100-101~100-110 解説一覧


問101 
有機化合物 1~5 が
それぞれ 100mg 溶解している
ジエチルエーテル(エーテル)溶液 100mL について
エーテルと同体積の各水溶液を用いて
分液ロートによる以下の抽出操作を行った。

主としてエーテル層Aに合まれる有機化合物はどれか。
1つ選べ。




上の図を大雑把に見ると、最初に「強塩基と弱酸の塩」で分液し、次に強塩基で分液、最後に強酸で分液することになります。

まず、最初に炭酸水素ナトリウムを加えていますが、これと反応するのは(1)の安息香酸です。
より強い酸(カルボン酸)が存在すると、弱酸(炭酸)を含む塩は弱酸が遊離します。いわゆる「弱酸の遊離」です。
ちなみに、(2)のフェノールは炭酸よりも弱い酸なので、これは炭酸水素ナトリウムと反応しません。

    C6H5COOH + NaHCO3 → C6H5COONa+ + H2O + CO2

よって、安息香酸はイオンになって水層へと移ります。

また、(3)のエチレングリコールは中性なので炭酸水素ナトリウムと反応するわけではないのですが、
これはヒドロキシル基を2つ持つ低分子化合物なので、水に溶けやすいです。
よって、これも分液の際に水層へと移ります。

残る(2)、(4)、(5)はエーテル層に残って次の段階に進みます。

続いて、強塩基である水酸化ナトリウムを加えているため、酸である(2)のフェノールが反応します。

    C6H5OH + NaOH → C6H5O- Na+ + H2O

よって、(2)のフェノールはイオンになって水層へと移ります。
(4)と(5)はそのままエーテル層に残ります。

最後に、強酸である塩酸を加えると、塩基であるアニリンが反応します。

    C6H5NH2 + HCl → C6H5NH3+ Cl-

よって、(4)のアニリンがイオンとなり水層に移ります。

最後に残った(5)のジフェニルアミンが、最終的にエーテル層Aに入ります。


よって、正解は 5 です。



問102
化合物Aのヒドロホウ素化-酸化反応の
主生成物 B として正しいのはどれか。
1つ選べ。

ただし
ラセミ体が生成する場合は
片方の鏡像異性体のみを示してある。

    


ヒドロホウ素化-酸化法は、アルケンからアルコールを合成する代表的な方法のひとつです。
この反応は、四中心遷移状態という遷移状態を経て、逆 Markovnikov 則に従った生成物ができます。


    


よって、正解は 1 です。


(立体特異性・位置選択性)





問103
カルボニル化合物 A を
アルケン C に変換するのに
必要な試薬 B はどれか。
1つ選べ。

    




「カルボニルをアルケンに変換する」
「イリド」とくれば、Wittig 反応です。

A(炭素数5)→C(炭素数8) となっているため
「P-炭素数3」 となっている試薬を選びます。


選択肢 1 から順に
1:炭素数 6
2:炭素数 2
3:炭素数 5
4:炭素数 4
5:炭素数 3


であるため、正解は 5 です。


(Wittig反応、Clemmensen還元など)




問104
電子移動を示す矢印(細い矢印)
で記した機構が主となって
実際に進行し生成物が得られる反応はどれか。
1つ選べ。

    



選択肢 1 は最初にメトキシドイオンが求核攻撃をする位置が間違っています。
混みいったカルボン酸の炭素部分ではなく、下図のようにカルボン酸の端にある水素を攻撃します。

    

選択肢 2 は生成物こそ合っていますが、その過程がおかしいです。
水はそんなに求核性を持っていないので、電荷も持たない分子に直接求核攻撃することはあまりありません。
この場合、脱離能の高い臭素イオンが最初に抜け、カチオンとなったところに水が求核攻撃します。

    


選択肢 4 も生成物はアニリンで良いのですが、これはベンザイン中間体を経由する有名な(重要な)反応です。
下図の三重結合を持ったベンゼンのようなものがベンザインです。

