研伸館・化学科の古谷勇馬（ゆうま）です。先週(ｲ)より， K a の問題はいかがだったでしょうか。それでは，解答[H 3O  ][A  ]であるから，[HA]

および解説です。

K a  [H 3O  ]【解答】

したがって，

(ｱ)

02

(ｲ)

12

 log10 K a   log10 [H 3O  ]

(ｳ)

05

(ｴ)

22

(ｵ)

06

(ｶ)

07

(ｷ)

15

(ｸ)

18

(ｴ)

(ｹ)

08

全体のうちαが電離しているので，非イオン形の物

(ｺ)

19

質は C(1－α)となる。あとは部位に対応する添え字①

1を付ければよい。(ｵ)も同様の議論で導ける。

②

0

③

4

(ｶ)

④

2

平衡状態で（Ⅰ）における非イオン形の薬物濃度と⑤5（Ⅱ）における非イオン形の薬物濃度は等しいので，⑥

1

CⅠ(1－αⅠ)= CⅡ(1－αⅡ)xcx⇔ pK a  pH  log10xcx∴ pH  pK a  log10

x
cx

∴

r

【解説】

x
cx

CI 1   II

CII 1   I(ｱ)
反射的に K (ｷ)(ｸ)[H 3O  ][A  ]としたいところだが，後[HA](2)より， pK a  pH  logの文で，K[H2O]に関する議論がなされているので，
ここは K [H 3O  ][A  ]とすべき。
[HA][H 2 O]

これより， log

⇔

(ｳ)

反応前

平衡時

H3O+

+

c
+x

+x

c－ x

x

x

 pH  pK a

 10 pH pK a⇔  (1  10 pH pK a )  10 pH pK a

A－

－x

1

1

⇔   10 pH pK a (1   )平衡時の物質の濃度は次の通りである。
HA





C

 pH  log
C (1   )
1

⇔ 

⇔ 

1

10 pH pK a
1  10 pH pKa

1
10

pK a pH

1

(ｺ)

(ｹ)

①～③より，胃において，CI : CII = 1 : 1.0×104

1r

1  pK pH
1   II
10 a II  1
1
1 I 110 pK a pH I  1④～⑥より，小腸において，CI : CII = 1 : 4
したがって，胃ではより血中に薬物が存在している
ため，この薬物は胃から吸収されやすいことが分かる。

10 pK a pH II
pK a  pH II⇔ 10 pK pH 1
10 a I
10 pK a pH I  1⇔ 10 pH I pH II 【考察】
消化管内と血中という 2 つの系があるとはいえ，10 pK a pH I  1
10 pK a pH II  1

電離平衡のみを考えればよいのでそれほど難しくは⇔

10 pK a  10 pH I
10 pK a  10 pH II

ないのですが，式自体がかなり複雑な上，選択肢の⇔1  10 pH I pK a
1  10 pH II pK a

したがって，途中で計算ミスを犯すリスクが高いの式に合うように整理していかなければなりません。

で，意外に解きにくかったのではないかと思います。
ここからは，本問についてさらに考察していきたいと思います。

①～③
胃の場合，pHI=2.0 なので，
r(胃)=

⇔

1  10

本問の式(2)2.0  3.4

1  10 7.4  3.4

1  10 1.4
1  104

pH  pK a  log10

x
は，
cx

Henderson-Hasselbalch の式と呼ばれています。
この式は，弱酸性の物質では，非イオン形とイオン

・・・(1)形の割合が pH 依存的に決定されることを表してい

ここで，10－1.4=10－2×100.6=0.04

ます。細胞膜を透過できるのは非イオン形だけなの(∵で，薬物の吸収されやすさは pH 依存的に変化する

log4=0.6⇔100.6=4)

ゆえに，(1)≒

1.04
10

4

ことがいえます。これは「pH 分配仮説」と呼ばれ，≒1.0×10－4

薬物動態における重要な理論の一つです。
本問では，この理論に則った定量的な議論で，弱④～⑥酸性の薬物が小腸よりも胃の方が吸収されやすいこ小腸の場合，pHI=6.8 なので，とが分かりました。しかし，この事実は計算をしな

r(胃)=

⇔

1  10 6.8  3.4

くても分かります。

1  10 7.4  3.4

1  10 3.4
1  10 4弱酸性の物質は，酸性条件下では，

HA ＋ H2O

・・・(2)

H3O＋ ＋ A－の平衡が，より左に移動して，非イオン形の割合

ここで，103.4=103×100.4=2.5×103

が大きくなるため，小腸よりも胃から吸収されやす(∵いことが分かります。このように，定性的な議論か

log2.5=0.4⇔100.4=2.5)

ゆえに，(2)≒

2.5 10 3
10 4

らも，つまり計算をしなくとも，平衡移動の原理か≒2.5×10－1

ら考えれば(ｺ)は解答可能です。強者である皆様には，

2

計算で力任せに解くのではなく，このような思考力

形が新たに生じます。一方，血中へ吸収された非イも身につけていただきたいと思います。

オン形の一部は電離します（下図③）。結局，血中に余談ですが，pH が小さい環境であるほど薬物のおける電離と血中への移行が平衡に達するまで，薬吸収速度が大きくなるので，薬を飲むときには酸性

