本のページがあるが、どの順番で並べるべきか見当がつかないと想像してみてください。または、材料リストのみのレシピを持ち、食品の作り方についての指示はありません.または、イケアの食器棚を持っていて、個々の部品がすべて揃っていますが、マニュアルはありません。これはすべて、分子がどの原子で構成されているかを知っているが、互いに結合する方法を知らないことに非常に似ています.ページの順序、レシピの説明、またはマニュアルを知らなければ、最終的なものがどのように見えるかを理解するのは困難です (常に不可能であるとは限りません)。
ページ番号、レシピの説明、マニュアルを思いついたのは良いことです.そして幸運なことに、化学者たちは構造式を思いつきました。これらの式は、分子がどのように構築され、原子がどのように接続され、分子が実際にどのように見えるかを教えてくれます.この投稿では、これらの構造式を紹介します。もちろん、食品中の分子にも適用します。
分子式
以前の投稿で、分子と原子の概念を紹介しました。原子タイプ (元素とも呼ばれます) の数には制限があり、これらの異なる原子が脂肪、炭水化物、タンパク質などの分子を形成できることを学びました。次の投稿では、化学者が略語を使用して、分子内に存在する原子、分子式を説明する方法について説明しました。このような分子式の例は、H2 です。 O. この式は、2 つの水素原子と 1 つの酸素原子で構成される分子である水を表しています。
導入部で説明したように、分子式は指示のないレシピのようなものです。必要な材料はわかっていますが (原子のリストがあります)、これらを接続する方法はわかりません。
構造式
そこで構造式の出番です！これらの式は少し複雑ですが、分子内の原子がどのように互いに接続されているかを正確に示しています.いくつかの例を使用してこれを示しましょう。下に表示されている分子はメタンです。これは食品で一般的な分子ではありませんが、手始めとしては良い例です。メタンの分子式はCH4 .これは、メタンが中心に炭素 (C) 原子を持ち、中心に 4 つの水素 (H) 原子が結合していることを示しています。ご覧のとおり、構造式と分子式の原子に同じ略語を使用しています。
別の簡単な例を以下に示します。同じ化学式を持つ 2 つの分子を示しています:C4 H10 .ただし、それらの構造式はまったく異なります。ここでも、式は原子がどのように接続されているかを明確に示しています。
これらは単純な構造で、2 種類の原子しかありませんでした。もう少し複雑なもう 1 つの構造について説明しましょう。以下に、最も単純なアミノ酸であるアラニンの構造式を示します。この分子には 4 つの異なる原子が見られます (N =窒素、O =酸素)。また、1 つの O 原子と C 原子の間に二重線があることもわかります。これは二重結合です。
構造式の簡略化
化学者は怠け者です。少なくとも、構造式を描くことに関しては怠け者です。実生活では、今示したようにアラニンが描かれているのを見ることはあまりありません.代わりに、化学者は特定の原子を除外し、原子を非常に一般的な構造の組み合わせにグループ化します.
水素原子と炭素原子を除外する
ほとんどの図面では、炭素原子に結合した水素原子は表示されません。これらの水素原子は、化学反応にとってあまり重要ではない傾向があります。また、(上記の例で見たように) 多くの場合があります。
これらの水素原子は完全に除外されているため、式には表示されません。しかし、それらが結合している炭素原子も消えてしまいます.炭素原子も化学反応であまり重要な役割を果たさない傾向があり、しばしば多すぎるため、それらも除外されます.ただし、それらを完全に除外する代わりに (文字 + 接続線)、線は引き続き表示されますが、文字 C は省略されます
共通のアトム セットのグループ化
アラニンの簡略化された式では、H &C の場所だけが簡略化されていないこともわかります。また、OH と NH2 -グループが簡素化されました。線を描く代わりに、線が乱雑になるので省略しました。この原子のグループ化は、水素原子と他の 1 つのタイプを持つグループで非常に一般的です。これらの水素原子が完全に除外されていない理由を尋ねているかもしれません.それは、やや複雑な化学と関係があります。これらの水素原子は、化学反応においてより重要な役割を果たします。化学者は何個あるのか自動的にはわからないので、表示する必要があります。
分子構築のルール
これにより、分子を構築するための「ルール」がわかりました。分子を形成するとき、原子は電子を使用して互いに結合を形成します。このような結合に使用できる原子の数は、原子が結合できる他の原子の数によって決まります。これを知ることで、化学者は原子がどのように結合するかを理解できます。
前の例で見たように、炭素 (C) には 4 つの結合を形成する能力があり、酸素 (O) は 2 つだけ、窒素 (N) は 3 つ、水素 (H) は 1 つだけです。一部が省略されている場合でも、構造式に含まれる原子の数。
3D 構造の表示
食品中の多くの分子について、これらの単純な骨格バージョンは、分子の実際の構造を示すのに十分ではないか、少し不便です.これは、特定の原子が分子の前にあるか後ろにあるかを知ることが重要な場合に発生します。または、構造体の内部にループがある場合。これらの目的のために、もう少し高度な技術が開発されました。
これらの 1 つを以下に示します。このグルコース分子は、構造に円を持っています。円の表側が裏側よりも少し太くなっていることがわかります。分子を描くこの方法は、3D 構造を見るのに役立つため、炭水化物に一般的に使用されます。
下の構造では、分子の 3D 構造を示す別の方法を見ることができます。ビタミン B12 のこの構造の点線は、原子のグループが後方を指していることを示しています。太い三角結合は、グループが前方を指していることを示しています。なぜこれが重要なのか疑問に思うかもしれません。化学では、適切なグループが相互作用して反応する必要があります。反応するグループが先頭にあることを知っていても、それが反応できる分子を知っていて、他の多くのグループが邪魔をしていて見る場所がない場合、反応はおそらく進まないでしょう。
構造式の制限
食品では、多くの分子が大きすぎて複雑すぎて、構造式で示すことができません。一般的な例はタンパク質です。タンパク質は巨大な分子である傾向があり、それらをそのように詳細に描画することは非常に複雑であり、必ずしも多くの情報を提供するとは限りません.
とはいえ、他の多くのアプリケーションでは、構造式は非常に便利です。たとえば、ラードとオリーブ オイルの比較で示されています。このブログの他の多くの分野でも構造式が使用されていることがわかります (例:ビタミン C の酸化やメイラード反応について議論する場合)。