    


選択肢 5 は 2-メチルプロパンと塩素との反応ですが、これはそのままでは反応しません。
まず、塩素に紫外線を照射することで、ラジカルを作ります。
続いて、2-メチルプロパンと塩素ラジカルが反応し、結果としては選択肢にあるのと同じ 2-クロロ-2-メチルプロパンが生成します。

    



よって、正解は 3 です。




問105 
次の医薬品のうち
医薬品そのもの、または代謝物が
標的酵素の活性部位と
共有結合を形成するのはどれか。
2つ選べ。

    



本問は
化学を前提とした、薬理学の問題 といえます。

すなわち
「有名な医薬品の構造をずばり覚えているか」という点が
化学の知識としてまず問われています。

そして、その医薬品の薬理作用も(当然)覚えているだろうから
構造がわかれば簡単だよね? という問題です。

(いや、正直、結合様式とか曖昧だよ
と文句を言いたくなりました。。。

『ちなみに、薬が受容体と共有結合を形成する』ということは
→『がっちりくっつく。非可逆的。』がポイントです。

とはいえ、がっちりくっつくことが
薬効とどう関係があるか などは別の話です。
「共有結合を形成する、薬物と受容体の相互作用は、非可逆的」 
であるだけです。)



選択肢 1 は、オセルタミビル(タミフル)です。
ノイラミニダーゼと非共有結合で相互作用します。



選択肢 2 は、プラバスタチンです。
HMG-CoA 還元酵素 と、非共有結合で相互作用します。


選択肢 3 は、フルオロウラシルです。
チミジル酸合成酵素と、共有結合します。


選択肢 4 は、ファモチジンです。
H2受容体と非共有結合で相互作用します。



選択肢 5 は、ベンジルペニシリンです。
トランスペプチダーゼと、共有結合で相互作用します。



(この問題は将来
「問題文に示す医薬品、標的酵素、結合様式 の組合せの中で
誤っているものはどれか」みたいに改題されてもおかしくない。



以下、雑感
こうして並べて比較すると
「プラバスタチンには、N、Sといった元素が含まれていない」
「フッ素を含む医薬品が、相対的に分子量が小さく抑えられている」
「4~6員環の存在感が大きい」など
構造から医薬品を見る ってやっぱりすごく面白いなぁ。という感想を持ちます。


「これらの医薬品の構造から
あなたが特徴的と思う点についてあげよ。」

「この医薬品の中で、最も興味をひかれるのはどれか。
その理由をあげて簡潔に説明せよ。」

といった、ボーナス問題 としての扱いをすべきではないか
と個人的には思います。

雑感終わり。




問106 
カンデサルタンシレキセチルに関する
記述のうち誤っているのはどれか。
2つ選べ。


    


1 べンゾイミダゾール骨格をもつ。

2 テトラゾリル基は
カルボキシ基の生物学的等価体とみなされる。

3 シレキセチルはステムである。

4 経口投与後生じる活性代謝物
(カンデサルタン)には
不斉炭素原子が存在しない。

5 ビフェニル基は親水性を示す。


選択肢 1 について、べンゾイミダゾール骨格とは下図の左のような構造なので、これは正しいです。
ちなみに、イミダゾール骨格が下図右の構造なので、これを覚えておけばベンゾイミダゾールはすぐにわかります。

    


選択肢 2 は、テトラゾールという分子の構造が以下のものになります。
この構造を分子内に持った場合、テトラゾリル基になります。

    

これは、上図の2つの窒素に「δ-」を付けている通り、これらの窒素の求核性が高いので、
「δ+」を付けた水素が酸として機能します。
よって、テトラゾールがカルボン酸と同様の作用を持つために、選択肢 2 の記述も正しいといえます。


