MolDrawのニューマン投影式：結合を回転させ、配座を判別し、ひずみを見る

ニューマン投影式が示すもの

ニューマン投影式は、1本の炭素–炭素結合をまっすぐ見下ろした図です。手前の炭素は点、後ろの炭素は円で表され、各炭素の3本の結合が外側に伸びます。後ろの炭素を結合軸の周りに回転させると、どの結合も切らずに配座が変わります。手前の結合と後ろの結合がなす角が二面角（ねじれ角とも呼ばれる）です。

いす形配座、アキシアル位とエクアトリアル位の基、A値の理論については、いす形配座とニューマン投影式のガイドをご覧ください。この記事では、エディターのNewmanツールを使って配座を実際に操作しながら調べる方法を紹介します。

ニューマン投影式の開き方

1. エディターで分子を描きます。定番の例として、ブタンを4つの炭素のジグザグで描きます。水素を描く必要はありません。
2. 見下ろしたい結合（ここでは中央のC–C結合）を右クリックし、Newman Projectionを選びます。タッチスクリーンでは、結合を長押ししてクイックメニューのNewmanをタップします。
3. 投影式が開きます。構造式の3Dモデルから作られるので、表示される角度は実際の値です。3Dモデルを作成中の場合はダイアログにそう表示され、少しして投影式が現れます。

ニューマン投影式ダイアログの各部

結合を回転させる：アンチ形、ゴーシュ形、重なり形、シン形

スライダーをドラッグすると、後ろの炭素が回転します。各配座を通過するたびにバッジの名前が変わり、ひずみ曲線上の点もついてきます。4つのボタンで、最も大きな2つの基についての教科書どおりの配座に直接移動できます。

重なり形では、後ろの結合は手前の結合のちょうど真後ろにあります。MolDrawは教科書と同じように数度横にずらして描くので、両方の基を見てラベルを付けられます。バッジの二面角は実際の値です。

ひずみエネルギー曲線

曲線は、1回転の間に結合のエネルギーがどう変わるかを示します。重なり合う、またはゴーシュの位置にある基の対ごとに、教科書の標準的な増分値から推定しています。

ブタンでは、これらの増分値からアンチ形0.0、ゴーシュ形0.9、重なり形（CH₃とHが重なる）3.8、シン形4.6 kcal/mol（0、3.8、16、19 kJ/mol）が得られ、有機化学の教科書の値（ゴーシュ形約0.9、重なり形約3.6、シン形約4.5〜5 kcal/mol）とよく一致します。エタンでは、重なり形のH/H対3つから、おなじみの3.0 kcal/molの回転障壁が得られます。

数値は教育用の推定値で、力場計算ではありません。分子全体の実際の配座異性体をエネルギー順に並べるには、3DパネルのConformers…を使ってください。各配座をMMFF94で最適化します。

読みやすい基のラベル

各基は、3Dモデルの水素を使って、教科書で書くのと同じ形で書かれます。

• 重原子1個：CH₃、OH、NH₂、Cl。
• 短い鎖：CH₂CH₃、CH₂OH、CH₂CH₂CH₃。
• 同じ基の枝分かれ：CH(CH₃)₂。
• それより大きいものはRで終わります（例：CH₂R）。
• 図の中で別名や略号（Ph、OTs、Boc）を持つ原子は、そのラベルのままです。

環内の結合と分子の残りの部分

Show rest of moleculeを押すと、結合した2つの炭素の先の原子も描かれます。後ろ半分はスライダーとともに回転します。これは特に環で役立ちます。いす形シクロヘキサンでは環内の結合はすべてゴーシュ形で、投影式には円の後ろで環が閉じる様子が表示されます。

Swap front and backは、同じ結合を反対側の端から見下ろします。配座は変わりませんが、手前と後ろの基が入れ替わります。これはよく出る試験問題です。

投影式をワークシートに入れる

• Add to canvasは、投影式を画像として構造式の横に配置します。他のオブジェクトと同じように移動や拡大縮小ができ、図とともに保存・エクスポートされます。
• Download PNGは、文書、スライド、LMSの小テスト用に高解像度画像（画面表示の3倍のサイズ）を保存します。

例題

1. エタン：ねじれ形と重なり形

2つの炭素を描いてニューマン投影式を開きます。水素しかないので、バッジにはStaggeredかEclipsedと表示されます。曲線には120°回転ごとに1つ、3.0 kcal/molの等しい山が3つあります。

2. C2–C3に沿ったブタン

3Dの初期配置（アンチ形）から始め、Gauche、Eclipsed、Synをタップします。エネルギーは0.0 → 0.9 → 3.8 → 4.6 kcal/molと変わります。アンチ形が全体の極小で、2つのゴーシュ形は局所的な極小です。

3. C1–C2に沿ったブタン

代わりに末端の結合を右クリックします。手前の炭素には水素が3つあるので、ねじれ形と重なり形しかありません。ブタンの中央の結合にだけアンチ形とゴーシュ形がある理由がわかります。

4. シクロヘキサン

環内の任意の結合を右クリックしてShow rest of moleculeを押します。バッジにはGaucheと二面角55〜60°付近が表示されます。これが、いす形に重なりひずみがない理由です。

概要

よくある間違い

• 末端の炭素への結合を選んでしまう。CH₃の端は片側が水素だけなので、アンチ形もゴーシュ形もありません。内部の結合を選んでください。
• 手前と後ろを取り違える。点が手前の炭素で、円から伸びる結合は後ろの炭素のものです。Swap front and backで確認しましょう。
• ねじれ形をすべてアンチ形と呼んでしまう。アンチ形は、最も大きな基どうしが180°離れていることを意味します。60°ならねじれ形であってもゴーシュ形です。
• ずらして描いた図を角度と読み違える。重なり形の後ろの結合は見やすさのために少し横にずらして描かれています。バッジの二面角が実際の角度です。
• ひずみを正確なエネルギーとして扱う。増分値からの推定値で、配座の比較には最適ですが、計算されたエネルギーではありません。

試験対策のヒント

• まず最も安定な配座を描きましょう：最も大きな2つの基がアンチの位置にあるねじれ形です。
• 相互作用を数えましょう：ゴーシュ形のCH₃/CH₃1つにつき約0.9 kcal/mol、重なり形の対はそれぞれの増分値を加えます。
• 120°回転すると、ねじれ形はねじれ形に、重なり形は重なり形に移ります。60°回転すると両者が入れ替わります。
• 名前とエネルギーを予想してから、ボタンを押して確かめる練習をしましょう。

関連ツール

関連ガイド