【解説付き】111回薬剤師国家試験　問91～問120　理論　物理・化学・生物　解答解説

正答：3,4

1：× 理想気体は、分子間の相互作用（引力）が「ない（ゼロ）」と仮定したものです。

2：× aは分子間の引力の大きさを表す補正定数です。

3：○ bは排除体積（分子自体の体積）を表し、1 molあたりの値です。

4：○ 実在気体は引力により圧力が低下するため、理想気体の圧力に近づけるよう引力項（an^2/V^2）を加えて補正しています。

5：× (V – nb)は、気体分子が自由に動けるスペース（体積）を、分子自体の大きさを考慮して補正したものです。

正答：3,5

1：× 気体から固体になる反応で乱雑さが減るため、エントロピー変化は負です。発熱反応によって進むエンタルピー駆動の反応です。

2：× ファントホッフの式より、ln K は「絶対温度の逆数（1/T）」に対して直線関係になります。

3：○ 左辺は気体2 mol、右辺は固体（体積無視）なので、圧力を上げると気体分子を減らす方向（右）へ平衡が移動します。

4：× 発熱反応なので、温度を上げると熱を逃がそうとする方向（左）へ移動します。

5：○ 反応物であるアンモニアを加えると、それを減らす方向（右）へ移動します。

正答：4,5

0次反応、1次反応、2次反応の半減期は次のとおりである。

1：× 0次反応の半減期は初期濃度に比例します。
2：× 1次反応の濃度は指数関数的に減少します（直線的に減少するのは0次反応）。
3：× 1次反応の半減期は、初期濃度に依存せず一定です。
4：○ 2次反応の半減期は、初期濃度に反比例します。
5：○ いずれの反応次数でも、速度定数kは分母に来るため、半減期はkに反比例します。

正答：1,3

1：○ モル伝導率の定義式そのものです。

2：× OH-はCl-よりもイオン移動度が極めて大きいため、NaOHの方が大きくなります。

3：○ 強電解質のコールラウシュ則により、モル伝導率をを√ｃに対してプロットすると直線になり、濃度ゼロへ外挿した切片が極限モル伝導率となります。

4：× この直線関係を表す法則はコールラウシュの法則です（デバイ・ヒュッケルの極限則は活性係数に関するもの）。

5：× H+の移動度が大きいのは、イオン半径が小さいからではなく、水溶液中特有のプロトンジャンプ（グロッタス機構）によるものです。

正答：2,5

1：× 赤外線の波長領域は、可視光線よりも長波長側（エネルギーが低い側）にあります。
2：○ 1cm=10000μmなので、10000/4000=2.5μmです。
3：× 赤外吸収は、振動によって分子の双極子モーメントが変化するときに観測されます（分極率の変化はラマン分光）。
4：× 指紋領域（1500～400cｍ-1）は、特性吸収帯（官能基領域）よりも低波数側にあります。
5：○ IRは固体（KBr錠剤法など）、液体、気体のいずれの状態でも測定可能です。

問96

正答：1,2

1：○ 日本薬局方において、硫酸および塩酸の標定には、いずれも標準試薬として炭酸ナトリウムが用いられます。
2：○ 第一中和点(イの状態)はNaHCO3溶液の状態です。両性物質であるNaHCO3溶液のpHは、近似的にpH = 1/2(pKa1 + pKa2)で表され、濃度（試料の量）に依存せず一定とみなせます。
3：× 0.5mol/L硫酸は 2価の酸なので1N(Nはプロトンの放出量)ですが、0.5mol/L塩酸は0.5Nです。放出できるプロトン量が半分になるため、塩酸を用いた場合の滴定量（体積）は硫酸の場合の 2倍になります。
4：× メチルオレンジの構造 a（アゾ型：黄色）は塩基性側、b（キノイド型：赤色）は酸性側の構造です。滴定により液性は塩基性から酸性へと変化するため、構造は aからbへ変化します。
5：× 0.5 mol/L 硫酸 1mLは 1mmolの H+を含みます。これは 1 mmol の NaOHと反応します。NaOHの分子量は 40.00 なので、正しくは 40.00mgです。

問97

正答：2

第1終点から第2終点までの滴定量B(0.25mL)は、NaHCO3を1分子を中和するのに使われます。このNaHCO3は、もともとの不純物である Na2CO3 1分子から生じたものです。よってNa2CO3 1分子に対して、H2SO4は0.5mL反応します。

