第五部:有機化学の基礎 アルコール・カルボン酸
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ここでは,カルボキシル基に加えて特徴的な基を持つカルボン酸に関連し, 【ヒドロキシ酸とは】, 【アミノ酸とは】, 【 2 つのカルボキシル基】, 【 2 つ以上のアミノ基】, 【アルキル鎖を持つ】, 【ヒドロキシ基を持つ】, 【硫黄,アミド基を持つ】, 【イミノ基,芳香族基を持つ】 に項目を分けて紹介する。
ヒドロキシ酸とは
 ヒドロキシ酸( hydroxy acid )
 前節で紹介したように,カルボキシル基の他にヒドロキシ基( -OH )を併せ持つカルボン酸は,という。ヒドロキシ酸は,ヒドロキシカルボン酸,オキシ酸,アルコール酸などとも呼ばれる。
 代表的なヒドロキシ酸の主な特徴として質量,融点,沸点,pKa (電離定数の負の常用対数:酸解離定数),水への溶解性を紹介する。なお, pKa 値が 7 より小さいほど酸性が高く,7 より大きいほど塩基性が高い。
| 化学式 | IUPAC 名 | 慣用名 | モル質量 g/mol | 融点 ℃ | 沸点 ℃ | pKa | 備 考 | 
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CH3CH (OH) COOH | 2-ヒドロキシプロパン酸 2-hydroxy propanoic acid | 乳酸 lactic acid | 90.08 | 53 | 122 | 3.86 | 一価の酸, 発酵した乳製品, 筋肉疲労物質, 水可溶。 | 
| HOOC CH(OH) CH2 COOH | 2-ヒドロキシブタン二酸 2-hydroxy butanedioic acid | リンゴ酸 malic acid | 134.09 | 130 | ― | 3.4 5.83 | 二価の酸, 光学異性体( D , L ), リンゴから発見, 水への溶解度 558 g /L。 | 
| HOOC CH(OH) CH(OH) COOH | 2,3-ジヒドロキシブタン二酸 2,3-dihydroxy butanedioic acid | 酒石酸 Tartaric acid | 150.09 | 146~206 | ― | 2.89 4.4 ( L ) | 二価の酸, 光学異性体( D , L ), 鏡像異性体により 融点,溶解度が異なる。 食品添加物に利用, 水への溶解度 210~1330 g /L。 | 
| C(OH) (CH2 COOH)2 COOH | 2-ヒドロキシプロパン -1,2,3-トリカルボン酸 2-Hydroxy propane -1,2,3-tri carboxylic acid | クエン酸 citric acid | 192.12 | 156 | ― | 3.13 4.76 6.39 | 三価の酸, かんきつ類に含まれる。 医薬品,食品添加物に利用, 水への溶解度 1478 g /L。 | 
| HOOC CH2- CH(COOH) CH(OH) COOH | 1-ヒドロキシプロパン -1,2,3-トリカルボン酸 1-Hydroxy propane -1,2,3-tricarboxylic acid | イソクエン酸 isocitric acid | 192.12 | 105 | ― | ― | 三価の酸, クエン酸の異性体。 | 

ヒドロキシ酸の例
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アミノ酸とは
 アミノ酸( amino acid )
 前節で紹介したように,カルボキシル基の他にアミノ基( -NH2 )を持つ化合物をいう。
 アミノ基は塩基性のため,アミノ酸は酸性基と塩基性基の両方を持つので双性イオン(分子内塩などといわれる R-(NH3)+COO- )を生じる。
 一般にアミノ酸という場合は,タンパク質を構成する単位(一般式 RCH(NH2)COOH の構造を持つα-アミノ酸 20 種)を指す狭義の意味で用いられる。
 なお,必須アミノ酸は,厳密には動物が体内で合成できないアミノ酸を指した用語で,種類は動物種で異なるが,一般には人間を対象とした 9 種のアミノ酸をいう場合が多い。
 α-アミノ酸とは
 α-アミノ酸( 20種)は,その構造の特徴的から,次のグループ分けられる。なお,必須アミノ酸に分類されるものを赤字で示す。
 2つのカルボキシル基( –COOH )を持つ(アスパラギン酸,グルタミン酸),2つ以上のアミノ基( –NH2 )を持つ(リシン,アルギニン,ヒスチジン),アルキル鎖( -R )を持つ(グリシン,アラニン,バリン,ロイシン,イソロイシン),ヒドロキシ基( -OH )を持つ(セリン,トレオニン),硫黄( s )を含む(システイン,メチオニン),アミド基( amide group : R–C(=O) –NR’R” )を持つ(アスパラギン,グルタミン),イミノ基( imino group : = NR , –NR– )を持つ(プロリン),芳香族基( Aryl )を持つ(フェニルアラニン,チロシン,トリプトファン)である。
