医薬品の多くは有機化合物である．化学構造によって，様々な物理化学的な性質（水溶性，脂溶性，酸性，塩基性など）が変化する．これらの性質は，医薬品における薬効や体内動態，生体内利用率などに大きく影響する．また，受容体などの標的生体分子との相互作川も，医薬品の構造の特徴によって決まる．そのため，どのような構造がどの性質に影響するかを理解しておかなければならない．
溶解性とは，化合物の溶媒への溶けやすさを示したものである．溶解性は化合物の構造，特に官能基によって変化する．水溶性とは水に溶けやすい性質のことであり，脂溶性は有機溶媒に溶けやすい性質のことをいう．医薬品にとって溶解性は非常に重要であり，医薬品の成否にかかわってくる．たとえば，医薬品は消化管で吸収されるものが多いが，消化管では脂溶性が比較的高いものが吸収されやすい．一方で脂溶性が高すぎると溶解しなくなるため，適切な溶解性が必要とされる．
水溶性とは，水に溶けやすい性質のことである．水に溶けやすいものは，極性が高く，イオン型になっているものが多い．極性を高める官能基としては，水酸基やアミノ基があげられるが，水酸基の場合，１つだけで水溶性になることはなく，糖のように複数個含まれることで水溶性を示すようになる．イオン型の官能基が１つでも含まれていれば，水溶性を示すことが多い．アミノ酸は生体内で両性イオン（カルボキシ基，アミノ基ともにイオン型になっている状態）となっているので高い水溶性を示す（図3-1).しかし，共存する官能基の影響も受けるため，たとえばアラニンは水１Ｌあたりに167.0
g溶解するが，アラニンに脂溶性のベンゼン環が付いたフェニルアラニンでは水１Ｌあたりに29.6
gしか溶解しなくなる．
また，酸性水溶液または塩基性水溶液に溶かしたときにイオンが生じれば，水溶性になることを覚えておこう。
脂溶性とは，油，すなわち有機溶媒に溶けやすい性質のことである．有機溶媒に溶けやすいものは，ベンゼン環や長めの炭素鎖，エステル基やエーテル基，カルボニル基などの官能基を含む化合物である（図3-3）.ただし，これらの構造があってもイオン型の官能基が入ると，水溶性になりやすい．先に紹介したカルボキシ基やフェノール性水酸基，アミノ基はイオン型になっていない場合，脂溶性となるので注意が必要である．
医薬品にとって，脂溶性なのか水溶性なのかは重大な影響を及ぼす．まず，吸収において適度な脂溶性（水溶性）は非常に重要で，どちらかに偏りすぎてしまうと体内に吸収されにくくなる．前章で述べたプロドラッグ化においては，吸収性を向上させるために，様々な化学変換を施して脂溶性や水溶性を調整する．また，吸収された後の分布に関しても，脂溶性と水溶性は重要である．脂溶性が高いと血液脳関門（ＢＢＢ）を通過しやすくなるため，中枢系に作用しやすい．一方，水溶性が高いとＢＢＢを通過できず，中枢系への作用は発現しにくくなる．このように医薬品にとって，脂溶性と水溶性は薬効に強い影響を及ぼす重要なファクターとなる．
酸性や塩基性を示す官能基は，生体内での挙動に注意が必要である（酸・塩基については後述）．一般に生体内はpH
7.4前後に保たれているが，たとえば，アミンはおおよそP^aH*
' > 10なので, pH 7.4ではかなりの割合でプロトン化（イオン化）されていることになる．
一方，カルボン酸はP^*2 = 3なので，生体内ではかなりの割合で脱プロトン化（イオン化）された形で存在しており，これらは生体内では水溶性を示す官能基となる．
狭い意味での酸はプロトン（Ｈ勹を放出するもの，塩基はＨ゛を受け取ることができるものになる（ブレンステッド・ローリーの定義）．広い意味では，酸はローンペア（電子対）を受け取ることができるもの(Lewis酸），塩基はローンペアを与えるもの(Lewis塩基）となる(Lewisの定義）．医薬品を考えるうえでは，最低限，狭い意味での酸・塩基（ブレンステッド・ローリーの定義）を理解できていればよい．
酸性度（酸の強さ）を考えるためには，共役塩基の定義を理解していなければならない．共役塩基とは，酢酸が水溶液中で酢酸イオンとプロトンに電離するときの酢酸イオンのことを指す．すなわち，ある化合物がイオンに解離したときの，プロトンと同時に生じるアニオンのことである．
例）Ｒ−Ｃ００Ｈ → Ｒ−ＣＯＯ一 十 Ｈ
