高分子化合物(知識)の問題
次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下のア〜カから 1 つ選べ。
天然ゴム(生ゴム)は、イソプレン が付加重合した構造をもつポリイソプレンであり、分子中に残る炭素原子間の二重結合の部分は、ほぼすべて( a )形になっている。この構造のため、分子鎖は折れ曲がって丸まった形をとりやすく、ゴム弾性を示す。
生ゴムに数%の硫黄を加えて加熱すると、分子鎖の間に橋かけ構造ができ、弾性や強度が増す。しかし、ゴムを空気中に長く置くと、分子中の二重結合の部分が空気中の酸素やオゾンによって( b )され、しだいに弾性を失う。
| a | b | |
|---|---|---|
| ア | シス | 還元 |
| イ | トランス | 酸化 |
| ウ | シス | 加水分解 |
| エ | トランス | 還元 |
| オ | シス | 酸化 |
| カ | トランス | 加水分解 |
この問題で使うもの
- 天然ゴム・合成ゴムと加硫(説明と入口の問題)
- シス-トランス異性体と鏡像異性体(説明と入口の問題)
この問題を解けるようになるまで(34 技能)
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- 天然ゴム・合成ゴムと加硫
ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
天然ゴム(ポリイソプレン)の分子の立体構造と、分子中に残る二重結合の反応性について思い出そう。
ヒント 2
ゴム弾性を示すには分子鎖が折れ曲がって丸まった形をとる必要がある。また、酸素やオゾンは二重結合と反応しやすく、相手にどのような変化を起こすかを考えよう。
ヒント 3
ポリイソプレンには加水分解される結合がないので、ウとカは除ける。残りの選択肢を a の語句でさらに絞ろう。
答えと解説
答えを見る
オ
どこでつまずきましたか?(選ぶと、戻る場所を案内します)
解説を読む
空欄 a
イソプレンが付加重合すると、各単位の中央に炭素原子間の二重結合が 1 つ残る。天然ゴムでは、この二重結合の部分がほぼすべてシス形になっている。シス形では分子鎖が折れ曲がった形になり、分子どうしが規則正しく並びにくいため、分子鎖は丸まった形をとりやすい。引っ張ると分子鎖が伸び、力を除くともとの丸まった形に戻ろうとするので、ゴム弾性を示す。
なお、二重結合の部分がトランス形のポリイソプレン(グタペルカ)は、分子鎖が伸びた形で規則正しく並びやすいため、硬くて弾性に乏しい。よって a はトランスではなくシスである。
空欄 b
生ゴムに硫黄を加えて加熱する操作を加硫といい、硫黄原子によって分子鎖の間に橋かけ構造ができるので、弾性・強度・耐久性が増す。
しかし、ゴムの分子中には二重結合が残っているため、空気中の酸素やオゾンと反応して酸化され、しだいに劣化して弾性を失う。酸素やオゾンは相手を酸化するはたらきをもつので、還元ではない。また、ポリイソプレンにはエステル結合やアミド結合のような加水分解される結合がないので、加水分解でもない。よって b は酸化である。
以上より、a がシス、b が酸化の組み合わせのオが正しい。
- ア・エ: 酸素やオゾンはゴムを酸化するので、還元は誤り。
- ウ・カ: ポリイソプレンは加水分解される結合をもたないので、加水分解は誤り。
- イ・エ・カ: 天然ゴムの二重結合の部分はシス形であり、トランス形ではない。
別解
a: 天然ゴムのポリイソプレンの二重結合はほぼすべてシス形で、分子鎖が折れ曲がって丸まりやすくゴム弾性を示す(トランス形はグッタペルカで、硬い)。よって a はシス。b: 二重結合の部分が空気中の酸素やオゾンと反応して切れたり変化したりするのは酸化(ゴムの老化)である。加水分解や還元ではない。よって b は酸化。組み合わせはオ。各選択肢: ア・ウは b が誤り。イ・エ・カは a がトランスで誤り(イは b は正しいが a が誤り)。オのみ正しい。