1.01-1.10
1.01
まずは、それぞれの元素の原子番号を周期表で調べること。
教科書 1.3 節、「原子の構造：電子配置」の構成原理に従って電子配置を書くこと。はじめは、教科書 6ページの、図 1.4 のように、各軌道をエネルギーの低い順から並べて描く。
（解答例）
(a) 5B : (1s)2(2s)2(2p)1
(b) 15P : (1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)3
(c) 8O : (1s)2(2s)2(2p)4
(d) 17Cl : (1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)5
1.02
まずは、それぞれの元素の原子番号を周期表で調べること。
次にこれをもとに 1.1 のように電子配置図を描くこと。
周期表の第何族であるかでも判断ができる。
（解答例）
(a) 19K : (1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(4s)1 従って、１個。
(b) 13Al : (1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)1 従って、３個。
(c) 36Kr : (1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(4s)2(3p)10(4p)6 従って、８個。
1.03
図 1.6 を参照すること。
（解答例）
２本の実線は、紙面（モニター面？）上にある。およそ、110〜120度くらいの結合角で描くのが良い。次の左右、いずれも良い例。
次は、悪い例。２本の実線が一直線上にあると、正四面体構造として読みとれない。
1.04
図 1.6 を参照すること。
くさび型の結合を使って分子を立体的に表すには、炭素原子を中心とした正四面体を頭の中にイメージして描くとよい。
（解答例）
1.05
各原子について、周期表の第何族であるかの情報から、あるいは、原子番号とそこから導かれる電子配置から、最外殻電子数を求め、結合の本数を予測せよ。
（解答例）
(a) 32Ge は、6C と同じ14族で、最外殻電子数は４個。従って、４本の共有結合を持つ。17Cl は、17族のハロゲンで、最外殻電子数は７個。従って、３組の孤立電子対をもち、１本の共有結合を持つ。
GeCl4
(b) 13Al は、13族で、最外殻電子数は３個。従って、３本の共有結合を持つことができるが、その場合でも閉殻とならない。
AlH3
(c) 6C は14族で、最外殻電子数は４個。従って、４本の共有結合を持つ。
CH2Cl2
(d) 14Si は、6C と同じ14族で、最外殻電子数は４個。従って、４本の共有結合を持つ。9F は、17族のハロゲンで、最外殻電子数は７個。従って、３組の孤立電子対をもち、１本の共有結合を持つ。
SiF4
(e) 7N は、15族で、最外殻電子数は５個。従って、１組の孤立電子対をもち、３本の共有結合を持つ。
CH3NH2
1.06
各原子について、周期表の第何族であるかの情報から、あるいは、原子番号とそこから導かれる電子配置から、最外殻電子数を決める。２つの隣接した原子間で１つずつ電子を出しあって共有結合を形成する。ルイス構造を描く時は、それぞれの電子がどの原子由来であるかに気をつけること。
15族の原子は、１組の孤立電子対と３本の共有結合を、
16族の原子は、２組の孤立電子対と２本の共有結合を、
17族の原子は、３組の孤立電子対と１本の共有結合を持つ。
特に間違いがちなのが、ハロゲン（17族元素）の孤立電子対を書き忘れてしまうパターンなので、気をつけること。
（解答例）
(a) 
(b) 
(c) 
(d) 
(e) 
たとえば、水 H2O のルイス構造式（点電子構造式）を描く場合、やケクレ構造式（線結合構造式）を描く場合、上のどちらでも間違いではない。
これは、sp3 混成した原子から出ている４本の結合（や、孤立電子対）は、正四面体の頂点方向にでているが、どの２つを選んでもその２つの間の位置関係は同じであるからである。（正方形だと、隣接している場合と、対角線上にある場合の２通りがあるが、正四面体の頂点はどの２つをとっても隣接している。）
とはいえ、水の分子が直線ではなく、折れ曲がった分子であることを強調するためには、上のような書き方が適している。
1.07
炭素は、最外殻に４つの電子をもち、４本の共有結合を持つことができる。一方、水素は最外殻に１つの電子を持ち、結合は１本である。
（解答例）
２つの炭素同士が１つずつ電子を出し合って、炭素−炭素結合をつくったとすると、結合に使える残りの電子は６個しかないから、水素との間であと６本までしか結合を作れない。従って、C2H7 は不可能である。