炭酸ナトリウムの質量計算

• 消費された硫酸の物質量：0.5 mol/L×0.25 mL×1.000 (f) = 0.125 mmol
• 不純物の炭酸ナトリウムの物質量：0.125 mmol×2 = 0.25 mmol
• 炭酸ナトリウムの質量：0.25 mmol}×105.99 mg/mmol = 26.4975 mg

含量（％）の算出

試料の全質量：1.5000 g = 1500 mg
含量 % = 26.4975 mg}/1500 mg×100 = 1.7665 %
より最も近い選択肢は1.8％となります。

正答：1,5

1：○ 金属イオンと配位子の間の配位結合は、配位子が電子対を一方的に提供して共有する結合であり、共有結合の一種です。
2：× 選択肢は逆数になっています。正しくは、K1＝[ML]/[M][L]です
3：× 全安定度定数 βn は、各段階の安定度定数の積で表されます。
4：× 電子対を受け取る金属イオン $M$ はルイス酸、電子対を提供する配位子 $L$ はルイス塩基です。
5：○ キレート効果により、同じ配位原子を持つ場合、単座配位子よりも多座配位子（キレート配位子）の方がより安定な錯体を形成します。

正答：

1：× 芳香族第一アミノ基を検出するジアゾ化・カップリング反応（ブラットン・マーシャル反応）ですが、本構造に該当する部位はありません。
2：× ヨウ素の昇華（紫色ガス）を確認する試験ですが、構造中にヨウ素は含まれません。
3：× ニンヒドリン反応は α-アミノ酸を検出する試験ですが、本構造はアミノ酸ではありません。
4：○ 硫黄（S）を含む化合物を水酸化ナトリウムで融解すると硫化物が生じ、これを酸性にして発生する硫化水素ガスが酢酸鉛紙を黒変させます。
5：○ 塩素（Cl）などのハロゲンを含む化合物は、銅網を用いたベイルシュタイン試験において緑色の炎色反応を呈します。

正答：

1：× 高電圧を印加したキャピラリーから噴霧するのは ESI（エレクトロスプレーイオン化）法の説明です。
2：○ マトリックスはレーザー光を吸収し、そのエネルギーを試料に伝えてソフトにイオン化させる役割を担います。
3：○ 飛行時間 t は √m/z に比例するため、m/z が小さいほど飛行時間は短くなります。
4：× MALDIは通常固体試料を用いるため、液体クロマトグラフ（HPLC）とのオンライン接続は困難です。
5：× 主に観測されるのは試料の分子イオン（[M+H]⁺ 等）であり、マトリックス付加イオンが主ピークになることは通常ありません。

正答：1

インドールは、ピロール環とベンゼン環が縮合した構造を持ちますが、親電子置換反応は電子密度の高いピロール環側、特に 3位（β 位）で優先的に進行します。その理由は、反応過程で生じるカチオン中間体の安定性にあります。

3位への攻撃（選択肢1）: 求電子試薬（Br+）が 3 位に結合すると、正電荷が 2位に生じます。このカチオンは、隣接する窒素原子の孤立電子対が共鳴することによって「イミニウムカチオン」構造を形成し、強力に安定化されます。この際、ベンゼン環側の芳香族性（$6\pi$ 系）が維持されていることが、安定性の最大の要因です。

主生成物 A: この中間体からプロトン（H+）が脱離することで、芳香族性が再生し、主生成物である 3-ブロモインドールが得られます。

連続したｐ軌道を持ち、芳香性を得ることにより安定化するものを選ぶことが重要です。

正答：4

プロピオニル基（$CH_3CH_2CO-$）に結合した脱離基の質による、求核アシル置換反応の反応性を問う問題である。

求核アシル置換反応の反応性は、カルボニル炭素の正電荷の大きさと、脱離基の脱離能（塩基性の弱さ）に依存する。一般に、カルボン酸誘導体の反応性は以下の順に低下する。

酸塩化物 > 酸無水物 > エステル > アミド

各選択肢の脱離基を比較すると以下の通りとなる。

• 選択肢5：塩化物イオン
• 選択肢2：プロピオン酸イオン（$CH_3CH_2COO^-$）
• 選択肢1：（$N,N’$-ジシクロヘキシルカルボジイミド）とカルボン酸が反応して生成するO-アシルイソ尿素中間体。尿素誘導体が脱離基となり、エステル化等の活性中間体として高い反応性を持つ。
• 選択肢3：フェノキシドイオン（$PhO^-$）。共鳴により負電荷が非局在化するため、アルコキシドより脱離能が高い。
• 選択肢4：エトキシドイオン（$CH_3CH_2O^-$）。

