ページ1:

2
次の文を読み,以下の間に答えよ。
歴史上、最も多くの人類の命を奪ったものは細菌感染症であるといわれてい
る。かつては,ペスト, コレラ, 結核などの病原細菌による感染症はもちろん、
外科手術時の汚染などによっても多くの人命が失われた。 しかし, 19世紀には
フェノールを用いた消毒法が開発され, 手術による致死率は激減した。現在で
は,抗菌薬の普及により,さらに多くの感染症から身を守ることができている。
抗菌薬の一つであるサルファ剤は、スルホンアミド基を持つ抗菌薬の総称であ
り,硫黄を含むことから命名された。 サルファ剤は細菌の栄養源である葉酸の合
成に必要な 4-アミノ安息香酸と構造が類似しており、 葉酸合成を妨げることで
②
③
細菌を死滅させる。 サルファ剤の歴史は、アゾ染料であるプロントジルに抗菌作
用が見出されたことに始まるが,後にプロントジルの生体内分解産物であるスル
あるスル
ファニルアミドに抗菌活性があることが明らかとなった。
一方,ペニシリンは,抗菌活性を有するβ-ラクタム環(四員環ラクタム)を持
環状アミド化合物である (図2-1)。
-β-ラクタム環
H
CH2
N/H
H
C·
C
CH3
-N-
CH3
CH
COOH
図2-1 ペニシリンG
ペニシリンは細菌の細胞壁を合成する酵素 (PBP) の働きを妨げる。PBP によ
る細胞壁合成は, PBP の活性中心であるセリンの働きによって触媒される。 ペ
ニシリンがPBP の触媒部位に入り込むと, β-ラクタム環はセリンのヒドロキシ
⑤
基と反応することで開環し,ヒドロキシ基との共有結合を形成する。 この結果,
PBPはペニシリンから離れなくなり, 酵素活性が失われる。 細胞壁を合成でき
なくなった細菌は死滅する。
13-

ページ2:

一方,細菌もさまざまな手段を使って抗菌薬から逃れようとする。例えば,
⑥
β-ラクタマーゼという酵素を獲得した細菌は,β-ラクタム環を加水分解により
開環することでペニシリンの抗菌活性を失わせる。 このように,抗菌薬が細菌に
対して効かなくなることを薬剤耐性という。現在,抗菌薬の不適切な使用などに
より,薬剤耐性菌が世界的に増加しつつある。このまま対策を行わなければ,
2050年には薬剤耐性による死亡者数はガンを抜き, 死因のトップになると言わ
れている。
問1 下線部 ①に関して,次の問に答えよ。
(1) フェノールの水溶液に臭素水を加えると, 白色の沈殿が生じた。生じた
化合物の物質名と構造式を答えよ。
(2) フェノールに塩化鉄(Ⅲ) 水溶液を加えたときに呈する色を答えよ。
問2 図2-2の合成法によりフェノールを合成する。
H2SO.
NaOH aq
NaOH
(A)
(B)
アルカリ融解
CO2, H2O, .OH
(C)
図2-2 フェノールの合成法
(1)空欄(A)(B)に該当する化合物の構造式を示せ。
(2)(C)の反応によりフェノールが生成する理由を述べよ。
(3)(C)の反応の代わりに, (B) を高温高圧のもとで二酸化炭素と反応させた
後,硫酸を加えると, 図2-3の反応が生じる。 化合物 (D)および(E)の構造
式を書け。
- 14-

ページ3:

23 医歯大)
OH
2
Br
問1 (1) 2,4,6-トリブロモフェノール
(2) 紫色
Br
ONa
SO3H
問2 (1)(A)
(B)
3r
(2) フェノールは炭酸より弱酸のため、弱酸遊離反応
するから
(3) (D)
OH
<反応機構>
H2SO4
C-ONa
·OH
(E)
C-01
}
NaOH aq
NaOH
CO2, H2O
OH
(A)
(B)
水溶液
アルカリ融解
(C)
503H
503N9
ONa
高温・高圧
(B)
(D)
CO2
H2SO4
(E)
中和
Na
3303
遊離
コルベ・シュミット法
OH
OH
COOH
Coo Na

ページ4:

高温・高圧
(B)
(D)
(E)
CO2
H2SO4
図 2-3
問3 下線部②に関して、次の問に答えよ。
(1)硫化水素, 二酸化硫黄, 硫酸の硫黄原子の酸化数を答えよ。
(2) 硫黄を原料に接触法で濃硫酸を製造する。 960gの硫黄が完全に濃硫酸
になるとすると,何gの濃硫酸が得られるか。 有効数字3桁で答えよ。
ただし, すべての硫黄が硫酸になったとする。
(3) グルコースに濃硫酸を加えると黒色の物質に変化した。 この時の化学反
応式を記せ。
問4 カルボン酸誘導体 (RCOY) 中のカルボニル基は,電気陰性度の違いから酸
素原子が電子を強く引きつけるために酸素側が電気的に陰性に,炭素側が電
気的に陽性に分極している。 このため、ヒドロキシ基の酸素原子のように非
共有電子対を持つ求核剤は,カルボニル基の炭素原子(求電子剤)と反応し、
四面体中間体を形成する。 続いて、 電気陰性度の高い原子を持つ脱離基Y
が脱離する反応が生じる (図2-4)。 この2段階の反応を求核アシル置換反
応という。この置換反応はカルボン酸誘導体でのみ生じ, 脱離基のないアル
デヒドやケトンでは起こらない。
-H+
-Y
Y
・Y
R
Y
R
R
R
O-X
H
X-OH
四面体中間体
Y = -OR, -C1, -NH 2 -OCOR
図2-4 求核アシル置換反応
15-

