有機化学自習課題
1
1. 形式電荷とローンペア(1)：形式電荷の計算
形式電荷は、分子中の原子それぞれについて与えられる数値で、その原子が「所有」して
いる電子数が本来の価電子数といくつ違っているかを示す値です。
（共有結合に使われている
電子は、結合している原子が１つずつ「所有」していると考えます。）
形式電荷は次の式で計算します。
形式電荷＝価電子数 – ローンペア数!２ – 共有結合数
形式電荷には次の性質があります。
(1) 形式電荷は一般的には –1 +1 の範囲で、0 であることが一番多い。
(2) 分子中の形式電荷の総和は、その分子が持っている電荷に等しい。
形式電荷を持つ原子は、原子の右上に + または – の符号をつけます。目立つように + 、– の
ように符号を○で囲むこともありますが、必須ではありません。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
例１：次の構造式に形式電荷をつけなさい。
考え方：
H 原子はすべて、価電子が１で共有結合が１つあり、ローンペアはありませんから、形式
電荷は 1 – 0 2 – 1 = 0 となります。
O 原子は価電子が６で、共有結合が３つ、ローンペアが１つありますから、形式電荷は 6 –
1 2 – 3 = 1 となります。従って、形式電荷は+1 です。
答え：
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
問１．次の構造式に形式電荷をつけなさい。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
同じ原子が同じように結合していても、ローンペアの位置・数が異なると、電子配置が異
なりますので、形式電荷が違ってくることがあります。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
問２．次の構造式に形式電荷をつけなさい。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
左の２つの分子は、異なる分子です。分子が持っている電子の数が違うからです。一方、
右の２つの分子は、電子の配置が異なるだけで、原子核の配置と電子の数は同じです。従っ
て、これらは同じ分子を２通りの異なる方法で書き表したものと言えます。このように、同
じ分子で電子配置のみが異なる構造のことを「共鳴構造」と言います。
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2
有機化学自習課題
2. 形式電荷とローンペア(2)：ローンペアを見つける
前ページの問題では、ローンペアはすべて構造式に書き込まれていました。しかし、実際
の化学反応を考える時には、分子の総電荷または各原子の形式電荷だけが書いてあることが
多いため、ローンペアを自分で見つけなくてはなりません。まず、形式電荷がわかっている
構造式について、ローンペアを見つける練習をしましょう。
前ページの式から、次の式が導かれます。
ローンペア数＝（価電子数 – 共有結合数 – 形式電荷）
２
この式を使って、ローンペアを見つけてみましょう。形式電荷が – の時には、
「 – 形式電荷」
の項が「+1」になることに注意してください。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
例１：次の構造式にローンペアを書き込みなさい。
考え方：
形式電荷はどこにも書かれていませんから、すべて 0 です。H 原子は、価電子が１で共有
結合が１つあるので、ローンペア数は (1 – 1 – 0) 2 = 0 です。O 原子は価電子が６で、共有
結合が２つありますから、ローンペア数は(6 – 2 – 0) 2 = 2 です。そこで、O 原子上にロー
ンペアを２つ書き込みます。
答え：
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
この例だと簡単過ぎてピンと来ないかも知れませんが、どんな構造式でもこのルールでロ
ーンペアの数が求められる、というのが大事なところです。つまり、
「結合の数（単結合か多
重結合かも含めて）と形式電荷が決まると、ローンペアの数が自動的に決まる」のです。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
例２：次の構造式（ジアゾメタン）にローンペアを書き込みなさい。
考え方：
急に難しくなりましたが、ひるんではいけません。H 原子は例１と同様に、ローンペア数
は 0 です。C 原子はどうでしょうか。価電子数は４、共有結合は３、形式電荷が –1 ですから、
ローンペア数＝(4 – 3 + 1) 2 = 1 ですね。真ん中の N 原子は、価電子数が５、共有結合が４、
形式電荷が +1 ですから、ローンペア数＝(5 – 4 – 1) 2 = 0 です。右端の N 原子は、価電子
数が５、共有結合が３、形式電荷が０ですから、ローンペア数＝(5 – 3 – 0) 2 = 1 です。C
原子と右端の N 原子にローンペアを１つずつ書き込みましょう。
答え：
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
問１：次の構造式にローンペアを書き込みなさい（ローンペアがない場合は「なし」と書く）。
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3
有機化学自習課題
3. 形式電荷とローンペア(3)：構造式に形式電荷とローンペアをつける
次に、形式電荷もローンペアも明記されていない構造式について、それらを見つけてみま
しょう。たとえば、硝酸 HONO2 の 構造式を書いてみます。原子は下のようにつながってい
ます。説明のために、３つの O 原子に a, b, c とラベルをつけてあります。
まず、余っている価電子で二重結合を作ります。上に書いてあるのはσ結合だけですが、
これにπ結合を書き足します。π結合を作るべき数は、実は組成式から計算できます。
π結合の数＋環の数＝（C の数
2 + N の数 – {H, ハロゲン}の数 + 総電荷 + 2）
2
この式は、炭化水素の不飽和度を求める式（C の数 2 – H の数 + 2） 2 を一般化したも
