✏26【慶応大(医)】1,2,有機
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高校全学年
Ⅰはフェノール合成4パターン。これは重要知識だから簡単。
Ⅱは、糖類の問題。
選択問題と二糖類の異性体数があっているか分からない。
一応、別解も考えた。ちょっと問題文の説明が分かりづらい。α、β無しで環の単糖は六員環だけなら5種類だが五員環も考えると15種類となる。五員環同士は考えなかったが、考えると20種類になる。どれが正解なのか不明。
計算問題は凝固点降下の問題と酸化還元滴定がある。
凝固点降下はΔt=kmだが、m中のnを先に解く感じ。
溶液体積がアミロース➕アミラーゼ溶液になることがわかれば解けるだろう。ここでもmol/kgのため、溶質を含めるか含めないかでアミロースmolが変わる。含めない場合は正解だろうが、含めた場合正解にしてもらえるかは分からない。
酸化還元滴定は、順を追って反応式係数に注意し解けば良い。そのための反応式だが、反応式作るのは結構面倒かも。半反応式から解くと時間がかかるからしなかった。
この後、前の問題のアミロースmolの値が必要になるが、前の答えが間違っていると、この酸化還元計算も連動して間違ってしまうことになる。
全体的には、難問ではないと思うが、読んでいて分かりにくい部分も多々あり、一旦読み間違うと最後まで全滅しかねない恐ろしい問題となっている。
ノートテキスト
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化学 解答は解答用紙の所定の欄に記入すること。 必要であれば, 次の値を用いよ: 水のモル凝固点降下 Kf = 1.85 K kg/mol, 気体定数R = 8.31 × 103 Pa・L/(K・mol). なお,気体は理想気体として扱うものとする。 原子量としては次の値を用いよ: H, 1.00; C, 12.0;N, 14.0;0, 16.0; Na, 23.0;P, 31.0; S, 32.1;C1, 35.5; K, 39.1; Mn, 54.9; Fe, 55.9; Cu, 63.6 Hg, 201. I 次の文を読み, 問いに答えよ。 1834年にコールタール (石炭の熱分解物) から取り出されたフェノールは,当初,天然物から 抽出されていた。 しかし, 医薬品や染料などの原料として優れていたことから, 図1に示すように さまざまな合成法が開発された。 現在, 工業的には図1(1) の方法で触媒を用いて製造される。 (a) この方法ではフェノールだけでなく, ア も同時に得られる。この他にもベンゼンスルホン酸を 使う方法 (2) やクロロベンゼンを使う方法 (3) などもよく知られている。 これらの方法は,合成 の最終段階は同じであり, に二酸化炭素と水を反応させてフェノールを生成する。 方法 (2) (b) では,ベンゼンスルホン酸を水酸化ナトリウム水溶液で中和してベンゼンスルホン酸ナトリウムに し、 固体の水酸化ナトリウムと高温で融解させてイを合成する。 方法 (3)では,クロロ ベンゼンを高温・高圧下で水酸化ナトリウム水溶液を用いて加水分解してイ を合成する。 また, 塩化ベンゼンジアゾニウムを出発物質とする方法 (4) もある。 フェノールはベンゼンよりも置換反応を受けやすい。 例えば 混合物を加えて加熱すると, 最終的にピクリン酸が生成する。 フェノールに濃硝酸と濃硫酸の (c) なお, フェノールは,同じく水酸基を有するアルコールとは異なる性質を有する。 (d) (1) + H2C=CHCH3 OH (3) (2) SO3H 図 1 フェノールの合成方法 1. ア イ に該当する物質名と構造式をかきなさい。 10- NENCI
