加水分解・縮合

縮合と加水分解は、結合の形成と結合の切断を伴う2種類の化学反応である。縮合は加水分解の反対である。この2種類の反応は、生体系でよく見られる反応であり、私たちもこの反応を利用して多くの重要な市販品を得ています。

結露

縮合反応とは、小さな分子同士が集まって大きな1つの分子を形成する化学反応である。この反応は、分子の2つの官能基の中で行われる。また、反応中に小さな分子が失われることも縮合反応の特徴である。そのような分子としては、水、塩化水素、酢酸などを挙げることができる。失われる分子が水の場合、このような縮合反応は脱水反応と呼ばれる。縮合反応では、反応物分子が小さく生成物分子が大きいため、生成物の密度が反応物の密度より常に高くなる。縮合反応は、いくつかの方法で起こる。例えば、分子間縮合反応と分子内縮合反応に大別される。2つの官能基が同じ分子内にある場合は、分子内縮合と呼ばれる。例えば、グルコースは以下のような一次構造を持っている。

溶液中では、ほとんどの分子が環状構造をとっている。環構造が形成されると、炭素5上の-OHがエーテル結合に変換され、炭素1との環が閉じられる。これは、6員環のヘミアセタール構造を形成する。この分子内縮合反応では、水分子が反発し、エーテル結合が形成される。分子間反応では、多くの有用かつ一般的な生成物が得られる。この過程では、2つの別々の分子の官能基の間で反応が起こります。例えば、タンパク質のような大きな分子を形成する場合、アミノ酸が濃縮されます。水分子が放出され、ペプチド結合と呼ばれるアミド結合が形成される。また、DNAとRNAは、ヌクレオチド同士の縮合反応によって形成される2つの巨大分子である。縮合反応では、非常に大きな分子も生まれるが、それほど大きくない分子も生まれることがある。例えば、アルコールとカルボン酸のエステル化反応において、小さなエステル分子が形成された場合。高分子の形成には縮合が重要である。高分子とは、同じ構造単位が何度も繰り返された大きな分子のことです。この繰り返し単位をモノマーと呼びます。これらのモノマーは、共有結合によって互いに結合し、ポリマーを形成する。

加水分解

水分子によって化学結合が切断される反応である。この反応では、水分子はプロトンと水酸化物イオンに分かれる。この2つのイオンは、分子の結合が切れた2つの部分に付加される。例えば、ここにエステルというものがあります。エステル結合は-COと-Oの間にある。

加水分解では、-O側に水中のプロトンが、-CO側に水酸化物イオンが付加される。このように、加水分解の結果、アルコールとカルボン酸が反応するとエステルを形成することになる。