のです。硝酸には環状構造はありませんから、π結合の数は(0 2 + 1 – 1 + 0 + 2) 2 = 1 と
なります。１本のπ結合をどこに作りましょうか。第２周期の元素は４本まで結合を作るこ
とができますから、N にもう１本手を出してもらいましょう。
次に、形式電荷を割り当てます。まだローンペアの数が確定していないので、１ページの
式は使えません。そのかわりに、次の式で各原子に「仮の」形式電荷を割り当てます。
形式電荷（仮割り当て）＝ 共有結合数 – 最外殻を埋めるのに必要な電子数
「最外殻を埋めるのに必要な電子数」は、H なら 1、C なら 4、N なら 3、O なら 2、ハロ
ゲンなら 1 です。上の例では、次のようになります。（四角を数で埋めてください）
H の形式電荷（仮）=
–
=0
N の形式電荷（仮）=
–
= +1
Oa の形式電荷（仮）=
–
=0
Ob の形式電荷（仮）=
–
=0
Oc の形式電荷（仮）=
–
= –1
こうして割り当てた「仮の」形式電荷の総和が分子の総電荷に等しければ、この割り当て
を採用します。上の例では、形式電荷（仮）の総和は 0 + 1 + 0 + 0 – 1 = 0 で、総電荷と合っ
ていますから、このまま採用できます。
最後に、ローンペアの数を２ページの式で確定させます。（四角を数で埋めてください）
H のローンペア数 = (
–
–
) 2=0
N のローンペア数 = (
–
–
) 2=0
Oa のローンペア数 = (
–
–
) 2=2
Ob のローンペア数 = (
–
–
) 2=2
Oc のローンペア数 = (
–
–
) 2=3
（完成）
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
問１：次の構造式にπ結合・形式電荷・ローンペアを書き込みなさい。[ ] の右上に書いてあ
るのは総電荷です。π結合を作る位置が２通り以上ある場合は、どこに作っても構いません。
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4
有機化学自習課題
4. 形式電荷とローンペア(4)：三重結合がある場合
下の構造式（アジ化水素、中性分子）に形式電荷とローンペアをつけてみましょう。a, b, c
は N 原子を区別するためのラベルです。
前ページの式に従って、「π結合の数＋環の数」を計算すると、下のようになります。四角
を数で埋めてください。
π結合の数＋環の数 = (
!2 +
–
+
+ 2)÷2 = 2
この分子には環状構造はありませんから、π結合の数が２です。２本のπ結合は、二重結
合２本でもよいし、三重結合１本でもよいのです。すると、下の３通りのつけ方が考えられ
ますね。
実はこのうち１つは不適切な構造になります。次のステップで、形式電荷を仮割り当てし
てみると、そのことが明らかになります。
(i) H の形式電荷（仮） =
Nb の形式電荷（仮）=
(ii) H の形式電荷（仮） =
Nb の形式電荷（仮）=
(iii) H の形式電荷（仮） =
Nb の形式電荷（仮）=
–
–
–
–
–
–
=0
= +1
=0
= +1
=0
= +1
Na の形式電荷（仮）=
Nc の形式電荷（仮）=
Na の形式電荷（仮）=
Nc の形式電荷（仮）=
Na の形式電荷（仮）=
Nc の形式電荷（仮）=
–
–
–
–
–
–
= +1
= –2
=0
= –1
= –1
=0
(i)では Nc の形式電荷が –2 になっています。これは Nc 上に電子が偏りすぎていることを意
味しています。σ結合が１本しかないのに、π結合を一つも割り当てなかったのが原因です。
そこで、この構造は不自然なものとして捨てます。残りの２つは有効な構造です。これにロ
ーンペアを書き入れて構造式を完成させてください。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
問１：次の構造式にπ結合・形式電荷・ローンペアを書き入れなさい。[ ] の右上に書いてあ
るのは総電荷です。π結合を作る位置が２通り以上ある場合は、すべての構造を書いてくだ
さい。
（２通り）
（３通り）
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5
有機化学自習課題
5. 形式電荷とローンペア(5)：環構造がある場合
下の構造式に形式電荷とローンペアをつけてみましょう。a, b は N 原子を区別するための
ラベルです。
３ページの式に従って、「π結合の数＋環の数」を計算すると、下のようになります。四角
を数で埋めてください。
π結合の数＋環の数 = (
!2 +
–
+
+ 2)÷2 = 2
答えは「２」になりましたが、今回は分子に環状構造があります。C-Na-C が作る三角形で
す。そこで、π結合の数は、答えの２から環の数の１を引いて、2 – 1 = 1 になります。
π結合をどこにつけましょうか。C-C、C-N につけると C の手が５本になってしまうので、
いけませんね。Na と Nb の間しかありませんので、ここを二重結合にします。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
問１：上の構造式に形式電荷とローンペアを書き入れなさい。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
問２：下の構造式にπ結合・形式電荷・ローンペアを書き入れなさい。π結合を作れる位置
が２通り以上ある場合は、すべての構造を書いてください。
（２通り）
（３通り）
（３通り）
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有機化学自習課題
6
6. 形式電荷とローンペア(6)：６電子化学種がある場合
ボラン (BH3)の構造を考えてみましょう。
結合が B と H だけなので、二重結合は考える必要がありません。いきなり形式電荷の仮割
り当てをしてみます。形式電荷の仮割り当ては、
「共有結合数 – 最外殻を埋めるのに必要な電
子数」でした。B は最外殻に３つの電子を持ちますから、埋めるのに必要な電子は５個です。
H の形式電荷（仮）= 1 – 1 = 0
B の形式電荷（仮）= 3 – 5 = –2 ???
