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アミノ酸は,\ \textbf{\textcolor{red}{水溶液中では陽イオン・双性イオン・陰イオンが平衡状態}}にある. \\[.2zh] \textbf{\textcolor[named]{ForestGreen}{水溶液のpHが変化すると平衡が移動}}し,\ それぞれのイオンの割合が変化する. \\[.5zh] \ce{OH-}\,を増やす(塩基性を強める)と,\ 弱塩基\ce{NH2}\,が遊離する. \\[.2zh] \ce{H+}\,を増やす(酸性を強める)と,\ 弱酸\ce{COOH}が遊離する. 酸性を強める}
\Put{(6,0)}[sw]{塩基性を強める正と負の電荷が平衡混合物全体として0になるときのpHの値}}を\textbf{\textcolor{blue}{等電点}}という. \\
\textbf{\textcolor{red}{等電点ではほとんどが双性イオン}}で,\ わずかに残った陽イオンと陰イオンの濃度は等しい. \\\\
\textbf{\textcolor{BrickRed}{中性アミノ酸}}の等電点  \textbf{\textcolor{BrickRed}{中性付近}}   \rei\ \ アラニンの等電点 6.0 \\[.2zh] \textbf{\textcolor{cyan}{酸性アミノ酸}}の等電点  \textbf{\textcolor{cyan}{酸性側}}    \rei\ \ グルタミン酸の等電点 3.2 \\[.2zh] \textbf{\textcolor{magenta}{塩基性アミノ酸}}の等電点 \textbf{\textcolor{magenta}{塩基性側}}   \rei\ \ リシンの等電点\ 9.7
グルタミン酸は2つのカルボキシ基をもち,\ 水溶液中では以下の4状態の平衡ができる.
\ \textcolor{black}{陽イオン(1価)      双性イオン      陰イオン(1価)     陰イオン(2価)} \\[.5zh] 等電点(双性イオンの多い状態)にするには,\ 中性アミノ酸よりも多くの\ce{H+}\,が必要になる. \\[.2zh] よって,\ 酸性アミノ酸の等電点は酸性側に寄る. \\[1zh] リシンは2つのアミノ基をもち,\ 水溶液中では以下の4状態の平衡ができる.{陽イオン(2価)     陽イオン(1価)      双性イオン      陰イオン(1価)} \\[.5zh] 等電点(双性イオンの多い状態)にするには,\ 中性アミノ酸よりも多くの\ce{OH-}\,が必要になる. \\[.2zh] よって,\ 塩基性アミノ酸の等電点は塩基性側に寄る. \\[1zh] 結局,\ \bm{アミノ酸は\textbf{pH}が小さいほど陽イオンの割合が,\ \textbf{pH}が大きいほど陰イオンの割合が増加する.}
アミノ酸の電気泳動
アミノ酸の混合水溶液に適当なpHのもとで直流電圧をかける. {等電点の違い}}により,\ 各アミノ酸を分離できる. \\
% ろ紙をニンヒドリン溶液で呈色させると,\ 図のように分離する.陽極{陰極{アラニン・グルタミン酸・リシンの混合溶液緩衝液(pH6.0)で湿らせたろ紙
等電点6.0のアラニンは,\ pH\,6.0の緩衝液中では主に双性イオンの状態で存在する. \\[.2zh] 全体として帯電していないため,\ 電圧をかけても移動しない. \\[1zh] 等電点3.2のグルタミン酸は,\ pH\,6.0の緩衝液中では主に陰イオンの状態で存在する. \\[.2zh] 全体として負に帯電しているため,\ 電圧をかけると陽極側に移動する. \\[1zh] 等電点9.7のリシンは,\ pH\,6.0の緩衝液中では主に陽イオンの状態で存在する. \\[.2zh] 全体として正に帯電しているため,\ 電圧をかけると陰極側に移動する. グリシンの水溶液中では,\ 次の平衡関係がある. \\[.2zh] \hspace{.5zw}  $\ce{H3N+-CH2-COOH <=>[K_1] H3N+-CH2-COO- + H+}$ \\[.2zh] \hspace{.5zw}  $\ce{H3N+-CH2-COO- <=>[K_2] H2N-CH2-COO- + H+}$ \\[1zh] \hspace{.5zw}(1)\ \ 電離定数が$K_1=4.0\times10^{-3}$mol/L,\ $K_2=2.5\times10^{-10}$mol/Lとしてグリシンの \\[.2zh] \hspace{.5zw}\phantom{(1)}\ \ 等電点を求めよ. \\[1zh] \hspace{.5zw}(2)\ \ pH\,1の水溶液中における陽イオン・双性イオン・陰イオンのモル濃度の比を求めよ.
(1)\ \ 電離定数の式を作って[\ce{A+}]と[\ce{C-}]について解いた後,\ 等電点の条件[\ce{A+}]=[\ce{C-}]に代入する. \\[.2zh] \phantom{(1)}\ \ さらに[\ce{H+}]について解いた後,\ \text{pH}を求める. \\[1zh] (2)\ \ 電離定数の式を\ \bunsuu{[\ce{^+B-}]}{[\ce{A+}]}=に変形した後[\ce{H+}]の値を代入すると,\ [\ce{A+}]と[\ce{^+B-}]の比が求まる.
\phantom{(1)}\ \ どれを1としてもよいが,\ ここでは[\ce{A+}]を1とする. \\[.6zh] \phantom{(1)}\ \ \maru2を4.0\times10^{-2}\,倍すると 
\phantom{(1)}\ \ \maru1と合体して解答を得る. \\[.2zh] \phantom{(1)}\ \ 1:0.04:0.0000000001\ であり,\ \text{pH}\,1の強酸下では陽イオンの割合が圧倒的に多いことがわかる. \\[1zh] 問題で示されているように,\ グリシン陽イオン[\ce{A+}]からは2個の\ce{H+}\,が電離しうる. \\[.2zh] よって,\ \bm{グリシン陽イオンを2価の酸とみなす}ことができる. \\[.2zh] ゆえに,\ グリシン陽イオンを\ce{NaOH}水溶液で滴定すると,\ 2個の中和点をもつ滴定曲線が得られる.
{グリシン陽イオンの二段階中和}
グリシン陽イオン\ce{A+}\,に\ce{NaOH}水溶液を滴下していくと,\ 徐々に双性イオン\,\ce{^+B-}\,に変化していく. \\[.2zh] 第1電離\ \ce{A+ <=>[K_1] ^+B- + H+}\ が完了した点が第1中和点である. \\[.2zh] このとき,\ 双性イオン\,\ce{^+B-}\,の濃度が最大になる.\ つまり,\ \bm{第1中和点は等電点に等しい.} \\[.2zh] なお,\ 第1中和点までの半分の\ce{NaOH}水溶液を滴下したところでは,\ \ce{A+}\,の半分が中和されている. \\[.2zh] よって,\ [\ce{A+}]=[\ce{^+B-}]\ が成立する. \\[.2zh] さらに\ce{NaOH}水溶液を滴下していくと,\ 双性イオン\,\ce{^+B-}\,が陰イオン\ce{C-}\,に変化していく. \\[.2zh] 第1中和点までの2倍の\ce{NaOH}水溶液を滴下すると,\ 第2電離\ \ce{^+B- <=>[K_2] C- + H+}\ が完了する. \\\\
中間地点における\text{pH}は次のようにして求められる.