相同系列

有機化学において、同族系列とは、同じ官能基と類似の化学的性質を持つ化合物の系列であり、系列のメンバーは含まれる繰り返し単位の数によって異なります。^[1]^[2]これは、例えば直鎖アルカン（パラフィン）の炭素鎖の長さである場合もあれば、^[2]アミロースなどのホモポリマーのモノマーの数である場合もあります。^[3]同族体（ホモログとも綴られる）は、同族系列に属する化合物です。 ^[1]

同族系列内の化合物は、通常、類似の化学的および物理的特性を与える固定された官能基のセットを持ちます。(たとえば、一連の一次直鎖アルコールは、炭素鎖の末端にヒドロキシルを持っています。) これらの特性は、通常、系列に沿って徐々に変化し、その変化は、分子のサイズと質量の単なる違いによって説明できる場合がよくあります。「同族系列」という名前は、一般的なアルカン(直鎖および分岐)、アルケン(オレフィン)、炭水化物など、類似の構造を持つか、同じ官能基を含む化合物のコレクションにもよく使用されます。ただし、メンバーを単一のパラメーターで線形順に並べることができない場合は、コレクションを「系列」ではなく「化学ファミリー」または「同族化合物のクラス」と呼ぶ方が適切です。

同族列の概念は、1843年にフランスの化学者シャルル・ゲルハルトによって提唱されました。^[4]同族列化反応は、同族列の1つのメンバーを次のメンバーに変換する化学プロセスです。

例

直鎖アルカンの同族系列は、メタン(CH ₄ )、エタン(C ₂ H ₆ )、プロパン(C ₃ H ₈ )、ブタン(C ₄ H ₁₀ )、ペンタン(C ₅ H ₁₂ ) で始まる。この系列では、連続するメンバーは、鎖に挿入された余分なメチレン橋(-CH ₂ - ユニット) によって質量が異なります。したがって、各メンバーの分子量は 14原子質量単位異なります。このような系列の隣接するメンバー、たとえばメタンとエタンは、「隣接同族体」として知られています。^[5]

その系列内では、沸点などの多くの物理的特性が質量の増加とともに徐々に変化します。たとえば、エタン (C ₂ H _{6 ) はメタン (CH}₄ )よりも沸点が高くなります。これは、エタン分子間のロンドン分散力がメタン分子間のロンドン分散力よりも高いため、分子間引力が強くなり、沸点が上昇するためです。

セリンとホモセリンは相同体です。

有機分子の重要なクラスには、第一級アルコール、アルデヒド、（モノ）カルボン酸などのアルカンの誘導体があり、これらはアルカンと類似の系列を形成します。対応する第一級直鎖アルコールの同族系列には、メタノール（CH ₄ O）、エタノール（C ₂ H ₆ O）、1-プロパノール（C ₃ H ₈ O）、1-ブタノールなどが含まれます。単環シクロアルカンは、シクロプロパンから始まる別の類似系列を形成します。

生体高分子も相同列を形成します。例えば、セロビオースから始まるセルロースオリゴマー^[6]などのグルコースのポリマーや、マルトースから始まるアミロースオリゴマーのシリーズ（マルトオリゴマーと呼ばれることもあります） ^[7]などがあります。ホモオリゴペプチド、つまり1つのアミノ酸の繰り返しで構成されるオリゴペプチドも相同列として研究することができます。^[8]

無機同族体

同族列は有機化学に特有のものではありません。チタン、バナジウム、モリブデンの酸化物はすべて同族列（例えば、2 < n < 10の場合V _n O _{2 n − 1} ）を形成し、マニエリ相と呼ばれます^{[9]。アルカンC}_n H ₂_n_{+ 2に類似した}シランSi _n H ₂_n_{+ 2 （}nは最大8）も同様です。

周期表

周期表では、同族元素は多くの電気化学的性質を共有しており、表の同じグループ（列）に表示されます。たとえば、すべての希ガスは無色の単原子ガスであり、反応性が非常に低いです。これらの類似性は、価電子の外殻の構造が似ているためです。^[10]メンデレーエフは、同じグループ内の既知の元素の下に未知の元素を示す接頭辞「eka-」を使用しました。