物の吸収は起こり続けます。胃内は酸性ゆえ，電離の飲料と一緒に飲めばよいのかというと，そうとは平衡は非イオン形側に偏っています。そのため，よ限りません。なぜなら，酸性の環境にすれば，本来り血中への受動輸送が起こりやすく，胃からの吸収薬物が入ってはならない部位から薬物が吸収されるが速やかに起こるといえるでしょう。

おそれがあり，生体に悪影響を及ぼしうるからです。
そもそも，薬物は中性である水で飲むことを目的と①非イオン形薬物がして様々な試験を経て世に出されます。
「とりあえず

血液側に移動そこにある飲み物で飲めばいいや」というのは危険③血中の非イオン形薬な行為なのですね。

物が電離し減少

ところで，本文中には次のような記述があります。
②平衡移動により消化管中のイ「非イオン形薬物のみが膜を透過することができ

オン形薬物が非イオン形にて膜の両側で平衡に達し，濃度が等しくなる」
さらりと読み流してしまいそうな箇所ですが，弱酸の電離平衡などを考えると，膜の両側で濃度が異しかし，実際には，弱酸性の薬物であっても大部なる状態で平衡に達してもいいような気がします。

分の薬物は小腸から吸収されます。これはなぜかと

これはどういうことなのでしょうか？

いうと，吸収部位の表面積は小腸の方が胃よりもは

多くの物質は濃度勾配にしたがって，濃度の高い

るかに広く，薬物が小腸内を移動する間に，ほとん

方から低い方に移動します（いわゆる受動輸送です）。

どすべての薬物が受動輸送により吸収されるからで今回の問題で，薬物を服用した直後は消化管側の薬す。ですから，本問の結果は，吸収量ではなく，吸物濃度が大きく，受動輸送により血液側への移行が収速度の点から「吸収されやすい」のだと考えて下進みますが，しばらくして平衡状態に達したとき，

さい。

つまり，見かけ上，細胞膜を介した物質の移動が観本問では弱酸性の薬物(pKa=3.4)を使用しました

察されない場合は，濃度勾配がないので，両側の濃が，薬物の pKa によって，胃や小腸における薬物の度が等しくなるのです。当たり前のことですが，こ

動態はどうなるのでしょうか。本問で得られた(ｹ)のういうところを「そんなの分かっている」「知識とし式を用いて，pKa の値を色々変えたときの，r の値て知っている」で済まさず，しっかり論理的に説明の変化をグラフに示すと次のようになります。

できるかどうかも強者としての資質ではないかと思います。
r

血中への輸送について，ルシャトリエの原理を用いて詳説します。消化管内における非イオン形の薬

1.2
1.0
0.8
0.6

胃
小腸

0.4
0.2
0.0

物は，濃度勾配に従い血中に移動します（下図①）。
このとき，消化管内において，薬物の電離平衡が，0

非イオン形ができる方に移動し（下図②），非イオン

3

2

4

pKa

6

8

10

衡を考えなければならない問題が出題されています。

本問でも考えたように，r の値が小さいほど，よ複数の平衡に関する問題は強者であれば避けられなり吸収されやすいことを意味します。

い問題ですね。訓練を重ねましょう。

弱酸性の薬物の場合は，小腸より胃で速やかに吸収されますが，塩基性の薬物の場合は，胃と小腸における吸収率の差は小さいことが分かります。また，いかがでしょうか。体調を崩したときに，薬を飲

胃でも小腸でも，pKa の小さい薬物が速やかに吸収

んで，それが効果を発揮することを当然のように考されることが分かります。本問では「pKa が小さい

えていますが，実際，薬物が標的に到達することだ

弱酸性の薬物は小腸よりも胃から吸収されやすい」

けでも複雑な理論があり，これに基づいて薬物の動ということですが，小腸においても薬物の pKa が小態に関する様々な戦略がなされているのです。

さくなるほど薬物は吸収されやすくなるので，むしろ「pKa が小さい薬物は胃と小腸での吸収速度の差が大きくなる」と言った方が適切かもしれません。

最後に，「pH 分配仮説」は薬物動態における重要な理論であると先に述べましたが，この理論は実際にはどのようなことに応用されているのでしょうか？
例えば，薬物の母乳への移行は，母乳を摂取する
乳児に副作用を及ぼすおそれがあるという点で問題がありますが，薬物の母乳への移行は pH が重要な役割を果たしていることが示唆されています（なぜかは本問を解答できた方はすぐに分かると思います）。したがって，生体内における各部位の pH と薬物の pKa から本問のような議論をすることで薬物の動態を検討することが非常に重要なのです。
もちろん，薬物の動態については，pH だけでな
く，生体内にあるタンパク質との結合および解離についても検討する必要もあり，薬物動態を考える際の状況は，本問以上に複雑といえるでしょう。つまり，電離平衡だけではなく，タンパク質との結合および解離の平衡も考えなければならないのです。これを題材にして，良問が作れそうですが・・・実際，複数の平衡を考えさせる問題は難関大では頻出です。
例えば，2008 年度には京都大学と東京大学で，電離平衡と分配平衡を考えなければならない問題が出題されました。また，2005 年度の京都大学（後期）では，鍾乳石の形成を題材として，溶解平衡と電離平4