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2. 下線部 (a) について以下の設問に答えよ。 (1) 図2に反応におけるエネルギー変化を示した。 この反応で触媒は活性化エネルギー Eaと エンタルピー変化 AH にどのようなはたらきをするか, 下の中から適切なものを一つ選べ。 ① Ea 増加, AH 増加 ② Ea 増加, AH 不変 ③ Ea 増加, AH 減少 ④ Ea 不変, AH 増加 ⑤ Ea 不変, AH 不変 ⑥ Ea 不変, AH 減少 ⑦ Ea 減少, AH 増加 ⑨ Ea減少, AH 減少 (2) 触媒にはこの反応で使われるような無機触媒以外に生体触媒である酵素があるが, その ⑧ Ea減少, AH 不変 はたらきや反応条件には違いがある。 酵素が無機触媒と異なる点を三つあげよ。 遷移状態 エネルギー Ea 反応物 AH 生成物 反応方向 図2 反応におけるエネルギー変化 △H : エンタルピー変化, Ea: 活性化エネルギー 3. 下線部 (b) の反応操作の名称を答えよ。 4.下線部(c) の化学反応式を書け。 5. 下線部 (d) で, 同じ炭素数6で一つのヒドロキシ基を有するフェノール (C6H5OH) とヘキサ ノール (C6H13OH) の性質について以下の設問に答えよ。 (1) フェノールもヘキサノールも水にわずかに溶ける。 これらの水溶液の性質について,下の 中からそれぞれ正しいものを一つ選べ。 ① 酸性を示し,その強さはカルボン酸よりも強い。 ② 酸性を示し,その強さはカルボン酸よりも弱い。 ③ 塩基性を示し, その強さは炭酸水素ナトリウムよりも強い。 ④ 塩基性を示し, その強さは炭酸水素ナトリウムよりも弱い。 ⑤ 中性を示す。 (2) フェノールとヘキサノールについて, 塩化鉄 (Ⅲ) 水溶液, 水酸化ナトリウム, 金属 ナトリウムとの反応の有無に関して,下の中からそれぞれ正しいものを一つ選べ。 ただし, 下記の選択肢で, 反応のある場合は「○」, 反応のない場合には 「×」 と記載している。 選択肢 性質 ① 3 ④ ⑤ ⑥ ⑦ (8) 塩化鉄(Ⅲ) 水溶液との呈色反応 水酸化ナトリウムとの反応 金属ナトリウムとの反応 OOX OX X OX O ○○× × XXO XOX × X X X × -11-
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I. ☆ (26 慶応大 医) 1.3 アセトンナトリウムフェノキシド 2.(1) ⑧(2)基質特異性、最適PH、最適温度 でものは下げるOHは不 #3、アルカリ融解 OH +3HNO3 → 0₂N 5 (1) フェノール②、ヘキサトル⑤ Ha Nes t 3H2O NO2 (2) フェノール① ヘキサノール⑦ 1 Fells, Navr, Na 全て反応 Naのみ 1
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II 次の文を読み, 問いに答えよ。 糖類はカルボニル基をもつ多価アルコールである。 一般式 Cm H2mOm で表されるが, ア と 書けるので, イ とも呼ばれる。糖類のうち, それより簡単な分子に加水分解されないものを ウ 加水分解によって二つの ウ を生じさせるものを I という。 多数のウ が , オ 重合の結果, カ 結合で連結されてできたポリマーをキ という。 ウ |の一つであるグルコースは, 水溶液中では環状構造のα 型, β型および鎖状構造の3種類 の異性体が平衡状態にあって, 混合物として存在する。 α 型, β型および鎖状構造のグルコース (a) には,不斉炭素原子がそれぞれク, ケ コ 個存在する。グルコースは,酵母菌の はたらきによるアルコール発酵で サ と シ になる。 マルトースやセルビオースは2分子のグルコースから生じる I である。 環状のグルコース 2分子から生じる I には, 型,β型を考慮しない場合, その結合位置の違いにより, ス 種類の構造が考えられる。 デンプンは多数のα-グルコースがオ 重合してできたキ であり,その構成成分はアミ ロースとアミロペクチンである。 (b) 1. ア 〜 ス にあてはまる適切な用語, 化学式, 物質名,数値を記せ。 ただし, ほうが シ よりも分子量が大きい。 サ の 2. 糖に関する記述について正しければ○, 正しくなければ × を書け。 ① ラクトースを加水分解すると, マルトースが生成する。 ② 核酸の構成成分であるリボースは,分子中に炭素原子を5個有する。 ③ デンプンはヨウ素ヨウ化カリウム水溶液で青色または青紫色に呈色する。 ④ グルコースは銀鏡反応を示さない。 3. 下線部 (a) について, 以下に示す図 (図3)の空欄 を埋めて構造式を完成させよ。 ただし, 鎖状構造はフィッシャー投影式で示したものであり, 不斉炭素原子の立体構造を簡便に 表している。 すなわち, C-C結合からなる主鎖を縦に並べてあるが, 図4のように不斉炭素原子 から出ている左右の線は紙面から手前に向く結合, 上下の線は紙面から背後へ向かう結合を意味 する。 CH2OH H C OH H HO C C H OH α-グルコース (図は省略) H-C-OH CH2OH 鎖状構造 β-グルコース 図3 グルコースの構造 -12-
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+-+ 立体構造 -A フィッシャー投影式 図 4 フィッシャー投影式 CA: A が紙面の手前側へ出ている。 CB : B が紙面の背後へ出ている。 4. 下線部 (b) のアミロースとアミロペクチンに関する以下の記述で正しいものをすべて選べ。 ① 分子量はアミロースよりアミロペクチンの方が大きい。 ② 分子量はアミロペクチンよりアミロースの方が大きい。 ③ アミロースとアミロペクチンの分子量は同程度である。 ④ どちらも冷水に溶ける。 ⑤ どちらも温水に溶ける。 ⑥ どちらも水に溶けない。 5.下線部(b) のアミロースについて以下の文を読み, 設問に答えよ。 ただし, アミロース溶液, アミラーゼ溶液の密度は1.00g/cmとし, アミラーゼによる凝固点降下, 反応にともなう水の 増減, 混合による体積変化は無視せよ。 なお, 反応はすべて完全に進行して副反応は起こらない ものとする。 アミラーゼはヒトの唾液にも含まれる酵素で, アミロースを加水分解してマルトースにする。 平均重合度が500のアミロース Mg に水を加え, おだやかに温めた後に冷却して140.0mLに した。 その後、濃度未知のアミラーゼ溶液 45.0mLと混合した。 これを37℃で放置して完全 にマルトースに分解した。 この溶液を溶液 A とする。 溶液 A の凝固点降下を測定したところ, 0.370Kであった。 次に, 370mLの溶液Aにフェーリング溶液を加えておだやかに温めると, (c) 沈殿Bが生成した。 別した 沈殿Bに硫酸酸性のFe2 (SO4)3 水溶液を加えて完全に酸化した。 (d). その後, 反応液中に生成した FeSO4 を KMnO 4 で滴定した。 (e) (1) 使用したアミロースについて次の問いに答えよ。 (i) 平均分子量を求めよ。 (ii) 物質量を求めよ。 導出過程も簡潔に記せ。 (道) 質量 Mg を求めよ。 -13-
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Ⅱ (その1) 1. CA (H2O)m. 炭水化物 単糖類 n 二糖類、縮合グリコシド 5.5.24.★★ 多糖類 サエクトル・シ二酸化炭素 [ とりあず 5 ⑥90 ch ① と 左が①でなく 1-3 92B NBを考える ならば - ①一〇ですよ の3種+1-2 2BAT ② ③ ④⑥とミグリコンドするなららC2=1割りあるなら3+8権ある ピラリースだけでなくフラノースも考えるからさらにある ☆2、①は× glut gal②は○②は0.④は示す H 3," HO Ka on CHO OH H からメ AC-UH 2 HOCHI
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Ⅱ(その2) 4.1 選ぶ " ←正しいものすべてだが①しかない! 11③②×アミロースは温水に溶ける ↓ よって④⑤⑥は水は温水も含む 5枚 180-18 ↓ (1) 162×500 ↑ C6H1005 T = 8,10×104 (1)△t=kgm マルトースnfo力とすると Kf 0.370 k = 1.85 x n x 1000 n=0.037 mol mul よろ 140 +45 アミロースはマルトースの5より 0.037malx M 8.1x104 = 500 2 重度 =250 250=1.48×10-mol 148×104よりMと11,98六 12:% M
