⑴ 次の反応で、下線を付けた原子の酸化数の変化を例に倣って記せ。
例：CuO + H₂ → Cu + H₂O
酸化数の変化：+ 2 → 0

① CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O
② Fe₂O3 + 2Al → 2Fe + Al₂O₃
③ K₂Cr₂O7 + 3H₂S + 8HCl → 2KCl + 2CrCl₃ + 3S + 7H₂O
④ H₂O₂ + H₂SO₄ + 2KI → 2H₂O + I2 + K₂SO₄

　解 説　　　　　

酸化数の求め方は、ルールに基づいた計算です。ルールは
・単体、及び化合物全体の酸化数は０
・H→＋１
・O→－２が原則。
※H₂O₂ のような　ーO－Oー　の場合は－１　です。

①ですが
左辺について、CH₄ 全体で０で、H が ４つで ＋４ なので、C の酸化数は－４です。右辺について、CO₂ 全体で０で、O が ２ つで －４ なので、C の酸化数は＋４です。従って、酸化数の変化：－４→＋４　となります。

②ですが
左辺について、Fe₂O₃ 全体で０で、Oが３つで－６なので、Fe₂ が＋６です。Fe は＋３とわかります。右辺について、Fe のみなので０です。従って、酸化数の変化：＋３→０　となります。

③ですが
左辺について H₂S 全体で ０ で、H が２つなので＋２です。S は－２とわかります。右辺について、S のみなので 0 です。従って、酸化数の変化：－２→０　となります。

④ですが
左辺についてこの O は－１です。右辺について、H₂O 全体で ０ で、H  が 2 つなので +2 です。Oは－２です。従って、酸化数の変化：－１→－２　となります。

以上より
① 酸化数の変化：－４→＋４
② 酸化数の変化：＋３→０
③ 酸化数の変化：－２→０
④ 酸化数の変化：－１→－２　です。

(2) 食品添加物の純度試験や確認試験では、スペクトルが用いられることがある。スペクトルに関する次の記述の下線部について、妥当なものには ○ を、妥当でないものには ☓ をそれぞれ記せ。

｢分子に光を照射すると、分子は光を吸収して高エネルギー状態になる。光のエネルギーは、振動数に Ⓐ反比例し、波長に Ⓑ比例する。光のエネルギーを高い順に並べると、Ⓒ紫外線＞可視光線＞赤外線である。分子に紫外線又は可視光線を照射して得られるスペクトルは分子の電子状態が反映されたものとなる。

UVスペクトルにおいて、ある吸収光のモル吸光係数 k と試料濃度cの間には次式の関係があり、モル吸光係数の分かっている分子では、その溶液の吸光度A の測定によりc を求めることができる。ⒹA = ーlog₁₀T = kcL (T：透過率、L：光路長)

分子に赤外線を照射して得られるスペクトルは、分子の振動、回転状態が反映されたものとなる。4000 〜1500 cm^ー1 にかけて特徴的な吸収が認められる。Ⓔ3600 cm^ー1  付近にはニトリル基、1700 cm^ー1  付近にはカルボキシル基の吸収があり、化合物の置換基（官能基）の確認に用いられる。｣

　解 説　　　　　

光のエネルギーに関して、基礎知識が E = hν （= hc/λ）　です。E がエネルギー、h はプランク定数という非常に小さな数、νが振動数、c は光速、λが波長です。波の基本式である v = λν　から、（　）の中身は導きます。光のエネルギーは、「振動数に比例」、「波長に反比例」です。

紫外線、可視光線、赤外線　という順番は、振動数が多く、波長が短い方から振動数が小さく、波長が長い方へと並んでいます。つまりエネルギーが高い順です。紫外線＞可視光線＞赤外線　でOKです。

吸光度とは、透過率の逆数の常用対数のことです。透過率を T とおけば、log₁₀(1/T) = ーlog₁₀T です。吸光度を A とおくと、A = kcL が、溶液の試料濃度と層長（光路長）の間に成立します。