選択肢 3 で、医薬品には、構造が似ていて薬理学的にも近い作用を示すというケースが多くあります。
このようなとき、それらを同じグループとしてくくるために、名前の一部に共通のフレーズを入れます。
これが、「ステム」です(家族でいうと、苗字みたいなものです)。
「カンデサルタン シレキセチル」の場合は、「サルタン」がステムで、
これはアンジオテンシンⅡ受容体拮抗薬に用いられます。
具体的には、ほかにロサルタンやバルサルタンなどがあります。


選択肢 4 で、カンデサルタン シレキセチルには紙面上側真ん中あたりに不斉炭素があります。
しかし、カンデサルタン シレキセチルは紙面左上のエステル結合が加水分解することによってカンデサルタンとなり、
これが薬効を示すのですが、このカンデサルタンには不斉炭素がありません。


選択肢 5 で、ビフェニル(bi + phenyl)基は芳香環が2つ並んだ構造なので、これが親水基というのは無理があります。
ビフェニル基は親水性は示しません。



以上より、正解は 3, 5 になります。




問107 
インドメタシンは
フィッシャー(Fischer)のインドール合成によって
得ることができる。

このインドール合成に
用いられる化合物はどれか。
2つ選べ

    






フィッシャー(Fischer)のインドール合成とは、フェニルヒドラゾンを基質としてケトン(またはアルデヒド)を酸触媒の存在下で
反応させると、インドールが生成するという反応です。
どのようなインドールが生成するかは、基質やケトン(アルデヒド)の構造次第で、この問の場合はインドメタシンが生成します。

その反応過程は以下の通りです。



よって、インドメタシンの原料は、選択肢 1~3 では、唯一フェニルヒドラゾンの構造を有している選択肢 1 が正解となり、
選択肢 4~6 では、ケトンまたはアルデヒドであるのが選択肢 6 だけなので、これが正解となります。
ケトンやアルデヒドが複数ある場合には、目的の化合物と選択肢の化合物の構造を比較・検討する必要があります。


以上より、正解は 1 と 6 になります。




問108
合成したインドメタシンの構造解析を
1H-NMR
(400 MHz、CDCl3、基準物質はTMS)
によって行った。

図Aは、1H-NMR スペクトルである。
なお、ア~ウ及びキのシグナルは
一重線である。

構造解析結果に関する記述のうち
正しいのはどれか。2つ選べ。

なお、カルボキシ基の水素のシグナルは
図 A 中では観測されていない。


    



1 基準物質として用いられるTMSは
トリメチルシランである。

2 インドール環2位のメチル基のシグナルは
図 A のアである。

3 インドール環4位の水素のシグナルは
図 A のカである。

4 CDCl3の重水素のシグナルは
図 A のキである。

5 図 A のオのシグナルと
クのシグナルは互いにカップリングしている。



選択肢 1 のTMSは「トリメチルシラン」ではなく、「テトラメチルシラン」です。
トリメチルシランだと、(CH3)3SiH となるので、2種類の水素が存在してしまい、図のような1本の線になりません。
テトラメチルシランだと、Si(CH3)4 となり、全ての水素が等価になるので、チャートにあるようなシングレットになります。

選択肢 2 は芳香環に結合しているメチル基なので、これは 2~3ppm になるはずなので、図Aの「ア」に対応します。
もしくは、もうひとつのメチル基(インドール環5位のメトキシ基)が酸素の隣なので 3~4ppm くらいになるはずなので、
こちらの 3H が図Aの「ウ」に対応するため、インドール環2位のメチル基は「ア」になる、と考えても良いです。

選択肢 3 は芳香環に直接結合している水素なので、6~8ppm あたりにくるはずです(図Aの「エ」~「ケ」)。
ここで、「ク」と「ケ」はそれぞれ 2H 分あるので、これはインドール環のほうではなく、フェニル基の2'位と3'位です。
また、「キ」は H の数が書いてありませんが、この 7.26ppm 付近にあるシングレットのピークは、
溶媒であるクロロホルムのピークです。そのため、目的の化合物には関係ありません。
続いて、「エ」と「オ」は両方ともピークがダブレット(「エ」はダブルダブレットに見えます)なので、
これらはインドール環6位と7位に対応します。
つまり、残る「カ」のシングレット(構造的には遠いが立体的に近い水素の影響で、多少割れて見えますが…)が、
インドール環4位の水素に対応することになります。