1.08
結合角は、中心の原子の混成状態から予測できる。
sp3 混成の原子を中心とした結合角は約109度。 sp2 混成の原子を中心とした結合角は約120度。 sp 混成の原子を中心とした結合角は約180度（直線）。
（解答例）
３つ炭素はすべて、sp3 なので、C−C−C の結合角は、およそ 109 度であるので、右の構造式で描いたような形である。また、すべての H−C−H の結合角も、同じようにおよそ 109 度である。
1.09
1.08 と同様に考える。
（解答例）
６つ炭素はすべて、sp3 なので、C−C−C の結合角は、およそ 109 度である。また、すべての H−C−H の結合角も、同じようにおよそ 109 度である。
1.10
混成状態については、1.19 のヒントを参照すること。
結合角は、中心の原子の混成状態から予測できる。
sp3 混成の原子を中心とした結合角は約109度。 sp2 混成の原子を中心とした結合角は約120度。 sp 混成の原子を中心とした結合角は約180度（直線）。
（解答例）
線結合構造で描けば、次のようになる。
二重結合に関与した２つの炭素は、単結合が２本と二重結合１本を持つから、sp2 混成である。従って、隣接したこれら２つの炭素は、同一平面内にそれぞれ３本の結合が出ており、その結合角は 120 度である。また、メチル基の炭素は、４本の単結合を持つからsp3 混成である。この炭素を中心とした結合角は、すべておよそ 109 度である。
1.11-1.20
1.11
1.10 と同様に考える。
（解答例）
線結合構造で描けば、次のようになる。
４つの炭素は、いずれも、単結合が２本と二重結合１本を持つから、sp2 混成である。これら２つの炭素は、同一平面内にそれぞれ３本の結合が出ており、その結合角は 120 度である。
1.12
アルデヒド基（ホルミル基）は、−CHO と表記されているが、この部分は、カルボニル（ C=O ）の炭素に、水素が一つ結合した構造である。
（解答例）
1.13
混成状態については、1.19 のヒントを参照すること。
（解答例）
ピンクで示した炭素は、すべて、単結合２本と二重結合１本を持っている。従って、sp2 混成である。水色で示した炭素は、４本の単結合を持つから、sp3 混成である。アスピリン分子中の４つの酸素は、いずれも２対ずつの孤立電子対を持つ。
1.14
1.10 と同様に考える。
（解答例）
線結合構造で描けば、次のようになる。
三重結合に関与した２つの炭素は、単結合が１本と三重結合１本を持つから、sp 混成である。従って、３つの炭素と、sp 混成炭素から結合している末端の水素は、同一直線上にある。また、メチル基の炭素は、４本の単結合を持つからsp3 混成である。この炭素を中心とした結合角は、すべておよそ 109 度である。
1.15
1.06, 1.12 などと同様に考えよ。また、混成状態については、 1.19 のヒントを参照すること。
炭素は４本の結合を持ち、窒素は３本の結合を持つはずであるから、CH2 と NH の間は二重結合でなくてはならない。
（解答例）
ヒントでも述べたように、CH2 と NH の間は二重結合であるから、４つの電子が関与している。うち、２つは σ 結合として、残りの２つは π 結合として炭素と窒素により共有されている。
炭素原子（２本の単結合と１本の二重結合をもつ）、窒素原子（１本の単結合と１本の二重結合、１対の孤立電子対をもつ）は、ともに sp2 混成である。
1.16
ある原子が「どんな形をしているか」という言葉は、「その原子がどのような混成状態であり、従ってどのような向きに何本の結合がでているか、その原子およびその隣接する原子がどのような形に並んでいるか」ということを意味していると考えること。
従って、まずはどのような混成状態にあるかを、1.19 のヒントを参照調べるところより始める。
（解答例）
図中、灰色は炭素、赤は酸素、青を窒素、白は水素である。また、孤立電子対は桃色の球として表現されている。
(a) 
methanol の酸素は、２本の共有結合と２対の孤立電子対を持っており、sp3 混成である。従って、メチル基の炭素と同様に、正四面体の対称性をもつような形をしている。
(b) 
trimethylamine の窒素は、３本の共有結合と１対の孤立電子対を持っており、sp3 混成である。従って、メチル基の炭素と同様に、正四面体の対称性をもつような形をしている。
(c) 
窒素と同族のリンは、最外殻に５つの電子を持つ。従って、PH3 の化合物中で、リンは３本の単結合の他に１対の孤立電子対をもち、sp3 混成である。従って、メチル基の炭素と同様に、正四面体の対称性をもつような形をしている。