選択肢4のエチルエステルは、脱離基が強塩基であるエトキシドイオンであり、他の選択肢（酸塩化物、酸無水物、活性中間体、フェニルエステル）と比較して脱離能が最も低いため、求核アシル置換反応の反応性は最も低い。

正答：2

1：× 中間体として平面構造のカルボカチオンを経由するため、生成物はラセミ体（保持と反転の混合物）になります。
2：○ アセトンなどの極性非プロトン性溶媒中では SN2 反応が優先します。SN2反応はワルデン反転を伴うため、生成物の立体化学として正しく示されています。
3：× 3級基質では立体障害のため SN2 は起こらず、加温条件下では E2 反応による脱離（アルケンの生成）が主反応となります。置換体は主生成物になり得ません。
4：× 1級ハロゲン化アルキルとメタノール（弱求核剤）の反応です。1級カチオンは不安定なため SN1 は進行せず、また $CH_3OH$ は求核性が低いため SN2も極めて遅いです。通常、この条件では反応は殆ど進行しません。
5：×3級ハロゲン化アルキルに、嵩高い強塩基である t-ブトキシド（$(CH_3)_3CO^-$）を反応させています。極めて強い立体障害のため、置換反応（SN2）は起こらず、E2 反応による脱離が排他的に進行します。

正答：2,4

1：× Pd-C, H2: シン付加。生成物はメソ体（アキラル）。
2：○ ヒドロホウ素化-酸化: シン付加。H と OH が入ります。これは (1R, 2S) と (1S, 2R) のラセミ体を与えます。
3：× エポキシ化 ($mCPBA$等): シン付加。生成物はメソ体（アキラル）。
4：○ Br2 付加: アンチ付加。生成物は (1R, 2R) と (1S, 2S)のラセミ体を与えます。
5：× $OsO_4$: シン付加。生成物はメソ体（アキラル）。

正答：4, 5
1：× シスプラチンの中心金属である白金(II)の配位構造は「平面四角形」です。
2：× 異性体A（トランスプラチン）は、シスプラチン（シス体）に比べて抗がん作用が著しく低いです。
3：× 活性化の際に離脱（置換）するのは、アンモニアではなく「塩化物イオン」です。
4：○ 血中の高い塩化物イオン濃度下では安定ですが、濃度の低い細胞内に入ると塩化物イオンが解離し、活性種へと変化します。
5：○ 活性化した錯体は、DNA中のグアニンの「N7位（アの窒素）」に結合することでDNA合成を阻害します。

正答：5
1～4：× レニンは、アンギオテンシノーゲンの10番目（ロイシン）と11番目（バリン）の間の結合を特異的に切断します。
5：○ アリスキレンの構造において、（イ）はイソプロピル基を有するバリン、（ウ）はイソブチル基を有するロイシンの側鎖を模倣しており、中央の（ア）がその切断部位の遷移状態を模倣しています。配列中のLeu-Valの間を指す矢印「5」が正解です。

正答：1, 4
1：○ ア（内部アルジミン）からB（外部アルジミン）への変化は、アミノ酸のアミノ基が付加してリシンが外れる「付加脱離反応」です。
2：× CからDへの反応で、リシンのアミノ基（イ）はプロトンを供与しているため「酸」として作用しています。
3：× 反応に関与するXは「水（H2O）」です。過酸化水素（H2O2）ではありません。
4：○ L-アスパラギン酸がアミノ基を放出した場合、生成するアルファ-ケト酸（F）は「オキサロ酢酸」になります。
5：× Eの構造はピリドキシンとなっていますが、この反応で生成するのは4位がアミノメチル基になった「ピリドキサミン 5′-リン酸（PMP）」です。

正答：5
1：× 1,4-ジクロロブタンは対称な分子であり、信号は2種類しか出ません。
2：× 2,2-ジクロロブタンは、メチル基（一重線）が出るはずですが、データにはありません。
3：× 2,3-ジクロロブタンは、信号が2種類（二重線と多重線）のみになります。
4：× 1,2-ジクロロブタンは末端メチルが三重線になりますが、データでは二重線（1.6 ppm）です。
5：○ 1.6 ppm（二重線）、2.1 ppm（四重線）、3.7 ppm（三重線）、4.3 ppm（六重線）のデータは「1,3-ジクロロブタン」の構造と完全に一致します。