赤外線吸収スペクトルに関して、3600cm^-1 付近には、ヒドロキシル基（ーOH）の特徴的吸収が認められます。

以上より
A　☓
B　☓
C　◯
D　◯
E　☓ です。

Ⅱ沈殿滴定法に関する次の文章を読み、以下の問いに答えよ。

｢沈殿滴定法は、難溶性塩を生成する金属イオン及び陰イオンについて適用することができる。沈殿滴定法の一種であるモール法では、クロム酸カリウム溶液を指示薬として、塩化物イオンなどの ㋐ イオンを定量する。

銀イオンは、塩化物イオンとクロム酸イオンの両方と難溶性塩を生成するため、クロム酸イオンの存在下で塩化物イオンを含有する試料溶液に、銀イオンの標準溶液を ㋑ で加えていく。

Ⓐ塩化銀の溶解度がⒷクロム酸銀の溶解度より ㋒ ために、先に ㋓ 色の塩化銀の沈殿が生じた後に、銀イオンはクロム酸イオンと反応して、赤褐暗赤色のクロム酸銀の沈殿が生じる。｣

⑴ 下線部Ⓐ及びⒷの化学式を記せ。

⑵ ㋐〜㋓に当てはまる語句を語群から選び出し、それぞれの番号を記せ。

＜語群＞①ヨウ化物、②ハロゲン化物、③水酸化物、④酸化物、⑤ビーカー、⑥ホールピペット、⑦ビュレット、⑧小さい、⑨大きい、⑩黄、⑪青紫、⑫黒、⑬白

　解 説　　　　　

(1)
AgCl,Ag₂CrO₄

(2) 
㋐ですが
「塩化物イオンなどの」とあるので、ハロゲンイオン　と考えられます。

㋑ですが
「少しずつ液を加えていくための器具」なので、語群から選ぶならば、ビュレットが適切であると考えられます。

㋒、㋓ですが
塩化銀の溶解度の方が「より小さい」から先に溶けきれなくなって白色沈殿が生じる　と考えられます。

以上より
㋐ ハロゲン化物 ②
㋑ ビュレット ⑦
㋒ 小さい ⑧
㋓ 白 ⑬　  です。

⑶ 未知の濃度の塩化ナトリウム溶液 25 mL をビーカーにとり、クロム酸カリウム溶液を加えた後、0.500 mol/L の硝酸銀溶液を一定の温度のもとで滴定したところ、クロム酸銀の沈殿が生じるまでに 10.25 mL を要した。

なお、同条件で空試験を行ったところ0.25 mL を要した。この結果より滴定前の塩化ナトリウム溶液のモル濃度を求めよ。ただし途中の計算式も示すこと。

　解 説　　　　　

硝酸銀溶液を滴定する前は、Cl^–　と　CrO₄^2- が共存する溶液です。ここに 硝酸銀溶液つまり Ag⁺ を添加すると先に AgCl（白）沈殿 が、Cl^– イオンがなくなるまで形成されます。

空試験、すなわち「未知濃度の塩化ナトリウムがない状態」でも、クロム酸銀の沈殿が生じるまでに 0.25 mL 要しているので「Cl- イオンがなくなるまでに必要だった硝酸銀溶液の量は10.25 ー 0.25 = 10.00 mL」とわかります。

0.5mol/L の硝酸銀溶液 10mL（= 0.01L） に含まれる Ag⁺ は、0.5 × 0.01 = 0.005 mol です。塩化ナトリウム溶液の濃度を x (mol/L) とすれば、塩化ナトリウム溶液 25 mL（= 0.025L） に含まれる Cl^– は、0.025 x mol です。

Ag⁺　と　Cl^– は 1：1 で反応して、AgCl 沈殿を形成します。従って、0.025x = 0.005 です。

以上より
x = 0.2 mol/L とわかります。

Ⅲ　食品中の残留農薬などの定量分析において、ガスクロマトグラフィーが用いられており、その検出器には様々なものがある。検出器として、EI 法による質量分析計 MS を用いる場合と、炎光光度検出器 FPD を用いる場合について、その原理や主な利用目的を検出器一つ当たり 4 行程度で説明せよ。

