(c) 炭化水素部分が飽和な構造のみを持ち、環の構造を持たないもののみを考えるものとする。
メタン酸（すなわちギ酸）の誘導体も含めると、全部で９種類となる。
3.27
いずれも、下のように考えて構造を書いてみたのち、分子式が与えられたものと同じであるかどうか、確認してみること。水素の数が２個多いのであればどこかに二重結合または環の構造を増やす、などする。
(a) R-CO-R' の与えられた分子式 C4H8O より、ケトン基（カルボニル基、-CO- ）を引き算すると、 R-R' に対して C3H8 となり、アルカンの一般式となることより、両アルキル基 R, R' 部分は飽和で、その炭素数の合計は３であることが判る。このような条件を満たす化合物は一通りのみである。
(b) R-CN の与えられた分子式 C5H9N より、シアノ基（ -CN ）を引き算して水素を足すと、R-H に対して C4H10 となり、アルカンの一般式となることより、アルキル基 R の部分は飽和であることが判る。R-H 、 C4H10 の骨格異性体２種のそれぞれについて、任意の水素をひとつシアノ基に置換する方法で R-CN のすべての異性体を探すことができる。全てで４種類の異性体が存在する。
(c) OHC-R-CHO の与えられた分子式 C4H6O2 より、２つのアルデヒド基（ホルミル基、-CHO ）を引き算し、２つの水素を足すと、H-R-H に対してC2H6 となり、アルカンの一般式となることより R の部分は飽和であることが判る。エタン C2H6 の二つの水素をアルデヒド基で置換する方法は、位置の違いにより２種類存在する。
(d) R-Br の与えられた分子式 C6H11Br より、臭素を水素に置換した場合の R-H の分子式は C6H12 であり、アルカンの一般式に比較して水素の数が２個少ない。問題の題意より、これはアルケンである。すなわち、炭素数６のアルケンをすべて描き、さらにそのそれぞれについて、任意の水素をひとつを臭素に置換する方法で R-Br のすべての異性体を探すことができる。
幾何異性体を区別しないものとしてかぞえて、C6H12 のアルケンは13種類存在し、R-Br は 56種類存在する。
(e) ５種類の異性体が存在する。主鎖の炭素数が６のもの、５のもの、…の順に数えるとよい。
(f) 立体配置異性体を数えないものとし、１２種類の異性体が存在する。環状の部分の炭素数が６のもの、５のもの、…の順に数えるとよい。
(g) 幾何異性体を数えないものとし、６種類の異性体が考えられる。（ C=C=C のような構造をもつ３種類を含む。）
(h) ケトアルケンであるから、分子内にケトン基と炭素炭素二重結合が含まれる。この二つの官能基が隣接して R-C=C-CO-R' となっていても構わないが、隣接している場合は特に、二重結合の位置を特定するために α,β-不飽和ケトンという名称で呼ばれる。R-CO-R' の与えられた分子式 C5H8O より、ケトン基（カルボニル基、-CO- ）を引き算すると、 R-R' に対して C4H8 となり、両アルキル基 R, R' 部分の一方のみに二重結合があり、これらの炭素数の合計は４であることが判る。まず、対応するケトンを書き、二重結合を補うようにして考える。すなわち、R, R' 部分の炭素数が３＋１である場合、２＋２である場合、と分けて考えるとよい。すべてで４種類の異性体の可能性が考えられる。
（解答例）
下に示す中より適当な構造を１つ示す。
(a)
2-butanone
n-butane を書き、ひとつの任意のメチレンをカルボニル C=O に変換すると、上図になる。末端の炭素をカルボニル基に変換するとアルデヒド（R-C(=O)H, または、R-CHO）になってしまうので、解答は上の１種類のみ。
(b)
pentanenitrile,
2-methylbutanenitrile,
2,2-dimethylpropanenitrile,
3-methylbutanenitrile
上図、左の２つは n-butane を書いて、任意の水素１つをシアノ基（-CN）に置き換えたもの。対称性の関係で２種類が書ける。右の２つは、2-methylpropane を書き、任意の水素１つをシアノ基に置き換えたもの。C4H10 の骨格異性体は２種類なので、C5H9CN （C4H9-CN）の構造は、上の４種類のみ。
(c)
butanedial,
2-methylpropanedial
エタン C2H6 を書き、任意の２つの水素をアルデヒド基（ホルミル基ともいう。-CHO）に置き換えたものとして考えることができる。
または、C4H10 の骨格異性体は２種類を書き、末端の位置の炭素２つをアルデヒド基に置き換えたもの、として考えても同じ結論になる。
(d)
非常に多くの構造が書けるので、いくつか例を示した。
5-bromo-2-hexene,
4-bromo-2-methyl-1-pentene,
5-bromo-3-methyl-2-pentene,
2-bromo-3,3-dimethyl-1-butene,
1-bromo-2,3-dimethyl-1-butene
すべての可能性を挙げるためには、次のように考えればよい。すなわち、
1) 臭素置換体の母核となる C6H12 の異性体は、C6H14 より派生させた１３種類ある。
2) これらのそれぞれについて、任意の位置の水素を臭素に置換すると条件に合致した構造を書ける。
次図では、この１３種類の構造異性体について、対称ではない水素の位置を赤い矢印で示した。この矢印の数だけ、条件を満たし、それぞれが異なった構造を書くことができる。
なお、これらの命名にあたっては、問い 3.11 の発展の項を参照すること。側鎖の位置の前に多重結合の位置で炭素鎖の番号が決定することに注意。
(e)
hexane,
2-methylpentane,
3-methylpentane,
2,2-dimethylbutane,
2,3-dimethylbutane
主鎖の長さが６のもの、５のもの、というようにすべてを尽くしながら書くとよい。
(f)
（上段）
cyclohexane,
methylcyclopentane,
1,1-dimethylcyclobutane,
1,2-dimethylcyclobutane,
1,3-dimethylcyclobutane,
ethylcyclobutane,
（下段）
1,1,2-trimethylcyclopropane,
1,2,3-trimethylcyclopropane,
1-ethyl-1-methylcyclopropane,
1-ethyl-2-methylcyclopropane,
propylcyclopropane,
