天然高分子化合物の概要
天然高分子は、人類が最も早く利用した素材のひとつであり、衣類・食料・医療など生活全体と深く結びついてきた。綿や麻に代表されるセルロース繊維は、1万年前の新石器時代には衣料としてすでに用いられていた。古代文明でも紙・衣服・木材として広く利用され、生活基盤を形成した。
デンプンも農耕文化の成立とともに主食として定着し、米・小麦・トウモロコシなど主要作物の中心成分となった。食品だけでなく、糊や紙の強化、発酵・酒造など用途は多岐にわたる。化学的には、光合成でつくられたグルコースを蓄える高分子であり、分解によって得られるグルコースは生命活動の貴重なエネルギー源となる。
19世紀にはセルロースを化学加工した硝化綿が発明され、写真フィルムや医療用ガーゼの消毒材として利用された。また、セルロースを再生してつくるレーヨンは最初の人工繊維として普及し、衣料や衛生材料などに広く用いられた。
タンパク質高分子も古くから重要な素材として利用されてきた。羊毛や絹はアミノ酸が多数結合した繊維状タンパク質であり、衣料に欠かせない。タンパク質の結合変化を利用したパーマの原理も、高校化学で扱う代表的な応用例である。医療の分野でも、酵素の働きやタンパク質の立体構造の理解が、薬理や生体反応の解明に直結する。
20世紀半ばにはDNA・RNAの構造が解明され、生命科学が急速に発展した。DNAは「人体の設計図」とも呼ばれ、細胞がどのタンパク質を作るかを決定する情報分子である。遺伝子検査やワクチン開発など、現代医療における基盤技術を支える天然高分子でもある。
このように、天然高分子は衣類・食品・医療など生活のあらゆる分野に関わっており、結合様式・立体構造・加水分解など高校化学で扱う内容が、そのまま性質や用途の理解につながっている。
天然高分子化合物の攻略
高分子化合物分野の学習は高校化学の最後になるため、学習時間が限られがちである。また、構造式の複雑さや計算問題の多さから苦手意識を持つ学生も多く、十分に対策されないまま入試を迎えることが珍しくない。
しかし、大学受験では出題頻度が高く、暗記量も多いため、しっかり学習したかどうかが合否に大きく影響しうる。理論・無機・有機の陰に隠れがちだが、決して軽視できない分野である。
天然高分子の理解には、有機化学の基礎が不可欠である。特に糖類・アミノ酸・ペプチドなどは構造式を自分で描く過程で理解が深まるため、手を動かしながら学習することが重要である。
また、生物教科と重なる内容が多いため、生命科学的な視点を持つと理解しやすく、生物選択者には有利に働く分野でもある。
当カテゴリでは、基本事項から頻出問題、さらに難関大レベルの発展内容まで体系的に整理している。確実な得点源として活用してほしい。
天然高分子化合物の学習リスト
- 高分子化合物の分類、構造、重合の種類、性質、平均分子量の測定
- 単糖類 C₆H₁₂O₆（グルコース、フルクトース、ガラクトース）とその性質・分類・立体構造・異性体
- 二糖類（C₁₂H₂₂O₁₁）（マルトース、スクロース、セロビオース、ラクトース、トレハロース）
- デンプン(多糖類)の加水分解、アミロースとアミロペクチン
- アミロペクチンの枝分かれの数の推定
- デンプンとセルロースの比較、天然繊維と化学繊維
- 代表的なα-アミノ酸の特徴と性質、シスチンとその立体異性体
- アミノ酸の電離平衡と等電点と電気泳動、グリシン陽イオンの二段階中和
- ペプチドとその異性体、グルタチオン
- タンパク質の分類、高次構造、性質、検出、毛髪パーマの原理
- ペプチドの構造決定問題演習
- ケルダール法による粗タンパク質の定量
- 酵素反応の仕組み、最適温度と最適pH
- 酵素反応速度論（ミカエリス・メンテンの式）
- 核酸(DNAとRNAの違い)、DNAの構造と役割(タンパク質の合成)
- 呼吸と代謝、ATPの構造とはたらき