不飽和度

有機分子の分子式の分析において、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。式は有機化学で化学構造を描くのに役立てるために使用されます。式では、環の具体的な数、二重結合（各π結合1つ）、三重結合（各π結合2つ）など、個々の成分に関する情報は提供されません。最終構造は、 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、構造が飽和している場合（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っている場合）の可能な式と比較することに基づいています。

不飽和度の計算式は次のとおりです。

${\displaystyle \mathrm {DU} ={\sum n_{i}(v_{i}-2) \over 2}+1}$

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、原子価が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 増加します。

特定のクラスの分子については、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:

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

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

${\displaystyle \mathrm {環+\pi \ 結合} =C-{\frac {H}{2}}-{\frac {X}{2}}+{\frac {N}{2}}+1\,}$

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、酸素やその他の二価原子は不飽和度に寄与せず、2 − 2 = 0 となります。

炭化水素の場合、DBE (または IHD) は、非飽和構造内の環および/または余分な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ペアの数に等しくなります。これは、2 つの元素を結合して環を形成したり、構造内に余分な結合を 1 つ追加したりすると (たとえば、単結合を二重結合に変更する)、2 つの H の必要性が減るからです。非炭化水素の場合、ペアの元素には、周期表のリチウム族およびフッ素族の任意の元素を含めることができますが、必ずしもすべての H である必要はありません。

一般的な形式の式は次のとおりです。

${\displaystyle {\text{IHD}}=C+1+{\frac {N}{2}}-{\frac {H}{2}}-{\frac {X}{2}}}$

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次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、水素原子のペアが結合している必要があります。式中の炭素の数は、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ペアの数を表します。(これは、炭素が骨格鎖に挿入されるか、末端に結合して水素を置き換えるか、炭素から分岐して水素を置き換えるかに関係なく、構造に炭素が追加される場合にも当てはまります。)
• バックボーン チェーンの 2 つの末端炭素にはそれぞれ 1 つの水素が必要です。そのため、式に「1」が追加されます。(分岐の末端には計算で H を追加する必要はありません。分岐によって置き換えられた H は、分岐末端に追加された H としてカウントできるためです。これは、任意の要素で終了する分岐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、+ ⁠いいえ/2⁠ は式に含まれており、窒素 2 個ごとに 1 の値を与えます。(これは、窒素が骨格鎖に挿入されるか、末端に結合して H を置き換えるか、C から分岐して H を置き換えるかに関係なく、構造に窒素が追加された場合にも当てはまります。)
• ⁠​H/2⁠ は水素原子 2 個ごとに 1 の値を与えるため、水素対の数を表します。式ではこれを減算して、不飽和構造で水素原子の対がいくつ欠けているかを数え、水素不足の度合いを示します。( IHD = 0の場合、水素対は欠けていません。これは水素不足がないことを意味します。)
• ⁠の存在バツ/2⁠ は⁠と同様の理由によるものですH/2⁠ .

構造に酸素原子を追加するには水素を追加する必要がないため、式には酸素原子の数は表示されません。さらに、式を一般化して、周期表の CAS A グループのグループ I (水素およびリチウム族)、グループ IV (炭素族)、グループ V (窒素族)、グループ VII (フッ素族) のすべての元素を含めることができます。

${\displaystyle {\text{IHD}}=G_{4}+1+{\frac {G_{5}}{2}}-{\frac {G_{1}}{2}}-{\frac {G_{7}}{2}}}$

あるいは単に、

${\displaystyle {\text{IHD}}=G_{4}+1+{\frac {G_{5}-G_{1}-G_{7}}{2}}}$

• ヨウ素価- サンプル中の二重結合の数の実用的な測定

ヤング、ポール R. (2000)。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 2014-01-04ウェイバックマシンにアーカイブ