クエン酸(C₆H₈O₇)に関する記述について、誤っているのはどれか。1つ選べ。

1. IUPAC名は、2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylic acidである。
2. 結晶水を持つものは、クエン酸水和物と呼ばれる。
3. 塩基性条件下、二価の鉄イオン1つに対して四座配位子として働き、安定なキレートを形成する。
4. 不斉炭素原子を持たず、アキラルな分子である。
5. 三ナトリウム塩の水溶液は塩基性を示す。

　解 説　　　　　

選択肢 1 は妥当な記述です。
与えられた構造式を見ると「2 – ヒドロキシプロパン の、全ての炭素に１つずつカルボキシル基がついている」と読めます。構造と名前に矛盾がないので、とりあえず OK と考えればよいのではないでしょうか。

選択肢 2 は妥当な記述です。

選択肢 3 ですが
３つあるカルボキシル基の、それぞれの H がとれて COO^– となって金属と相互作用すると考えられます。従って「四座」ではないと判断できるのではないでしょうか。選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4 は妥当な記述です。

選択肢 5 は妥当な記述です。
カルボン酸のナトリウム塩なので、例えば 酢酸（CH₃COOH) と NaOH の塩である酢酸ナトリウム（CH₃COONa) が「弱酸＋強塩基」の塩で「塩基性塩」であることを連想すれば、妥当と判断できるのではないでしょうか。

以上より、正解は 3 です。

図は、アルケンＡからアルコールＣ又はアルコールＤを合成する経路を示している。この経路に含まれる反応又は化合物に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. アルケンＡから中間体Ｂが生じる反応はanti付加反応である。
2. 中間体ＢからアルコールＣが生じる反応は酸化反応である。
3. アルコールＣはラセミ混合物である。
4. アルコールＣはアルコールＤのジアステレオマーである。
5. アルコールＤはメソ化合物(メソ体)である。

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
ヒドロホウ素化は syn 付加です。anti 付加ではありません。よって、選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2 は妥当な記述です。
ヒドロホウ素化ー酸化　です。

選択肢 3 は妥当な記述です。
syn 付加において、上から H,BH2 が付加するか、下から付加するかが半々です。そのため、立体が逆のものが半々できて、ラセミ混合物です。

選択肢 4 ですが
アルコール D は、硫酸触媒による水付加なので、マルコフニコフ則に基づいて OH 基が付加します。すなわち、メチル基がもともとある方に OH 基が付加します。従って、C とはそもそも立体異性体の関係にありません。そのため当然、ジアステレオマーではありません。よって、選択肢 4 は誤りです。

選択肢 5 ですが
メソ化合物とは、キラル中心を持つが、対象面も有するために光学活性を示さない化合物の総称です。メチル基がついている方に OH 基が付加すると、キラル炭素が１個できますが、分子全体に対称面はありません。従って、メソ化合物ではありません。よって、選択肢 5 は誤りです。

参考）有機化学まとめ　立体特異性・位置選択性

臭化アルキル(R－Br)に求核剤(Y^－)を作用させる置換反応について、反応の進行に伴う自由エネルギー変化を図示するとＡ又はＢのようになる。以下の記述のうち、正しいのはどれか。1つ選べ。

1. Ａの反応は吸エルゴン反応である。
2. Ｂの反応は二分子反応である。
3. Ａの反応において、臭化アルキルの置換基Rの影響によりａの状態が混み合ってくると、エネルギーⅠが大きくなる。
4. Ｂの反応においては、ｂからｃに至る段階が律速となる。
5. Ａの反応において、R－Brとして2-ブロモブタンの一方のエナンチオマーのみを用いたとき、生成物はラセミ混合物となる。

　解 説　　　　　

選択肢 1 について、反応によって自由エネルギーが増える場合が吸エルゴン反応、減る場合が発エルゴン反応です。Aの反応は自由エネルギーを放出して自身の自由エネルギーは減っているので、発エルゴン反応となります。よって、これは誤りです。

