有機化合物 A ～ D が 100 mg ずつ含まれるジエチルエーテル (エーテル) 溶液 100 mL 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操作を行った。このとき分液操作 ② によって得られた水層には、有機化合物 D の塩が主に含まれていた。

有機化合物 A ～ D を分離する分液操作の組合せとして、最も適切なのはどれか。1 つ選べ。

• ア　2 mol/L 塩酸を用いる分液操作
• イ　2 mol/L NaOH水溶液を用いる分液操作
• ウ　飽和 NaHCO₃ 水溶液を用いる分液操作

• 分液操作①　分液操作②　分液操作③

1. 　 ア　　　　　イ　　　　　ウ
2. 　 イ　　　　　ウ　　　　　ア
3. 　 ウ　　　　　ア　　　　　イ
4. 　 ア　　　　　ウ　　　　　イ
5. 　 イ　　　　　ア　　　　　ウ
6. 　 ウ　　　　　イ　　　　　ア

　解 説　　　　　

B が強い酸、D が弱い酸、A が中性、D が塩基性の有機化合物です。

【分液操作 ① について】
まず 弱い塩基である NaHCO₃ を加えることで、強い酸を分離できます。操作 ① が 飽和 Na HCO₃ を用いる分液操作です。これにより、水層に B を分離できます。エーテル層に A,C,D が残っています。① は ウ です。

【分液操作 ② について】
「分液操作 ② によって得られた水層には、化合物 D の塩が主に含まれていた」とあります。つまり、弱い酸と反応して塩を作って水層に分離するような操作です。従って、操作 ② は 2mol/L NaOH を用いる分液操作です。② は イ です。

以上より、正解は 6 です。

参考　官能基を利用した分離精製
https://yaku-tik.com/yakugaku/yk-3-1-3/

以下の反応式のうち、右に示された主生成物が誤っているのはどれか。1 つ選べ。

ただし、各反応はそれぞれ適切な溶媒を用いて行い、反応終了後、適切な後処理を施したものとする。

　解 説　　　　　

選択肢 1 は妥当です。
末端アルキンのアルキル化反応です。

選択肢 2 は妥当です。
B (ホウ素) が含まれる試薬 → H₂O₂ (過酸化水素) なので「ヒドロホウ素化反応」です。逆マルコフニコフ則なので、置換基が少ない方に OH が付加されます。ビニルアルコールなので、ケト＝エノール互変でより安定なアルデヒドが主生成物となります。

参考　ケト＝エノール 平衡

選択肢 3 は妥当です。
アルキンの水付加です。

選択肢 4 ですが
リンドラー触媒による水素化なので、生成物は cis 体です。示された主生成物は トランス体なので誤りです。

選択肢 5 は妥当です。
ハロゲン化水素付加ではマルコフニコフ則で反応が進行するため、Cl がついた炭素に更に Cl が付加します。

以上より、正解は 4 です。

以下の反応で、生成物を与える電子移動を示す一連の矢印が正しいのはどれか。2 つ選べ。

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
水素化ホウ素ナトリウム (NaBH₄) によるヒドリド還元なので、ヒドリドイオン (H-) が C=O の炭素に攻撃します。選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2 ですが
α,β 不飽和カルボニルへの共役付加反応なので、窒素原子上の孤立電子対が β 炭素に攻撃します。選択肢 2 は誤りです。

選択肢 3 は妥当です。
SN₂ 反応です。

選択肢 4 は妥当です。
求電子置換反応です。

選択肢 5 ですが
電子の移動なので、矢印の先が正電荷でなければ向きがおかしいです。また、矢印の始点は炭素原子からではなく、結合を示す線の部分からが妥当です。選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 3,4 です。

下図は、DNA の二重らせん構造の一部で、2 本のポリヌクレオチド鎖間で形成される相補的塩基対を示している。以下の記述のうち、適切なのはどれか。2 つ選べ。

1. 塩基 ア のヘテロ環はピラジン環である。
2. 塩基 イ はウリジンである。
3. 矢印 A はポリヌクレオチド鎖 ウ の 3ʼ → 5ʼ 末端の方向を指す。
4. 酸素原子 エ は水素結合受容体として機能する。
5. 塩基 ア と塩基 イ の相補的塩基対は、平面状に形成される。