(1-methylethyl)cyclopropane
環が、６員環、５員環、というようにすべてを尽くしながら書くとよい。
なお、1-methylethyl 基は isopropyl 基として命名してもよい。
(g)
penta-1,3-diene,
penta-1,4-diene,
2-methylbuta-1,3-diene,
penta-1,2-diene,
penta-2,3-diene,
3-methylbuta-1,2-diene
C5H12 の構造異性体（n-pentane、 2-methylbutane、2,2-dimethylpropane の３種類）を書き、出来上がる構造が重複しないように二重結合を２つ導入すると上図のようになる。なお、2,2-dimethylpropane は炭素の並びを変えずに二重結合を導入することはできない。
上の段、左端と右端に共通している部分構造（ C=C-C=C ）は「共役二重結合, conjugated double bond」と呼ばれる。
下の３つに共通している部分構造（ C=C=C ）は、「集積二重結合, cumulative double bond」と呼ばれ、この構造を持つ化合物を総称して「クムレン, cumulene」と呼ぶ。
最小のクムレンである propadiene, H2C=C=CH2の慣用名である「アレン, allene」を用い、その同族列名として「クムレン」の代わりに「アレン」が用いられることもある。
(h)
3-penten-2-one,
4-penten-2-one,
1-penten-3-one,
3-methyl-3-buten-2-one
まず、3.26 (a) と同様に考え、C5H10O の分子式を持つすべてのケトン（2-pentanone, 3-pentanone, 3-methyl-2-pentanone）の構造を書き、可能な位置に二重結合を導入すると、上の構造式が書ける。
3.28
いずれも、下のように考えて構造を書いてみたのち、分子式が与えられたものと同じであるかどうか、確認してみること。
(a) R-OH の与えられた分子式 C4H10O より、水酸基を水素に置き換えると、 R-H に対して C4H10 となり、アルカンの一般式となる。すなわちこのアルコールは多重結合等を含まない。このアルカンの骨格異性体をすべて探したのち、それぞれについて任意の水素を水酸基で置換する方法で、R-OH のすべての異性体を探すことができる。与えられた条件に対し、４通りのアルコールが存在する。
(b) 与えられた分子式 C5H13N が R-NH2 の構造を持つものと考えて、アミノ基を水素に置き換えると、R-H に対して C5H12 となり、アルカンの一般式となる。すなわちこのアミンは多重結合等を含まない。これは、N上にアルキル基が複数あるような（第２級、または第３級の）アミンでも同様に判定できる。（R-NH を R-NHCH3 に変換するのは、形式上、N-H 結合の間に(CH2)を挿入することであり、アルカンの一般式 CnH(2n+2) の n を１増加させるだけである。）
ところで、この分子式のアミンをすべて見つけるためには以下の２つの考え方がある。
まず、第１級アミン（R-NH2）、第２級アミン（R-NH-R'）、第３級アミン（RR'R"N）の順にそれぞれの異性体をすべて探す方法について説明する。
与えられた分子式 C5H13N が第１級アミン R-NH2 の構造を持つものと考えて、アミノ基を水素に置き換えると、R-H に対して C5H12 となる。すなわち、炭素数５のアルカンの骨格異性体をすべて探したのち、それぞれについて任意の水素をアミノ基で置換する方法で、R-NH2 のすべての異性体を探すことができる（８種類）。次に第２級アミンの構造を持つものとする。２つのアルキル基の炭素数が、１＋４、２＋３ のそれぞれの場合について考えればよい（６種類）。同様に、第３級アミンの構造を持つものとした場合には、３つのアルキル基の炭素数が１＋１＋３、１＋２＋２ のそれぞれの場合について考えればよい。
次の考え方として、炭素と窒素を含めた原子の並び方に注目して分ける方法を説明する。
上と同様の考察により、分子内に多重結合がないことが判ったので、炭素数と窒素数をあわせて６だから、まず、炭素数６のアルカンの骨格異性体をすべて探すことにする。これらのアルカンの任意の第１級の炭素を窒素に置き換えると、炭素数５の第１級アミンが得られる。炭素数６のアルカンの任意の第２級の炭素を窒素に置き換えると、炭素数５の第２級アミンが得られる。炭素数６のアルカンの任意の第３級の炭素を窒素に置き換えると、炭素数５の第３級アミンが得られる。第４級の炭素は、窒素には置き換えられない。（窒素は形式電荷を持たない中性原子である場合には、３本しか結合を持たないため。）
慣れてくると後者の方が速く答えに辿り着くかもしれない。この方法を、(a) に適用するには、炭素数５のアルカンの骨格異性体をすべて探したのち、その中の任意の第１級炭素を酸素に置き換えた場合が炭素数４のアルコールのすべての異性体である。また、任意の第２級炭素を酸素に置き換えた場合は同じ炭素数のエーテルのすべての異性体となる。（→ (f) ）
(c),(d) アルデヒド、ケトンはともにカルボニル基を持つ物質である。R-CO-R' の与えられた分子式 C5H10O より、カルボニル基、-CO-を引き算すると、 R-R' に対して C4H10 となり、アルカンの一般式となることより、両アルキル基 R, R' 部分は飽和で、その炭素数の合計は４であることが判る。
R および R' に関して、どちらも炭素数が１以上である場合（R と R' の炭素数 １＋３ または ２＋２）はケトン、どちらか一方が水素の場合（０＋４）はアルデヒドである。
また、次のように考えてもよい。炭素数５のアルカン（すなわち C5H12 ）のすべての骨格異性体を探しだし、その第１級の炭素をカルボニル基の炭素に置換する（ R-CH3 → R-(C=O)H ）と、アルデヒドが生じる。また第２級の炭素の炭素をカルボニル基の炭素に置換する（ R-CH2-R' → R-(C=O)-R' ）と、ケトンが生じる。（いうまでもないが、第３級、第４級の炭素ではこの種の置き換えはできない。）
(e) R-CO2-R' の与えられた分子式 C4H8O2 より、エステル結合部分 -CO2- を引き算すると、R-R' に対して C3H8 となり、アルカンの一般式となることより、両アルキル基 R, R' 部分は飽和で、その炭素数の合計は３であることが判る。ただし、アミンやエーテル、ケトン等で同様の考察をしたときとは異なり、R と R' は等価ではない。また、R の炭素数は０でも良いが、R' の炭素数が０の時は、エステルではなくカルボン酸となることに注意する。すなわち、R と R' の炭素数 ０＋３ または １＋２ または ２＋１ のそれぞれの場合がある。（カルボン酸についても合わせて検討する場合は、３＋０ も含める。）