 次にはα-アミノ酸の質量,pKa (電離定数の負の常用対数:酸解離定数)などの特徴を紹介する。なお, pKa 値が 7 より小さいほど酸性が高く,7 より大きいほど塩基性が高い。
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2つのカルボキシル基を持つα-アミノ酸
| 化学式 | IUPAC 名 | 慣用名 | モル質量 g/mol | pKa | 備 考 | 
|---|---|---|---|---|---|
| HOOC CH2 CH(COOH) NH2 | 2-アミノブタン二酸 2-amino butanedioic acid | アスパラギン酸 aspartic acid | 133.1 | 3.9 | 略号 Asp ,D , カルボキシル基を 2つ持つ酸性のアミノ酸。 | 
| HOOC (CH2)2 CH(COOH) NH2 | 2-アミノペンタン二酸 2-amino pentanedioic acid | グルタミン酸 glutamic acid | 147.13 | 1.61 3.07 | 略号 Glu ,E , カルボキシル基を 2つ持つ酸性のアミノ酸。 | 
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2つ以上のアミノ基を持つα-アミノ酸
| 化学式 | IUPAC 名 | 慣用名 | モル質量 g/mol | pKa | 備 考 | 
|---|---|---|---|---|---|
| H2NCH2 (CH2)3 CH(NH2) COOH | 2,6-ジアミノヘキサン酸 2,6-diamino hexanoic acid | リシン lysine | 146.19 | ― | 略号 Lys ,K , アミノ基を 2 つ持つ 塩基性の必須アミノ酸。 | 
| H2NC(=NH) NH(CH2)3 CH(NH2) COOH | 2-アミノ-5-グアニジノペンタン酸 (S)-2-Amino -5-guanidino pentanoic acid | アルギニン arginine | 174.2 | 12.488 | 略号 Arg ,R , 蛋白質を構成するアミノ酸としては 最も塩基性が高いアミノ酸。 分子構造は図参照 | 
| (C6H9 N3O2) | 2-アミノ-3-(1H-イミダゾ-4-イル)プロピオン酸 2-Amino -3-(1H-imidazol-4-yl) propanoic acid | ヒスチジン histidine | 155.15 | ― | 略号 His ,H , 側鎖にイミダゾイル基という 複素芳香環を持つ 塩基性の必須アミノ酸。 分子構造は図参照 | 

分子構造例
必須アミノ酸を多く含む食品:リシン(カツオ,マアジなど魚介類,豆腐、乳製品など),ヒスチジン(カツオ,マグロなど魚類,鶏肉やハムなど)
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アルキル鎖を持つα-アミノ酸
| 化学式 | IUPAC 名 | 慣用名 | モル質量 g/mol | pKa | 備 考 | 
|---|---|---|---|---|---|
| CH2 (COOH) NH2 | アミノエタン酸 amino ethanoic acid | グリシン glycine | 75.07 | 2.34 9.6 | 略号 Gly ,G , アミノ酸の中で最も単純な 側鎖に炭素を持たないアミノ酸。 | 
| CH3 CH(COOH) NH2 | 2-アミノプロピオン酸 2-amino propanoic acid | アラニン alanine | 89.09 | 2.35 9.69 | 略号 Ala ,A , 側鎖にメチル基を持つアミノ酸。 | 
| CH3 CH(CH3) CH(COOH) NH2 | 2-アミノ-3-メチルブタン酸 2-amino -3-methyl butanoic acid | バリン valine | 117.15 | 2.32 9.62 | 略称 Val ,V , 側鎖にイソプロピル基を持つ必須アミノ酸。 | 
| CH3 CH(CH3) CH2 CH (COOH) NH2 | 2-アミノ-4-メチルペンタン酸 2-amino -4-methyl pentanoic acid | ロイシン leucine | 131.17 | 2.36 9.6 | 略号 Leu ,L  , ロイシンの構造異性体で, 側鎖にイソブチル基を持つ必須アミノ酸。 | 
| C2H5 CH(CH3) CH(COOH) NH2 | 2-アミノ-3-メチルペンタン酸 2-amino -3-methyl pentanoic acid | イソロイシン isoleucine | 131.17 | ― | 略号 Ile ,I  , ロイシンの構造異性体で, 側鎖に sec-ブチル基を持つ必須アミノ酸。 | 
必須アミノ酸を多く含む食品:バリン(マグロ,牛・豚レバー,豆腐,乳製品など),ロイシン(カツオ,鶏卵,肉類,乳製品など),イソロイシン(マグロ,鮭,鶏卵,鶏肉,ブタ肉,乳製品など)
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ヒドロキシ基を持つα-アミノ酸