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
ベンゼンの 1,4 位の C が N に置換したのが「ピラジン環」です。塩基 ア のヘテロ環は、ベンゼンの 1,3 位の C が N に置換しています。これは「ピリミジン環」です。選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2 ですが
DNA なので、塩基は A,T,G,C (アデニン、チミン、グアニン、シトシン) のどれかです。選択肢 2 は誤りです。

また「ウリジン」は「リボース（糖）とウラシル（塩基）が結合したヌクレオシド」を意味する用語です。イ は塩基部分のみを示しているため、明らかに誤りと判断してもかまいません。

選択肢 3 ですが
矢印 A は 5′ → 3′ 方向です。見分け方ですが、糖の 5 員環に注目します。糖の 5 員環から直接 O に結合している炭素があるはずです。こちらが 3′ 側です。その逆に伸びている方が 5′ 側です。

以上より、正解は 4,5 です。

下図は、アセチル CoA が生合成される一連の反応を模式的に示している。以下の記述のうち、正しいのはどれか。2 つ選べ。

1. 構造式 ア の Mg^2＋ は、リン酸部位の陰イオンを電気的に中和し、リン原子の求電子性を高めている。
2. 矢印 イ で示した酸素原子は、酢酸イオンに由来する。
3. アセチル CoA の点線で囲ったカルボニル基の炭素原子は、矢印 ウ の硫黄原子を酸素原子に置換したものに比べて求電子性が低い。
4. 矢印 エ で示したリン原子は、5 価 4 配位構造をもつキラル中心である。
5. アセチル CoA が生合成される過程において、CoA – SH のスルファニル基 (チオール基) オ は求核剤として作用し、S_N2 反応によりアセチル化される。

　解 説　　　　　

選択肢 3,4,5 を誤りと判断したい問題です。

選択肢 1,2 は妥当です。

選択肢 3 ですが
チオエステル結合は高エネルギー結合とも呼ばれ、チオエステルのカルボニルは エステルに比べて反応性が高く、求核攻撃により容易にアシル基が転移することが知られています。

つまり、アセチル CoA の点線で囲ったカルボニル基の炭素原子は、S を O にしたものに比べて求電子性が「高い」です。求電子性が「低い」わけではありません。選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4 ですが
リン原子にくっついている上下の酸素原子は共鳴を考えれば等価な原子です。従って、4 つ異なる原子団がついているわけではないため、キラル中心ではありません。選択肢 4 は誤りです。

選択肢 5 ですが
記述前半は妥当です。チオール基は求核剤として作用します。後半部分ですが、カルボン酸誘導体との反応なので「付加－脱離機構による求核置換反応 によりアセチル化」が妥当と考えられます。「S_N2 反応により」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。

下図に示すブレオマイシン A₂ は DNA 鎖を切断することができる。このために必要な化学的性質として、最も適切なのはどれか。1 つ選べ。

1. 部分構造 ア における Fe(Ⅱ) との配位能
2. 部分構造 イ における Mg(Ⅱ) との配位能
3. 部分構造 ウ における Mg(Ⅱ) との配位能
4. 部分構造 エ における光増感作用
5. 部分構造 オ における Fe(Ⅱ) との配位能

　解 説　　　　　

ブレオマイシンは、抗腫瘍抗生物質です。金属イオンを補因子としてキレートし、分子状酸素を活性化することでフリーラジカルを作って DNA を損傷すると考えられています。これは基礎知識です。

本問は部分構造から、金属とキレートしそうな部分を見つけなさいという問題といえます。キレートするものとして代表的なものは EDTA がまず浮かぶのではないでしょうか。すると部分構造 ア が いくつもアミンがニョキニョキしており、この部分がうまく金属原子と配位するのではないか、と推測できます。

