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有機化合物の骨格式、線角式、結合線式、または略式は、分子の原子、結合、およびその幾何学的詳細を表すミニマルな構造式の一種です。骨格式の線は、他の元素でラベル付けされていない限り、炭素原子間の結合を表します。[ 1 ]炭素原子とそれに結合している水素原子にはラベルを付けなくても構いません。
この表現の初期の形は、有機化学者のオーガスト・ケクレによって最初に開発されましたが、現代の形は分子のルイス構造とその価電子に密接に関連し、影響を受けています。そのため、これらはケクレ構造[ a ]またはルイス・ケクレ構造と呼ばれることもあります。骨格式は、比較的素早く簡単に描けることと、反応機構や電子の非局在化の議論に使用される曲がった矢印表記を容易に重ね合わせることができることから、有機化学で広く使われるようになりました。
有機化学では、化学構造を表す他の方法もいくつか一般的に用いられています（ただし、骨格式ほど頻繁ではありません）。例えば、立体配座構造は骨格式に似ており、透視図のように3次元空間における原子のおおよその位置を表すのに用いられます。ニューマン投影、ハワース投影、フィッシャー投影などの他の表現方法も、骨格式とある程度似ています。しかし、使用される表記法にはわずかな違いがあり、読者はそれらの違いを理解して、図に込められた構造の詳細を把握する必要があります。骨格構造と立体配座構造は有機金属化学や無機化学でも用いられますが、使用される表記法も多少異なります。
有機化合物の骨格構造とは、化合物の基本構造を形成する結合した原子の列のことである。骨格は、結合した原子の鎖、枝、および/または環から構成される。炭素または水素以外の骨格原子はヘテロ原子と呼ばれる。[ 2 ]
骨格には、水素原子や様々な置換基が結合している。水素原子は炭素原子に結合する最も一般的な非炭素原子であり、簡略化のため明示的には描かれていない。また、炭素原子は一般的に直接「C」などと表記されないのに対し、ヘテロ原子は常に明示的に表記される（窒素は「N」 、塩素は「Cl」など）。
比較的高い化学反応性を示す、あるいは化合物のスペクトルに特有の興味深い特性をもたらすヘテロ原子やその他の原子団は、分子に機能を与えることから官能基と呼ばれます。ヘテロ原子と官能基は、有機化合物の親炭化水素に存在する水素原子の代替物とみなされるため、まとめて「置換基」と呼ばれます。
ルイス構造式と同様に、共有結合は線分で示され、二重線分または三重線分はそれぞれ二重結合または三重結合を示します。同様に、骨格式は各原子に関連付けられた形式電荷を示し、孤立電子対は通常省略可能です。実際、骨格式は、以下の簡略化を考慮したルイス構造式の略記と考えることができます。
分子の標準的な表現では、最も寄与度の高い正準構造（共鳴構造）が描かれます。しかし、骨格式は「実際の分子」 、つまり寄与するすべての正準構造の加重平均を表すものと理解されています。したがって、2つ以上の正準構造が等しい重みで寄与する場合（例えば、ベンゼンやカルボン酸アニオンなど）、いずれかの正準構造が任意に選択されたとしても、骨格式は分数階の等価な結合を含む真の構造を表していると理解されます。ただし、非局在化した結合は非等価な単結合や二重結合として描かれます。
骨格構造が19世紀後半に導入されて以来、その表示方法は大きく進化してきました。現在使用されている図の表記法は1980年代に遡ります。ChemDrawソフトウェアパッケージが事実上の業界標準として採用されたこと（例えば、米国化学会、英国王立化学会、ドイツ化学会の出版物など）により、これらの表記法は1990年代後半以降、化学文献においてほぼ普遍的なものとなっています。特に立体結合の使用に関して、米国、英国、欧州の慣習の違い、あるいは個人の好みにより、若干の表記法の相違が残っています。[ 3 ]また、著者によって表記法に若干の相違がある点として、形式電荷はプラスまたはマイナス記号を円で囲む（⊕、⊖）か、円なしで表すことができます。ほとんどの著者が従っている表記法のセットを、例とともに以下に示します。
例えば、ヘキサンの骨格式（上図）を以下に示します。C 1とラベル付けされた炭素原子は結合が 1 つしかないように見えるため、結合の総数を 4 つにするには、これに 3 つの水素原子が結合している必要があります。C 3とラベル付けされた炭素原子は他の炭素原子と 2 つの結合を持っているため、同様に 2 つの水素原子と結合しています。比較のために、 X 線結晶構造解析によって決定されたヘキサンの実際の分子構造のルイス構造（中央）とボールアンドスティックモデル（下図）を示します。