1.17
Ｃ（炭素） ４本の結合
Ｎ（窒素） ３本の結合と１対の lone-pair
Ｏ（酸素） ２本の結合と２対の lone-pair
（解答例）
（ここでは、骨格構造式で示す。骨格構造式の書き方やルールについてはマクマリー有機化学第６版、上の５９頁等を参照のこと。）
2,2-dimethylpropane,
2-propylpiperidine,
alanine (2-aminopropanoic acid)
1.18
Ｃ（炭素） ４本の結合
Ｎ（窒素） ３本の結合と１対の lone-pair
Ｏ（酸素） ２本の結合と２対の lone-pair
（解答例）
（ここでは、構造式は骨格構造式で示す。）
多重結合は、分子内に３つあるカルボニル基（C=O)に含まれ、また、孤立電子対は全ての酸素上に（それぞれにつき２対ずつ）存在する。
citric acid （クエン酸）のIUPAC名は、 2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylic acid
枝分かれの無い炭素鎖が直接２つ以上のカルボキル基と結合する場合、上記のように置換式で命名する。主鎖はなるべくカルボキシ基が多く結合するように選び、直接結合していないカルボキシ基は、carboxyalkyl- で示す。
1.19
| シグマ結合と孤立電子対の数の和 | 混成状態 | 例（下線部の炭素） |
|---|---|---|
| ４ | sp3 | CH4 |
| ３ | sp2 | CH2=CH2 |
| ２ | sp | CH≡C-CH3, H2C=C=CH2 |
（解答例）
（ここでは、構造式は省略する。）
炭素原子の混成状態：
ベンゼン環を構成する炭素 sp2
アミド基のカルボニル炭素 sp2
末端のメチル基の炭素 sp3
孤立電子対を持っているのは、すべての窒素および酸素原子。
1.20
（解答例）
分子内にメチルエステルの構造が一箇所あるが、その末端のメチル基（下図中、赤で囲んだ部分）の水素がひとつ、炭素原子の陰になって見えにくいため、おとさないように注意すること。
多重結合は、上の構造式を参照すること。（ベンゼン環内に３箇所、アミド基、エステル基、カルボン酸基の中のカルボニル基（C=O)が３箇所。
aspartame （アスパルテーム）は、２つのアミノ酸（一般式 H2N-CHR-CO2H）、アスパラギン酸（R = CH2CO2H）とフェニルアラニン（R = CH2Ph）とを含む。
L-aspartyl-L-phenylalanine methyl ester
1.21-1.30
1.21
（解答例）
(a) 2 (b) 7 (c) 4 (d) 2
1.22
（解答例）
特に硫黄のような場合には、p 軌道への電子の入れ方（Hund 則）に注意すること。また、臭素のような場合、3d 軌道が 4s 軌道よりもエネルギーが上であることに注意すること。
1.23
（解答例）
(a) CH3OH (b) AlCl3 (c) CF2Cl2 (d) NI3
1.24
（解答例）
アセトニトリルは図上のような結合様式をもつ。これをルイス（点電子）構造で表すと、図下のようになる。窒素電子は炭素との間の三重結合の他、孤立電子対を持つ。
窒素原子が最外殻にもつ電子の数：８
（ただし、価電子は５。炭素との共有結合（シグマおよびパイ）により３つの電子をもらい、八偶子（オクテット）を満たしている。）
結合性の電子：６、非結合性の電子：２（孤立電子対）
1.25
（解答例）
メチル炭素の混成状態 sp3（４本のシグマ結合を持つので）
シアノ基の炭素の混成状態 sp（２本のシグマ結合を持つので）
窒素の混成状態 sp（１本のシグマ結合と孤立電子対を持つので）
1.26
（解答例）
図左の構造式では、骨格構造式の手法にならい、炭素は省略して記した。ルイス構造において、塩素の持つ孤立電子対を落とさないこと。
1.27
（解答例）
窒素（価電子５個）：３本の結合と１対の孤立電子対
酸素（価電子６個）：２本の結合と２対の孤立電子対
硫黄（価電子６個）：２本の結合と２対の孤立電子対
塩素（価電子７個）：１本の結合と３対の孤立電子対
（図は省略）
1.28
「示性式」は、有機化合物の中から官能基をとりだして、化合物の特徴を表した式。たとえばエタノールを C2H5OH と表すなど。
（解答例）
(a) C9H8O4 (b) C6H8O6 (c) C10H14N2 (d) C6H12O6
1.29
水素 ：１本の結合
炭素（価電子４）：４本の結合
窒素（価電子５）：３本の結合（と１対の孤立電子対）
酸素（価電子６）：２本の結合（と２対の孤立電子対）