参考 EDTA の構造式

以上より、正解は 1 です。

下図は、インスリンの構造を模式的に示している。図中の ○ はアミノ酸残基を示し、特徴のあるアミノ酸残基を 3 文字表記している。

近年、インスリンの化学構造を部分的に改変することで、治療目的に沿った血糖降下作用を発揮するインスリンアナログ製剤 (1 ～ 5) が開発されている。

このうち、構造改変によりインスリンの等電点 (pI 約 5.4) を中性付近 (pI 約 6.7) に近づけることにより、生理的 pH で等電点沈殿を起こし、皮下で徐々に溶解、吸収され、1 日 1 回の皮下投与で安定した血糖降下作用を示すのはどれか。1 つ選べ。

なお、各アナログ製剤の構造はインスリンと同様な方法で図示しており、図中の●(灰色の丸)はインスリンと異なるアミノ酸残基を示す。

　解 説　　　　　

本問は、知らなければ捨て問と考えて良い印象です。

本番における考え方の一例としては
「問題文から pI 5.4 → pI 6.7 と等電点がまぁ大きく変わっている」
→「等電点とは、正の荷電と負の荷電が等しくなる pH のこと」だから「A 鎖、B 鎖の末端のどこかを違うアミノ酸に変えてるんじゃないのか」

→ 末端に変化があるのが選択肢 2,4 のみ
→ 選択肢 4 は COOH いっぱいついてるから、pI 小さくなるのでは？

従って、多分 2。といった流れで 選択肢 2 として選び、これ以上考えてもしょうがなさそうと悩みすぎず、次の問題へ行けると良いです。

※本問では偶然この考え方で正解ですが、他のインスリンアナログも大体等電点は 6.7 ~ 7 ぐらいが多いです。この考え方で正解であることは、偶然です。

※正解を選ぶことよりも「確実な基礎知識から推論してみて、２択や３択ぐらいまで自分なりに絞り、それ以上浮かばなければ次の問題へ」という時間の使い方をできたかどうかの方が重要だと思います。

インスリンアナログについて構造や特徴を覚えていた場合は、以下の通りです。

問題文の特徴を有するインスリンアナログは、インスリングラルギンです。インスリングラルギンは、インスリンの B 鎖の C 末端にアルギニンを二つ付加し、A 鎖の 21 番目のアスパラギンをグリシンに置換したインスリンアナログ製剤です。従って、選択肢 2 が正解、という流れになります。

※インスリンアナログ製剤について、すごく余裕がある人は、過去問頻出の薬についてにまずは絞って少しずつ関連知識を覚えていってもよいかもしれません。ですがそこまで試験における得点力という観点からは、効率良くない認識です。深入りは避けること推奨です。

以上より、正解は 2 です。

類題 国家総合職 化学・生物・薬学 H28 no54
https://yaku-tik.com/yakugaku/km-28-54/

図は、アラニン誘導体 A の ¹H NMR スペクトル〔400 MHz、CDCl₃、基準物質はテトラメチルシラン(TMS)〕を示している。以下の記述のうち、正しいのはどれか。2 つ選べ。

なお、× 印のシグナルは CDCl₃ 中に含まれる CHCl₃ のプロトンに由来するシグナルであり、f のピークは重水 (D₂O) を添加するとほぼ消失した。

1. ピーク a、b、c のプロトン数の合計は 6 である。
2. ピーク e に対応するプロトンは エ であり、重水を加えると四重線 (カルテット) となる。
3. ピーク g に対応するプロトンは カ と キ である。
4. ア のプロトンとカップリング (スピン－スピン結合) しているのは、ピーク d に対応するプロトンである。
5. イ のプロトンのピークは、コ のプロトンのシグナルより高磁場側にある。

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
a のピークは 隣接炭素に H が 2 コであり、ほぼ ppm が 1.0 なので「ア」のプロトンと対応すると読み取れます。a のプロトン数が 3 です。選択肢 5 の解説で述べる通り、c のピークと対応するのが 「コ」のプロトンです。c のプロトン数も 3 です。これで a,b,c の合計が 6 よりも大きくなるとわかるので、選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2 は妥当です。
ヘテロ原子 (O や N や S など) に直接結合した水素は、重水の添加によって置換されて ¹H-NMR スペクトルからシグナルが消失します。また、隣接する H が 1 個減るため、ピーク e の分裂が 1 つ減って、5 重線 → 4 重線になります。

