以下に示したビタミンの構造に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。なお、アの金属カチオンに結合している原子の電荷(形式電荷)は省略されている。

1. アは1価の銅である。
2. キレート錯体である。
3. インドール骨格が含まれる。
4. フラノース環が含まれる。
5. ａの不斉炭素の立体配置はSである。

　解 説　　　　　

示されたビタミンは、ビタミン B₁₂ です。中心金属は Co です。これは基礎知識です。

選択肢 1 ですが
ア は Co です。選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2 は妥当です。
錯体とは、分子の中心にある元素に対し、それを取り囲むようにして非共有電子対をもつ配位子が結合したような化合物のことです。中心の元素が金属の場合、特に「金属錯体」と呼びます。錯体の中心金属に配位結合する分子やイオンのことを「配位子」といいます。金属結合に直接結合している原子のことは「ドナー原子」または「配位原子」と呼びます。複数個のドナー原子を持つ配位子を多座配位子といいます。多座配位子による金属イオンへの配位をキレートといいます。

選択肢 3 ですが
インドール骨格は、ベンゼン環とピロール環が縮合した骨格です。具体的には「ベンゼン環と隣接する５員環に N が１個含まれ、かつ、５員環側に二重結合がある環」です。ア から伸びる点線の先にあるのは、ベンゼン環とイミダゾール環が縮合した骨格です。選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4 は妥当です。
フラノースは、フラン様の５員環を有する糖の総称です。構造の下端が該当します。

選択肢 5 ですが
a →　の方向から見ると、ちょうど視線の先が H で、上が CH₃ 、右が OーPO…、左が CーNー… と見えるのがわかるのではないでしょうか。従って、優先順位は 右、左、上となり、右回りだから R です。S ではありません。選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 2,4 です。

酸性の強さを比較したもののうち、正しいのはどれか。2つ選べ。ただし、第一解離のみを比較するものとする。

　解 説　　　　　

(1)は同族原子の酸性度の比較です。この場合、原子番号(周期)の大きい原子ほど酸性度が大きくなります。その理由は、S原子のほうがO原子よりも原子半径が大きいので、－SHは原子核同士の距離が遠いために電離しやすい(相手にH^＋を渡しやすい)からです。

よって、CH₃SHのほうがCH₃OHよりも酸性が強いので、(1)は不適です。

(2)はどちらも正電荷を持っているため、相手にH^＋を渡したあとは下図のような共役塩基になります。

上図左側のピリジンは芳香族化合物なので、右側のピペリジンよりも安定した物質です。共役塩基が安定だと元の物質の酸性度が大きいということなので、選択肢(2)の左側の物質のほうが酸性が強いと判断できます。よって、(2)も不適です。

(3)も(2)と同様、共役塩基の安定性を考えるとわかりやすいと思います。それぞれの共役塩基は下図のようになります。

上図の通り、左側の物質は電気陰性度の高いF原子によって中心炭素がδ＋に偏っています。そのため、O^－から流れてくる負電荷を受け取りやすく、負電荷が非局在化して安定な状態といえます。右側の物質ではそのようなことは起こらず、負電荷が局在化していて不安定です。

よって、共役塩基が安定なのは左側の物質なので、選択肢(2)の左側の物質のほうが酸性が強いと判断できます。よって、(3)も不適です。

以上で(1)～(3)が全て不適当だったので、正解は(4)と(5)になるはずです。念のため、これらも確認しておきます。

(4)の共役塩基の構造は次のように表すことができます。

上図右側だと正電荷のN原子が隣接炭素から電子を引っ張っているため、隣接炭素がδ＋となっています。そのため負電荷がこの炭素に流れやすくなるので、上図右側の物質がより安定な共役塩基となります。よって、選択肢(4)の右側のほうが酸性が強いため、正しい選択肢です。

(5)の共役塩基の構造は次のように表すことができます。

上図のように左右どちらもδ＋の炭素がありますが、負電荷の近くにδ＋があるほうが負電荷を流しやすいので、上図右側のほうがより安定な共役塩基といえます。よって、選択肢(5)の右側のほうが酸性が強いため、正しい選択肢です。

