理学部化学科

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科目紹介:有機化学反応機構

パソコンを使えば有機物の複雑な構造も容易に理解可能

化学反応のプロセスも3Dアニメで視覚的に把握できる

化学反応を3次元的に把握

有機化学の基本は化学式。付加反応や置換反応といったさまざまな化学反応の仕組みを、化学式を見ただけできちんとイメージできるかどうかが、勉強する上で大きなウエートを占めます。教科書や参考書では化学式が2次元的に表現されていますが、実際の反応は3次元の世界。「有機化学反応機構」では、図書館にあるマルチメディアスタジオのパソコンを利用し、有機物の3次元的な立体構造を視覚的にとらえます。

ベンゼン環に代表される共鳴構造の仕組みは、教科書を読んだだけでは分かりにくい部分もありますが、パソコン画面上の3D映像なら一目瞭然。また、静電ポテンシャルマップを利用することにより電子の偏りや流れも視覚的に把握でき、反応の経過をアニメーション的に見ることも可能です。ハロゲン化アルキルやベンゼンの置換反応やエチレンやアセテレンヘの付加反応のプロセスを視覚的に理解できると、とても面白いですよ。

分子モデリングソフトを用いて計算

授業では初めに先生がイントロダクションを行い、それを受けて学生が演習を実施します。分子モデリングソフトを用いて化合物のエネルギーや結合距離・結合角などの計算を行い、実験値と比較します。分からないことがあったら、先生に気軽に質問できるのもうれしいですね。夏休みには高校生を集めて理科教室を開くのですが、化学反応の瞬間を見ることができるとあって、毎年大好評。もちろん、実際に授業を受けている学生にも非常に人気があります。

担当教員からのコメント

有機化合物の反応機構を学習するための最もオーソドックスな方法は、紙と鉛筆を使って電子の移動を段階ごとに書くことです。しかし、それだけでは分子の安定構造や分子軌道、あるいは電子分布などから有機反応を理解することは困難です。この授業ではパソコン上で3次元的な分子に種々の性質を重ね合わせたグラフィックスを見ながら、有機化学の問題を解いていきます。それによって「有機的に結びついた有機化学の知識」を身につけることができるはず。その結果さまざまな事象に対する考察力がアップすると思います。

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