Question

ゆうな

（4）で、3枚目の解答の左ページの下から右ページの上にかけて書かれている等電点での電荷の関係と式の意味がわかりません。
教えてくださったら嬉しいです。

C (分子量: M)
0.260 g
版物の質量
生成物D (分子量: M+14.0)
生成物E (分子量: M+28.0)
6.105 g
7.104g
0.295 g
0.944g
(1) 高分子試料 ABおよび生成物 C・D・Eのうちフェーリング液に対して還元性を
示すものをすべて、化合物の記号で答えよ。ただし、下線部(i)の事実に注意せよ。
(2) 下線部(i)の枝分かれ率を試料Aと試料Bで比べると(Aの枝分かれ率): (B の枝分
かれ率) =1xであった。xの値を有効数字2桁で答えよ。
241. <アミノ酸の電離平衡〉
中性アミノ酸であるアラニンは式① のように二段階の電離をする。
〔19 東京慈恵医大 ]
CH3
5.0×10
CH3
2010-10
CH3
2
K
K₁₂
*H3N-C-COOH
Hat
*H3N-C-COO + H+
H2N-C-COO +2H+
H
式①
値が大きいほど電離する
COOH
CH2
Hストル
ここで,K, および K2 は第一電離および第二電離の電離定数である。
また、酸性アミノ酸であるグルタミン酸の構造式は図1で表される。
グルタミン酸の電離を式①と同様に表す時、グルタミン酸では不斉炭素
原子に結合しているカルボキシ基の電離が最も大きな電離定数を有する
ことに注意する。そのため、グルタミン酸の電離は式 ②のように表される。
CH2
H2N-C-COOH
H
(図1)
Ki
[イ + H+
+2H+
エ +3H+
式 ① ② で表されるように, アミノ酸を水溶液に溶
かすとそのpH に応じて電離状態が変化する。 ここで,
アミノ酸内の電荷の総和が全体として0になる pH を等
電点という。図2のようにろ紙上にアミノ酸を滴下して
電流を流すと, 緩衝液(緩衝溶液)のpHに応じてアミノ
酸がろ紙上を移動する。
緩衝液を染み込ませたろ紙
ろ紙の中心を示す線
陰極側
|陽極側
電流を流す前の
アミノ酸の位置
(図2)
以下の設問に答えよ。 ただし, (1) (4) (5) Ⅱの解答は四捨五入により小数第1位まで
示せ。
[HI]をもとめる
①式①において,アラニンの第一電離と第二電離の電離定数K, と K2 をそれぞれ
5.0×10 - mol/L, 2.0×10-1mol/L とする。アラニンの等電点を求めよ。
(2) アラニンの緩衝作用は等電点に近づくにつれて大きくなるか,それとも小さくなる

H
KHN
N
が、5位の炭素にリ
NH2
化学重要問題集 161
145
を
分
大]
?
(3)式②におけるア~エを埋めよ。なお,不斉炭素原子の立体化学は考慮しなく
てよい。
④式②において,第一電離, 第二電離, 第三電離の電離定数 Ki, Ki', K」 はそれぞれ
6.3×10mol/L, 6.3×10mol/L, 2.0×10 - mol/Lである。 グルタミン酸の等電
点を求めよ。 ただし, 10g102=0.30, 10g103=0.48, log107=0.85 としてよい。
(5)pH4.0におけるグルタミン酸の電離に関して、下記のⅠ,Ⅱ に答えよ。
Ⅰ アエ を存在比率の高い順に並べよ。 構造式ではなく, ア, イ,ウエの記
号を用いること。
II ア~エのうち最も高い存在比率を有するイオンの存在比率を%で求めよ。
電離定数は(4) で示された数値を用いること。
(6)図2において,グルタミン酸水溶液をろ紙の中心部に滴下する。 その際, ろ紙に染
み込ませている緩衝液のpHを 3.0 7.0 11.0 とする。 一定時間電流を流した後、グ
ルタミン酸の位置を検出すると, グルタミン酸はどこに出現するか。pH3.0, pH 7.0,
pH 11.0で同じ時間電流を流した際のグルタミン酸の位置をそれぞれ×,○,△とし
て図2に書き加えよ。 各pHで同じ方向に移動して移動距離に違いがある場合、違い
がわかるようにすること。
生する
242. 〈核酸の構成成分〉
H
OH
[ 24 京都府医大 ]
ペントースであるリボースとデオキシリボースは核酸の構成成分で水中で鎖状構
造と環状構造の平衡状態で存在している。 環状構造をとるこれらの糖に核酸塩基とリン
酸が結合した化合物をヌクレオチドとよぶ。 核酸はヌクレオチドがつながった
合物で、
②
糖とリン酸が交互
L
HH