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(2) 下線部(c) について, 溶液 A中のマルトースを次の物質に置きかえると,沈殿 B の 生成量が明らかに違ってくるものをすべて答えよ。 CH2OH CH2OH CH2OH H OH HO C H H CH2OH HC C H H 0 H KOH C COH H OH H OH H HO H HO CH2OH HO C H H OH C H OH H OH HO H OH H CH2OH (1) (3) H OH CH2OH CH2OH H OH C H LOH HC H HO C HO OH OHH HOH2C H C OH H H HO CH2OH HO OH HC H H OH HO H H OH H H OH CH2OH (3) 下線部 (d) について,この反応の反応式を書け。 (4) 下線部(e) について答えよ。 (i) この反応の反応式を書け。 (ii) 反応液を KMnO4 水溶液で滴定するとき, 終点をどのようにして判断するか答えよ。 (道) KMnO4の濃度が 4.00 × 10mol/Lの場合,この反応に必要な KMnO 4 の体積は 何mLか。 導出過程も簡潔に記せ。 -15-
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フルクトースはケトースであるが、フェーリングと混合加熱するとすぐに 反応して褐色沈殿を生じる。 また、以下の実験結果1.2が知られている。 実験結果 フルクトースがフェーリング液と反応して赤褐色沈殿を生じる速さ では、アルドースであるグルコースとほぼ変わらない。 化合物 2 以下の化合物C, D. Eそれぞれをフェーリング液と反応させる とんど生じない。 と、 C. Dからは赤褐色沈殿が生じるが、Eからは赤褐色沈殿はほ CH₂ 素原子数の 基が結合した分子 グルコースなどの 同じCHO の分子式 ノシトールは、シクロヘキサ が付いた分子であり、単ではな ケトン構造(カル もつアルドースと、 れいずれも塩基性水溶液中で加熱すると を に不安定で酸化されや スが生成する thank you for visiting! H- YUOH CHIOH に関して。 の中で像の 7. 「性体の総数を数え また、一 では区別しないもの。 -33- ケ 中間体 A. Bは化学的に不安定で酸化されやすいという事実及び実験 1と2から フェーリングと反応して赤褐色沈殿を生じるために重要 と考えられる単糖の化学構部分構造のみでよい)を記せ。また実験結果 2で化合物CDからは赤色沈殿が生じるが、 化合物Eからは赤色 沈殿がほとんど生じない理由を50字程度で説明せよ。 なお、C.H120分 の 分子式で表される単は、水溶液中で分子と分子の平衡合物 として存在していることが知られているが、 本間ではどの車も直訳分 子として存在する比率は同じであるとする。 HO マンノース(アルドー 加熱による別の単糖の生成 すると、上記の中間体Aを 不安定で酸化されやすいが などが徐々に生成する コ下線部に関して、プシコースの構造式を、 以下の1-5に示した 影にならって記せ。ただし、プシコースのカルボニル基の炭素原子の位 番号はフルクトースと同じである。 グルコース 体A] マンノー 体B] H プシュー 他の 条件下での加熱による (6) H uco H HC-OH H- -OH @c_CHIOH HOC-H HO--- -H H OH H HO OH H OH 図中①~⑥は、グルコース中の素原子の位置番号を表している。 (i) 3次元構造が認識できるように、手前にある結合を太線で表した構造式 手前側に向かう結合をで表した構造式 H-C-OH H-OH H-C-OH HI-OH SCHz OH HH OH 32- 直鎖状分子として、 (8)の構造式に した図投影図 1-5 グルコースの構造を表す方法 またね〜
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