臭素（価電子７）：１本の結合（と３対の孤立電子対）
（解答例）
ここでは、骨格構造式で表すものとする。
(a) (CH3-CH2-CH3)
propane
(b) (CH3-NH2)
methylamine (or methanamine)
(c) (CH3-O-CH3 と CH3-CH2-OH)
dimethyl ether,
ethanol
(d) (CH3-CH2-CH2Br と CH3-CHBr-CH3)
1-bromopropane,
2-bromopropane
(e) (CH3-CHO と CH2=CH-OH と CH2(*)-CH2-O-(*)（←(*) 同士で結合した三員環）)
ethanal,
vinyl alcohol,
oxirane (or ethylene oxide, or 1,2-epoxyethane)
(f) (CH3-CH2-CH2-NH2 と CH3-CH2(NH2)-CH3 と CH3-CH2-NH-CH3 と (CH3)3N
propylamine (or propanamine),
isopropylamine
ethylmethylamine
trimethylamine
1.30
| シグマ結合と孤立電子対の数の和 | 混成状態 | 例（下線部の炭素） |
|---|---|---|
| ４ | sp3 | CH4 |
| ３ | sp2 | CH2=CH2 |
| ２ | sp | CH≡C-CH3, H2C=C=CH2 |
（解答例）
(a) CH3-CH2-CH3 の３つの炭素とも、sp3 混成である。
(b) (CH3)2C=CH2 の下線炭素は、sp2 混成、メチル基の炭素は sp3 混成である。
(c) CH2=CH-C≡CH の、三重結合に関与した下線炭素は sp 混成、それ以外の２つの炭素は sp2 混成である。
(d) CH3-C(=O)-OH の、メチル基炭素は sp3 混成、下線のカルボニル炭素は sp2 混成である。また、酸素についても見ておくと、下線のカルボニル酸素は sp2 混成、水酸基酸素は sp3 混成である。
（酸素原子については、それぞれ２対の孤立電子対を持つため、シグマ結合の数にこれを足してから、上記表に従い判断する。）
1.31-1.40
1.31
各炭素の混成状態については、1.19 のヒントに挙げた表を参照すること。その混成状態にある炭素の結合角については、教科書 1.9 節や、その中の図1.15 などを参照する。
「全体としてどのような形をしているか」という問いに対しては、それぞれの結合角がどうであるか、また構成要素である原子が空間内でどのような配置になっているか（同一平面内、一直線上、３次元的、その場合は３角錐や正６面体（立方体）の頂点に原子があるなど）を簡潔に述べる。
（解答例）
すべての炭素、および水素は同一平面内にあり、炭素は正６角形の頂点に位置する。各炭素は、sp2 混成であり、結合角はすべて120度である。
1.32
まず、窒素や酸素は、表示されていない孤立電子対に注意し、1.19 のヒントに挙げた表を参照しながら、注目している結合角の中央の原子の混成状態を決める。混成状態がきまれば、結合角は自動的に決まる。教科書 1.8 〜 10 節などを参照すること。
（解答例）
(a) 酸素は、２本の単結合と２対の孤立電子対を持つので、sp3 混成である。結合角は約109度。
(b) 窒素は、３本の単結合と１対の孤立電子対を持つので、sp3 混成である。結合角は約109度。
(c) 上記と同様に、sp3 混成であるから、結合角は約109度。
(d) この炭素は、単結合２本と二重結合１本を持つ。シグマ結合数は３、孤立電子対は持たないから、sp2 混成である。結合角は約120度。
1.33
電荷的に中性な分子では、
sp3 炭素は、４本の単結合を持つ。
sp2 炭素は、２本の単結合と１本の二重結合を持つ。
sp 炭素は、１本の単結合と１本の三重結合、または二本の二重結合をもつ。
与えられた条件を満たす構造の分子は、いくつもある。炭素の数の上限を定めなければ無限にあるとも言える。これらの中から、最も単純な構造のものを挙げればよい。
２つの sp2 混成炭素で、１本の二重結合を作れる。２つの sp 混成炭素では１本の三重結合を作れる。
（解答例）
一例のみを示す。
(a) 
(b) 
(c) 
1.34
(a) は、問題 1.5 と同様に考えればよい。
(b) および (c) では、(a) とは逆に水素の数が、炭素の数から予測されるよりも少ない。このとき、単結合だったところを二重結合にすることで、分子式の水素の数を減らすことができるが、水素の数は２個単位でしか減らせないことに注目するとよい。
（解答例）
