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松廼屋｜論点解説　薬剤師国家試験対策ノート問 108-105【化学】論点：ダイゼイン / フラボノイド構造 / 生合成経路 / カッコン成分 / エストロゲン様作用 / マグネシウム-塩酸反応

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第108回薬剤師国家試験｜薬学理論問題 /
問105

一般問題（薬学理論問題）【物理・化学・生物】　

化学｜問 108-105　
Q. 以下の構造式で表されるダイゼインに関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

第108回薬剤師国家試験｜薬学理論問題 / 問105

■選択肢
1. カッコンに含まれる成分の一つである。
2. A環の炭素原子は、シキミ酸由来である。
3. 2-フェニルクロモン骨格を有している。
4. ヒトに対してエストロゲン様作用がある。
5. マグネシウム-塩酸反応で陽性を示す。

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こんにちは！薬学生の皆さん。
Mats & BLNtです。

matsunoya_note から、薬剤師国家試験の論点解説をお届けします。
苦手意識がある人も、この機会に、薬学理論問題【化学】を一緒に完全攻略しよう！
今回は、第108回薬剤師国家試験｜薬学理論問題 / 問105【化学】 、論点：ダイゼイン / フラボノイド構造 / 生合成経路 / カッコン成分 / エストロゲン様作用 / マグネシウム-塩酸反応を徹底解説します。

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松廼屋｜論点解説　薬剤師国家試験対策ノート問 108-105【化学】論点：ダイゼイン / フラボノイド構造 / 生合成経路 / カッコン成分 / エストロゲン様作用 / マグネシウム-塩酸反応｜matsunoya

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滝沢 幸穂　　Yukiho Takizawa, PhD

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設問へのアプローチ｜

第108回薬剤師国家試験｜薬学理論問題 / 問105

第108回薬剤師国家試験の問105【化学】（問108-105）では、化学構造からダイゼイン / フラボノイド構造 / 生合成経路 / カッコン成分 / エストロゲン様作用 / マグネシウム-塩酸反応などが問われました。

結論から言うと、正答が3問あるというミスが見受けられた問題です。

生薬学の問題ですが、正答を2つ選べと書いてあるのに正答が3つありました

薬剤師国家資格を与えるための資格試験で、資質の検出力を限りなくゼロに近づけていくこの類のミスはあってはならないです。誰か指摘していますか？

段階的に解説していきます。

ダイゼインは、7-ヒドロキシイソフラボンです。
3-フェニルクロモン骨格を有する化合物で、B環の4'位にヒドロキシ基が置換されています。
IU PAC名を自分で書けるようにしておきましょう。化学構造をカタマリで覚えるのに役立ちます。
IU PAC: 7-hydroxy-3-(4-hydroxyphenyl)chromen-4-one
イソフラボンは、マメ科の植物に多く見られます。

第108回薬剤師国家試験｜薬学理論問題 / 問105

下記は、クロモンです。覚えよう！
IU PAC: chromen-4-one

クロモン（Chromone） benzopyran-4-one IU PAC chromen-4-one Ref. Ref. Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Chromone#/media/File:Chromone.svg

イソフラボンの生合成経路

シキミ酸経路でcinnamic acidが生成されたのち、ポリケタイド生成系で3分子のmalonylCoAから6つの炭素が供給されて、カルコンからフラバノンを経由し、フラバノンのB環の転移で生成したイソフラバノンから、イソフラボンが生成します。

一部改変して作成した。出典：図1  田原 哲士, イソフラボノイドの多様な構造, 化学と生物, 1991, 29 巻, 8 号, p. 493-502,  https://doi.org/10.1271/kagakutoseibutsu1962.29.493

malonylCoA

malonylCoA
Ref. Wikipedia https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Malonyl-CoA2.svg

2-フェニルクロモン骨格を有する化合物

以下のようなものがあります：
フラボノール (Flavonol)
3-Hydroxyflavone | C15H10O3 | CID 11349 - PubChem
バイカレイン (Baicalein)
Baicalein | C15H10O5 | CID 5281605 - PubChem