選択肢 2 について、Aの反応はS_N2反応(二分子的求核置換反応)で、Bの反応はS_N1反応(一分子的求核置換反応)なので、「Bの反応は二分子反応」というのは誤りです。

S_N1反応の反応機構は、まず基質の脱離基が脱離することによってカルボカチオン中間体が生成し、続いて求核試薬がこのカチオンを求核攻撃します。このような2段階反応なので、中間体のあるBの図のほうがS_N1反応に相当すると判断できます。

一方のS_N2反応は脱離と求核攻撃が同時に起こります。よって、1段階反応であるAの図がS_N2反応に相当すると判断できます。

選択肢 3 は正しい内容です。基質の構造が立体的に混んでいると求核剤が近づきにくくなるので、置換反応を起こすためにはより大きいエネルギーが必要となります。よって、これが正解です。

選択肢 4 について、S_N1反応では、基質の脱離基が脱離してカルボカチオン中間体ができる1段階目の反応が律速となります。よって、これは誤りです。

今回の問題に限らずS_N1反応では1段階目の反応が律速となりますが、もしそれを知らなくても、図から最も自由エネルギーが高いのが1つ目の山(中間体bに至る段階)だとわかるので、こちらが律速であると判断することが可能です。

選択肢 5 について、Ａの反応はS_N2反応なので、中間体を経ない1段階反応です。そのため反応前後で立体は保持されるので、基質が一方のエナンチオマーのみなら、生成物もそれに応じたエナンチオマーとなります。よって、これは誤りです。

一方、Bの反応はS_N1反応です。この場合は2段階反応なのでカルボカチオン中間体を経ますが、このカチオンが平面的(sp²混成軌道)なので、求核剤はこの平面の表からでも裏からでも等しく求核攻撃できます。よって、S_N1反応の生成物はラセミ体となります。

以上より、正解は 3 です。

化合物Ａの反応に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. SO₃が求電子剤として作用する置換反応である。
2. アの部分は共鳴効果による電子求引性を示す。
3. アの部分は誘起効果による電子供与性を示す。
4. アの部分のかさ高さのため、オルト置換体が得られにくい。
5. Ａの代わりにベンゼンを基質とすると反応は遅くなる。

　解 説　　　　　

硝酸と硫酸、そして芳香環の3つの間で起こる反応といえば、求電子置換反応である「ニトロ化」です。

まずは硫酸のH⁺が硝酸からOH^－を奪って水となることで、硝酸がニトロニウムイオン(NO₂⁺)に変わります。そして、このカチオンが芳香環に対して求電子攻撃することで芳香環に付いた－Hが－NO₂基に置き換わり、ニトロ化が完了します。

基質が単純なベンゼンではなく、今回のように置換基の付いた芳香族化合物である場合、その置換基がo,p配向性を示すものならo位やp位がニトロ化され、置換基がm配向性を示すものならm位がニトロ化されます。

以上を踏まえて選択肢をみていきます。

選択肢 1 について、求電子剤は硫酸由来のSO₃ではなく、硝酸由来のニトロニウムイオン(NO₂⁺)です。よって、これは誤りです。

選択肢 2 について、アの部分の中で芳香環に直結しているN原子は、非共有電子対を持っています。そのため電子が豊富なので、芳香環側に電子を流すことができます。よって、共鳴効果による「電子供与性」を示すので、「電子求引性」とするのは誤りです。

選択肢 3 は選択肢 2 とは反対で、誘起効果による「電子供与性」というのが誤りで、ここは「電子求引性」とすると正しい文章になります。

誘起効果で電子供与性になるかは電子求引性になるかは電気陰性度によって決まります。今回も注目する箇所は芳香環に直結しているN原子で、Nは電気陰性度が大きいので、誘起効果としては電子求引性を持つことになります。

選択肢 4 は正しい記述です。アの部分はo,p配向性示しますが、アの部分が大きすぎて求電子剤が近づきにくいです。そのため、この反応ではオルト置換体が得られにくく、パラ置換体が生成しやすくなります。