(a) 炭素は価電子を４つ持つから、４つの水素との間で化合物 CH4 をつくることはできるが、CH5 はつくらない。
(b) 分子内に、環構造も二重結合もどちらも持たない場合、２つの炭素、１つの窒素からは、たとえば aminoethane CH3CH2NH2 の分子式として、C2H7N となる。ここから２つの水素を除いて二重結合や環構造を導入すると、C2H5N となってしまい、C2H6N の分子をつくることはできない。
(c) 臭素は７つの荷電子をもち、１本の共有結合をもつから、結合の様式は水素と同じであるので、C3H5Br2 の代わりに C3H7 について考えてもよい。
３つの炭素からは、たとえば propane CH3CH2CH3 の分子式として、C3H8 となる。ここから２つの水素を除いて二重結合や環構造を導入すると、C3H6 となってしまい、C3H7 の分子をつくることはできない。従って、C3H5Br2 の分子もつくることができない。
1.35
分子の立体構造と、くさび形線を用いた表現については、教科書 1.4 節、９頁の図を参照すること。問題 1.4 も参照のこと。
（解答例）
ethanol の酸素に直結した炭素（次式下線： CH3−CH2−OH ）上には、２つの水素、１つのメチル基（ −CH3 ）、１つの水酸基（ −OH ）をもつ。下図中で、これら４つの置換基をどの位置に置いても構わない。
1.36
与えられた分子式 C4H4O5 から、「３つの >C=O と２つの -O-H 」部分を構成する原子を差し引くと、炭素×１、水素×２である。
与えられた条件を満たし、かつ、各原子の結合の数に矛盾しない構造は、８種類書くことができる。これらの中から問題文に従って２つを描けばよい。なお、解答となる構造の中に、炭素−炭素二重結合は含まれない。
もちろん物質の名称を「オキサロ酢酸」と限定してしまった場合には、構造は唯一に決めることができる。（この問題では、オキサロ酢酸の構造が未知であるものとして解答してよい。）
（解答例）
次の中から２つが描かれていればよい。（これら８種類の描き方は、下記（発展）を参照のこと）
オキサロ酢酸の系統名は、2-オキソブタン二酸 ( 2-oxobutanedioic acid ) で、その示性式は HOOC-CH2-CO-COOH である。上図では、中段左より２つめ。
すべての可能性を探るためには、次の手順で考えればよい。
与えられた分子式は、 C4H4O5 で、かつ、３つのカルボニル基 C=O を持つ。分子式より、この分子の不飽和度（教科書 6.2 節参照。分子内にある二重結合や、環構造の数）を求めると（あるいは分子式を満たす構造をひとつ書いてみると類推できるように）３であるから、同じ分子式を満たすためには、すでに分子内にカルボニル基に由来する二重結合が３つあるので、分子内に環構造は持たない。
また、５つある酸素はすべてカルボニル基、または水酸基に使用されるから、エーテル酸素を含まない。
従って、この分子に可能な炭素の並びは、４つの炭素が一列に順に並んでいる（ n-butane の骨格）か、または３つの炭素が一列にならび、その２番目の炭素から分岐している（ 2-methylpropane の骨格）かのいずれかである。
これら炭素４つのうち、３つをカルボニル基にすることで、基本となる４つの炭素と３つの酸素の位置のパターンを３種類生じさせることができる。
さらに炭素の結合可能な場所に、水酸基を２つ導入すると、その位置の組み合わせにより、全部で８種類の構造を書くことができる。
ただし、このうちの２種類については、分子内にカルボキシ基を持たない。（カルボン酸ではない。）
1.37
1.36 に比べて単純な分子を扱っているので、与えられた条件からほぼ唯一の分子の構造を指定できるはずである。
(a) 分子式より３つの炭素を含むが、この内の２つは炭素−炭素二重結合を形成し、もう一つは窒素との間で三重結合を形成している。（炭素は４本までしか結合できないから、同一の炭素で兼ねることはできない。）窒素は、３本までしか結合できないから、炭素−窒素三重結合した部分は、炭素側から他の部分に結合するしかない（シアノ基： −C≡N ）。
(b) 「ふたつの炭素に結合した酸素 C−O−C」なので、酸素は、２本の結合をもつが、この両端が炭素となっている。３つ目の炭素は、もう一つの炭素から結合する。
(c) 「鎖状に」４つの炭素が並んでいるのだから、「 C−C−C−C 」の形。
(d) ６個の炭素を「環状に」並べる。正六角形の頂点に炭素を置き、辺を炭素−炭素結合とする。
（解答例）
(a) 
(b) 
(c) 
(d) 
1.38
カリウムメトキシドは、水酸化カリウム（ KOH ）と同様、カリウムイオンを与える。
（解答例）