以上から、正解は 4 と 5 となります。

反応1、2に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。ただし、化合物ＣとＦは、それぞれの反応における主生成物とする。

1. 出発物質ＡとＤは室温で平衡関係にある。
2. 化合物Ｂはラセミ体である。
3. 化合物Ｃと生成物Ｆは互いにジアステレオマーの関係にある。
4. 化合物Ｃの立体を含むIUPAC名は(2R,3R)-ブタン-2,3-ジオールである。
5. 中間体Ｅは環状構造をもつ。

　解 説　　　　　

反応1について、化合物Aはアルケンなので、これに過酸(R－COOOH)を反応させるとエポキシド(三員環のエーテル)が生成します。このエポキシドが化合物Bです。

反応機構は以下の通りで、環を生成するためには必然的にsyn付加ということになります。antiの向きだと、その距離が遠すぎて3員環が形成されません。

また、過酸が近づく方向が画面手前からと奥からの2パターンあるため、生成する化合物Bは(2S,3S)体と(2R,3R)体のラセミ体になります。

化合物Bに酸触媒を作用させると、開裂反応が起こりジオールが生成します。このジオールが化合物Cです。これを反応機構で表すと、次のようになります。

上図を見ると(2S,3S)体のエポキシドからは(2R,3S)体のジオールが、(2R,3R)体のエポキシドからは(2S,3R)体のジオールが生成したように見えます。しかし、2つのエポキシドは回転(上下反転)によって全く同じ構造となるため、これらはメソ体であり、同じ化合物であることがわかります。

反応2は1,2-ジオール(1,2-diol)化です。アルケンに四酸化オスミウムを反応させると、二重結合が切れ、2つのヒドロキシル基が付きます。この反応は以下のような形で進行するため、syn付加となります。

以上を踏まえて選択肢を見ていきます。

(1)で、AとDはシス－トランス異性体です。これらは異なる物質なので、通常、室温で異性化するようなことはありません。よって、「室温で平衡関係にある」が誤りとなります。

(2)は上記で解説済みですが、過酸が反応する面によって化合物Bは(2S,3S)体にも(2R,3R)体にもなります。その割合は理論上50%ずつなので、これはラセミ体といえます。よって、(2)は正しいです。

(3)で、上図で示した通り、化合物Cと化合物Fはいずれもメソ体のジオールです。つまり、CとFはジアステレオマーではなく、全く同じ物質となります。よって(3)は誤りです。

(4)で、化合物Cの立体はS体とR体が1つずつなので、「(2R,3R)」は明確に誤りです。よって(4)は誤りです。正しいIUPAC名は次の3つのようになります。これら3つなら、どれを書いても正しい表記といえます。

• (2R,3S)-ブタン-2,3-ジオール
• (2S,3R)-ブタン-2,3-ジオール
• meso-ブタン-2,3-ジオール

(5)で、中間体Eは上図の通りOsを含む五員環となります。よって、(5)は正しいです。

以上から、正解は 2 と 5 です。

次の反応と生成物に関する記述のうち、正しいのはどれか。1つ選べ。

1. イミダゾールは、ピリジンより弱い塩基である。
2. 破線で囲んだ部分構造aよりも部分構造bの方が、脱離して生じるアニオンの共役酸のpK_aが小さい。
3. CH₃NH₂は、塩基として働いている。
4. シアノ基は、電子供与性基である。
5. 破線で囲んだ部分構造cは、グアニジンよりも高い塩基性をもつ。

　解 説　　　　　

(1)について、イミダゾールとピリジンはどちらも塩基ですが、イミダゾールは水素を受け取ったあとの共役塩基が共鳴構造により安定であるため、イミダゾールのほうが強い塩基です。よって、(1)は誤りです。

(2)で、部分構造aが脱離してできたアニオン(R－NH^－)の共役酸は、アミン(R－NH₂)です。これは共役酸ではあるものの、アミンは一般的には酸性というより塩基性を持つので、この共役酸はかなり弱い酸だといえます。酸性度が低いということは、pK_aは大きくなります。

一方、部分構造bが脱離してできたアニオン(CH₃S^－)の共役酸は、メタンチオール(CH₃SH)です。チオールはアルコールよりも酸性度が高いので、もちろんアミンより強い酸だといえます。よって、pK_aは小さめです。

