分子の構造を決定する最も簡単な方法は、原子核の配置と電子の分布を「見る」ことでしょう。 可視光の波長は通常の分子の寸法より非常に長いので、これは可視光では不可能である。 電子線なら波長が短くてすむが、小さな有機分子は波長の短い電子線を当てるとすぐに壊れてしまう。 それでも電子顕微鏡は、DNAのような大きな分子の研究には貴重な技術で、見る前に重金属原子で染色することができたり、それ自体が電子線に対して適度に安定しています（図9-4および図9-5）。 DNAは酢酸ウラニルで染色した後、高真空中で白金原子とパラジウム原子で影付けし、電子顕微鏡で分子を見やすくしました。 (写真提供：B. S. Hudson博士、故J. Vinograd博士）

X線から電波まで、電磁波のほぼすべての領域が有機分子の研究に実用化されている。 特にX線回折は結晶中の分子の構造決定に有用であり、この10年間でほとんど日常的に利用されるようになった。 図9-6は、1,8-ビス（ブロモメチル）ナフタレン(1)の炭素、水素、臭素の詳細な配置をX線回折で示したもので、1,8-ビス（ブロモメチル）ナフタレン(1)の炭素、水素、臭素の詳細な配置を示す。 使用する装置や技術は非常に複雑で、まだ多くの有機研究室では利用できない。 \(^3)

他の回折法としては、X線回折に適した結晶として得られない気体や揮発性液体物質の構造を決定するために使用できる電子回折や、水素の位置を正確に知りたい結晶に特に応用できる中性子回折がある。

回折法は有機分子の完全な構造を決定するのに用いることができるが、実際の有機実験室で一般的に利用するには十分なルーチン化されていない。 このため、この章の残りの部分では、日常的な実験室での使用に一般的に利用可能な分光学の形式を強調することにする。 これからわかるように、これらの方法は有機化学者が多かれ少なかれ経験的に使っているものである。 一般に、分光法は電磁波の吸収による分子の励起に依存しており、これまで述べてきたように、電磁波スペクトルのほぼすべての部分がこの点で有用である。 図9-7に、一般的に使用されている電磁スペクトルの範囲を、エネルギーや波長を表すために採用されているさまざまな単位の比較とともに示します

有機化合物の構造解析に用いられる主な分光法の種類を表9-1に示します。 吸収される放射線の周波数範囲、放射線のもたらす効果、構造解析に利用される具体的な情報の種類を示したものである。 分光学の原理を簡単に説明した後、実際の実験に最も役立つ方法を説明する。 それでも、特殊な問題を解決するために使用できる、日常的ではない他の方法を知っておくことは非常に重要であり、これらのいくつかは本章、第19章、第27章で説明します。

分光学でよく使われるさまざまな波長と周波数の単位の関係で悩むことがあるかもしれません。 波長、周波数、速度の関係は、桟橋に立って海の波を眺めている自分を想像してみるとよくわかるはずです。 波の間隔が均一であれば、波頭の間隔は均一であり、それが波長( \lambda ㎟)である。 波頭は1分間に何回通過するか決まっており、これを周波数という。 波頭が通り過ぎる速度(c)は、(c = \lambda \nuāne)という関係で、(sec)と(sec)が一致するんだ。 不必要に複雑なのは、電磁波を表すのに様々な単位が使われることです。 一つは伝統の問題、もう一つは極端に大きな数字や極端に小さな数字を避けたいということです。 そのため、図9-7に示すように電磁波の波長には”★★★★★”程度の違いしかないこともあるのです。 真空中の電磁波の速度は㎤で一定なので、周波数も同じだけ異なることになります。

波長の単位としては、メートル( \text{m}) 、センチメートル( \text{cm}) 、ナノメートル( \text{nm}) 、ミクロン( \mu}) が一般的に用いられている。 また、以前はオングストロームやミリミクロンも広く使われていました。

周波数単位はcps（cycles per second）またはhertz（ \(text{Hz}) ）が相当します（物理学者にはradian per secondが広く使われています）。

表9-1：分子構造解析に現在使われている主な分光法

(^3) X線透視によって分子構造を決定する方法については、Organic Molecules in ActionのXI章に有用な記述がある。 Goodman and F. Morehouse, Gordon and Breach, New York, 1973.

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