第４講

物 質 の 状 態混 合 物

溶 解 現 象

液 体 気 体固 体

分解物が溶ける電離して溶けるバラバラに混ざる

＋ ー

ー

＋

第４講

溶 媒 の 性 質 と 分 類プロトン性 極性 溶媒︓メタノール

プロトン性 → ⽔素結合 ◯ H＋解離 △

極 性 ︓電荷の偏り ◯ Nδ- Oδ- Sδ- + Hδ+

δ+ CH3OHδ-

極性物質の溶解度 ◯

Br-C＋C Br

反応性 ⼤

イオン化

第４講

求 核 置 換 反 応︓SN1 反応

C核 が⾒えない

δ+ δ-

(CH3)3CBr CH3OH

-HO-

(CH3)3C+

Br-

C核 が⾒える

+

加 熱 or光照射求 核 剤

プロトン性 極性 溶媒+

+

第４講

溶 媒 の 性 質 と 分 類⾮プロトン性 極性 溶媒︓アセトニトリル

⾮プロトン性 → ⽔素結合 × H＋解離 △

極 性 ︓電荷の偏り △ Nδ- Oδ- Sδ-

δ+

CH3CNδ-

Na+

極性物質の溶解度 △

Brδ-

SN２反応-HO-

求 核 剤

CH3Br

Cδ＋

第４講

溶 媒 の 性 質 と 分 類⾮極性溶媒︓クロロホルム

⾮プロトン性 → ⽔素結合× H＋解離 ×極 性 ︓電荷の偏り △ 〜 ×

CHCl3

極性物質の溶解度 ×疎⽔性物質の溶解度 ◯

親 ⽔ 性 ・・・・・・・・ 疎 ⽔ 性プロトン性極性溶媒・・⾮プロトン性極性溶媒・・⾮極性溶媒

少しは分極している

第４講

プロトン性極性溶媒

⾮プロトン性極性溶媒

溶 媒 の 化 学 構 造⾮極性溶媒

HC

HH

C N

HC

HH

CO

C

HH

H

H CO

NC

CH

HH

H

H H

HC

HH

SO

C

HH

H CC

CO

C

HHH

H

HHHH

HC

HCl

ClHC

ClCl

Cl

CC

CCC

C

H

H H

HH

HC

CC

CC

CH

HH

H H

H H

H H

H H

H

HH C

C CO C

H

HHH

H

H

HH

H

H

HC

CO

C

H

HH

HH

HH

OH

H

HC

CO

HHH

HH

HC

HO

HH

HN

HH

OCCO H

HHH

OCCO C

HHH

C

H

H

HH

H

塩化メチレン クロロホルム ベンゼン n-ヘキサン ジエチルエーテル

酢酸エチル アセトニトリル アセトン ジメチルホルムアミド

ジメチルスルフォキシド

テトラヒドロフラン

アンモニア ⽔ エタノール メタノール 2-プロパノール 酢 酸

第４講

静 的 分 極 vs. 動 的 分 極分 ⼦ の 電 気 的 極 性

X

双極⼦モーメント 分 極 率

⼤きいF

I

電気陰性度の差↑

電気陰性度の差↓

δ＋ δ-

⼩さい

O-

負電場の接近

IO-

負電場の接近

ビヨーン

⼩さい

⼤きい

Fガチ

分極状態の変化

分極状態の変化均⼀電場中

第４講

塩 基 性 と 求 核 性⽔ 素 核 vs. 炭 素 核

塩 基 性（vs. 酸 性）

求 核 性

++

F- I-

H I H+ I-pKa = –10

FH H+

pKa = 3.2F-

ガチ ペタ

⼤きい・・・ハロゲン化物イオンの塩基性・・・⼩さい

X

ニュー

⼩さい・・・ハロゲン化物イオンの求核性・・・⼤きい

Sn2反応の容易さ

δ＋δ-X

δ＋δ-ガチ

強 酸弱 酸

第４講

活 量︓有効に働く物質の割合

活量係数 〜１ 活量係数 ＜１

溶質イオンの活量に影響する因⼦溶媒の種類，圧⼒，温度，共存物質の種類と濃度

F-は ほぼ全員働く 役⽴たずの F-が 混在100% ＝ 1

F -

Na+

F -

Na+Na+

F -

F -

Na+

Na+Cl -

Cl -

Na+

多 い・・・フッ化物イオンの活量・・・少ない

⾃ 由

不⾃由

第４講

溶 質 イ オ ン の 活 量イオン強度 I という考え⽅

log γ＝１＋ 0.33 × α× √Ｉ- 0.51 × z 2× √Ｉ γ：活量係数

z ：電荷数Ｉ：イオン強度α：イオンサイズ係数

Ｉ ＝ 2１

×（陽電荷数）2 ×（陽イオン濃度） 2１

×（陰電荷数）2 ×（陰イオン濃度）＋

活量係数の推定 → 0 〜 1