241 (1) 6.0
あるいは、双性イオ
(2) 緩衝作用は、陽イオンと
ンと陰イオンの濃度比が1に近いほど大きくなるが,pH
が等電点に近いほど平衡移動により、濃度比が1から離
れるため緩衝作用は小さくなる。
(3) ア *H3N-CH-COOH
イ H3N-CH COO
CH2CH2-COOH
CH2-CH2-COOH
ウ *H3N-CH-COO
H2N-CH-COO
CH2CH2COO-
CH2CH2-COO-
(4) 3.2
(5)(I) (存在比率が高い) イ, ウ、アエ (存在比率が低い)
[G]=[G]+2[0]=[G-]
が成り立つ。 よって, Ki'×Kz'= [H+]^
[H+]=√Ki'XK''=√6.3×10×6.3×10=6.3×10™(mol/L)
pH=-logio (6.3 × 10-4)=-10g10 (7x9×10-9)
=5-10g107-210g103=3.193.2
(5)各電離定数の式に [H+]=1×10mol/L を代入すると,
[G] x1×10-4
Ki' =
[G+]
=6.3×10-3
(mol/L) [G]
[G-] x1×10-4
[G+1=63
K2=-
[G+]
=6.3×10- (mol/L)
[G-]
[G-] x1×10-4
[G]
= 0.63
Ks' =
[G-]
=2.0×10-1 (mol/L)
[G2~]
[G-1
=2.0×10
#04
(Ⅱ) 60.8%
(6)
陰極側
XO A
解説 (1) *H3N-CH-COOH, *H3N-CH-COO- HN-CH-COO をそ
CH3
CH3
CH3
れぞれA+, A*, A とすると
[A+]
Ki×K=[A][H*]x [A THOI_AXIH
が成り立ち, 等電点では [A+]=[A-] であるから,
[A*] [A+]
< ※①
pKi=-log10K1
=-log10 (5.0×10^)
=2.3
②
pK210g10K2
=-10g10 (2.0×10 -1 )
=9.7
③
アラニンに,酸や塩基を加え
たときのpH変化 (例として
アラニンと同濃度のHCI,
NaOH)
9.7
よって, [G+]: [G+] : [G-]: [G] = 1:6339.67.93×10~3
14>7>7>1
Ⅱ 最も多く, (GF) の存在比率は,
[G]
全イオン
63
1+63+39.6+7.93×10-5≒0.608
存在比率は, 60.8%
(6)pHと各イオンの存在比を(5) と同様に考えると,次のようになる。
PIG* G* G IG²
XX
0
pKpK₂
3
約 2 約 4
PK3 pH
7
約10
11
(x) pH 3.0 では G が最大だが少量
のG+ もある・・・少し陰極へ移動
(○) pH 7.0 ではほとんどがウ G-
・・・陽極へ移動
(△) pH 11.0 では G-もあるが国
G2 が最大･･･ ○よりも陽極へ移動
①
[G][G]
[G] [G]
=63×0.63=39.69
②
[G] [G] [G]
[G] [G] [G]
=63×0.63×2.0×10
=7.938×10 -5
[H+]=vK,xK2= v5.0×10×2.0×10 -= 1.0×10(mol/L)
よって, 等電点は, pH=6.0
(2) 参考 pH と各イオンの存在比を考えると,
モ
pH
A+
A=
A-
ル 0.5
2.3*04
6.0
1
1
10-7.4
9.7
10-3.7 1
10-7.4 1
10-3.7
1
2.3 6.0 9.7
