質問: 対称面について 対称面について質問です。教科書に対称面はある物体の半分が残り半分の鏡像になるように物体を2分する面と書かれていますが、実際の分子構造を見て、どこにあるか判断するとなるとよく分からなくなってしまいます。例えば、trans-2-ブテンの場合や、それにbr2を付加させたブロモニウムイオン中間体は、対称面をどこにもつんでしょうか。やっぱり対称面がよく理解できません。誰か回答おねがいします。
回答: no.5です。 すみません、説明にまた不適切な箇所がありました(汗) (ちょうどno.5で質問を戴いた箇所に・・・) > 芳香族の場合は、共鳴に関わっている原子が実際に同一平面に並ぶので シクロアルカンや芳香環について、環を含む平面での対称性(→対称面の有無)を考える場合、実際に問題になるのは「共鳴に関わっている原子」より、「そのまわりの置換基」でした。 以下、ともに六員環であるシクロヘキサンとベンゼンで説明します。 それぞれの環を構成する炭素が同一平面にあるものとして考えた場合、それを横(→平面が面ではなく直線に見える方向)から見ると、シクロヘキサンとベンゼンはそれぞれ下のように表せます。 *それぞれの六員環を /\ | | ←こちらからみた場合 \/ シクロヘキサン: _|_|_/ / ̄| ̄| ̄\ ベンゼン: __._._.__ ̄^ ̄^ ̄^ ̄ 「_ ̄」は環を構成するc-c結合を、 「_ 「. 」 ^」はベンゼンのc-h結合を、 「\」「/」「|」はシクロヘキサンのc-h結合を、それぞれ意味します。 これを、6つの炭素原子を含む平面(→「・・・・・」で表現)で切断すると、 シクロヘキサン: _|_|_/ ・・・・・・・・・・・・・・・・ ←上下で対称=対称面 / ̄| ̄| ̄\ ベンゼン: __._._.__ ・・・・・・・・・・・・・・・・ ←上下で対称=対称面 ̄ ̄^ ̄^ ̄^ ̄ ̄ というように、ともに上下で同じになりますので、対称になります。 (「.」と「^」は同じと見て下さい) 次に、トルエン(1-メチルベンゼン)と1-メチルシクロヘキサンを考えます。 1-メチルシクロヘキサン: _|_|_/ / ̄| ̄| ̄\▲ ▼ トルエン: __._._.__▲ ̄^ ̄^ ̄^ ̄ ▼ 「▲ ▼」はメチル基を意味します。 これを上と同様、6つの炭素原子を含む平面で分割すると 1-メチルシクロヘキサン: _|_|_/ ・・・・・・・・・・・・・・・・ ←上と下で違う(メチル基の有無)=対称面ではない / ̄| ̄| ̄\▲ ▼ というように、シクロヘキサン環では、cに結合した2つの置換基(1-メチルシクロヘキサンの1-位では水素とメチル基)は、6つの炭素を含む平面内ではなく、一方は上に、もう一方は下にあるため、その平面に対して対称ではない、つまり対称面を持たないことになります。 (もし1,1-ジメチルシクロヘキサンであれば、どちらもメチル基で同じになるため、対称面になります) トルエン: __._._.__▲ ・・・・・・・・・・・・・・・・ ←上下で対称=対称面 ̄ ̄^ ̄^ ̄^ ̄ ̄▼ 一方ベンゼン環の場合、環に直接結合した置換基もベンゼン環と同一平面上にあるため、その面に対して常に上下対称となる、つまり対称面を持つことになります。 芳香族の場合、「環をつくる腕(c-c結合)」と、「置換基と結合する腕」は、ともにsp2混成軌道からつくられています(→残るp軌道はπ結合で使われている)。 3つのsp2混成軌道(と原子)は同一平面にあるため、芳香環と直接結合している置換基の原子は、必然的に環と同一平面になります。(※) そのため、「芳香族の場合は・・・置換基にかかわらず、その平面と一致する対称面を持つ」ことになるというわけです。 (但し、前回も注釈をつけたように、立体障害などでその面のどちらか一方に固定されたような場合は別です) (※) もし「必然的に環と同一平面になります」というのがわかりにくいようでしたら、(正三角形の)三角定規を想像して下さい。 真ん中の穴が原子、3つの頂点が結合する他の原子とします。 テーブルの上を芳香環の平面に見立てて、2つの頂点と真ん中の穴をテーブルの上に置きます(=芳香環を形成する3つの原子が平面に乗る)。 このとき、のこる1つの頂点は、三角定規を歪ませない限り、必然的に同じテーブルの上にのります。 「芳香環と直接結合している置換基の原子」が芳香環と常に同一平面にあるというのは、これと同じです。 ・・・かえってわかりにくくしてしまったかも(汗)