双性イオン（H3N+-COO-など）の影響は ⼩さい

イオン性の溶質が機能する割合（活 量）を予測

デバイ・ヒュッケルの関係式

第４講

N

N-O

-O

-O

-O

O

O

O

O

⾦ 属 イ オ ン の 活 量活量減少をもたらす化学平衡

Ca2+ Ca2+

Zn2+ Zn2+

+EDTA

キレート剤

+アポ酵素 NNH

N NH

N

HN

亜鉛酵素⽣体触媒ルイス酸

活量〜１

⽔溶性↑

第４講

pH 緩 衝 液︓H+の活量変動が⼩さい溶液

0 1 2 3

7

3

11

9

5

NaOHの当量数

pH

i) pK1 = 2.1 : H3PO4 H2PO4- + H+

ii) pK2 = 7.2 : H2PO4- HPO4

2- + H+

iii) pK3 = 12.4 : HPO42- PO4

3- + H+

i ii iii

リン酸

0 1 2

7

3

11

9

5

NaOHの当量数

塩 酸

pKa < 0 : HCl Cl- + H+

水中では ほとんど電離している

pH

pH 11 緩衝液

pH 7 緩衝液

pH 3 緩衝液

第４講

⽔ 平 化 効 果

酸の強さ

HClO4HCl

HNO3 H3O+ClO4– Cl– NO3–

in H2O

⽔中では H3O+より強い酸は ない

完全に電離する → 酸としての性質は同じ

H+を受けとる⼒の弱い酢酸中では ⼀部しか電離しない⇨ 酸の強さ（HClO4 > HCl > HNO3）を⽐較可能

≈ CH3COOH2+の量に差がある → ⾮⽔分析法

Leveling Effect

100%

オキソニウム イオン（H＋の受容体は ⽔分⼦）1 mol/ℓ

第４講

特 異 な 溶 媒︓H2O

・暖めにくく 冷めにくい・熱が伝わりやすい・凍りにくく 蒸発しにくい・粘度が⼤きい・液体より固体の⽅が 密度⼤

⽔ 氷

⽔ 代 謝飲 ⾷ 物︓+2.2kg/day

⽔︓60~70%40kg/60 kg

細胞内/細胞外=７︓３

代謝産物︓+0.3kg/day汗 ＆ 尿︓–2.5kg/day

⽔分不⾜︓衰弱 <20% → 死⽔分過剰︓めまい 頭痛

空間

第４講

細 胞 質 は ⽔ 溶 液

O-157O

OHOHHO

OO

OHHO

HOHO HO

-TGTGTGGAATTGTGAGCGGATAAC AATTTCACACA---- lactase gene -

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OHO

OHHO

HOHO

OOH

OHHOHO

HO

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タンパク質

DNA

タンパク質

ラクトースリプレッサータンパク質を サッカーボールとすると 細胞質は サッカー場の⼤きさ

第４講

⼤きな溶質 タンパク質⽔中とは異なる環境を提供する⽣体分⼦

ガブ ペツ

ホイパク

ピクピクスポ

受容体

輸送体

酵 素

結合︓binding

結合︓binding輸送︓translocation

結合︓binding変換︓transformation

Enzyme

Transporter

Receptor

伝達︓transduction

細胞膜

第４講

N

NH

O

H

O

O

O-

pKa= 11.9

HN NH2

N

NH

O

H

O

O

O-

pKa= 3.3

H2N+ NH2

N

NH

O

H

O

O

OH H2N+ NH2

抗インフルエンザ薬（増殖阻害剤）リレンザ

経⼝投与の吸収率〜２％

吸⼊投与

N

N+

H

O

H H

O

O

O

N

NH

O

HH

O

O

OH

pKa= 7.7

タミフル

経⼝投与

電荷を持たない → 細胞膜通過 → 異常⾏動︖

⽣理pH = 7.4

直接患部へ

第４講

抗インフルエンザ薬（増殖阻害剤）

ゾフルーザ経⼝投与

電荷を持たない → ⾎ 中→ アニオン性配位⼦

⽣理pH = 7.4

エステラーゼ

ヌクレアーゼProdrug︓プロドラッグ

OO

N

OO

O

N

O

NO

SF

F

H

O-

N

O

N

O

NO

SF

F

H

Mg2+ Mg2+O

-O

O O- O

NH

N N

細胞膜