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本記事では、キレート結合に不可欠な「配位結合」について、アンモニア水での反応を具体例に解説します。共有結合で成り立っているアンモニア(NH3)の窒素原子には、他の原子と結合していない「非共有電子対」が存在します。アンモニアを水に溶かすと、水から生じたH+イオン（電子を持たない陽イオン）が、この非共有電子対に電子を受け取られ、NH3とH+が結合します。この、一方の原子が電子対を提供し、もう一方の原子がそれを受け入れる形で形成される結合が「配位結合」であり、アンモニウムイオン(NH4+)が生成される仕組みを分かりやすく説明しています。
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フライドチキンの衣は、片栗粉のみだと揚げたては美味しいが冷めると食感が落ちやすい。一方、薄力粉のみだと冷めても比較的美味しい。これは、片栗粉の衣はデンプンの硬化で多孔質になるのに対し、薄力粉はグルテンが網目状の構造を作り、食感の変化を抑えるため。弁当に入れる場合など、冷めても美味しく食べたいならグルテンを含む薄力粉を多く配合するのが良い。
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植物繊維の炭化は、まず脱水反応で水分が放出され、次に分解反応で糖の鎖が切断されて低分子化合物が生成・揮発します。二酸化炭素やギ酸などが放出された後、リグニン等と反応し、タールや炭化水素類などの揮発性有機化合物が大量に放出され、炭素同士の結合が進む過程です。
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タンパク質の炭化は、熱により脱水、分解、揮発を経て、最終的に炭素含有率の高い固体が生成される反応です。タンパク質はアミノ酸に分解され、さらに低分子化。芳香族アミノ酸のベンゼン環が残り、エーテル結合構造の一部となる可能性があります。窒素はアンモニアなどのガス状化合物として放出されます。
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腐植酸、特にフルボ酸のアルカリ溶液への溶解性について解説している。フルボ酸は、陰イオン化、静電気的反発、水和作用を経て溶解する。陰イオン化は、フルボ酸のカルボキシル基とフェノール性ヒドロキシル基が水酸化物イオンと反応することで起こる。フェノール性ヒドロキシル基はベンゼン環に結合したヒドロキシル基で、水素イオンを放出しやすい。カルボキシル基はモノリグノールやポリフェノールには含まれないが、フミン酸の構造には酒石酸などのカルボン酸が組み込まれており、これがアルカリ溶液への溶解性に関与すると考えられる。良質な堆肥を作るには、ポリフェノールやモノリグノール由来の腐植物質にカルボン酸を多く付与する必要がある。
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ポリフェノールを理解するため、まずはその構成要素であるヒドロキシ基(-OH)を含むエタノールから解説します。エタノールは消毒液として身近ですが、水に溶けるものの酸としては非常に弱いです。これは、エタノール中のO-H結合が強く、水素イオン(H+)が解離しにくいことを意味します。それでも水に溶けるのは、ヒドロキシ基が水分子と水素結合を作るためです。
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黒雲母の結晶構造は、ケイ酸の平面網状型重合体層間にAl、OH、Kが挟まれた構造をしています。Kは層間に位置し、2:1型粘土鉱物と類似していますが、黒雲母には水分子層が存在しません。2:1型粘土鉱物は層間にMⁿ⁺イオンと水分子を保持しており、これが保肥力に影響を与えると考えられています。水分子層の存在が黒雲母と2:1型粘土鉱物の大きな違いであり、その形成条件を理解することが重要です。そこで、粘土鉱物の構造と化学組成に関する文献を参考に、水分子層の形成メカニズムを詳しく調べていきます。
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ムクロジは、神社やお寺に植えられている木で、その実からは天然の界面活性剤であるサポニンが得られます。ムクロジは漢字で「無患子」と書き、これは「病気にならない」という意味が込められています。昔の人は、ムクロジの実を石鹸として使い、健康を願っていたと考えられます。ムクロジサポニンには、風邪の早期回復効果も期待されていたのかもしれません。ムクロジは、単なる木ではなく、人々の健康への願いや歴史が詰まった、文化的にも重要な存在と言えるでしょう。
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トレハロースはグルコースが結合した二糖で、還元性を持たない。水分子と相性が良く、保湿性向上や凍結・解凍時の離水防止に効果がある。タンパク質の変性を抑え、保存性を高める作用も確認されている。植物がトレハロースを得ると乾燥耐性が向上するのもこのためと考えられる。これらの特性は、食品保存や医療など様々な分野で応用されている。
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藻類の進化に関する書籍を元に、酸素発生型光合成誕生以前の生命活動について考察。太古の海ではFe²⁺イオンによる過酸化水素発生が頻繁に起こり、生物は自己防衛のため過酸化水素を分解するカタラーゼを獲得した。カタラーゼはマンガンを補酵素として利用する。後に酸素発生型光合成を担うマンガンクラスターもマンガンを利用しており、水から電子を取り出す構造がカタラーゼと類似していることから、レーンの仮説では、カタラーゼから光合成の機能が進化した可能性を示唆。仮説の真偽は今後の研究課題だが、マンガンが光合成において重要な役割を持つことは明らかである。
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タンパク質の三次構造形成には水素結合が関与する。水素結合は電気陰性度の差により極性を持った分子同士の結合である。アミノ酸の中にもアスパラギンやセリンのように極性を持つものがあり、これらが水素結合を形成する。例えば、アスパラギンの側鎖の酸素(δ-)とセリンの側鎖の水素(δ+)の間で水素結合が生じる。このように、アミノ酸の側鎖だけでなく、ペプチド結合などタンパク質中の様々な部位で水素結合は形成され、構造安定化に寄与する。
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水素結合は、電気陰性度の高い原子（例：酸素）と共有結合した水素原子が、別の電気陰性度の高い原子と弱く引き合う結合である。水分子の酸素は水素の電子を引き寄せ、酸素はわずかに負（δ-）、水素はわずかに正（δ+）の電荷を帯びる。この極性により、水分子間で酸素と水素が引き合い、水素結合が形成される。水素結合は比較的弱いが、水の高い沸点のように、物質の性質に大きな影響を与える。タンパク質においても、三次構造の形成に重要な役割を果たす。