pK 等電点 pK2
pH
PH 6.0
2.3
242 (1)
H
O.
HO-C
OH
-NH2 (弱塩基遊離) に変化することから, 次のことがわかる。
*H3N-*CH-COOH
ア O-COOH
イ
⑥ A
さいので,等電点における電荷の関係から,
H+H+
OH¯
*H3N-*CH-COO- →H2N-*CH-COO
(pH小)
(中性付近)
(pH大)
問題文に 「不斉炭素原子(*C) に結合しているカルボキシ基の電離
が最も大きな電離定数を有する」 とあり, (4) の電離定数の値より、
この電離定数がKi' とわかるので は *C に結合している COOH
がイオン化(電離) した状態と決定される。
#54
(4) ア,,,国をそれぞれ G+, G, G-, G2 とすると,
Ki' x K2' =
[G] [H] [G-] [H+] [G-
[G+]
-x [H+]2
[G=] [GT]
が成り立つ。 等電点では [G+] や [G-] に比べて [G^-] は著しく小
(3) 中性付近は-NH2 や -COOH がイオン化し, 酸性が強くなると
-COO→-COOH (弱酸遊離), 塩基性が強くなると-NH3 +
※①
HCI
pH 2.3 や pH 9.7 付近では緩
衝作用が大きくなる。
④
NaOH
H
H
C.
H
H
H
C -C
H
NO... H-N
OH OH
-Co
国
ここまででは, 2つのカルボ
キシ基のどちらがイオン化し
ているか (双性イオンの状
態)が不明である。
(2) 1 (3) 3, 5 (4) 2
(5) (右図)
B
NN-H... N
N=
N
N-H .... O
B
H
アからの電離を考えると
C.
O
C
*H3N-*CH-COOH こちらが
O-COOH 電離しや
すい
⑥
NH2
K'' や K' に比べて K' が著
しく小さい。
HO-P- OH HO- -CH2
N
0.
OH
[G+] > [G-]
[G-] > [G-]
OH
解説 (1) 1位と4位で次の変化が起き、五員環が形成される。
H
OH
RC-2CH
(2)~(4) 五炭糖 (リボース他)の1位の炭素に塩基が、5位の炭素にリ
ン酸が結合したものがヌクレオチドである。
°C.
OH
C-C
160 化学重要問題集
式①
5.0×10m
アラニンの緩
か。 理由とともに述
化学重要問題集 161

Answer 1

🍇こつぶ🐡

電荷収支式といいます。
等電点では、溶液中の[陽電荷]＝[陰電荷]が成り立つ。
[H+]＝+1
[G+]＝+1
[G±]＝0
[G-]＝-1
[G2-]＝-2
[OH-]＝-1が溶液にある。

電荷❌価数の和を作ると、
[陽電荷]＝[H+]➕[G+]
[陰電荷]＝[G-]➕2❌[G2-]➕[OH-]

[H+]➕[G+]＝[G-]➕2❌[G2-]➕[OH-]
等電点では[OH-]が少なく、[H+]も[G+]に比べて少ないから近似すると、
[G+]＝[G-]➕2[G2-]となる。

等電点付近では、[G2-]もほとんど存在しないから、上の式はさらに近似し、

[G+]＝[G-]➕2[G2-]≒[G-]
となる式である。

電荷収支式の理解が無いと理解するのは難しいと思います🙇

https://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q13323541628

https://chemistrystory.com/isoelectric-point/