正答：2, 5
1：× 化合物A（バイカリン）のアグリコンは、B環が2位に結合した「フラボン骨格」です（イソフラボンは3位）。
2：○ 化合物B（ゲニポシド）はイリドイド配糖体であり、その骨格は「イソプレノイド経路」で生合成されます。
3：× 特発性腸間膜静脈硬化症（MVS）の原因と考えられているのは、化合物B（ゲニポシド）を含む生薬（サンシシ）です。
4：× 化合物Aを含むオウゴンは「根」を用いますが、化合物Bを含むサンシシはクチナシの「果実」を用います。
5：○ 化合物C（ベルベリン）は、黄連解毒湯の構成生薬のうち「オウレン」と「オウバク」の2種類に含まれます。

正答：1
1：○ 「管状の組織」および「木部繊維の破片が多数含まれていた」という記述から、この生薬末には植物の「木部組織」が含まれていることが確定します。木部組織（道管や木部繊維など）を豊富に含むのは、植物の根や茎（あるいは木部そのもの）を基原とする生薬です。
選択肢のうち、植物の根を基原とする生薬はシャクヤク（ボタン科シャクヤクの根）のみです。日本薬局方において、シャクヤク末の顕微鏡的特徴として、道管（主として階紋道管や網紋道管）や木部繊維が認められます。
2～4：× ブクリョウ、リュウコツ、アロエには、写真のような「導管（環紋・螺旋紋導管）」という植物組織は含まれません。
5：× クスノキ科植物の「樹皮」を基原とする生薬です。樹皮は形成層より外側の組織（皮部）であるため、形成層より内側にある木部組織（道管や木部繊維）は基本的に含まれません。師部繊維や石細胞などが鏡検時の特徴となります。

正答：1, 3
1：○ 肝臓は体内の有害なアンモニアを、尿素サイクル（オルニチン回路）によって無害な尿素へと合成します。
2：× 胆汁酸（コール酸など）は、脂肪酸からではなく「コレステロール」を原料として合成されます。
3：○ コレステロールの生合成は肝臓で行われ、HMG-CoA還元酵素がその律速段階となります。
4：× グリコーゲンからグルコースを産生するのは「グリコーゲン分解」です。ベータ酸化は脂肪酸の代謝経路です。
5：× キロミクロン（カイロミクロン）を合成・分泌するのは「小腸」です。肝臓が分泌するのはVLDLです。

正答：1, 4
1：○ レニンは、腎臓の輸入細動脈にある「傍糸球体細胞」から分泌されます。
2：× アンギオテンシノーゲンは主に「肝臓」で合成・分泌されます。
3：× アルドステロンは、集合管などで「ナトリウムイオンの再吸収」と「カリウムイオンの排泄」を促進します。
4：○ バソプレシンは、腎臓の集合管などにある受容体に作用し、水の再吸収を促進して尿量を減少させます。
5：× ナトリウム利尿ペプチドは、ナトリウムイオンの「排泄」を促進することで血圧を低下させます。

正答：1, 3
1：○ アドレナリンは副腎髄質から分泌され、グリコーゲン分解を促進して血糖値を上昇させます。
2：× インクレチン（GLP-1など）は「消化管（小腸など）」から分泌され、血糖値を「低下」させる方向に働きます。
3：○ インスリンは膵臓のベータ細胞から分泌され、血糖値を低下させる唯一のホルモンです。
4：× グルカゴンの産生器官は「膵臓」のアルファ細胞です。
5：× コルチゾールは副腎皮質から分泌され、糖新生を促進して血糖値を「上昇」させます。

正答：1, 5
1：○ 実験2では2-メルカプトエタノール（還元剤）を加えたことで、H鎖とL鎖を繋ぐジスフィド結合が切断されています。
2：× SDS-PAGEはタンパク質を熱変性させるため、高次構造が失われ、抗原との結合能はほぼ消失します。
3：× 全体150kDaで12個の構造単位があるため、1単位12.5kDa。重鎖（4単位）は約50kDa、軽鎖（2単位）は約25kDaと見積もられます。
4：× バンド3は軽鎖そのものであり、重鎖が切断された断片ではありません。
5：○ IgGの抗原結合部位（可変部）は、H鎖とL鎖の両方の末端側によって形成されています。