ここで、(b) 〜 (d) の後半部分で解説してきたような、炭素、窒素、酸素の原子の種類を無視した時の並び方に注目する分類の方法も適用できないわけではない。3.25 (b) の「発展」に添って考え、エステルやカルボン酸になりうるものはどれかを見つければよい。
(f) R-O-R' の与えられた分子式 C4H10O より、エーテル結合酸素 -O- を引き算すると、R-R' に対して C4H10 となり、アルカンの一般式となることより、両アルキル基 R, R' 部分は飽和で、その炭素数の合計は４であることが判る。R と R' の炭素数 １＋３ または、２＋２ について検討すればよい。（ ０＋４ はアルコールを与える。）
または、(b)のヒントの後半をみよ。
（解答例）
(a) 以下の４通り。
左より、
butan-1-ol,
butan-2-ol,
2-methylpropan-1-ol,
2-methylpropan-2-ol
(b) 以下の１７通り。
１級のアミン
２級のアミン
３級のアミン
ヒントを参照に、以下のように探してもよい。
(a),(f) これらのエーテルとアルコールは官能基異性体である。
(b) のヒント後半のように考えると、次図のようになる。
エーテル（青矢印側） 左
diethyl ether,
methyl propyl ether,
中 isopropyl methyl ether
アルコール（赤矢印側）
左 butan-1-ol,
中 butan-2-ol,
2-methylpropan-1-ol,
右 2-methylpropan-2-ol
(c),(d) これらのケトンとアルデヒドは官能基異性体である。
ヒント後半のように考えると、次図のようになる。
ケトン（青矢印側） 左 pentan-3-one,
pentan-2-one,
中 3-methylbutan-2-one
アルデヒド（赤矢印側） 左 pentanal,
中 2-methylbutanal,
3-methylbutanal,
右 2,2-dimethylpropanal
(e) 以下の４通り。
上段 メタン酸（methanoic acid）、慣用名：ギ酸（formic acid）のエステル。
左から、propyl formate,
isopropyl formate
中段 エタン酸（ethanoic acid)、慣用名：酢酸（acetic acid）のエステル。
ethyl acetate
下段 プロパン酸（propanoic acid）、慣用名：プロピオン酸（propionic acid）のエステル。
methyl propionate
3.29
(a), (b), (c) それぞれ、第１級、第３級、第２級炭素に水酸基、シアノ基、スルファニル基（メルカプト基、チオール基）が結合した分子を描く。これらの置換基は本質的に１本の結合に対して置換するものであり、アミン類における窒素とは異なる。このため、3.31 (b) のヒントにでてきたように、第何級のアミンという表現の場合では、級の使いかたが若干異なるので注意すること。
(d) 「第１級アルコールであり、同時に第２級アルコールである」ような分子は、最低でも２つ以上の水酸基を持たなければならない。
(e) イソプロピル基（分枝アルキル基の一つの慣用名）の構造については、教科書の87ページを参照すること。3.10 (b) も参考にせよ。もちろんこちらの問いでは、アルカンでなく他の官能基を併せ持っていても良い。とはいえ、イソプロピル基の構造の上に更によけいな置換基を付けた場合には「イソプロピル基」ではなくなるので注意すること。
(f) 3.8 などを参照せよ。
（解答例）
条件に合致する構造は無限にあるから、以下、いくつかの例のみを示している。
(a) 水酸基が、第１級炭素に結合しているようなもの。
methanol,
ethanol,
propanol,
2,2-dimethyl-1-propanol
(b) シアノ基が、第３級炭素に結合しているようなもの。
2,2-dimethylpropanenitrile,
2-methyl-2-propylhexanenitrile,
(c) スルファニル基（メルカプト基、チオール基、−SH）が、第２級炭素に結合しているようなもの。
propane-2-thiol,
5-methyloctane-3-thiol,
2-methylcyclopentane-1-thiol,
bicyclo[2.2.2]octane-2-thiol
(d) ２つ（以上）の水酸基があり、それぞれ第１級および第２級炭素に結合しているようなもの。
1,2,3-propanetriol (glycerol),
2-hydroxymethyl-1-cyclopentanol,
glucose
(e) 化合物中の名称中にイソプロピル基が含まれるためには、以下の条件を満たす必要がある。イソプロピル基（炭素数３）が、それと炭素数が同じか、それより大きい炭素数のシクロアルカンに結合したもの。または、芳香環などに結合したもの。アミンの窒素上にイソプロピル基がある場合もありうる。
isopropylcyclopropane,
isopropylamine,
ethyl isopropyl ether,
isopropylbenzene
アルカンの一部としてイソプロピル基の構造を持つ場合は、主鎖の選び方により名称中にイソプロピル基が含まれない場合も生じるので、命名規則を参照すること。
2,3-dimethylpentane,
3-ethyl-2-methylhexane,
3-isopropyl-2-methylhexane
(f) 第４級炭素を１つ以上含むもの。
2,2-dimethylpropane,
2,2-dimethylpentane,
3.30
「ペンタンのモノブロモ体」を厳密に読み、ペンタン n-C5H12 の任意の一つの水素を臭素に置換したもの、とするならば、３種類が存在する。 もし母核を n-C5H12 の骨格異性体も含むものとするならば、更に５種類の異性体が存在する。
命名は、教科書 pp83-86 のアルカンの命名法に従う。ただし、段階３「置換基をみつけて番号をつける」、段階４「名前を１語で書く（ためにアルファベット順に並べる）」において、ハロゲン置換基（基本的には、接頭語として命名するすべての置換基）はアルキル基と同様に扱う。
（解答例）
1-bromopentane,
2-bromopentane,
3-bromopentane