図で点線で示した、酸素−カリウムの結合は、２つの元素の電気陰性度に大きな差があるためイオン結合性となる。
1.39
1.19 のヒントの表をもう一度確認すること。1.33 のヒントのように考えてもよい。
ただし、次のように覚えてはいけない。（下のどこが間違いか、確認せよ。）
（間違い）単結合の炭素は sp3、二重結合に関与した炭素は sp2、三重結合に関与した炭素は sp。
（解答例）
次に骨格構造式で表された図（省略されている水素を補うことを忘れないこと）において、ピンクで表した炭素、窒素、酸素は、それぞれ「σ 結合の数（単結合の数＋多重結合の数）＋孤立電子対の数」が３であるから、sp2 混成である。水色で表した炭素、窒素、酸素は、それぞれ「σ 結合の数＋孤立電子対の数」が４であるから、sp3 混成である。
(a) 
(b) 
なお、ヒントの（間違いを確認せよ）は、CH2=C=CH2 のような分子では、中央の炭素は sp 混成であるから、二重結合に関与していても、必ずしも sp2 ではないことである。
1.40
結合角は、その中央の原子がどのような混成になっているかでおよその値が決まる。
sp3 なら 約109度、sp2 なら 約120度、sp なら直線上（180度）。
（解答例）
次に骨格構造式で表された図（省略されている水素を補うことを忘れないこと）において、ピンクで表した原子は、それぞれ「σ 結合の数（単結合の数＋多重結合の数）＋孤立電子対の数」が３であるから、sp2 混成である。水色で表した原子は、それぞれ「σ 結合の数＋孤立電子対の数」が４であるから、sp3 混成である。
(a) 
従って、C−N−H の結合角は、中心の窒素が sp3 混成なので、約 109 度。
(b) 
従って、C−N−C の結合角は、中心の窒素が sp2 混成なので、約 120 度。
(c) 
従って、C−P−C の結合角は、中心のリンが sp3 混成なので、約 109 度。
1.41-1.52
1.41
教科書の図に示されているように、cyclopentyne が存在するなら、炭素−炭素三重結合を含む５員環をもつ分子となる。この三重結合に関与する炭素の混成状態と、それから予想される結合角を考えること。
（解答例）
cyclopentyne の骨格構造式を示した。ピンクで表した炭素は、それぞれ４本の σ 結合を持つから、sp3 混成である。これに対し、黄色で表した炭素は、２本の σ 結合と（三重結合中の）２本の π 結合を持つから、sp 混成である。
sp 混成炭素は 180 度の結合角を持つ状態が安定であるので、５員環の中に組みこまれた sp 混成炭素は、結合角の歪みを持つことになる。（正五角形として、内角は 108°である。）このため、cyclopentyne は安定に存在できない。
1.42
与えられた文に、あきらかな誤りが含まれるのではない。教科書 1.12 節を参照しながら、エテンの 結合性 π 分子軌道について述べている短文で、記述が不足であると考えられる部分はどこかを指摘すればよい。
（解答例）
「エテンの 結合性 π 分子軌道は、二つの p 原子軌道が側面から 加法的な組み合わせで 重なった結果である。」
教科書 24 ページ、図 1.21 参照。
1.43
中央の炭素の混成状態については、1.19 のヒントを参照すること。決して「二重結合に関与する炭素だから sp2 」といった正しくない認識で結論しないように。
混成状態が判ったら、教科書 1.12 節の図 1.17 などのような、軌道の空間的な配置を示した図を参照しながら、分子の構造を考えること。
（解答例）
アレン CH2=C=CH2 では、中央の炭素は、２本の σ 結合と（２本の二重結合中の）２本の π 結合を持っているので、「 σ 結合の数＋孤立電子対の数」は２で、sp 混成である。
末端の炭素は、３本の σ 結合と（二重結合中の） π 結合を持っているので、「 σ 結合の数＋孤立電子対の数」は３で、sp2 混成である。
アレンの３つの炭素の軌道を下図に模式的に示した。
ピンクで示しているのは、左右の炭素の sp2 軌道と、中央炭素の sp 軌道の重なりによって生じる σ 結合である。中央炭素は、２つの p 軌道（青と黄）を持っており、これらは直交した方向にでている。末端の炭素は、それぞれ１つの p 軌道（青および、黄）を持っており、中央の炭素の p 軌道と横方向から重なるようにして π 結合を生じる。従って、２つの π 結合は、互いに直交した２つの面内に広がっている。ゆえに、２つの末端炭素から結合している４つ水素は、同一平面内にはない。
分子模型でアレンを組んでみた。こんなかんじ。
1.44
1.43 と同様に考えよ。
（解答例）