| 化学式 | IUPAC 名 | 慣用名 | モル質量 g/mol | pKa | 備 考 | 
|---|---|---|---|---|---|
| HOCH2 CH(COOH) NH2 | 2-アミノ- 3 –ヒドロキシプロパン酸 2-amino -3-hydroxy propionic acid | セリン serine | 105.19 | 2.21 9.15 | 略号 Ser ,S  , 側鎖がヒドロキシメチル基(–CH2OH)になった構造のアミノ酸。 | 
| CH3 CH(OH) CH(COOH) NH2 | 2-アミノ- 3 –ヒドロキシブタン酸 2-amino -3-hydroxy butanoic acid | トレオニン threonine | 119.12 | 2.63 10.43 | 略号 Thr ,T , ヒドロキシ基を持つ 極性無電荷側鎖の必須アミノ酸。 | 
必須アミノ酸を多く含む食品:トレオニン(マグロ,ブタロース,鶏むね肉,凍り豆腐,乳製品など)
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硫黄を含むα-アミノ酸,アミド基を持つα-アミノ酸
| 化学式 | IUPAC 名 | 慣用名 | モル質量 g/mol | pKa | 備 考 | 
|---|---|---|---|---|---|
| (C3H7 NO2 S) | 2-アミノ-3-スルファニルプロピオン酸 2-amino butanedioic acid | システイン cysteine | 121.16 | ― | 略号 Cys ,C , 側鎖にメルカプト基( -SH )を持つ。 チオセリンともいう。分子構造は図参照。 | 
| (C5H11 NO2 S) | 2-アミノ- 4 -メチルチオブタン酸 2-amino -4-(methylthio) butanoic acid | メチオニン methionine | 149.21 | 2.28 9.21 | 略号 Asp ,D , 側鎖に硫黄を含んだ 疎水性の必須アミノ酸。分子構造は図参照。 | 
| NH2 COCH2 CH(COOH) NH2 | 2-アミノ-3-カルバモイルプロピオン酸 2-amino -3-carbamoyl propanoic acid | アスパラギン asparagine | 132.12 | 2.02 8.8 | 略号 Asn ,N , アミド基を持ち, 極性なし(中性)のアミノ酸。 | 
| NH2 COCH2 CH2 CH(COOH) NH2 | 2-アミノ-4-カルバモイルブタン酸 2-amino -4-carbamoyl butanoic acid | グルタミン glutamine | 146.14 | 2.2 9.1 | 略号 Gln ,Q , 側鎖にアミド基を有し, グルタミン酸のヒドロキシ基をアミノ基に置き換えた構造で 極性なし(中性)のアミノ酸。 | 

分子構造例
必須アミノ酸を多く含む食品:メチオニン(マグロ,豆乳,肉類,乳製品,小麦など)
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イミノ基を持つα-アミノ酸,芳香族基を持つαアミノ酸
| 化学式 | IUPAC 名 | 慣用名 | モル質量 g/mol | pKa | 備 考 | 
|---|---|---|---|---|---|
| (C5H9 NO5) | ピロリジン-2-カルボン酸 pyrrolidine- 2-carboxylic acid | プロリン proline | 115.13 | 2.351 | 略号 Pro ,P , イミノ基を持つ 環状の二級アミンである。分子構造は図参照。 | 
| C17H35 COOH | 2-アミノ-3-フェニルプロピオン酸 2-amino -3-phenyl propanoic acid | フェニルアラニン phenyl alanine | 165.19 | 1.83 9.13 | 略号 Phe ,F , ベンジル基( benzyl group : C6H5CH2- )を持つ 芳香族の必須アミノ酸。 | 
| (C9H11 NO3) | 4-ヒドロキシフェニルアラニン 4-hydroxy phenylalanine | チロシン tyrosine | 181.19 | ― | 略号 Tyr ,Y , フェノール基を持つ 芳香族のアミノ酸。分子構造は図参照。 | 
| (C11H12 N2O2) | 2-アミノ-3-(インドリル)プロピオン酸 (2S)-2-amino -3-(1H-indol-3-yl) propanoic acid | トリプトファン Tryptophan | 204.23 | 2.38 9.39 | 略号 Trp ,W , 側鎖にインドール環( indole ring )を持つ 芳香族の必須アミノ酸。分子構造は図参照。 | 

分子構造例
必須アミノ酸を多く含む食品:フェニルアラニン(牛レバー,マグロ,鶏むね肉,大豆など),トリプトファン(カツオ,牛・豚レバー,鶏卵,米・麦,乳製品,大豆など)
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