尿素樹脂の縮合のしかた（大学受験）

質問

よろしくお願いします。

タイトルの通りなのですが、尿素樹脂の構造式が覚えられないので、よく考えてみると、どこがどう縮合しているのか理解していないからだと思いました。考えでは、尿素とホルムアルデヒドが交互に並んでいて、その結び目？で縮合が起こって、水分子がとれているのだと思うのですが、実際に書いてみても、なんだかうまくいきません。水分子のHとOはそれぞれ、尿素とホルムアルデヒドのどちらからとれるのでしょうか？

ネット上で画像も探したのですが、尿素樹脂なのに、なんだか、立体的に書いてあるのか、上にも下にもたくさんつながっていて、私のもっている資料集にのっているのと違っていて、よくわかりませんでした。アドバイスをお願いいたします。

回答No.3

anthracene · ベストアンサー

立体的なのが本当の構造で、平面的に書いてあるのは単に見やすくするためです。
網目状に高分子の鎖がつながっていることで、尿素樹脂は硬くなります。
http://www1.accsnet.ne.jp/~kentaro/yuuki/urea/urea.html
難しいことが書いてありますが、構造の絵を眺めるだけでも。

脱水縮合するときの水がどこからくるの？ということですが、反応機構を考えればわかることではあります。
しかし質問者さんは高校生でしょうから、言い方は悪いですがもっと適当な説明をしてみます。

水ができるということは、どこかから発生してきたプロトン２個と、酸化物イオン１個がくっつくか、プロトン１個と水酸化物イオン１こがくっつけば良いことになります。

さて、尿素の構造は
H2N-CO-NH2、
ホルムアルデヒドは
H-CO-H
です。
残念ながら、どこにも水酸化物イオンを出せるところがありません。
ですから、水を作るには、プロトン２個と酸化物イオン１個を探してくる必要があります。

プロトンはどこから調達するか？
尿素の窒素原子についた水素原子がこれにあたります。
窒素原子についた水素原子は、アルコールの水素原子と同じく、プラスに分極しています。ですから、プロトンとして外れることが可能です。

H2N-CO-NH2 -> H2N-CO-NH^- + H^+
H2N-CO-NH2 -> H2N-CO-NH^- + H^+

縮合する際には、くっつく分子が、お互い外れる分子（今は水）の一部ずつを放出します。尿素がプロトンを出してくれたので、酸化物イオンはホルムアルデヒドが出す義務となります。

H-CO-H -> CH2^2+ + O^2-

こうしてできたイオンたちをくっつけましょう。
H2N-CO-NH^- + CH2^2+ + NH^--CO-NH2 -> H2N-CO-NH-CH2-NH-CO-NH2
2H^+ + O^2- -> H2O

二つの尿素分子が、ホルムアルデヒド由来のメチレンで架橋されました。それとともに、１分子の水が放出されています。

あとは、これを延々と繰り返すだけです。
１個の尿素分子には、プロトンとして外れる水素原子が４個あります。
すなわち、尿素分子１個あたり、４個の結合の腕を伸ばしていくことができますね。

上述の説明は、本当に起こっている反応とはまったく違います（尿素の窒素原子がマイナス、ホルムアルデヒドの炭素原子がプラスに分極しているから、プラスとマイナスをくっつければ良いだろう、という考え方は嘘ではないですが）。
ちゃんとした説明は大学の有機化学で、カルボニル化合物の反応というのを習えば教えてもらえます。

お礼

ご回答ありがとうございます。
上にも下にもつながっているのは、立体表示だったのですね。
でも、試験では立体的に書く必要はないですよね？書けといわれても無理ですが。。。

参考ページみせていただきました。構造式から水素が取れる図が私が探していた図でした。あれでよくわかりました。正しい理解かどうかはわかりませんが、少なくとも、構造式を覚えるにはいいと思いました。

プロトンとは水素イオンのことですか。内容少し難でしたが、なんとか努力しました。が、実際にはそんなことは起こっていないとのこと。なんだか少し混乱気味です。ありがとうございました。

回答No.4

anthracene

高校生レベルなら、プラスとマイナスに分極した原子どうしが引きあってくっつくのだ、ということだけ覚えておいてもらえばよいですよ。
この考え方は有機の問題のいろんなことを理解するのに役立ちます。
ベンゼン環への置換反応、二重結合や三重結合への付加反応などなど。

実際に起こっていることは違うのですけど、反応の最初と最後だけ見て考えるのなら同じことですから。
正確なことは、大学に受かってから授業で習ってくださいね。
あと、試験では平面的な絵でよいですよ。あんな絵描けないでしょ？

お礼

度々のご回答ありがとうございます。
これで尿素樹脂はokです。もう忘れないです。大学の授業結構面白そうですが、まず大学受かればいいんですけどね。
ありがとうございます。

回答No.2

komes

尿素樹脂は最初尿素とフォルムアルデヒドが結合してメチィロール尿素が生成し、それが熱などで脱水縮合して高分子になります。

２ＨＮＣＯＮＨ２＋ＣＨ２Ｏ＝ＨＯＨ２ＣＮＨＯＣＮＨ２
尿素の両側にメチロール化がおこります。
次に酸性触媒や熱によりメチロール基の脱水が起こり平面的にも、三次元的にも縮合が進み固形化が起こります。

ＣＨ２ＮＣＯＮＨＣＨ２ＮＨＣＯＮＣＨ２ＮＨＣＯ・・・とくりかえし
　　　　　　　　　　　　　　　｜ＣＨ２ＮＨＣＯ・・

化学方程式は少し間違っているかもしれませんが構造的には尿素がメチレン結合で繋がっていく構造です。

お礼

ご回答ありがとうございました。
＞メチィロール尿素、メチロール化、メチロール基、メチレン結合
がわかりませんでした。。。
この言葉は一度ネットで調べてみます。

回答No.1

goo-user

当量的にいうと２分子の尿素からＨが２つ、１分子のホルムアルデヒドからＯが１つ反応して脱水していると思います。
尿素のアミンがホルムアルデヒドのアルデヒド基にアタックするところから反応が始まっているんだと考えてみてください。

お礼

ご回答ありがとうございます。
＞アタックする
の意味がよくわかりませんでしたが、hとOの由来がわかってよかったです。