おかしいですね。ボランは中性分子なので、形式電荷の合計は 0 にならないといけません。
それなのに、–2 とはどういうことでしょうか。
実は、３ページで紹介した形式電荷の仮割り当ては、このように失敗することがあるので
す。どのような場合かと言うと、
「６電子（セクステット）の原子が存在するとき」です。普
通の安定分子では、水素以外の原子の最外殻には８電子（オクテット）が入っていますが、
時たま２個足りない６電子の原子が存在する場合があるのです。ボランはその典型例です。
６電子の原子が１つ存在すると、仮の形式電荷の合計は分子の総電荷よりも２だけ小さく
なります。その理由は、３ページの仮割り当てのルールは「すべての原子がオクテットであ
る」と仮定しているからです。セクステットの原子が１つあるとき、仮の形式電荷の計算で
は、実際には存在しない電子を２つ数えています。このため、仮の形式電荷の合計は真の総電荷
に比べて２だけマイナス方向にずれてしまうのです。
６電子（セクステット）の原子が１つあると、仮の形式電荷の合計は真の総電荷よりも
２だけ少なくなる。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
問１：下の構造式について「仮の」形式電荷を計算し、合計が分子の総電荷と一致していれ
ば○、していなければ をつけなさい。
（
）
（
）
（
）
（
）
（
）
（
）
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
では、どの原子がセクステットなのでしょうか。これを判定するには、「不自然に小さな形
式電荷（仮）を持つ原子が怪しい」と考えます。ボランの場合だと、B の形式電荷（仮）が –2
でした。これはあり得ない値なので、B がセクステットであると判断できます。セクステッ
トの原子の形式電荷は、仮の値に 2 を加えたものになります。つまり、ボランの B の正しい
形式電荷は 0 です。
CH3+の場合は、C の形式電荷（仮）が –1、H の形式電荷（仮）が 0 です。この時は、「電
気陰性度がそれほど高くないのに負の形式電荷（仮）を持つ原子が怪しい」と考えましょう。
この場合は、C がセクステットとなり、正しい形式電荷は –1 + 2 = +1 となります。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
問２：問１で をつけた構造式で、セクステットの原子を○で囲みなさい。
有機化学で重要なセクステットの化学種として、中性のホウ素化合物（BH3 の誘導体）、カ
ルボカチオン（CH3+の誘導体）、カルベン（CH2:の誘導体）があります。
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7
有機化学自習課題
7. 形式電荷とローンペア(7)：B, Al, P, S を持つ化合物
形式電荷とローンペアは、価電子の数を数える手段ですから、第３周期の元素（Al, Si, P, S,
Cl）は周期表で同じ族の第２周期の元素（B, C, N, O, F）と同じように扱うことができます。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
問１：下の構造式に形式電荷とローンペアを書き入れなさい。また、セクステットの原子が
あれば○で囲みなさい。π結合はすでに記入してあるので、新しく作る必要はありません。
（下の C に何もつい
ていませんが、印刷ミ
スではありません！）
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
補足として、３ページの「π結合と環の数」の式を、B, Al を含む化合物について拡張して
おきましょう。
π結合の数＋環の数＝（{B,Al}の数 3 + {C, Si}の数
+ 総電荷 + 2） 2
2 + {N,P}の数 – {H,ハロゲン}の数
この式を使う機会はまずありません。有機化学の初学者が B や Al を含む二重結合を取り
扱うことはほとんどないからです。次のような物質（ボラジン）の構造式を描く際に必要に
なりますが、学部で学ぶ有機化学の範囲を越えています。
また、セクステットの原子が１つあると、上で求めたπ結合の数は１つ減らさないといけ
ません。上図のボラジンの B 原子は、左の書き方だとすべてオクテット、右の書き方だとセ
クステットになります。このように、π結合の書き方によってオクテットかセクステットか
が変わることもあります。
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−
問２：問１の最後の物質は、実は上の式でπ結合の数を求めると１になります。π結合を１
つ置いた構造を２通り書き、形式電荷とローンペアを書き入れなさい。
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