（共役塩基）
酸のなかでも硫酸や塩酸は強酸，酢酸は弱酸に分類される．なぜこのようになるのか．実は酸の強さは，共役塩基の安定性で決定される．酸性を示すのはプロトン（Ｈ勹であり，硫酸でも酢酸でもプロトンを出すのに変わりはないが，なぜ強さが違うのか．それは，硫酸のほうが酢酸よりもプロトンを多く出している，と解釈することができるからである．では，どうすればプロトンを多く出すのか．
酢酸の電離式を考えてみよう．酢酸は下式のように，酢酸イオンとプロトンに電離する．
ch3cooh → ＣＨ３Ｃ００￣ 十 Ｈ゛
プロトンが多く出るためには平衡が右に偏ればよい．では，平衡が右に偏るためにはどうなればよいか．プロトンはどの酸でも変わりがないので，共役塩基である酢酸イオンが安定であればあるほど右に偏る．つまり，酸の強さは共役塩基の安定性に依存していることになる．すなわち，２つの酸の強さを比べるときは，共役塩基の安定性を比べればよい．
では，共役塩基の安定性をどのように比べればよいか．それにはいくつかのパターンがある
（1）電子求引性による安定化
酢酸とトリフルオロ酢酸について比べてみよう．２つの共役塩基はそれぞれ，ＣＨ３Ｃ００￣，ＣＦ３Ｃ００￣である．ではどちらのほうが安定なのか．トリフルオロ酢酸イオンは酢酸イオンの水素がフッ素に置き換わった構造である．フッ素は電気陰性度が大きいため，近傍の電子を引っ張る性質があり（電気陰性度が大きい＝電子求引性が強い），マイナスイオンの電子を引き寄せることで電荷を分散させて安定化する。
そのため，酢酸イオンよりもトリフルオロ酢酸イオンのほうが安定，すなわち，トリフルオロ酢酸のほうが強い酸性を示すことになる．
（2）共鳴による安定化
共鳴は安定化に大きく寄与する効果の１つである．そもそも共鳴とは，電子が分散している様子をあらわしたものである．
たとえば，酢酸イオンの場合，共鳴構造は以下のようにあらわされる。
このとき２つの構造ＡとＢは同じだと思うかもしれない．しかし，共鳴の場合，２つの酸素原子は別々のものとして考えるため，ＡとＢは異なる構造になる．なぜ酸素を別々のものとして考えるのか．共鳴は電子が分散している様子をあらわすためのものである．つまり，この共鳴構造は２つの酸素原子にマイナスの電荷が分散している様子をあらわしているものなので，２つの酸素原子は別々のものとして考えなければならない．実際の酢酸イオンの構造は以下のようになる。
本来この構造を使って書きあらわすべきだが，反応機構などを書くときに面倒なことになる(矢印が書きづらい)．そのため，図3-5の共鳴構造を用いている．
話はそれたが，酸性度の話に戻そう．酢酸とエタノールの酸性度を考えてみる．当然，酢酸のほうが酸性度は高いが，これはどのように説明できるのか．先程と同じように電離式を書いてみると，
CH3COOH → ＣＨ３Ｃ００￣ 十 Ｈ’
CH3CH2OH → CH3CH20" 十 Ｈ゛
となる．前述のとおり，酸の強さは共役塩基の安定性で決まるので，ここではCH3COO"とCH3CH20"の安定性を比較する．この場合，フッ素などは入っていないので，（1）で示したような安定化効果はない．そこで考えるのは共鳴による安定化である．共鳴は電子が分散されて安定化している様子をあらわしているので，共鳴が書ける＝安定化されている，ということになる．
２つのイオンを比べると，酢酸イオン（ＣＨ３Ｃ００￣）は共鳴構造を書くことができるのに対し，エタノールの共役塩基であるエトキシドイオン(ch3ch2o⊃は共鳴構造が書けない．つまり，酢酸イオンのほうが安定であり，酢酸のほうが強い酸ということになる。
ベンゼン環は共鳴安定化の代表例で，６つの炭素上に電子が分散していて安定化している．また，ベンゼン環に隣接する原子上に電荷が生じると，ベンゼン環によって安定化を受ける．たとえば，フェノールがアルコールにもかかわらず弱い酸性を示すのは，生じた共役塩基であるフェノキシドイオンが，ベンゼン環によって共鳴安定化を受けるためである。
また，ベンゼン環上に置換基が存在する場合，安定性に影響を与える．たとえば，電子求引基が置換した場合はトリフルオロ酢酸イオンと同じようにマイナス電荷を分散できるので，共役塩基が安定化されて酸性度が高くなる．一方，電子供与基であるメトキシ基などが置換した場合，共役塩基のマイナス電荷と反発する形になり，全体として不安定化され酸性度は低下する。