選択肢 3 ですが
ピーク g,h はそれぞれ キ、ケ 及び カ、ク の水素と対応していると考えられます。「カとキ」の組み合わせではありません。選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4 は妥当です。
ア のプロトンとカップリングしているのは、イ のプロトンです。イのプロトンが伸びている炭素は 隣が O なので、4.0 ppm 付近のピークが対応します。そして、隣接炭素の H が 3 つなので、4 重線のピークである ピーク d が イのプロトンです。

選択肢 5 ですが
「高磁場側」＝NMR スペクトルの右側です。

イ と コ のプロトンは共に伸びている炭素が O と隣接しています。そのため、ピークは 4.0 ppm 付近に共に出ると考えられます。

そして、コ は プロトンが伸びている炭素の隣接炭素に 水素がありません。そのためピークはシャープな一本線です。

一方、イ は プロトンが伸びている炭素の隣接炭素に H が 3 つあるため、ピークは 4 本に分割すると考えられます。4.0 ppm 付近のピークである c,d,e に注目すると、シャープなピークが一番右側の c です。

つまり、c が コ のプロトンピークと対応して高磁場側です。「イ のプロトンピークが、コ のプロトンのシグナルより高磁場」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。

下図はアコニチンの構造を示している。これを主要成分として含有する生薬 A に関する記述として、正しいのはどれか。2 つ選べ。

1. アコニチンの骨格は、酢酸－マロン酸経路により生合成される。
2. アコニチンの窒素原子は、アミノ酸由来ではない。
3. 高圧蒸気処理などの修治によってアコニチンのエステルが加水分解されて、毒性が低減する。
4. 生薬 A はナス科植物の根を基原とする。
5. 生薬 A を含む処方は、体力が充実している患者に適応される。

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
酢酸－マロン酸経路由来の C＝O や C = C – OH が連なる部分が見られません。選択肢 1 は誤りと考えられます。

参考：酢酸ーマロン酸経路由来の化合物例　構造

選択肢 2 は妥当です。
ちなみにですが、アミノ酸由来の窒素原子を含む構造として代表的なものは、インドール環やキノリンです。

選択肢 3 は妥当です。
修治は、高圧蒸気で処理したりすることで毒性を減弱させることです。エステルの加水分解が主に引き起こされます。

選択肢 4 ですが
アコニチンは、トリカブトの塊根 から抽出されるアルカロイドの一種です。主要成分として含有する生薬は 附子 (ぶし) です。そして、トリカブトはキンポウゲ科です。「ナス科」ではありません。選択肢 4 は誤りです。

選択肢 5 ですが
附子を含む処方は、体力が低下した虚弱体質の人や冷え性の人に使われる生薬です。「体力が充実している患者に」ではありません。選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 2,3 です。

類題 103-214215
https://yaku-tik.com/yakugaku/103-214/

以下の漢方処方が示す作用と、それに主に関与する構成生薬との組合せのうち、誤っているのはどれか。1 つ選べ。

• 　処方名と作用　　　主に関与する構成生薬

1. 六君子湯の補気作用　　　　ニンジン
2. 桂枝茯苓丸の駆瘀血作用　　トウニン
3. 加味逍遙散の補血作用　　　トウキ
4. 葛根湯の発汗作用　　　　　シャクヤク
5. 五苓散の利水作用　　　　　ブクリョウ

　解 説　　　　　

正しい組み合わせについては、覚えておくとよいです。

六君子湯の補気 ー ニンジン
桂枝茯苓丸の駆瘀血 ー トウニン
加味逍遙散の補血 ー トウキ
五苓散の利水 ー ブクリョウ

葛根湯の発汗作用に主に関与する構成生薬は「ケイヒ」「マオウ」「ショウキョウ」などであると考えられます。「シャクヤク」ではありません。選択肢 4 は誤りです。

以上より、正解は 4 です。