これ以外の C5H11Br
1-bromo-2-methylbutane,
2-bromo-2-methylbutane,
2-bromo-3-methylbutane,
1-bromo-3-methylbutane,
1-bromo-2,2-dimethylpropane
3.31-3.40
3.31
3.30 と同様に考えよ。３種類が存在する。
（解答例）
1-chloro-2,5-dimethylhexane,
2-chloro-2,5-dimethylhexane,
3-chloro-2,5-dimethylhexane
4-chloro-2,5-dimethylhexane は、3-chloro-2,5-dimethylhexane と同一物であるから区別できない。（「4-chloro-2,5-dimethylhexane」という命名は誤り。）
同様に、5-chloro-2,5-dimethylhexane は 2-chloro-2,5-dimethylhexane とするのが正しい。また、6-chloro-2,5-dimethylhexane は 1-chloro-2,5-dimethylhexane とするのが正しい。したがって、上図の３種類のみが問題の条件を満たすものである。
3.32
炭素の混成状態を考える上では、注目している炭素に対し、炭素や水素以外の酸素や窒素が結合している場合でも同じように考える。もしここでまだ曖昧さが残っているなら、 1.20 などをもう一度参照すること。
この問いで与えられているのは、官能基ではなく、ある官能基をもつ化合物の一般名である。
ケトン基（もしくは両側にアルキル基の結合したカルボニル基）を持つものがケトンであり、シアノ基を持つものがニトリル、そして、カルボキシ基を持つものがカルボン酸である。
（解答例）
(a) sp2 (b) sp (c) sp2
3.33
(a) 与えられた分子式、条件文に合致する構造異性体は全部で５種類存在する。その中で「ビアセチル」の名称に相当するものは唯１つである。「ビ」は倍数接頭語であり、「アセチル acetyl 」は、酢酸（ acetic acid ）から派生したある部分構造に対する名称である。これより類推せよ。
(b) この分子式と「多重結合をもたない」という条件文より、該当する構造は唯一つに決めることができる。（発展）の項も参照のこと。
(c) 与えられた分子式および条件文より、該当する構造は唯一つに決めることができる。
（解答例）
(a) 環や炭素−炭素多重結合を持たないのだから、炭素−酸素二重結合が分子内に２つある。このような条件に合うのは、次の５種の構造。
2-methylpropanedial,
2-oxobutanal,
3-oxobutanal,
butanedial,
butane-2,3-dione
このうち、「ビアセチル, biacetyl」（慣用名）は、右端のbutane-2,3-dione である。
酢酸（acetic acid)から誘導される置換基として、アセチル基 CH3C(=O)- があるが、これが２つ向かいあって付いた構造を持っていることが名称の由来である。
(b) 分子式より不飽和度は１。多重結合がないのだから、環構造を１つ持つことが判る。多価の元素は、炭素と窒素で併せて３つだから３員環である。
(c) 与えられた分子式より、不飽和度は０。分子内に多重結合や環構造は持たない。また、それぞれの炭素に対し水酸基があるということから、３つの酸素はすべて水酸基を構成し、エーテル結合も持たない。このため、プロパンを母体とした次の構造であることが判る。
（発展）
(b) -NH2 はアミノ基で、これを持つ化合物はアミンである。炭素−窒素間が二重結合となった=NH はイミノ基で、これを持つ化合物はイミンである。また、異なる２つの炭素を架橋する -NH- も、イミノ（ imino ）またはエピイミノ（ epimino ）で命名してもよい。
3.34
もしまだこれらの構造式を描くことができないなら、アルカンの命名法をもう一度復習してみること。
（解答例）
(a) 
(b) 
(c) 
(d) 
(e) 
(f) 
3.35
3.8 〜 3.10 などを参照のこと。
（解答例）
数例のみを示す。
(a) 
2-methylpropane,
2,3-dimethylbutane,
2,3,4,5,6,7,8,9-octamethyldecane,
1,2,3,4,5-pentamethylcyclopentane
(b)
methane,
ethane,
2,2-dimethylpropane,
1,1,2,2,3,3,4,4,5,5-decamethylcyclopentane
(c) 
cyclobutane,
spirobicyclopropane,
hexane,
1,3-dimethylcyclohexane
3.36
第１級炭素に結合した水素を第１級水素、第２級炭素に結合した水素を第２級水素、第３級炭素に結合した水素を第３級水素と呼ぶ。
（解答例）
(a) 第１級水素とは、第１級炭素に結合した水素なので、-CH3 のことであるから、メチル基など、骨格の末端炭素を３つもつ化合物を書けばよい。
2-methylpropane,
2-methylpentane,
1,2,3-trimethylcyclopentane,
1,3,5-trimethylbenzene
(b) 炭素と水素のみからなる飽和化合物について考えると、第２級炭素、第３級炭素には水素が結合していることになるから、第１級炭素、第４級炭素のみからなるような構造を考えればよい。または、第２級炭素、第３級炭素の水素をハロゲンなど適当な置換基で置き換えたものでも、条件を満たすことになる。
methane,
2,2-dimethylpropane,
1,1,2,2,3,3,4,4,5,5-decamethylcyclopentane
1,2,3,4,5,6-hexamethylbenzene
3.37
異性体同士では、（多重結合の数 ＋ 環の数）が一定である。したがって、アルキル基の分枝の仕方の違いによる骨格異性体や、官能基の位置の違いによる位置異性体を探す。
(e) では、「同じ官能基」を通常通りにホルミル基（アルデヒド基）と考えると、該当する解は存在しない。官能基としてカルボニル基を考える（すなわち、アルデヒド基とケトン基を区別しない）場合のみ解があり得る。
（解答例）
複数の異性体を持つものは、数例のみ示した。互いに異性体であるためには、炭素数をはじめとして、分子式が同じデアル必要があるので注意すること。
(a) ハロゲンを官能基として持つハロアルカンについて考える。位置異性体としては、次の３つ。
1-bromo-2-methylbutane,