二酸化炭素 O=C=O では、中央の炭素は、２本の σ 結合と（２本の二重結合中の）２本の π 結合を持っているので、「 σ 結合の数＋孤立電子対の数」は２で、sp 混成である。
末端の酸素は、（二重結合中の）１本の σ 結合と１本の π 結合、および２対の孤立電子対を持っているので、「 σ 結合の数＋孤立電子対の数」は３で、sp2 混成である。
二酸化炭素の炭素および酸素の持つ軌道を下図に模式的に示した。1.43 で描いたアレンと同じ構造であることに注意せよ。
ピンクで示しているのは、左右の酸素の sp2 軌道と、中央炭素の sp 軌道の重なりによって生じる σ 結合である。中央炭素は、２つの p 軌道（青と黄）を持っており、これらは直交した方向にでている。末端の酸素は、それぞれ１つの p 軌道（青および、黄）を持っており、中央の炭素の p 軌道と横方向から重なるようにして π 結合を生じる。従って、２つの π 結合は、互いに直交した２つの面内に広がっている。ゆえに、２つの末端酸素の４対の孤立電子対は、同一平面内にはない。
1.45
混成状態については、1.19 のヒントを参照すること。
（解答例）
caffeine の骨格構造式を示した。すべての酸素は孤立電子対を２対、すべての窒素は孤立電子対を１対もつ。また、ピンクで表した炭素は４本の σ 結合を、ピンクで表した窒素は３本の σ 結合と孤立電子対を、それぞれ持つから、sp3 混成である。これに対し、水色で表した炭素、酸素、窒素は、二重結合を持つからその中に π 結合を１つ持ち、 σ 結合と孤立電子対の数の和が３であるから、sp2 混成である。
問題の図中、矢印でしめされている原子（図中、赤フォントで示した）は、すべて sp2 混成である。
1.46
C＋ は、電子配置だけみれば、ホウ素 B と同じであることに注意。
(a) 中性の炭素は、価電子（最外殻電子）を４つ持つ。価電子殻（最外殻）に電子を１つ余分に持つと、マイナスの電荷を帯びた炭素（ C− ）となり、逆に価電子殻（最外殻）の電子が１つ少なければプラスの電荷を帯びた炭素（ C＋ ）となる。
(b) s や p の副殻にある１つの価電子と、他の原子（水素など）からの電子１つとが共有結合をつくる。この際、すべての C−H 結合が等価になるためには、炭素は混成状態になる必要がでてくる。逆にいえば、他原子とのシグマ結合の形成に係わらない電子や軌道は、混成しないといえる。
(c) 混成状態がわかれば、その軌道の出ている方向が判る。
また、この結果でてくる形は、このカルボカチオンについて考えれば、C−H 結合の共有結合電子同士が互いに最も遠い距離になるような配置である。
（解答例）
(a) 中性の炭素原子、6C は、電子配置(1s)2(2s)2(2p)2 で、４つの価電子をもつ。価電子を１つ失うと、原子は正のイオンとなるから、6C+ の価電子は３つである。
(b) 6C+ は、基底状態で(1s)2(2s)2(2p)1 の電子配置であるから、まず、３本の等価なシグマ結合をつくるために 2s 電子を 2p 軌道に昇位させると (1s)2(2s)1(2p)2 の電子配置となる。３つある 2p 軌道のうち、１つは空である。電子の入っている軌道 (2s)1(2p)2 だけで混成するので、sp2 混成となる。この炭素は、混成していない p 軌道を１つ持つが、この軌道に電子は入っておらず、空のままである。
(c) 従って、カルボカチオンは平面内に３本の結合が、結合角 120度で出ている。これは、３本の結合が空間内で互いになるべく離れた位置に来ようとして生じる構造である。
1.47
C− は、電子配置だけみれば、窒素 N と同じであることに注意。
1.46 と同様に考える。また、答えを 1.46 と対比させておく必要がある。
（解答例）
(a)(b) 中性の炭素原子、6C は、電子配置(1s)2(2s)2(2p)2 で、４つの価電子をもつ。新たに価電子を１つ得ると、原子は負のイオンとなるから、6C- の価電子は５つで、電子配置は (1s)2(2s)2(2p)3 となる。この電子配置は、３価の窒素 7N と同じであるから、カルボアニオン CH3- の構造は、アンモニア NH3 の構造と相同である。
(c) ３本の σ 結合と、孤立電子対１対を持つから、sp3 混成である。
(d) ３本の σ 結合と孤立電子対が空間内で互いに一番離れた配置となるから、正四面体の対称性をもつ。
カルボアニオン（または、カルバニオン carbanion ）は、「カルボ ＋ アニオン」つまり、炭素上のマイナスイオンという意味である。
1.48