ページ5:

(1)図2-5の塩化ベンゾイルとメタノールの求核アシル置換反応で生成さ
れる有機化合物を構造式で記せ。
Cl
CH3OH
塩化ベンゾイル
(安息香酸クロリド)
図2-5
(2) 通常, カルボン酸は反応性が弱いが,酸触媒下ではカルボニル基の酸素
に水素イオンが付加され, より強く分極するため,求核アシル置換反応が
起こりやすい。下線部③に関して, 4-アミノ安息香酸を酸触媒下でエタ
ノールと反応させると,求核アシル置換反応が生じ, 化合物FとGが生
成される。 化合物 Gは化合物Fよりも分子量は小さい。 化合物FとGの
構造式を記せ。また, 生成物中のエタノール由来の酸素原子にアスタリス
ク(*)を付けよ。
問5 下線部 ④に関して, スルファニルアミドは以下の方法で化学合成すること
ができる。
化合物 H を無水酢酸と反応させ,化合物Iを得る。得られた化合物Iのか
位に塩化スルホン酸 (CISO3H) が反応した後, アンモニアと反応させてスル
ホンアミド基をもつ化合物を得る。 さらに NaOH 塩基性条件下で加熱し,
(a)
別の置換基を加水分解することでスルファニルアミドが合成される。 化合物
Hは弱塩基性で水に難溶性を示し,さらし粉水溶液により赤紫色を呈した。
(1) スルファニルアミド(p-アミノベンゼンスルホンアミド)はスルホンア
ミド基(-SO2NH2) を持ち, 化学式は C6HN2O2S である。 この物質の構
造式を書け。
16-

ページ6:

-2
174
S: HzSou
PA3 (1) Hz S (2) SO₂ (3) H2504
502
+4
+6
H2SO4 濃度が与えられて
32.198.1 =
おらず大学側全員
960: x
正答とした
x=
981×960
ミ2933.8÷2930=2-93×103
32.T
g
問5
→6C+6HzO
問4
C6H12O6
(()
(2)
H₂N
(1)
塩化ベンゾイル
(安息香酸クロリド)
CH3OH
O-CH3
分子量因
-CH₂ CH3
C-OH
4-アミノ安息香
(p-)
弱性、さらし粉で集
Ni-tz
HO-CH2CH3
F
M₂N
←位磁
CH3-
+
I
CM3
→ceSO3H→
NHCOCKS
+ H2O
Q
CT
分子量
NAS
H
Hy
○
NHZ
NaOH)
△
Po水分解
アミド結合
H2N
SOZ NHZ
P-アミノベンゼンスルホンアシド
スルファエルアミド
-
A
C6H8N2025
HNOS
C6H6 N

ページ7:

(2) 化合物Iは無色,中性でアミド結合を持つ。 化合物 HとI の構造式を示
せ。
(3) 下線部(a)は化合物Iの置換基に対するヒドロキシ基の求核アシル置換反
応と考えられる。このとき, スルファニルアミドとともに生成される物質
を名称で記せ。
問 6 下線部 ⑤に関して, β-ラクタム環と PBP との共有結合形成後の構造(J)
(図2-6) を解答欄に不足部分を書き足し完成させよ。 ただし,PBP は
| PBP-OH (-OHはセリンのヒドロキシ基) とし,ヒドロキシ基による反応
が分かるようにPBP を含めて図示すること。
H
H
H
H
C
C
|PBP-OH
-Z
(J)
図2-6
- 17

ページ8:

(2)
H NHZ
D
NHC - CH3
(
SO2NH2
Nao
けん化はヒドロキシ基の求ずアシル反応
HEN
296
H
H
H
H
PBP-OH
N
0=C
N-
H
0
開環
PBP
SO2 NHZ
+ CH3C-ONa
酢酸ナトリウム

ページ9:

問7 下線部⑥に関して, β-ラクタマーゼは活性中心セリンのヒドロキシ基に
よるβ-ラクタム環への求核アシル置換反応の後、水分子が求核アシル置換
反応をする2段階でβ-ラクタム環の活性を失わせる(図2-7)。 この反応後
のβ-ラクタム環の構造 (K) を解答欄に不足部分を書き足し完成させよ。
H H
・C
H
H
β-ラクタマーゼ
H2O.
(K)
図2-7
- 18-
N

ページ10:

F2A7
H
H
H
H
β-ラクタマーセ
H₂O
σ = C
N-
1
H
OH
H
H
C-
O-C
N-
14
HOH
PBP
求するシル反応

ページ11:

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