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114年:藥學一(第2次)

下列有機酸，何者 pKa值介於4～5？

Aphenol
Bsulfonic acid
Csulfonimide
Darylcarboxylic acid

詳細解析

本題觀念：

本題考查藥物化學中常見有機官能基的酸鹼度（Acidity/pKa values）。這是藥師國考與藥物化學的基礎考點，因為藥物的 pKa 值直接影響其在生理環境（不同 pH 值）下的解離狀態、溶解度、吸收與分佈。

選項分析

  • A. Phenol (酚類)：

    • 錯誤。
    • Phenol (苯酚) 的 pKa 約為 10 (準確值約 9.9)。
    • 酚類屬於弱酸，在生理 pH (7.4) 下主要以未解離形式存在。其酸性比羧酸弱，但比醇類（pKa ~16-18）強。

  • B. Sulfonic acid (磺酸)：

    • 錯誤。
    • Sulfonic acid (例如 Benzenesulfonic acid) 是非常強的有機酸，其 pKa 值通常 < 1 (甚至為負值，視結構而定)。
    • 在水溶液中幾乎完全解離，遠低於題目要求的 4～5 範圍。

  • C. Sulfonimide (磺醯亞胺)：

    • 錯誤。
    • Sulfonimide 的結構特徵是氮原子連接兩個吸電子基團（通常是兩個 sulfonyl group，或是 mixed sulfonimide 如 saccharin 的結構為 -SO2-NH-CO-）。
    • 這類化合物因具有強吸電子效應，酸性相當強。例如糖精 (Saccharin, o-sulfobenzimide) 的 pKa 約為 1.6；雙磺醯亞胺 (Bis-sulfonyl imides) 的 pKa 也常落在 1～3 之間。
    • 註：若是 Sulfonamide (磺醯胺, R-SO2NH2)，其 pKa 則約為 10，屬於弱酸。

  • D. Arylcarboxylic acid (芳香族羧酸)：

    • 正確。
    • 芳香族羧酸最典型的代表是 Benzoic acid (苯甲酸)。
    • Benzoic acid 的 pKa 值約為 4.2。一般 Arylcarboxylic acid 的 pKa 範圍多落在 3.5 ～ 5 之間（視苯環上的取代基而定，吸電子基會降低 pKa，推電子基會升高 pKa）。
    • 這完全符合題目要求的「pKa 值介於 4～5」。

答案解析

題目詢問何者 pKa 值介於 4～5，經由上述分析：

  • Phenol: ~10
  • Sulfonic acid: < 1
  • Sulfonimide: ~1-3 (強酸性) 或 Sulfonamide ~10
  • Arylcarboxylic acid: ~4.2 (如 Benzoic acid)

故最符合的選項為 (D) arylcarboxylic acid。

核心知識點

藥師國考中，常見官能基的 pKa 數值範圍是必背重點，請熟記以下基準點（Benchmarks）：

  1. 強酸 (pKa < 2)：

    • Sulfonic acids (R-SO3H)
    • Sulfonimides (如 Saccharin, pKa ~1.6)
    • Conjugate acids of strong bases

  2. 中等酸 (pKa 3 ～ 5)：

    • Carboxylic acids (R-COOH)：
      • Arylcarboxylic acid (Benzoic acid): pKa ~ 4.2
      • Aliphatic carboxylic acid (Acetic acid): pKa ~ 4.8

  3. 弱酸 (pKa 8 ～ 11)：

    • Phenols (Ar-OH): pKa ~ 10
    • Sulfonamides (Ar-SO2NH2): pKa ~ 10 (加上吸電子基團可降至 6-9)
    • Imides (如 Phthalimide): pKa ~ 8.3
    • Thiols (R-SH): pKa ~ 10-11

  4. 極弱酸 (pKa > 15)：

    • Alcohols (R-OH): pKa ~ 16-18
    • Amides (R-CONH2): pKa > 15

參考資料

  1. Foye's Principles of Medicinal Chemistry: Chapter on Physicochemical Properties, Acidity of Functional Groups.
  2. Wilson and Gisvold's Textbook of Organic Medicinal and Pharmaceutical Chemistry: Discusses pKa of Benzoic acid and Sulfonamides.
  3. PubChem: Benzoic Acid pKa = 4.2.
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