フラボノール

ナンバリングを示します。

IU PAC 3-hydroxy-2-phenylchromen-4-one
Ref. Wikipedia https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%83%A9%E3%83%9C%E3%83%8E%E3%83%BC%E3%83%AB#/media/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Flavonol_num.svg

バイカレイン

バイカレイン（Baicalein） IU PAC 5,6,7-trihydroxy-2-phenylchromen-4-one
Ref.Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Baicalein#/media/File:Baicalein.svg

バイカレインは、オウゴン （黄芩）に含まれるフラボノイド
オウゴンのフラボン類：バイカレイン（baicalein）,オウゴニン（wogonin），バイカレインの配糖体であるバイカリン（baicalin）
Ref. 生薬一覧｜日本漢方生薬製剤協会

フラボノイドの基本骨格

フラボノイドの基本骨格の名前を以下に示しました。
イソフラボノイドとフラボノイドの違いを覚えましょう。

フラボノイドの基本骨格　出典：図1  田原 哲士, イソフラボノイドの多様な構造, 化学と生物, 1991, 29 巻, 8 号, p. 493-502,  https://doi.org/10.1271/kagakutoseibutsu1962.29.493

まず基本的な知識について復習しておきましょう。

選択肢5. マグネシウム-塩酸反応で陽性を示す。

厚生労働省の正答では、この選択肢の記述を誤りとしています。
しかし、下記の解説の通り、フラボノイドは、マグネシウム-塩酸反応の呈色反応で陽性になる可能性はあるので選択肢5は、正しい記述です。
ダイゼインの構造からみて、還元反応と呈色を否定するエビデンスがないからです。
この記述を誤りとする場合は、還元反応と呈色を否定するエビデンスを草案の時点で添付すべきです。
添付されていなければ、レビュワーが草案を責任者に差し戻して修正を求める必要があります。
薬学生が生薬学の講義で、そのネガティブデータであるエビデンスを一般的に履修するか、です。
こうした観点から、選択肢5は、逸脱があります。

■■GPT4o

ダイゼインにおけるマグネシウム-塩酸反応の化学反応メカニズム

マグネシウム-塩酸反応（Shibata反応）は、フラボノイドの特性に基づいて行われる定性試験です。
この反応で陽性を示す主な理由は、フラボノイド分子内の特定部位が還元され、可視的な発色を生じるためです。
以下に、ダイゼインが基質の場合のメカニズムを説明します：

1. 反応の前提条件：ダイゼインの構造

  • ダイゼインの化学構造には、C環（クロメン-4-オン）に存在するケト基（C=O）およびB環の4'位に存在するヒドロキシ基（-OH）が含まれています。

  • この構造は、フラボノイドがマグネシウム-塩酸試薬で反応するために必要な基盤を提供します。

第108回薬剤師国家試験｜薬学理論問題 / 問105

2. マグネシウムによる還元反応

  • 試薬中のマグネシウム（Mg）は、酸性条件下（塩酸）で電子供与体として働き、ダイゼイン分子内のC=O基を還元します。

  • 還元の結果、カルボニル基がヒドロキシル基（-OH）に変換され、分子内で電子密度が増加します。

3. 発色の生成

  • 還元されたダイゼイン分子では、電子密度の変化により共鳴が拡張され、B環とC環の間に新しい電子遷移が可能となります。

  • これにより、可視光領域での吸収が生じ、特有の赤色発色が観察されます。

  • この発色は、分子内に芳香環と電子供与基が存在するフラボノイドの一般的な性質を反映しています。

4. 反応式の概要

試薬系：
ダイゼイン + Mg + HCl → 還元されたダイゼイン + 発色物質（赤色）

  • ダイゼイン分子内の電子構造の変化に伴う発色反応。

Ref.