　解 説　　　　　

回答例）
【EI(Electron Ionization) 法による MS(mass spectrometry) を用いる場合の原理、利用目的】
試料を熱で気化させた状態で、熱電子を衝突させることによりイオン化した上で、磁場の中を通過させて該当物質の質量をもった物質が存在するかどうかを検出するという原理である。EI 法により、試料がフラグメント化しやすいため、分子量が比較的小さい試料に対しての検出に用いる。

【FPD(Flame Photometric Detector) の原理、利用目的】
物質を炎の中に入れることにより構成原子（団）が発光する。この発光は原子固有の波長を持つため、波長を測定することで物質を検出するという原理である。高感度である点が特徴であり、P、S 等含有物質や、有機スズ化合物の検出に用いられる。

(1) アミノ酸の名称とその化学式の組合せとして、妥当なものには ○ を、妥当でないものには ☓ をそれぞれ記せ。

　解 説　　　　　

① のグリシンは
側鎖が H のアミノ酸です。シンプルなアミノ酸　といえばグリシンです。① の化学式は 明らかに側鎖部分に C や OH が含まれており誤りです。グリシンではありません。ちなみに、この化学式はトレオニンです。

② のアラニンは
側鎖が CH₃ のアミノ酸です。正しい組合せです。

③ のバリンは
側鎖が CH(CH₃)₂ のアミノ酸です。正しい組み合わせです。

④ のロイシンは
側鎖が CH₂ーCH（CH₃）₂ のアミノ酸です。正しい組み合わせです。

⑤のイソロイシンは
側鎖が CH(CH₃)ーCH₂ーCH₂のアミノ酸です。側鎖部分に OH が含まれており誤りです。ちなみに、この化学式はセリンです。

捕捉ですが、③～⑤の「バリン、ロイシン、イソロイシン」は、まとめて分岐鎖アミノ酸と呼ばれます。分岐鎖アミノ酸は、BCAA(Branched Chain Amino Acids)と表記されることも多いです。

以上より
①☓、②◯、③◯、④◯、⑤☓　です。

⑵ 脂肪酸の名称とその分類の組合せとして妥当なものには○を、妥当でないものには☓をそれぞれ記せ。

名称　分類
① エライジン酸　一価不飽和脂肪酸
② オレイン酸　多価不飽和脂肪酸
③ ステアリン酸　飽和脂肪酸
④ ドコサヘキサエン酸　多価不飽和脂肪酸
⑤ ラウリン酸　飽和脂肪酸

　解 説　　　　　

脂肪酸とは、ある程度長い炭化水素部分を有する、１価のカルボン酸です。炭素数の区切りは諸説あるのですが、一例としては、炭素数 2-4 個のものを短鎖脂肪酸（低級脂肪酸）、5-12 個のものを中鎖脂肪酸、12個以上のものを長鎖脂肪酸（高級脂肪酸）と呼びます。

飽和脂肪酸とは、炭化水素部分に、二重結合がない脂肪酸のことです。二重結合の個数が一個以上の場合、多価不飽和脂肪酸と呼ばれます。

代表的な脂肪酸について、名前と種類について覚えていることが、基礎知識として求められます。ラウリン酸、ステアリン酸は、それぞれ C₁₂,C₁₈ の飽和脂肪酸です。ちなみに、C₁₄,C₁₆ がそれぞれ、ミリスチン酸、パルミチン酸です。

オレイン酸、エライジン酸は、それぞれ C₁₈,₁ で cis-trans 異性体の関係にある 一価不飽和脂肪酸です。炭素の下付き数字の１つ目は炭素数、２つ目は不飽和結合の数です。

