化学と教育

砂糖は食品に甘みを付与するために古くから用いられている糖類の代表格で,近年では糖類の甘味を受容する生体の仕組みも明らかになってきている。また,糖類の加工技術が進み,さまざまな性質の糖類が製造され,食品に利用されている。本稿では糖類の構造の概要と食品への利用に関して紹介する。

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食品に含まれる糖質(炭水化物)は,タンパク質や脂質とともに三大栄養素の一つに数えられているが,糖質の摂取量は必要エネルギー量の60%程度と他に比べて非常に大きいことからも,その重要性をうかがい知ることができる。しかし,摂取される糖質はエネルギー源として利用されるばかりではなく,さまざまな生理機能に利用されている上,共生する腸内細菌が利用することによりその恩恵をも受けている。本稿では糖質がどのように化学物質としてふるまっているのかについて,「見分ける」をキーワードとして概説する。

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細胞表層の糖タンパク質や糖脂質は,細胞間,あるいは細胞と他の分子とのコミュニケーションに役立っている。糖類を高分子につけることで,この精緻な糖類の機能を取り込んだ機能材料を設計することができる。また一方で,セルロースやアミロースをはじめとする多糖は,代表的なバイオマスである。これらの糖質バイオマスを原料にして,生物学的あるいは化学的な変換を経て,一般の化学物質や汎用高分子,そして機能材料を得る試みが進みつつあり,多岐に渡る物質生産の流れを大きく変えようとしている。日常で使われている高分子化合物を含めた多くの化学物質は,枯渇が懸念される化石資源である石油に大きく依存しており,限りある資源から脱却した再生産可能な糖質に由来する分子設計,材料設計が重要な時代を迎えている。

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酢酸およびその誘導体について,それらの構造,酸性度,さらには反応性を中心に解説する。医薬品を例に生理活性物質の部分構造としての酢酸の重要性についても簡単に触れる。また,化合物の酸性度を議論する上で汎用される酸解離指数(pKa)の概念を解説するとともに,酢酸および酢酸誘導体の酸性度やアセチル化に対する反応性を理解する。酢酸の溶媒としての利用や,酢酸イオンの塩基性についても簡単に触れる。

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