正答：1, 4
1：○ グラフより、酵素A（グルコキナーゼ）は酵素B（ヘキソキナーゼ）よりも基質親和性が低い（Km値が高い）ことがわかります。
2：× 酵素Bは低濃度ですでに最大反応速度に近い活性を示しており、濃度を2倍にしても反応速度は2倍になりません。
3：× 酵素Aはグルコースをグルコース-6-リン酸に変える「グルコキナーゼ」です。ホスファターゼは逆の反応（脱リン酸化）を触媒します。
4：○ ヘキソキナーゼ（酵素B）は、反応生成物であるグルコース-6-リン酸による阻害を受けますが、グルコキナーゼはほとんど受けません。
5：× 酵素A（グルコキナーゼ）は主に「肝臓」や膵臓に存在します。骨格筋にあるのは主に酵素Bです。

正答：2, 3
1：× CRPの産生を肝臓で強力に促進するのは、主にインターロイキン-6（IL-6）です。
2：○ IL-1は、細菌感染などによって活性化された「マクロファージ」から産生されます。
3：○ TNF-アルファは、血管内皮細胞に作用して接着分子の発現を誘導し、好中球を炎症部位へ呼び寄せます。
4：× ヒスタミンは肥満細胞から放出されます。補体活性化で生じるアナフィラトキシンはC3aやC5aです。
5：× ケモカインはタンパク質（サイトカイン）の一種です。アラキドン酸から生じるのはプロスタグランジンなどです。

正答：1, 2
1：○ 黄色ブドウ球菌は高い食塩耐性を持ち、マンニット食塩寒天培地で増殖・同定が可能です。
2：○ 肺炎球菌の「莢膜」は、宿主の食細胞による食菌作用から逃れるための重要な病原因子です。
3：× ディフィシル菌は「芽胞」を形成するため、熱や消毒薬に対して強い抵抗性を持ちます。
4：× 破傷風菌の毒素は、持続的な筋肉の収縮（強直性麻痺）を引き起こします。
5：× ボツリヌス菌の毒素は、アセチルコリンの放出を阻害し、筋肉を動かなくする「弛緩性麻痺」を引き起こします。

正答：2, 3
1：× 原核細胞と真核細胞のリボソームRNA（rRNA）は、長さや配列が大きく異なります。
2：○ rRNAの中には、ペプチド結合の形成を触媒する酵素活性を持つもの（リボザイム）があります。
3：○ tRNAは70から90塩基程度であり、rRNAやmRNAと比較して非常に塩基長が短いのが特徴です。
4：× キャップ構造が付加されるのは、mRNAの「5’末端」です。
5：× RNAを構成する塩基はA、G、C、Uであり、チミン（T）を含みません。

正答：2, 5
1：× 体外受精で作ったマウスではなく、体細胞核移植などの技術で作られたドナーと同一の遺伝子を持つ個体をクローンマウスと呼びます。
2：○ 特定の組織で働くプロモーターを用いることで、特定の組織に限定して外来遺伝子を発現させることが可能です。
3：× 外来遺伝子は、通常、宿主の細胞質ではなく「染色体DNA」の中に組み込まれます。
4：× siRNAで遺伝子発現を抑えるのは「ノックダウン」です。ノックアウトは通常、遺伝子そのものを破壊することを指します。
5：○ CRISPR/Cas9などのゲノム編集技術を利用して、特定の遺伝子を破壊したノックアウトマウスを作製できます。

正答：2,4

1：× Gタンパク質（Gqなど）は、ATPではなく「GTP（グアノシン三リン酸）」を結合・加水分解することでスイッチのオン・オフを切り替えます。

2：○ 受容体が信号を受け取るとGqタンパク質が活性化され、エフェクター酵素①である「ホスホリパーゼC（PLC）」を活性化します。

3：× セカンドメッセンジャー②は「ジアシルグリセロール（DAG）」です。アラキドン酸ではありません。これは脂溶性分子であり、プロテインキナーゼCの活性化に関わります。

4：○ セカンドメッセンジャー③は「イノシトール 1,4,5-三リン酸（IP3）」であり、小胞体にある受容体に結合して貯蔵されているカルシウムイオン（Ca2+）を細胞質へ放出させます。

5：× プロテインキナーゼC（PKC）は、基質タンパク質の「セリン残基」または「トレオニン残基」をリン酸化する酵素です。チロシン残基をリン酸化するものではありません。