  1. フラボノイドの反応特性

    • Mabry, T. J., Markham, K. R., & Thomas, M. B. (1970). The Systematic Identification of Flavonoids. Springer-Verlag.
      マグネシウム-塩酸反応を含むフラボノイド検出試験のメカニズムに関する記述。

  2. ダイゼインの構造的特徴

    • Harborne, J. B., & Williams, C. A. (2000). "Advances in flavonoid research since 1992." Phytochemistry, 55(6), 481-504.
      ダイゼインの化学構造および特性に関する詳細情報。

  3. フラボノイドの発色メカニズム

    • Sorsa, M., et al. (2004). "Chromogenic reactions of flavonoids and their analytical applications." Talanta, 63(3), 711-716.
      フラボノイドの色反応とその化学的背景。

論点およびポイント

■■Grok 2 (beta)

化学｜問 108-105
論点｜ダイゼイン / フラボノイド構造 / 生合成経路 / カッコン成分 / エストロゲン様作用 / マグネシウム-塩酸反応
ポイント｜

  • ダイゼインは7-hydroxy-3-(4-hydroxyphenyl)chromen-4-oneで、大豆やカッコン（葛根）のイソフラボン。

  • カッコン（Pueraria lobata）の主要成分のひとつ。

  • A環はポリケタイド経路（マロニルCoA）由来、B環はフェニルプロパノイド経路に基づく。したがって、A環はシキミ酸由来ではない。

  • ダイゼインはイソフラボン骨格（3-フェニルクロモン骨格）を有し、2-フェニルクロモン骨格ではない。

  • フィトエストロゲンとして弱いエストロゲン様作用を持ち、エストロゲン受容体に結合して骨粗鬆症などの疾患に有益な効果を示す。

  • マグネシウム-塩酸反応（Shibata試薬）で陽性反応を示し、赤色発色する。
    この反応はダイゼインのカルボニル基の還元および分子内共鳴拡張に基づく。

薬剤師国家試験　出題基準

出典：　薬剤師国家試験のページ ｜厚生労働省 (mhlw.go.jp)

出題基準　000573951.pdf (mhlw.go.jp)　

論点を整理します。

■■GPT4o

総合的な論点

この問題の中心は、「ダイゼイン」という化合物の性質と生理活性について化学的、生薬学的、分子生物学的な視点から正しい理解を求めることです。問題は化学構造、由来、化学的挙動、および生物学的活性に関する特定の知識を統合して判断することを目指しています。

  1. ダイゼインの化学構造と分類

    • ダイゼインはフラボノイドに分類されるイソフラボンです。

    • 化学構造は 7-hydroxy-3-(4-hydroxyphenyl)chromen-4-one と表され、A環（クロメン由来のベンゼン環）とB環（4-ヒドロキシフェニル基のベンゼン環）から成ります。

第108回薬剤師国家試験｜薬学理論問題 / 問105

  1. 化学的起源

    • A環の炭素原子はポリケタイド経路により生成され、マロニルCoAが原料となります。この経路は植物二次代謝で重要です。

    • 対照的に、フェニルプロパノイド経路（シキミ酸経路）に由来するフェニル基がB環に寄与します。

  2. 薬用植物との関係

    • ダイゼインは大豆および葛根（カッコン）の主成分の一つであり、伝統的な薬草としての利用に寄与します。

  3. 生物学的活性

    • ダイゼインは植物エストロゲン（フィトエストロゲン）として知られ、ヒトのエストロゲン受容体に結合して弱いエストロゲン様作用を示します。

    • エストロゲン様作用のため、ホルモン依存性疾患や骨粗鬆症などの予防的効果が期待されます。

  4. 化学的挙動

    • ダイゼインはマグネシウム-塩酸試薬で陽性反応を示します。これはフラボノイドのカルコン構造に基づく特異的な反応性です。

総括

問題文の各選択肢は、これらのポイントを基にした応用的な判断を問う設問といえます。

各選択肢の論点および解法へのアプローチ方法

選択肢1: カッコンに含まれる成分の一つである。

  • 論点
    ダイゼインは葛根（カッコン）の主要成分として知られています。カッコンはクズ（Pueraria lobata）由来の生薬であり、ダイゼインはその中に豊富に含まれるイソフラボンの一種です。