以上から、(2)は正しい文章だと判断できます。

(3)で、CH₃NH₂は基質の炭素(C)に求核攻撃しています。よって、これは「塩基」ではなく「求核剤」として働いています。δ＋の炭素(C)にアタックするのが求核性、プロトン(H^＋)を引き抜くのが塩基性だと考えてください。よって、(3)は誤りです。

(4)で、シアノ基は下図のような共鳴構造が描けるため、炭素(C)はδ＋に偏っています。よって、これは「電子供与性基」ではなく「電子求引性基」なので、(4)も誤りです。

(5)で、グアニジンはその共役酸が下図のような安定した共鳴構造を複数持つので、グアニジンは高い塩基性を示します。

一方、部分構造cはグアニジンの水素の1つがシアノ基になっています。(4)の解説の通りシアノ基は電子求引性基なので、上図のように正電荷を受け取るような共鳴構造は描けません。

よって、部分構造cの共役酸はグアニジンの共役酸よりも不安定なので、部分構造cのほうが塩基性が低いです。つまり、(5)も誤りです。

以上から、正解は 2 となります。

次の化合物のうち、カルボキシ基のバイオアイソスター(生物学的等価体)を含むのはどれか。2つ選べ。

　解 説　　　　　

テトラゾリル基は「カルボキシ基」の生物学的等価体です。（105-210)。同様に考えれば、ヒドロキサム酸構造 (-C(=O)-NH-OH) の部分の H も外れやすそうなので、カルボキシ基の生物学的等価体と推測できるのではないでしょうか。

以上より、正解は 3,5 です。

β酸化による脂肪酸の代謝反応における β – ヒドロキシアシル CoA から β – ケトアシル CoA への変換過程を以下に示す。

その変換過程について想定される反応機構に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. ヒドロキシアシル CoA 脱水素酵素の図中の 170 番のグルタミン酸残基は、158 番のアミノ酸残基Ｘの側鎖のイミダゾリル基の塩基性を高めている。
2. 158 番のアミノ酸残基 Ｘ はヒスチジン残基である。
3. 補酵素 ア は FAD である。
4. 補酵素 ア はプロトン受容体として機能している。
5. 補酵素 ア はピリミジン骨格をもつ。

　解 説　　　　　

選択肢 1,2 は妥当です。

選択肢 3 ですが
補酵素 ア として表されている構造は、NAD⁺ です。選択肢 3 は誤りです。（FAD の構造について 104-138 アに既出。）

選択肢 4 ですが
電子の押出しを受けており、電子受容体として機能していると考えられます。選択肢 4 は誤りです。

選択肢 5 ですが
NAD の A がアデニンです。アデニンはプリン骨格です。ピリミジン骨格ではありません。選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 1,2 です。

図は、ある化合物の¹H-NMRスペクトル(400MHz、CDCl₃、基準物質はテトラメチルシラン)を表したものである。この化合物の構造式として正しいのはどれか。1つ選べ。

なお、拡大図Ａ、Ｂ、Ｃの拡大率はそれぞれ異なる。また、ウのシグナルは重水を添加することにより消失する。

　解 説　　　　　

選択肢を見るとどれも似たような構造で、ベンゼン環が1つと2-プロピル基(イソプロピル基)が2つあります。異なっている部分に注目すると、酸素が(1)と(2)では－OH、(3)と(4)では－COOH、(5)では－O－の形となっていることがわかります。

ここで、問題文によると「ウのシグナルは重水を添加することにより消失する」とあります。これは、水酸基(－OH)の水素が添加された重水(D₂O)の水素と置換され、「－OD」になったので¹H-NMRのスペクトルに現れなくなったことを表します。よって、(5)は除外できます。

また、ウの化学シフトは約4.8ppmなので、これは－OHであると判断することができます。アルコールの化学シフトは3～4ppmくらいに出ることが多いものの、実際には出現範囲が広く、特にフェノール性水酸基だと5～6ppm前後になりやすいです。