2-bromo-2-methylbutane,
2-bromo-3-methylbutane
その他の骨格異性体が多種あり。
2-bromopentane,
1-bromo-2,2-dimethylpropane
(b) エーテル結合を持つシクロアルカンを考える。
ethoxycyclobutane,
1-methoxy-3-methylcyclobutane,
1-methoxy-1-methylcyclobutane
(c) シアノ基の位置異性体は、次の１種のみが存在する。
2-methylpropanenitrile
(d) 水酸基を持つシクロアルカンを考える。
3-methylcyclopentanol,
cyclopentylmethanol,
2-cyclopropyl-1-propanol
(e) カルボニル基の位置異性体は次の通り。ただし、アルデヒド基とケトン基を区別する場合には、これらは同じ官能基を持つとは言えない。
2-propanone (acetone)
(f) フェニル基（芳香環）を持つカルボン酸は、次の３種が考えられる。（これらは互いにメチル基の位置異性体である。）
2-methylbenzoic acid (o-toluic acid),
3-methylbenzoic acid,
4-methylbenzoic acid
3.38
アルカンの命名法（教科書 3.4 節）を参照すること。
（解答例）
(a) 2-methylpentane
(b) 2,2-dimethylbutane
(c) 2,3,3-trimethylhexane
(d) 5-ethyl-2-methylheptane
(e) 3,3,5-trimethyloctane
(f) 2,2,3,3-tetramethylhexane
3.39
まず、C6H14 のすべての（５種類の)異性体の構造を書いてみよ。そののち、それぞれに正しく名前をつけること。
（解答例）
n-hexane,
2-methylpentane,
3-methylpentane,
2,2-dimethylbutane,
2,3-dimethylbutane
3.40
まずは、与えられた名前（が正しいものとして、それ）に対応する構造を描いてみよ。その上で、その構造に正しい名前をつけるようにせよ。
(a), (b), (e) は、主鎖の選び方に間違いがある。
(c), (d) は、番号のつけ方に間違いがある。
（解答例）
与えられた名前に添った構造（主鎖を水平に描き、左端から番号をとった位置に置換基を置いた）と、その化合物の正しい名称（正しい主鎖は青線で示した）を記す。
(a) 
2,2,6-trimethyloctane
(b) 
3-ethyl-2-methylhexane
(c) 
4-ethyl-3,3-dimethylhexane
(d) 
3,4,4-trimethyloctane
(e) 
2,3,5-trimethyloctane
3.41-3.50
3.41
エチル基や（3-メチルブチル）基などの付く位置に注意し、意図していたものと主鎖が代わってしまわないようにすること。
（解答例）
数例のみ示す。
(a) 
3,3-diethyl-4,4-dimethylhexane,
3,4-diethyl-2,5-dimethylhexane,
3,4-diethyl-2,3-dimethylhexane
エチル基は、３位または４位のいずれかでないと、主鎖がヘキサンではなくなってしまう。
(d) 
（左） 2-methyl-5-(3-methylbutyl)decane
右のような構造では、炭素鎖が同じ長さの時は分岐が多くなるように主鎖をとるから、5-butyl-2-methyldecane となる。
3.42
2-methylbutane は、構造式で表すと、次の通り。構造式中、C2-C3 結合を青線で示した。
(a),(b) ねじれ形配座のうち、立体的に大きな置換基どうし（メチル基など）が アンチ形になっているものが一番安定。重なり形配座のうち、立体的に大きな置換基どうし（メチル基など）が重なるものが一番不安定。
(c) 問いに与えられた数値の他に、教科書 93 ページ 表 3.5 より、水素−水素の重なり形相互作用は 4.0 kJ/mol、水素−メチルの重なり形相互作用は 6.0 kJ/molの値を用いる。
（解答例）
(a) 下の図の２種類のねじれ形配座が考えられるが、より安定なのは左。
(c) のような定量的な見積もりにより、これら二つの配座の間のエネルギー差は、3.8 kJ/mol。これは、（発展）で示した根拠によれば、２つの配座だけを考えたとして、左の構造のより安定な配座にある分子は、右のねじれ形配座にある分子の５倍程度存在することを示す。
(b) 下の図の２種類の重なり形配座が考えられるが、より不安定なのは右。
一番不安定な重なり形配座と一番安定なねじれ形配座のエネルギー差は、17.2 kJ/mol。この値は、２つの配座だけを考えたとして、安定なねじれ形配座にある分子の数が、不安定な重なり形配座にある分子の約1000倍程度であることを示す。
(c) 以下のようになる。
ただし、以下のようなエネルギーの見積もりによる。
ゴーシュ相互作用：
水素−水素 0 kJ/mol
水素−メチル 0 kJ/mol
メチル−メチル 3.8 kJ/mol （青矢印）
重なり形相互作用：
水素−水素 4.0 kJ/mol （緑矢印）
水素−メチル 6.0 kJ/mol （橙矢印）
メチル−メチル 11.0 kJ/mol （赤矢印）
（発展）
「物理化学」で習うように、並進や回転などの１自由度あたりに分配されるエネルギーは RT/2 (J/mol) である。室温（ T〜300 K ）で分子の持つエネルギーのおよその目安として、RT を計算すると、およそ 2.5 kJ/mol となる。
一方、ボルツマン分布によると、エネルギー差 ΔE の２つの状態間の占有度の比は e−(ΔE / RT)で与えられる。（ e−(ΔE / RT) は、しばしば、exp(−(ΔE / RT)) という表記法で書かれる。）
すなわち、エネルギー差が 2.5 kJ/mol であるような二つの状態の間で平衡が成立しているなら、上の状態には下の状態に比べて 1/e 倍しか分布しないことを示す。このとき、全体に対する占有率は
エネルギー差が 2.5 kJ/molのとき、（1/(1+e)＝）27%。
（ 5.0 kJ/mol では、1/e2 倍（12%）、
7.5 kJ/mol では、1/e3 倍(4.7%)、
10.0 kJ/mol では、1/e4 倍(1.8%)、
12.5 kJ/mol では、1/e5 倍(0.67%）、
15.0 kJ/mol では、1/e6 倍(0.25%）、