選択肢 5 も正しい記述です。置換基には、芳香環の求電子置換反応を促進させる活性基と、抑制させる不活性基とがあります。o,p配向性の置換基のうち、ハロゲン以外のものは全て活性基となるので、アの置換基も活性基となります。

よって、アの置換基のおかげで化合物Aの反応は早くなっているので、Aの代わりにベンゼンを基質とすると反応は遅くなります。

以上より、正解は 4 と 5 です。

一酸化窒素及び生体内における一酸化窒素の生成に関する記述のうち、正しいのはどれか。1つ選べ。

1. アミノ酸ＡはL-グルタミンである。
2. 一酸化窒素は2つの不対電子をもち、常磁性を示す。
3. 一酸化窒素の窒素原子の酸化数は＋1である。
4. 一酸化窒素の酸素原子は酸素分子(O₂)由来である。
5. 化合物ＢはL-オルニチンである。

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
NO は「アルギニン」から合成されます。「グルタミン」ではありません。よって、選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2 ですが
NO の不対電子は 1 つです。

よって、選択肢 2 は誤りです。

選択肢 3 ですが
O の酸化数が原則「－２」です。化合物全体において酸化数は０です。従って、NO における N の酸化数は 「＋２」です。「＋１」ではありません。よって、選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4 は妥当な記述です。

選択肢 5 ですが
アルギニン → シトルリン＋NO　です。「オルニチン」ではありません。よって、選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 4 です。

図は、アセチルコリンエステラーゼ(AChE)によってアセチルコリンが加水分解される際の初期段階の反応機構と2種類のAChE阻害剤Ａ、Ｂの構造を示したものである。以下の記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. グルタミン酸－ヒスチジンの相互作用により、ヒスチジンのイミダゾリル基の塩基性が高くなる。
2. グルタミン酸－ヒスチジン－セリンの三つのアミノ酸残基間の相互作用によって、セリンのヒドロキシ基の求電子性が高くなる。
3. アセチルコリンはトリプトファンとイオン結合している。
4. AChE阻害剤Ａはセリンのヒドロキシ基を不可逆的にアミド化する。
5. AChE阻害剤Ｂはセリンのヒドロキシ基を不可逆的にリン酸化する。

　解 説　　　　　

選択肢 1 は妥当な記述です。
イミダゾリル基の塩基性が高まります。グルタミン酸側に 負電荷を有する O があるため、「イミダゾリル基の NH の H が抜ける方向の相互作用」と考えると判断できると思われます。H が抜ける方向なので、N の孤立電子対が顕わになるような相互作用であるため、塩基性が高くなるということです。

選択肢 2 ですが
セリンの OH 基の O が、右側では トリプトファンの C=O 基に「求核攻撃」しているため「求核性」が高くなっていると考えられます。よって、選択肢 2 は誤りです。

選択肢 3 ですが
阻害薬が「セリン残基を修飾」して作用する　という点から「トリプトファン　と　イオン結合」ではないと判断するとよいと思われます。選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4 ですが
阻害剤 A は「ネオスチグミン臭化物」です。これは読み取れる必要があります。すると「可逆的阻害薬」なので「不可逆的に」ではありません。よって、選択肢 4 は誤りです。

選択肢 5 は妥当な記述です。

以上より、正解は 1,5 です。

類題 103-105

図は、ある化合物Ａの¹H-NMRスペクトル(400MHz、CDCl₃、基準物質はテトラメチルシラン)を示したものである。また、表は各シグナルの積分比を一覧にしたものである。

化合物Ａの加水分解反応によって得られた化合物Ｂについて、同様の条件下で¹H-NMRスペクトルの測定を行ったところ、アとウに相当するシグナルが消失し、11ppm付近に線幅の広い新たなシグナルが観測された。化合物Ａの構造式はどれか。1つ選べ。

なお、×印のシグナルは水又はCDCl₃中に含まれるCHCl₃のプロトンに由来するシグナルである。

　解 説　　　　　

選択肢の化合物はどれもエステル（RCOOR’）の構造となっているので、加水分解によってRCOOHとR’OHに分かれます。化合物Aの大部分はRのほうなので、加水分解によって消失したシグナルというのはR’部分であると考えることができます。