  • アプローチ方法
    ダイゼインがカッコンに含まれることは科学文献に基づいて確認できます。選択肢1の真偽を判断するには、以下を確認すべきです：

    • カッコンの主要成分リスト（例: プエラリン、ダイゼインなど）

    • ダイゼインの具体的な存在量や定量分析結果

結論: 正しい。

選択肢2: A環の炭素原子は、シキミ酸由来である。

  • 論点
    ダイゼインのA環の炭素原子はシキミ酸ではなく、ポリケタイド経路（特にマロニルCoA）由来です。一方、B環はフェニルプロパノイド経路により形成され、シキミ酸経路に依存しています。
    この選択肢の誤りは、A環とB環の起源を混同している点にあります。

  • アプローチ方法
    植物の二次代謝経路を参照し、フラボノイドのA環とB環がどの前駆体から合成されるかを明確にします。
    ポリケタイド経路とフェニルプロパノイド経路の区別が必要です。

結論: 誤り。

選択肢3: 2-フェニルクロモン骨格を有している。

  • 論点
    ダイゼインは「3-(4-ヒドロキシフェニル)クロメン-4-オン」構造を持ちます。これはイソフラボン特有の骨格であり、2-フェニルクロモンとは異なります。イソフラボンはフラボノイドの一種ですが、クロモン骨格のフェニル基の位置が違う点で区別されます。

  • アプローチ方法
    構造式を確認し、クロモン骨格の置換基がどの位置にあるかを特定します。この作業によりイソフラボンと2-フェニルクロモンの違いを明確にします。

結論: 誤り。

選択肢4: ヒトに対してエストロゲン様作用がある。

  • 論点
    ダイゼインはフィトエストロゲンとして知られ、エストロゲン受容体に弱く結合してエストロゲン様作用を示します。これにより、ホルモン依存性疾患の緩和や骨密度の改善などの効果が報告されています。

  • アプローチ方法
    科学的文献を通じて、ダイゼインのエストロゲン様活性やその受容体への結合親和性を確認します。また、in vivo 研究を参照して生理活性を明確にします。

結論: 正しい。

選択肢5: マグネシウム-塩酸反応で陽性を示す。

  • 論点
    マグネシウム-塩酸反応（Shibata試薬）はフラボノイドの検出に用いられます。
    この反応では、フラボノイドのカルコン部分が還元されて赤色の生成物を示します。ダイゼインはイソフラボンとしてこの試薬で陽性反応を示します。

  • アプローチ方法
    フラボノイドの化学検出方法を参照し、ダイゼインがこの反応に適合するかを確認します。具体的には、試薬と反応するために必要な構造的特徴（例: フラボノイドのC環のケト基とB環のヒドロキシ基）を調べます。

結論: 正しい。

Ref.

  1. 薬局方関連文献

    • 「第18改正日本薬局方 解説書」
      葛根（カッコン）に含まれる成分およびその規定に関する情報。

  2. フラボノイドの構造と生合成経路

    • Harborne, J. B., & Williams, C. A. (2000). "Advances in flavonoid research since 1992." Phytochemistry, 55(6), 481-504.
      フラボノイドのA環およびB環の生合成経路に関する総説。

  3. フィトエストロゲンとしてのダイゼイン

    • Setchell, K. D., & Clerici, C. (2010). "Equol: history, chemistry, and formation." Journal of Nutrition, 140(7), 1355S–1362S.
      ダイゼインのエストロゲン様活性および代謝に関する情報。

  4. フラボノイドの化学検出法

    • Mabry, T. J., Markham, K. R., & Thomas, M. B. (1970). The Systematic Identification of Flavonoids. Springer-Verlag.
      マグネシウム-塩酸反応など、フラボノイド検出試験の詳細。

  5. ダイゼインの分布と分析

    • Kudou, S., et al. (1991). "Variation in Isoflavone Content among Soybean Seeds." Journal of Agricultural and Food Chemistry, 39(5), 1120-1124.
      大豆およびカッコンに含まれるイソフラボン（ダイゼイン）の含有量分析。

以上で、論点整理を終わります。
理解できたでしょうか？

大丈夫です。
完全攻略を目指せ！

はじめましょう。

薬剤師国家試験の薬学理論問題【化学】からダイゼイン / フラボノイド構造 / 生合成経路 / カッコン成分 / エストロゲン様作用 / マグネシウム-塩酸反応を論点とした問題です。