17.5 kJ/mol では、1/e7 倍(0.091%）、
20.0 kJ/mol では、1/e8 倍(0.034%）、
22.5 kJ/mol では、1/e9 倍(0.012%）、
25.0 kJ/mol では、1/e10 倍(0.0045%）となる。）
参照 教科書p90（下から４行目から下から３行目）
これを、エタンの重なり形配座にいる分子の割合を求めるのに使用してみる。ねじれ形配座と重なり形配座では、12.0 kJ/mol のエネルギー差があるので、その存在度の比は、 e(12 / 2.5) : 1 となるから、全分子中の重なり形配座の数を求める（この２つしか配座が存在しないものとして）計算式は、1 / (1 + (e(12 / 2.5))) となり、これを計算すると、0.008162 で、約 0.82 % となる。（教科書の記述に一致する。）
以上の議論を元にして、教科書p94（注意点）を読み、その意味を理解すること。
3.43
（ヒント）ゴーシュ相互作用：
水素−水素 0 kJ/mol
水素−メチル 0 kJ/mol
メチル−メチル 3.8 kJ/mol
を用いる。
（解答例）
2,3-dimethylbytadiene の構造は、以下の通り。
従って、以下の３つのねじれ形配座が可能である。
このうち、左のもの（２つの水素がアンチ形にあるもの）では、メチル−メチルのゴーシュ相互作用が２つであるのに対し、残りの二つ（２つの水素がゴーシュ形にあるもの）では、メチル−メチルのゴーシュ相互作用が３つある。したがって、これらの間のエネルギー差は、3.8 kJ/mol である。
なお、問い 3.42 と同様に定量的なエネルギー図を描くと、以下のようになる。
ただし、以下のようなエネルギーの見積もりによる。
ゴーシュ相互作用：
水素−水素 0 kJ/mol
水素−メチル 0 kJ/mol
メチル−メチル 3.8 kJ/mol （青矢印）
重なり形相互作用：
水素−水素 4.0 kJ/mol （緑矢印）
水素−メチル 6.0 kJ/mol （橙矢印）
メチル−メチル 11.0 kJ/mol （赤矢印）
3.44
「定性的」に作図できれば良いから、エネルギーの絶対値（縦軸の値）は求めなくてもよい。（ただし、いい加減ではいけない。同じ値になるべきところは高さを揃えるなどに気をつける。）
1,2-dibromoethane の臭素をメチル基に置換したものは、n-butane であるから、1,2-dibromoethane の C-C 結合軸の回転に関するエネルギーと、n-butane の C2-C3 結合軸の回転に関するエネルギー（教科書 p94 図 3.9）は同じような関係を持つはずである。
なお、問題 3.46 の問題文に与えられた値と、教科書 p92、図 3.8 の peopane のエネルギーを比較することにより、1,2-dibromoethane のエネルギーを、ある程度、定量的に見積もることが可能となる。
（解答例）
ただし、以下のようなエネルギーの見積もりによる。
ゴーシュ相互作用：
水素−水素 0 kJ/mol
水素−臭素 0 kJ/mol
臭素−臭素 （青矢印）
重なり形相互作用：
水素−水素 （緑矢印） 4.0 kJ/mol
水素−臭素 （橙矢印） 7.0 kJ/mol ← 問題 3.46 より
臭素−臭素 （赤矢印）
ここで、およその大きさは、n-butane の C2-C3 結合軸の回転に関するエネルギー（下図）を参照とした。
ただし、以下のようなエネルギーの見積もりによる。
ゴーシュ相互作用：
水素−水素 0 kJ/mol
水素−メチル 0 kJ/mol
メチル−メチル 3.8 kJ/mol （青矢印）
重なり形相互作用：
水素−水素 4.0 kJ/mol （緑矢印）
水素−メチル 6.0 kJ/mol （橙矢印）
メチル−メチル 11.0 kJ/mol （赤矢印）
3.45
分子の持つ双極子モーメントは、各結合の持つ分極のベクトル和である。また、双極子モーメントについては、教科書の２章２節を参照すること。なお、クロロメタン（H3C-Cl）の双極子モーメントは、実測値として 1.87 D である（教科書 ｐ39、表 2.1）。
（解答例）
分子の双極子モーメントは、様々な配座をとっている分子が、それぞれの構造に応じて示す値の平均となると考えられる。
1,2-ジブロエタンがとる配座のうちで、一番安定なものは、２つの臭素がアンチとなる立体配座である。このアンチ形配座から予測される分子の双極子モーメントはゼロとなるから、もしすべての分子がこの配座をとっているとすれば、観測される双極子モーメントもゼロとなるはずである。ところが、実験的に μ = 1.0 D の双極子モーメントが観測されている事実より、双極子モーメントがゼロではない配座をとる分子があることがわかる。
最大の双極子モーメントを持つ立体配座は、２つの臭素が重なり形をとるものであるが、これはかなり不安定なので、ほとんど存在しない。（下の解析で示すように、重なり型配座は、すべて併せても0.15％程度しかない。）
２つの臭素がゴーシュとなる立体配座も、双極子モーメントをもつ。これが有意な量（下の解析で示すように、およそ20％強。）存在しており、分子の双極子モーメントに寄与していると考えられる。
（以下、やや詳しい解析と解説。）
1,2-dibromoethane のそれぞれの回転配座に対応する双極子モーメントの方向を矢印で書き込んだ。また、これらの配座のエネルギーの定量的な取り扱いと、これに基づいたそれぞれの配座の寄与の定量的な議論は、以下のようになる。
図の下の数値は、ボルツマン分布より予測される相対的な存在度。（Newman 投影式の下の３行は、上より、計算式、計算結果数値、および計算結果数値を％で表したもの。）
| ||||||||||
| 1 | : | 1/e(18/2.5) | : | 1/e(5/2.5) | : | 1/e(20/2.5) | : | 1/e(5/2.5) | : | 1/e(18/2.5) |
| 1 | : | 0.00075 | : | 0.135 | : | 0.00034 | : | 0.135 | : | 0.00075 |
| 78.6 % | : | 0.06 % | : | 10.6 % | : | 0.03 % | : | 10.6 % | : | 0.06 % |
図左端、一番安定なねじれ形配座では臭素同士がアンチ配座をとっており、炭素−臭素の分極は互いに打ち消し合うため、分子は双極子モーメントを持たない。