ドコサヘキサエン酸は、C₂₂,₆ の多価不飽和脂肪酸です。

以上より、①◯、②☓、③◯、④◯、⑤◯です。

⑶ ビタミン名とその化学名、性質の組合せとして妥当なものには ○ を、妥当でないものには ☓ をそれぞれ記せ。

　解 説　　　　　

脂溶性ビタミンが D,A,K,E 「だけ」という語呂が知られています。これが基礎知識です。ビタミン K₁ は、化学名がフィロキノンです。その他の化学名は正しい組み合わせです。

以上より、①◯、②☓、③☓、④◯、⑤◯です。

⑴ デンプンから糖類を製造する際に用いられる酵素に関する次の記述の Ⓐ〜Ⓙ に当てはまる語句を語群から選び出しそれぞれの番号を記せ。なお、同じ語句を複数回用いてもよい。

｢α-アミラーゼは、デンプンのⒶ 結合を加水分解しデキストリンやマルトースを生成するⒷ 型の酵素である。

β-アミラーゼは、デンプンのⒸ 末端基からⒹ 結合を分解してβ-マルトースを生成するⒺ 型の酵素である。

グルコアミラーゼは、デンプンのⒻ 結合及びⒼ 結合を分解して、β-グルコースを生成するⒽ 型の酵素である。

枝切り酵素は、デンプンのⒾ 結合を加水分解し、デキストリンやマルトースを生成するⒿ 型の酵素である。｣

＜語群＞①α-1,4-、②α-1,6-、③エキソ、④エンド、⑤還元性、⑥非還元性

　解 説　　　　　

αーアミラーゼ、βーアミラーゼは、共にα-1,4-結合を加水分解します。α がエンド型の酵素です。βが、末端から二糖であるマルトース単位で切断するエキソ型の酵素です。

グルコアミラーゼは、α-1,4- 及び α-1,6- 結合を分解します。エキソ型です。枝切り酵素は、α-1,6 結合を加水分解します。エンド型です。

以上より
Ⓐ α-1,4- ①
Ⓑ エンド ④
Ⓒ 非還元性 ⑥
Ⓓ α-1,4- ①
Ⓔ エキソ ③
Ⓕ α-1,4- ①
Ⓖ α-1,6- ②
Ⓗ エキソ ③
Ⓘ α-1,6- ②
Ⓙ エンド ④　です。

⑵ アミノ・カルボニル反応に関する次の記述の Ⓐ 〜 Ⓔ に当てはまる語句を語群から選び出し、それぞれの番号を記せ。

｢アミノ・カルボニル反応は、アミノ基とカルボニル基が反応して Ⓐ を生成し、シッフ塩基を経て Ⓑ を起こし、還元性の強い Ⓒ を生じる。その後、脱アミノ反応により α – ジカルボニル化合物に変換され、これらの化合物が重合し褐色の含窒素高分子である Ⓓ を生成する。中間段階で生成したα-ジカルボニル化合物は、アミノ化合物と反応して Ⓔ を起こし、香気の生成に重要な役割を果たす。｣

＜語群＞①酸素, ②窒素, ③二酸化炭素, ④窒素配糖体, ⑤レダクトン, ⑥アマドリ転位, ⑦メラノイジン, ⑧ピラジン, ⑨グルコース, ⑩カラメル化, ⑪ストレッカー分解

　解 説　　　　　

アミノカルボニル反応では、アミノ基とカルボニル基が反応して「N配糖体」を生成し、シッフ塩基を経て「アマドリ転位」を起こし、還元性の強い「レダクトン」を生じます。その後、脱アミノ反応により、αージカルボニル化合物に変換され、重合して褐色の高分子「メラノイジン」を生成します。

中間生成物であるαージカルボニル化合物は「ストレッカー分解」により種々の生成物へと変換されます。これらの化合物は特有の香気に関連しています。

以上より
Ⓐ N配糖体 ④
Ⓑ アマドリ転位 ⑥
Ⓒ レダクトン ⑤
Ⓓ メラノイジン ⑦
Ⓔ ストレッカー分解 ⑪ です。