図を描く際に一貫性を保つ限り、鎖のどちらの端から番号を振り始めても構いません。縮合式またはIUPAC名によって向きが確認できます。向きに関係なく、馴染みのある分子もあります。
炭素と水素以外のすべての原子は、化学記号で表されます。例えば、塩素はCl、酸素はO 、ナトリウムはNaなどです。有機化学の分野では、これらの原子は一般的にヘテロ原子と呼ばれます（接頭辞heter-はギリシャ語のἕτερος héteros、「他の」という意味に由来します）。
異種原子に結合している水素原子は明示的に描かれています。例えば、エタノール（C₂H₅OH ）では、酸素に結合している水素原子は記号Hで表されますが、炭素原子に結合している水素原子は直接表示されません。
ヘテロ原子と水素原子の結合を表す線は、通常、明瞭さと簡潔さのために省略されるため、ヒドロキシル基のような官能基は、多くの場合、−O−Hではなく−OHと表記されます。これらの結合は、反応機構に関与する場合、その存在を強調するために、完全な形で描かれることもあります。
比較のために、マイクロ波分光法によって決定された気相エタノール分子の実際の3D構造の骨格式（上）、ルイス構造（中）、およびボールアンドスティックモデル（下）を以下に示します。
化学元素記号のように見えるものの、特定の非常に一般的な置換基を表したり、元素群の特定されていないメンバーを示す記号もあります。これらは擬似元素記号または有機元素と呼ばれ、骨格式では一価の「元素」のように扱われます。 [ 4 ]一般的な擬似元素記号の一覧:
スルホン酸エステルは、求核置換反応において脱離基となることが多い。詳細については、スルホニル基およびスルホン酸基に関する記事を参照のこと。
保護基は、官能基を化学的に修飾することによって分子内に導入され、後続の化学反応における化学選択性を得ることで、多段階有機合成を容易にする。
2つの原子は、複数の電子対を共有することで結合することができます。炭素原子によく見られる結合は、単結合、二重結合、三重結合です。単結合が最も一般的で、骨格式では2つの原子間に実線で表されます。二重結合は2本の平行線で、三重結合は3本の平行線で示されます。
より高度な結合理論では、結合次数に整数以外の値が存在する。このような場合、実線と破線の組み合わせは、それぞれ結合次数の整数部分と非整数部分を示す。
近年、ベンゼンは一般的に、1872年にケクレが最初に提案した構造と同様に、単結合と二重結合が交互に並んだ六角形として描かれています。前述のように、「1,3,5-シクロヘキサトリエン」の単結合と二重結合の交互の配置は、ベンゼンの2つの等価な標準形（明示的に示されているものと、形式的な単結合と二重結合のパターンが逆のもの）のうちの1つを描いたものと理解されています。この標準形では、すべての炭素-炭素結合の長さが等しく、結合次数がちょうど1.5です。一般的にアリール環の場合、2つの類似した標準形が構造の主要な寄与者となることがほとんどですが、これらは等価ではないため、一方の構造が他方よりもわずかに大きく寄与し、結合次数が1.5から多少異なる場合があります。
この非局在化を強調する別の表現方法として、単結合の六角形の内側に円を描いて非局在化したπ軌道を表す方法がある。ヨハネス・ティーレが提唱したこのスタイルは、かつては有機化学の入門教科書で非常に一般的であり、現在でも非公式な場面でよく使われている。しかし、この表現では電子対を追跡できず、電子の正確な動きを示すことができないため、教育的および正式な学術的文脈では、ケクレの表現にほぼ取って代わられている。[ f ]
関連する化学結合は、いくつかの方法で表現できます。
この表記法の初期の使用例は、1932年にリチャード・クーンが出版物で太い実線と点線を使用したことに遡ることができます。現代の実線と破線のくさび形は、 1940年代にジュリオ・ナッタによって高分子の構造を表すために導入され、1959年にドナルド・J・クラムとジョージ・S・ハモンドによる教科書『有機化学』で広く普及しました。[ 7 ]
骨格式は、アルケンのシス異性体とトランス異性体を表すことができます。波状の単結合は、未知または未指定の立体化学、あるいは異性体の混合物（四面体立体中心など）を表す標準的な方法です。交差二重結合が使用されることもありますが、一般的には許容されるスタイルとはみなされなくなりましたが、コンピュータソフトウェアではまだ必要とされる場合があります。[ 6 ]
水素結合は一般的に点線または破線で表されます。その他の場合、破線は遷移状態における部分的に形成された結合または切断された結合を表すこともあります。