左より２番目、２組の臭素と水素が重なり形となる配座では、分子は、炭素−臭素の分極と同程度の双極子モーメントを持つ。また、4.28 の問題より、水素−臭素の重なり形相互作用の大きさが 7.0 kJ/mol と求まる（水素−メチルの重なり形相互作用では 6.0 kJ/mol であったことを考えると、臭素の方がメチル基より、少し大きいと考えられる）ので、これに基づけば、18 kJ/mol のエネルギーであることになる。したがって、（上図、一番右の回転異性体 コンフォマーとあわせて）0.18% 程度の寄与しかない。[ 計算式 : 0.00075*2 / (1 + 0.135*2 + 0.00075*2 + 0.00034) = 0.0018 ] ）。
左より３番目、臭素と臭素がゴーシュになる配座は、炭素−臭素の分極の 1.7 倍程度の双極子モーメントを持つ。n-butane からの類推より、5 kJ/mol 程度のエネルギーであると仮定して（上図、右から２番目の回転異性体 コンフォマーとあわせて） 21% 程度の寄与があることになる。[ 計算式 : 0.135 * 2 / (1 + 0.135*2 + 0.00075*2 + 0.00034) = 0.212 ] 。
臭素と臭素が重なり形となる配座では、双極子モーメントは最大となり、炭素−臭素の分極の 2 倍程度となる。この配座は、n-butane からの類推より、少なくとも20 kJ/mol 程度の不安定な配座であると仮定すると、0.03% 未満の寄与しかないと考えられる。[ 計算式 : 0.00034 / (1 + 0.135*2 + 0.00075*2 + 0.00034) = 0.00027 ]）
3.46
教科書 p91〜92、プロパンの立体配座参照。水素−水素の重なり形相互作用は、エタンの重なり形配座のエネルギーからの考察により、１箇所あたり、4.0 kJ/mol である。（教科書p93 表3.5）。
（解答例）
(a) 7.0 kJ/mol ［ 計算式 : 15.0 − (4.0 × 2) = 7.0 ］
(b) 以下の通り。
3.47
教科書 p94、１行目より
「どのアルカンにおいても、最も安定な配座は、すべてのＣ−Ｃ結合がねじれ型で、大きな置換基（注目しているＣ−Ｃ結合からでているアルキル基）が互いにアンチに配列するものである。」
（解答例）
左図のように、すべての炭素が直線的に伸びた立体配座をとる。このとき、C2-C3 結合軸にそった Newman 投影図（右図）を見ると、大きな置換基である手前のメチル基（C1）と向こう側のエチル基（C4-C5）が互いにアンチになったねじれ形をとっていることがわかる。
3.48
問い 3.47 と同様に考える。C1-C2 結合について見た場合、大きな置換基（塩素とアルキル基）が互いにアンチに配列するような配座が安定である。
（解答例）
左図のように、すべての炭素と２つの塩素が直線的に伸びた立体配座をとる。このとき、C1-C2 結合軸、およびC3-C4 結合軸にそった Newman 投影図（右図）を見ると、大きな置換基である塩素とアルキル基が互いにアンチになったねじれ形をとっていることがわかる。
3.49
(a) ジカルボン酸 HOCO-R-CO2H に対して与えられた分子式 C4H6O5 より、２つのカルボキシ基（ -CO2H ）を水素に置き換えると、（ C4H6O5 − 2×CO2H ＋ 2H より） C2H6O となる。これは（描いてみればすぐわかるし、3.25 の（発展）と同じように考察してもよいが、この部分に対して求められう不飽和度は０で、）分子内に多重結合をまったく持たないアルコールまたはエーテルである。これらについて任意の２箇所の水素をカルボキシ基に置換することで与えられた分子式のジカルボン酸の構造をすべて描くことができる。
(b) 水酸基の付け根の炭素が２級であるようなアルコールとして考える。ただし、注目している炭素についているアルキル基のみならずカルボキシ基も数えることにする。
（解答例）
(a) ヒントを参照のこと。C2H6O 骨格は青で示した。
炭酸エステルの構造（
）を持つ以下の２つを挙げてもよい。
(b) 上図のうち、上段、中央の構造。（ 2-hydroxybutanedioic acid )
3.50
C3H6O3 という分子式は、（描いてみればすぐわかるし、不飽和度が１であることからも）分子内に、二重結合または環が一つだけの構造を持つことを示している。また、そのモノブロモ体が１種類だけであるということは、トリオキサン中のすべての水素が等価であることを示している。（化学的には水酸基など、酸素上の水素が臭素化されることは考えにくいので、「炭素上のすべての水素が」等価である、と言ったほうが正確かもしれない。しかしながらここでは、この条件は考えないものとし、「すべての」水素が等価であるものだけを考え、1,2,3-cyclohexanetriol のような構造は除いてよいものとする。）
（解答例）
1,3,5-trioxacyclohexane
だけが、与えられた条件を満たす化合物である。
まず、分子式より、分子内には二重結合または環の構造が１つだけある。カルボニル基は持たないので、二重結合があるとすれば、それは炭素−炭素二重結合であるが、このような場合、すべての水素が等価になるような対称性の高い構造を描くことができない。
もし、カルボニル基を持っても良いのであれば、次のような構造において、すべての水素が等価となる。
dimethyl carbonate, 炭酸ジメチル
環の構造を持つもので、対称性の高いものには、1,2,3-cyclohexanetriol のような構造も考えられるが、水酸基水素と炭素の水素が区別され等価ではない。
1,2,3-cyclohexanetriol
（発展）
炭素原子の酸化数に注目することも、このような問題を解く上で役立つ。酸化数とは、炭素原子に結合している陰性原子（酸素、窒素、ハロゲン）の数であり、すなわちアルコールやモノハロゲン化アルキルの水酸基やハロゲンの結合した炭素においては１、アルデヒドやケトンのカルボニル基炭素においては２、カルボン酸やエステル、酸アミド、シアノ基などの炭素においては３である。
ホルムアルデヒド H2C=O の炭素においては、酸化数２であるが、解答例に示した 1,3,5-trioxacyclohexane についても、すべての炭素の酸化数が２である。
これに対し、炭酸ジメチルにおいては、エステル中心の炭素は酸化数が４、メチル基の炭素の酸化数は１である。また、1,2,3-cyclohexanetriol においてはすべての炭素の酸化数が１である。
3 H2C=O ←→ トリオキサン
の三量化平衡においては、炭素の酸化数は変化しない。炭素の酸化数が変化するためには、一般に酸化還元を伴う反応が必要である。
3.51-3.54
3.51