ここで、消失したシグナルのうち、3H分のアは1～2ppmのところにあるので、これはアルキル基の－CH₃です。一方、2H分のウは3～4ppmのところにあるので隣にO原子があり、さらに四重線なので反対側の隣には－CH₃があると判断できます。

以上から、このエステルの構造は、「RCOOCH₂CH₃」であることがわかります。よって、この時点で選択肢 1 と 4 は不適なので、正解は選択肢 2、3、5 に絞られます。

今度は7ppmあたりに集中しているエ～キのシグナルに注目します。ここは芳香環に付いたHなので、芳香環に直結したHは合計で4つあることになります。選択肢 2、3、5 の中でこの条件を満たすのは選択肢 3 だけなので、これが正解ということになります。

念のため、上記で扱った「ア・ウ・エ～キ」以外のシグナルについても確認しておきます。

イは3H分が3～4ppmのところにあるので隣にO原子があると考えられます。よって、選択肢 3 の左端にあるH₃C－O－のところに相当します。

クは1H分が幅の広いシグナルとして現れています。これはヘテロ原子（OやN、Sなど）に直接結合しているHの特徴なので、選択肢 3 のNHの部分に相当します。

また、加水分解によって新たに生まれた11ppm付近のシグナルは、RCOOHのHです。カルボン酸のHは概して、10～12ppmくらいに幅の広いシグナルとして現れます。

以上から、正解は 3 です。

日本薬局方に収載された生薬Ａの確認には、成分Ｂの検出を目的として、Ｃに示す試薬や方法を用いた試験が行われる。Ａ～Ｃの組合せのうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
オウゴン → バイカリン（「フラボノイド」）です。窒素を含む「インドールアルカロイド」ではありません。また、フラボノイドの確認試験は、リボン状Mg/塩酸　により生じる H₂ でフラボノイド還元し、アントシアニン生成されて呈色です。フラボノイドの確認試験で、いわゆる篠田反応です。よって、選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2 は妥当な記述です。
Liebermann – Burchard 反応と呼ばれます。

選択肢 3 ですが
ゴシュユの確認試験では、エボジアミンなどの「インドールアルカロイド」を確認します。よって、選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4 ですが
バニリン・塩酸　で確認するのはフェノール性水酸基や、フラン環を有する成分です。ビャクジュツ・ソウジュツなどの確認試験です。チンピの確認試験は、ヘスペリジン（フラボノイド）に対して、リボン状マグネシウムおよび塩酸を用います。

選択肢 5 は妥当な記述です。
アルカロイドや第三級アミンを検出するために用いられる試薬が、ドラーゲンドルフ試薬です。

以上より、正解は 2,5 です。

類題 98-108、101-109

以下のアルカロイドのうち、生合成前駆体となるアミノ酸がトリプトファンであるのはどれか。2つ選べ。

　解 説　　　　　

トリプトファン由来なので、インドール環の名残があるものを選びます。具体的には「ベンゼン環と隣接する環に N が含まれていて、かつ、その環に二重結合がある化合物」を探します。すると 選択肢 3 （構造の左下部分）及び 選択肢 4 （構造の左上部分） と判断できるのではないでしょうか。

ちなみに
選択肢 1 は ノスカピンです。
非麻薬性中枢性鎮咳薬です。

選択肢 2 は コデインです。
構造の左下の部分のメチル基が脱メチルすると、モルヒネです。モルヒネの構造、及び、モルヒネが「チロシン由来」は基礎知識です。そこからコデインもチロシン由来と判断するとよいと考えられます。

選択肢 3 は エルゴメトリンです。
麦角アルカロイドの一種です。非選択的 α 遮断薬です。

選択肢 4 は キニーネです。
抗マラリア薬です。

選択肢 5 は スコポラミンです。
ベラドンナアルカロイドの一種です。抗コリン薬です。

以上より、正解は 3,4 です。