炭素の４つの価電子のうち、２つが水素との間で共有結合を形成するのに使用され、２つが結合を形成せずに残っているのがカルベンである。この残りの２つの電子が１つの軌道に対をなして入っているときは、「２本の σ 結合と１対の非共有電子対をもつ」原子と同じ混成を持つことになる。一方、これら２つの電子が別の２つの軌道を占めていく時には、分子内にあきらかに存在する「 σ 結合数＋孤立電子対の数」は、２であるが、１つずつ電子の入った軌道が、σ 結合数と離れようとして孤立電子対のように振る舞うか、あるいは、σ 結合との間にほとんど空間的な反発の無い空の軌道のように振る舞うかによって、炭素の混成状態と、従って分子の形が変わってくる。
（解答例）
1) 結合に関与しない２つの電子が、１つの軌道に入る場合：
白で示したのは p 軌道、水色で表したのは sp2 混成軌道である。
結合に関与しない２つの電子が１つの軌道の中に逆向きのスピンで対となって入って孤立電子対を形成する場合には、炭素の持つ「 σ 結合の数＋孤立電子対の数」が３であるから、sp2 混成となる。そして、この孤立電子対と２本の C−H 結合が互いに反発しあい、120度の結合角となる。中心炭素は、３つの sp2 混成軌道と直交した方向を向いた空の p 軌道を一つ残しているが、空なので、他の軌道との間の反発はない。この分子の多重度は１（一重項）である。
2) 結合に関与しない２つの電子が、それぞれ異なる軌道に入る場合：
Hund の法則（２つ以上のエネルギーの等しい軌道に電子が入る場合、まず、すべての軌道に同じスピンの向きで電子が１つずつ入っていく）により、結合に関与しない２つの電子は同じスピンの向きを持つので、三重項、である。
左より sp 混成、sp2 混成、sp3 混成の炭素を用いて三重項カルベン CH2 を表そうとした場合。
ただし、白で示したのは p 軌道、水色で表したのは sp2 および sp3 混成軌道である。
不対電子とσ 結合の共有電子対との間にさほど大きな反発が無い場合には、空間内で互いに最も離れようとするのは２本の σ 結合だけで、「 σ 結合の数＋孤立電子対の数」は２であって sp 混成を生じる（上図、左端）。このとき、カルベン CH2 は直線構造を持つ。この場合、結合に関与しない２つの電子は、２つの直交した p 軌道に入る。実際に、直線構造をした三重項カルベンが実験的に知られている。
さまざまな理由で分子の構造に制約が加えられたときなど、曲がった三重項カルベンも存在することが知られている。この場合には、上図中央のように sp2 混成軌道および p 軌道に不対電子が１つずつ入るか、または上図右端のように２つの sp3 混成軌道に不対電子が入るかのいずれかで考えることができる。ただし、これらを区別することができるような情報は、ここでは示されていない。
1.49
炭素は４本のシグマ結合を持つことができるという観点から、４つの炭素を並べる方法について考えると、途中で分岐せず直線的に並んでいる場合と、途中で枝分かれする場合がある。
（解答例）
butane, 2-methylpropane
炭素の並び方が異なる、構造異性体である。
1.50
分子式 C3H6 は、プロパン propane, C3H8 よりも水素が２つ分少ない。プロパンから２つの水素を取り除くことを考えると、そのパターンに２種類あることに気付く。
（解答例）
propene, cyclopropane
左は二重結合を持ち、右は環構造を持つ。
1.51
炭素は４本のシグマ結合を持つことができ、酸素は２本のシグマ結合を持つことができる。これに留意して、２つの炭素および１つの酸素の並び順について、どのようなものがあるか考えればよい。
（解答例）
ethanol, dimethyl ether
左はアルコール、右はエーテルで、官能基異性体である。
1.52
二重結合をもつ最も単純な分子、エテン ethene, C2H4 は、４本の C−H 結合を持っている。この分子に対し、炭素をあと２つ持たせるための炭素の並び方については、４種類の異なる方法がある。（二重結合の「シス−トランス異性体（教科書 6.5 節参照）」を区別しない場合には、３種類となる。）
（解答例）
1-butene, trans-2-butene, cis-2-butene, 2-methylpropene
左のものと中央２つとは、二重結合の位置が異なる位置異性体である。
中央２つは、二重結合についたアルキル基の配置が異なっており、立体異性体（幾何異性体）である。
右のものは、左のもの３つと炭素の並びが異なっており、構造異性体である。
(b) 
(c) 
は、間違い。二つの環に共通している炭素の結合が５本になっている。
C10H11N
C11H11O2Br
C9H12O
のような結合順である。
の共鳴として描かれている 
のような構造は、孤立電子対をもつ炭素の形式電荷が
のようになることにも注意せよ。