なお、以下の解説は、著者（Yukiho Takizawa, PhD）がプロンプトを作成して、その対話に応答する形でGPT4o & Copilot 、Gemini 1.5 Pro、またはGrok 2 (beta) が出力した文章であって、著者がすべての出力を校閲しています。

生成AIの製造元がはっきりと宣言しているように、生成AIは、その自然言語能力および取得している情報の現在の限界やプラットフォーム上のインターフェースのレイト制限などに起因して、間違った文章を作成してしまう場合があります。
疑問点に関しては、必要に応じて、ご自身でご確認をするようにしてください。

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Q. 以下の構造式で表されるダイゼインに関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

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■選択肢
1. カッコンに含まれる成分の一つである。
2. A環の炭素原子は、シキミ酸由来である。
3. 2-フェニルクロモン骨格を有している。
4. ヒトに対してエストロゲン様作用がある。
5. マグネシウム-塩酸反応で陽性を示す。

■■GPT4o

化学｜問 108-105

■論点｜ダイゼイン / フラボノイド構造 / 生合成経路 / カッコン成分 / エストロゲン様作用 / マグネシウム-塩酸反応

この問題の論点は、ダイゼインの生合成経路・化学構造・生理活性および検出反応を特定することです。

■解説1｜

カッコンに含まれる成分の一つである。（選択肢1）[正しい]

  • ダイゼインは、カッコン（Pueraria lobata）の主要なイソフラボン成分です。

  • 葛根は薬用として利用されます。

  • ダイゼインは、大豆などにも含まれます。

ヒトに対してエストロゲン様作用がある。（選択肢4）[正しい]

  • ダイゼインはフィトエストロゲンであり、弱いエストロゲン様作用を示します。

  • これはエストロゲン受容体への結合によるもので、代謝産物のエクオールがさらに高い生理活性を示します。

  • 更年期症状の緩和や骨密度の維持における有用性が科学的に裏付けられています。

マグネシウム-塩酸反応で陽性を示す。（選択肢5）[正しい]

  • マグネシウム-塩酸反応（Shibata試薬）において、ダイゼインはケト基の還元と分子内共鳴の拡張により赤色発色を示します。

  • この反応はフラボノイドの定性試験として広く用いられ、ダイゼインの構造的特徴（C環のケト基とB環のヒドロキシ基）がこれを可能にしています。

■解説2｜

  • カッコンの成分
    ダイゼインはカッコン中に含まれるイソフラボン類（例: プエラリン、ダイゼイン）の一部で、抗酸化作用やホルモン様作用を持ちます。

  • エストロゲン様作用の生化学的メカニズム
    ダイゼインの弱いエストロゲン様作用は、エストロゲン受容体のサブタイプ（ERαとERβ）に選択的に結合することで発揮されます。また、腸内細菌による代謝産物であるエクオールが主要な効果を担います。

  • マグネシウム-塩酸反応の意義
    フラボノイドのケト基の還元による発色反応は、定性分析法として有用です。この反応を用いることで、ダイゼインを含むフラボノイドの簡便な検出が可能です。

■結論｜

  • 正しい選択肢: 1, 4, 5
    ダイゼインはカッコンの成分であり、エストロゲン様作用を持つほか、マグネシウム-塩酸反応に陽性を示します。これらの特徴は、化学構造や生理活性の観点から妥当です。

■補足｜

A環の炭素原子は、シキミ酸由来である。（選択肢2）[誤り]

  • A環の炭素原子はポリケタイド経路（マロニルCoA）由来であり、シキミ酸経路は関与しません。シキミ酸経路はB環のフェニル基を生成するフェニルプロパノイド経路に関係しています。

2-フェニルクロモン骨格を有している。（選択肢3）[誤り]

  • ダイゼインはイソフラボン骨格を有し、2-フェニルクロモン骨格ではありません。

  • これらの構造は、フェニル基の位置（C2 vs. C3）で区別されます。

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■選択肢
1. カッコンに含まれる成分の一つである。
2. A環の炭素原子は、シキミ酸由来である。
3. 2-フェニルクロモン骨格を有している。
4. ヒトに対してエストロゲン様作用がある。
5. マグネシウム-塩酸反応で陽性を示す。

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