次の文と構造式をもとに、下記の問に答えよ。

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。

＜東京慈恵会医科大学 一部改＞

＜解答＞

• 【問1】不斉炭素
• 【問2】a:H　b:OH　c:CHO
• 【問3】16個
• 【問4、5】
• 【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＞

グルコースは水溶液中で次の3つの構造をとる。

• 【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。