まずは構造式を書き、C2, C3 のそれぞれにどのような置換基があるのかを確認する。次いで、Newman投影式を書き、重なり型、ねじれ形のそれぞれの配座について、歪みエネルギーの大小を考えること。
3.42 なども参照のこと。
（解答例）
教科書 p93、表 3.5 より、以下の数値を用いて、
それぞれの配座のもつ歪みエネルギーを計算することができる。
ゴーシュ相互作用：
水素−水素 0 kJ/mol
水素−メチル 0 kJ/mol
メチル−メチル 3.8 kJ/mol
重なり形相互作用：
水素−水素 4.0 kJ/mol
水素−メチル 6.0 kJ/mol
メチル−メチル 11.0 kJ/mol
以下、４つの化合物について、C2-C3 の結合軸に沿った回転異性体について C2側から見た Newman投影式を示した。ここでは、C2側炭素上の置換基を固定し、C3側の炭素の置換基を60度ずつ右廻りに回転させながら配座異性体を生成している。
| (a) 2-methylbutane | (b) 2,2-dimethylbutane | (c) 2,3-dimethylbutane | (d) 2,2,3-trimethylbutane |
| |||
| 最も安定なねじれ形配座（青枠で示したもの） | |||
| ゴーシュ （メチル−メチル）×１ 3.8 kJ/mol |
ゴーシュ （メチル−メチル）×２ 7.6 kJ/mol |
ゴーシュ （メチル−メチル）×２ 7.6 kJ/mol |
ゴーシュ （メチル−メチル）×４ 15.2 kJ/mol |
| 次に安定なねじれ形配座（水色の枠で示したもの） | |||
| ゴーシュ （メチル−メチル）×２ 7.6 kJ/mol |
ゴーシュ （メチル−メチル）×３ 11.4 kJ/mol |
||
| 安定な方の重なり形配座（桃色の枠で示したもの） | |||
| 重なり形 （水素−メチル）×３ 18.0 kJ/mol |
重なり形 （水素−メチル）×２ （メチル−メチル）×１ 23.0 kJ/mol |
||
| 最も不安定な重なり形配座（赤枠で示したもの） | |||
| 重なり形 （水素−水素）×１ （水素−メチル）×１ （メチル−メチル）×１ 21.0 kJ/mol |
重なり形 （水素−メチル）×２ （メチル−メチル）×１ 23.0 kJ/mol |
重なり形 （水素−水素）×１ （メチル−メチル）×２ 26.0 kJ/mol |
重なり形 （水素−メチル）×１ （メチル−メチル）×２ 28.0 kJ/mol |
したがって、最も歪みの小さいものは、2-methylbutane のねじれ形配座のうち上図の青枠で示したようなもの。最も歪みの大きいものは、2,2,3-trimethylbutane の重なり形配座。
3.52
3.21 などと同じように考えること。
simvastatin の３次元模型
pravastatin の３次元模型
（解答例）
以下、官能基名（その官能基を持つ化合物の一般名）：上図においての位置、の順に示した。
二重結合（シクロアルケン）：水色
水酸基（アルコール）：黄
カルボキシ基（カルボン酸）：青
エステル結合（エステル）：青灰の四角
simvastatin と pravastatin の構造を、色を変えてほぼ重なるように示した。
上図からも明らかなように、構造上、３箇所の相違が見られる。
1. シンバスタチンではメチル基が、プラバスタチンでは水酸基になっている。（また、立体も逆転している。）
2. 左上のエステルの分岐が異なる。シンバスタチンでは、2,2-dimethylbutanoic acid のエステルであるのに対し、プラバスタチンでは、2-methylbutanoic acid のエステルである。
3. 右上のシンバスタチンの環状エステル（ラクトン）が、プラバスタチンではアルコールとカルボン酸に加水分解されている。
3.53
それぞれの炭素に２つずつ結合している水素がどのような空間配置（立体配座）になっているかに関係がある。（４章でくわしく学ぶ。）
（解答例）
大きく分けて主要因は２つ。１つ目は結合角が sp3 混成から予想される角度に近づくことができること。２つ目は、各結合がねじれ型配座をとれるようになること。
1) 結合角歪みによる説明： シクロヘキサンの構成炭素を同一平面内においた正六角形の構造であるとすると、C-C-C 結合角は120度になってしまい、sp3 混成から予想される109.5度よりも大きい。教科書の図に与えられた左の構造のように、炭素原子が平面の上下に逃げることにより結合角が小さくなることができる。そのため、同一平面にあるよりも、非平面の折れ曲がった構造の方が安定である。
2) この折れ曲がりは、C-C 単結合の軸のまわりの回転によって実現される。このような空間的な原子の配置のことを、立体配座という。立体配座は、室温付近では分子のもつエネルギーによりお互いに入れ替わることができるものが多い。このことは、アルカン（すでに第３章で学んだ）と、シクロアルカン（第４章で学ぶ）について、共通である。
シクロヘキサンの、この図に与えられた左の構造は、「いす型配座」と名付けられており、一番重要な寄与をしている。
教科書 4.5 節、4.6 節等で扱うように、シクロヘキサンの立体配座の中で、いす型配座では、すべての隣りあった２つの炭素原子において、結合した水素が互いに一番はなれた構造（ねじれ型配座）となっているために安定である。
3.54
４章、4.2節を参照。
（解答例）
シクロアルカンは、環を構成している炭素同士の間の結合にそった回転に制限がある。もし、右手の中指を左手でつかんでいるとき、右手の親指の位置と人差し指の位置とを入れ替えることができないように、環を構成している炭素に結合した置換基は、環の面に対する上下を入れ替えることができない。※
そのため、次図のように、環の面に対して２つのメチル基が同じ側にあるもの（cis-体）と、逆側にあるもの（trans-体）とがあり、互いに区別される。これをシス−トランス異性という。
註※：これは、結合の切断と再結合を伴わずには炭素上の４つの結合の立体関係を反転させることができないからである。立体の反転については、たとえば教科書 11 章で詳しく学ぶ。
なお、trans 体では、更に次の２つの異性体が区別される。
上図に示した２つの構造は、空間内の平行移動や分子全体の回転の操作のみで互いに重ねあわせることができず、右手と左手のような関係にある。このようなものは互いに光学異性体（鏡像異性体、対掌体）であるという。
次の３次元模型に、これら二つの構造を示した。重ねあわせることが可能かどうか、３次元模型を動かして検討してみよ。
左の trans-1,2-dimethylcyclohexane の３次元模型
右の trans-1,2-dimethylcyclohexane の３次元模型