有機化学のオキテ33,34

問題

次の文と構造式をもとに，下記の問い（問１～問６）に答えよ。

グルコース（ブドウ糖）は動物の体内に広く存在している。グルコース分子の鎖状構造式（Ⅱ）は，アルドースとしての構造上の特徴をよく表している。しかし，グルコース分子は水溶液中で大部分が構造式（Ⅰ）あるいは（Ⅲ）で表される環状構造をとっている。構造式（Ⅰ）および（Ⅲ）は，新たに【ア】原子ができたことにより生じた異性体である。これらの異性体（Ⅰ）はα－グルコース，（Ⅲ）はβ－グルコースである。また，グルコースが還元性を示すのは，鎖状構造（Ⅱ）に基づいている。

一方，グルコースの異性体であるフルクトース（果糖）は，ハチミツや果実の中に含まれている。フルクトース分子の鎖状構造は，ケトースとしての構造上の特徴を表している。フルクトースはグルコースと同様に還元性を示す。この理由は，鎖状フルクトース分子の部分構造が還元性を持つためである。

• 問1. 文中の空欄【ア】に適当な語句を記せ。
• 問2. 上記の式中のａ，ｂ，ｃに適当な原子あるいは原子団を入れ，構造式を完成せよ。解答欄には，それらをａ，ｂ，ｃの順で記せ。
• 問3. 鎖状構造式（Ⅱ）で表されるグルコース分子には，何個の立体異性体があるか。
• 問4. 文中の下線部に相当する部分構造式を示せ。
• 問5. ５員環構造をもつβ－フルクトースの構造式を，上の式にならって示せ。
• 問6. グルコースが水によく溶ける理由を40字以内で説明せよ。

解答と解説

＜解答＞

• 問1. 不斉炭素
• 問2. H OH CHO
• 問3. 16個
• 問4. 下記
• 問5. 下記
• 問6. 分子内にヒドロキシ基が多数あり，水分子と水素結合し水和しやすくなっているため。（39字）

＜解説＞

• 問1. （Ⅱ）の１位の炭素原子が，（Ⅰ）（Ⅲ）の１位の不斉炭素原子になっている。
• 問2. （Ⅰ）と（Ⅲ）では１位の炭素に結合しているHとOHの位置が逆になっている。（それ以外の部分は同一の構造である。）
• 問3. （Ⅱ）は不斉炭素原子を４個もつので，立体異性体（光学異性体）数は2⁴＝16個となる。
• 問4. フルクトースの水溶液が還元性を示すのは，鎖状構造中にアルデヒド基（－CHO）ではなく，ヒドロキシケトン基（－CO－CH₂OH）を含むためである。（ヒドロキシケトン基が，アルデヒド基を含む構造に変化して還元性を示す。）。
• 問5. 次図のように，フルクトースは水溶液中でグルコースと同様に鎖状構造や六員環構造（ピラノース）をとるが，それ以外に五員環構造（フラノース）もとる。
• 問6. グルコースは鎖状構造，環状構造ともに１分子中にヒドロキシ基（水酸基）を５個もっている。

＜補足＞

• 1. グルコースの環状構造は不斉炭素原子を５個もつので，立体異性体（光学異性体）数は２⁵＝32個となる。
• 2. フルクトースは結晶中では六員環構造（ピラノース）をとる。