参照

参考文献

^ ab 「医薬化学用語集（IUPAC勧告1998）」。2017年8月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年12月22日閲覧。
^ ab ブラウン、セオドア L. (セオドアローレンス); ルメイ、H. ユージーン (ハロルドユージーン); バーステン、ブルースエドワード (1991)。化学: 中心科学(第 5 版)。ニュージャージー州エングルウッドクリフス: プレンティスホール。pp. 940。ISBN 978-0-13-126202-7. OCLC 21973767.
^ Saarela, K. (2013-10-22). 高分子化学—8: 1972年7月2日～7日にフィンランドのヘルシンキで開催された高分子に関する国際シンポジウムで発表された全体講演と主要講演。エルゼビア。p. 88。ISBN 978-1-4832-8025-7。
^ Charles Gerhardt (1843) 「有機物質の化学分類に関する有機物質の分類」、Revue scientifique et industrielle、14 : 580–609。 588 ページより: 「17. Nous appelons Substances homologues celles qui jouissent des même propriétés chimiques et dont la comboposition offre somees Analies dans les proports親戚 des éléments.」 (17. 我々は、同じ化学的性質を持ち、その組成が同じであるものを相同物質と呼びます。要素の相対的な割合について特定の類似点を示しています。)
^ Henze 事件、181 F.2d 196, 201 (CCPA 1950) を参照。同事件では、裁判所は「実際、相同体の性質、および一連の 1 つのメンバーの物理的および化学的特性と隣接するメンバーとの密接な関係により、隣接する相同体が当該技術分野で古い物質の組成物を対象とするクレームに対しては、特許性がないと推定される」と述べた。
^ Rojas, Orlando J. (2016-02-25). セルロースの化学と特性: 繊維、ナノセルロース、先端材料。Springer。ISBN 978-3-319-26015-0。
^炭水化物化学と生化学の進歩。アカデミック・ プレス。1981-06-19。ISBN 978-0-08-056297-1。
^ ギディングス、J. カルビン (1982-08-25)。クロマトグラフィーの進歩。CRC プレス。ISBN 978-0-8247-1868-8。
^ シュヴィンゲンシュレーグル、アメリカ;アイルト、V. (2004-09-01)。「バナジウムマグネリ相 VnO2n-1」。アンナレン・デア・フィジーク。13 (9): 475–510。arXiv : cond-mat/0403689。土井：10.1002/andp.200410099。ISSN 0003-3804。S2CID 116832557。
^ Guillermet, A. Fernández; Grimvall, G. (1989年7月15日). 「遷移金属における原子間力とデバイ温度の相同性」. Physical Review B. 40 ( 3): 1521–1527. Bibcode :1989PhRvB..40.1521G. doi :10.1103/PhysRevB.40.1521. PMID 9992004.

[iupac-1] 「医薬化学用語集（IUPAC勧告1998）」。2017年8月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年12月22日閲覧。

[:0-2] ブラウン、セオドア L. (セオドアローレンス); ルメイ、H. ユージーン (ハロルドユージーン); バーステン、ブルースエドワード (1991)。化学: 中心科学(第 5 版)。ニュージャージー州エングルウッドクリフス: プレンティスホール。pp. 940。ISBN 978-0-13-126202-7. OCLC 21973767.

[3] Saarela, K. (2013-10-22). 高分子化学—8: 1972年7月2日～7日にフィンランドのヘルシンキで開催された高分子に関する国際シンポジウムで発表された全体講演と主要講演。エルゼビア。p. 88。ISBN 978-1-4832-8025-7。

[4] Charles Gerhardt (1843) 「有機物質の化学分類に関する有機物質の分類」、Revue scientifique et industrielle、14 : 580–609。 588 ページより: 「17. Nous appelons Substances homologues celles qui jouissent des même propriétés chimiques et dont la comboposition offre somees Analies dans les proports親戚 des éléments.」 (17. 我々は、同じ化学的性質を持ち、その組成が同じであるものを相同物質と呼びます。要素の相対的な割合について特定の類似点を示しています。)

[5] Henze 事件、181 F.2d 196, 201 (CCPA 1950) を参照。同事件では、裁判所は「実際、相同体の性質、および一連の 1 つのメンバーの物理的および化学的特性と隣接するメンバーとの密接な関係により、隣接する相同体が当該技術分野で古い物質の組成物を対象とするクレームに対しては、特許性がないと推定される」と述べた。

[6] Rojas, Orlando J. (2016-02-25). セルロースの化学と特性: 繊維、ナノセルロース、先端材料。Springer。ISBN 978-3-319-26015-0。

[7] ^炭水化物化学と生化学の進歩。アカデミック・ プレス。1981-06-19。ISBN 978-0-08-056297-1。

[8] ギディングス、J. カルビン (1982-08-25)。クロマトグラフィーの進歩。CRC プレス。ISBN 978-0-8247-1868-8。

[9] シュヴィンゲンシュレーグル、アメリカ;アイルト、V. (2004-09-01)。「バナジウムマグネリ相 VnO2n-1」。アンナレン・デア・フィジーク。13 (9): 475–510。arXiv : cond-mat/0403689。土井：10.1002/andp.200410099。ISSN 0003-3804。S2CID 116832557。

[Guillermet-and-Grimvall-1989-10] Guillermet, A. Fernández; Grimvall, G. (1989年7月15日). 「遷移金属における原子間力とデバイ温度の相同性」. Physical Review B. 40 ( 3): 1521–1527. Bibcode :1989PhRvB..40.1521G. doi :10.1103/PhysRevB.40.1521. PMID 9992004.