選択肢 4 は選択肢 3 の説明の通り、「キ」の位置で合っているのですが、
1H-NMRが検出するのは重水素(D)ではなく、普通の水素(H)です。
ここで、溶媒である重クロロホルムはたくさんの重水素(D)を持っていますが、わずかに水素(H)も含んでいます。
この水素(H)を検出したのが図Aの「キ」であるので、これは重水素(D)のシグナルとはいえません。
重水素は1H-NMRでは検出できない(できてしまうと困る)ので、チャートには載ってきません。

選択肢 5 は選択肢 3 の説明の通り、「オ」はインドール環側で、「ク」はフェニル基側の水素なので、
その距離は随分離れているため、カップリングは起こりません。



以上より、正解は 2 と 3 になります。




問109 
写真 A ~ E に示した生薬に関する記述のうち
誤っているのはどれか。
2 つ選べ。




1 Aの基原植物は
ホンアンズ、アンズで
鎮咳薬として利用される。

2 Bの基原植物は
カラスビシャクで
鎮吐薬、去疾薬として利用される。

3 Cの基原植物は
カギカズラで
鎮痛薬、鎮痙薬として利用される。

4 Dの基原植物は
ボタンで
鎮痛薬、鎮痙薬として利用される。

5 Eの基原植物は
クマコケモモで
尿路殺菌薬として利用される。



選択肢 1 ~ 3 は、正しい選択肢です。


選択肢 4 ですが
D の基原植物は
トウキです。
ボタンでは、ありません。

ちなみにトウキは
婦人薬等として用いられます。



選択肢 5 ですが
E の基原植物は
サンシシです。
クマコケモモでは、ありません。

ちなみにサンシシは
利胆薬等として用いられます。



以上より、正解は 4,5 です。




問110 
構造式AとBで示される
タンニンに関する記述として正しいのはどれか。
2つ選べ。



1 化合物 A 及び B は
塩化鉄(III)試液で呈色する。

2 化合物 A は
シキミ酸と酢酸ーマロン酸の
複合経路で生合成される。

3 化合物 A に合まれる糖は
Dーマンノースである。

4 化合物 B は
加水分解型タンニンである。

5 化合物 B は
1ーブタノール中で塩酸と加熱すると
赤色を呈する。



選択肢 1 は
正しい選択肢です。
フェノール性 OH が存在すると
塩化鉄(Ⅲ)試液で呈色されます。

化合物 A 、及び B にはそれぞれ
フェノール性 OH が見られます。



選択肢 2 ですが
シキミ酸経路で合成されると
C6-C3 単位の
フェニルプロパン構造が見られます。

化合物A には、C6-C3 単位が
見受けられません。


又、酢酸-マロン酸経路で合成されると
C=Oが多く見られる、ポリケタイド構造が
見られます。

化合物 A には、C=Oが複数見られる 
ということはありません。


従って、選択肢 2 は誤りです。



選択肢 3 ですが
化合物 A の真ん中当たりの糖部分において
Oの上下に注目すると
きれいに交互になっています。

マンノースは
グルコースの 2 位のエピマーです。
2位と3位が共に上向きとなるため
きれいに交互にはなりません。

従って、選択肢 3 は誤りです。



選択肢 4 ですが
加水分解型タンニンには
エステル結合部分
((C=O)-O部分)があります。

化合物 B には、エステル結合部分が
見られません。


よって、選択肢 4 は誤りです。



選択肢 5 は
正しい選択肢です。
アントシアニジンと呼ばれる色素が
生成されることにより呈色されます。



以上より、正解は 1,5 です。



参考)
(グルコース以外の代表的な単糖、二糖)


類題)
96-38 (生合成経路について)