一方、カルボン酸(－COOH)の場合には10～12ppmくらいの極端に大きな化学シフト値を取るので、今回は当てはまりません。よって、(3)と(4)も不適当です。

以上から、正解は(1)または(2)ということになります。ここで、両者の違いを比べるために下図を見てください。

上図のa～dは全てベンゼン環に直接結合しているHなので、化学シフトは6～9ppmくらいに出ます。つまり、問題の図でいうとエとオのシグナルになります。

また、a～dのシグナルがどのように出るのかを考えると、次のように表すことができます。

• a：隣接水素が2つなので、三重線になる
• b：隣接水素が1つなので、二重線になる
• c：隣接水素がないので、一重線になる
• d：隣接水素がないので、一重線になる

以上から、エとオのシグナルは三重線と二重線のため、a・bを含む選択肢(1)の構造が正しいと判断することができます。

よって、正解は 1 です。

写真Ａ～Ｅに示した生薬に関する記述のうち、正しいのはどれか。1つ選べ。

1. Ａはキョウニンで、鎮咳作用を期待して麻黄湯に配合される。
2. Ｂはサンショウで、腹部を温めることや健胃作用を期待して大建中湯に配合される。
3. Ｃはサンシシで、利胆作用を期待して葛根湯に配合される。
4. Ｄはハンゲで、瀉下作用を期待して半夏瀉心湯に配合される。
5. Ｅはショウキョウで、鎮嘔作用や健胃作用を期待して六君子湯に配合される。

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
A はショウキョウです。キョウニンではありません。選択肢 1 は誤りです。ちなみに、麻黄湯の構成生薬は、マオウ、ケイヒ、キョウニン、カンゾウです。

選択肢 2 は妥当です。
ちなみに、大建中湯の構成生薬は、サンショウ、ニンジン、カンキョウ、コウイです。

選択肢 3 ですが
C はサンシシです。前半部分は妥当です。しかし、葛根湯にサンシシは含まれません。選択肢 3 は誤りです。葛根湯の構成生薬は、カッコン、タイソウ、マオウ、カンゾウ、ケイヒ、シャクヤク、ショウキョウです。

選択肢 4 ですが
D はハンゲです。前半部分は妥当です。瀉下作用を期待するとは、下剤として用いるということです。半夏瀉心湯は、胸につかえ感がある人の胸焼け、下痢などに用いられる処方です。「瀉下作用を期待して」という記述が明らかに誤りです。選択肢 4 は誤りです。ちなみに、半夏瀉心湯の構成生薬は、ハンゲ、オウゴン、カンキョウ、ニンジン、カンゾウ、タイソウ、オウレンです。

選択肢 5 ですが
E はキョウニンです。ショウキョウではありません。選択肢 5 は誤りです。ちなみに、六君子湯の構成生薬は、ニンジン、ソウジュツ、ブクリョウ、ハンゲ、チンピ、タイソウ、カンゾウ、ショウキョウです。

以上より、正解は 2 です。

次の構造式で示す化合物Ａに関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. 放線菌によって生産されるマクロライドである。
2. 真菌によって生産される環状ペプチドである。
3. Z配置の二重結合をもつ。
4. ピロール環をもつ。
5. ヘミアセタール構造をもつ。

　解 説　　　　　

化合物はタクロリムスです。（98-208209)。

選択肢 1 は妥当です。

選択肢 2 ですが
ペプチドであるならば、アミノ酸が複数結合しているものなので、ーCONー 結合（ペプチド結合）が複数あるはずです。しかし構造には、ーCONー結合は１つしかありません。よって、環状ペプチドではないと考えられます。選択肢 2 は誤りです。

選択肢 3 ですが
左上部、右上部の二重結合に注目すると、ともに 優先度の高い基が trans の関係にあると読み取れるのではないでしょうか。trans に対応するのは E-Z 表記では「E」です。Z ではありません。選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4 ですが
ピロール環は、窒素を含む５員環です。（100-007)。左真ん中に見える窒素を含む飽和六員環は、ピペリジン環です。選択肢 4 は誤りです。

選択肢 5 は妥当です。
左下部分に見られます。エーテル結合（C-O）と、CーOH を両方有する C の部分が、ヘミアセタール構造です。（105-121)。

以上より、正解は 1,5 です。