また，同じ置換基でも，置換位置によって酸性度が変化する場合がある．たとえばニトロフェノールがその例である。
これらの共役塩基の共鳴構造を以下に示す。
ｓ−ニトロフェノールの場合，電荷の分散はベンゼン環上のみだが,黝ニトロフェノールの場合，電荷の分散がニトロ基まで及ぶ．そのため電荷の分散の度合いが大きくなり，黔ニトロフェノールの共役塩基のほうが安定，つまり酸性度が強いということになる．ここではａ−ニトロフェノールの共鳴構造を示さないが，鈩ニトロフェノールと同じような共鳴構造が書けるので一度考えてみてほしい．
塩基とはプロトンと反応する化合物であり，実際にプロトンと反応しているのは塩基のローンベアである．つまり，塩基性の強さを考えるうえで重要なのは，ローンペアの電子密度（電子供与性）であり，高ければ高いほど強い塩基性を示すことになる（プロトンがカチオンのため）．逆にローンベアの電子密度が低かったり，プロトンと反応するためにローンペアが使えない場合塩基性を示さなくなる．
医薬品に関連した塩基性を示す代表的なものは含窒素化合物，特にアミンであり，一般的な含窒素化合物の塩基性の強さは，以下のようになる｡
脂肪族アミンはアンモニアに比べて，電子供与性のアルキル基がついているため，窒素原子のローンペアの電子密度が高くなり，塩基性が強くなる．また，アンモニアとピリジンでは，ピリジンのローンベアがＳ性が大きいSp2混成軌道に入っているため，電子供与性が低下し，塩基性が低くなる（アンモニアのローンベアはSp3に入っており，Sp3はSp2に比べＳ性が低い）．また，アニリンのローンベアは共鳴によってベンゼン環に流れ込むので，共鳴への関与がないローンペアに比べて電子密度が大きく低下し，塩基性も低くなる．
これ以外に強い塩基性を示すものとして，グアニジン骨格も重要であり，いくつかの医薬品やアミノ酸に含まれている（図3-14).グアニジン骨格が強塩基性を示す理由としては，グアニジンがプロトンと反応して生じる共役酸が，共鳴によって安定化されるためである（酸性度の考え方と同じ)｡
一方，窒素を含んでいるにもかかわらず，塩基性を示さない官能基もある｡
前述のように，塩基性を示すためにはローンペアの電子密度が重要である．アミドは窒素原子の隣に強い電子求引性であるカルボニル基がついているため，窒素原子のローンペアの電子密度が大きく低下し，塩基性を示さない．ニトリル（シアノ）基は，ローンペアがSp混成軌道に入っているためＳ性が高く，電子供与性が低下しているので，塩基性を示さない＊．
一方，ピロールの窒素原子のローンペアは，芳香化するために用いられるため，プロトンとの結合に用いることができず，塩基性を示さない（芳香化するためにはヒュッケル則の(4
n + 2)個の電子が必要となり，ピロールの窒素原子のローンペアはそれに使われてしまうから）．類似の窒素を含む芳香族化合物であるピリジンは二重結合の電子だけで６電子あり，芳香化に窒素のローンペアを必要としないため，そのローンベアがプロトンとの結合に使えるので塩基性を示す｡
ケト−エノール互変異性は，医薬品の構造を考えるうえで基本的かつ重要である．ケトーエノール互変異性は，カルボニル基の共鳴（エノラートイオン）と非常によく似ているが微妙に違う．これは，共鳴が原子の移動を伴わないのに対して，ケトーエノール互変異性は原子の移動を伴うところである。.矢印の書き方も異なるので注意する．基本的にはケト形が安定でエノール形は不安定なため，ケト形で存在している割合が多い．
医薬品では，たとえばアロプリメールの構造は以下のようにエノール形であらわされるが，そのままでは標的酵素の基質であるヒポキサンチンの構造と似ていない([1
3-19].しかし，ケトエノール互変異性によりケト形に書き直してみると，構造がよく似ていることがわかる．このようにケトーエノール互変異性を理解していることは，構造を考えるうえで重要である．
2-4で説明したとおり，医薬品における立体化学は非常に重要である．立体配置が変わると薬効が変化するだけでなく，副作用が出る場合もある．医薬品のほとんどは不斉炭素を１つ以上含んでいるので，立体化学について正確に理解しておくことが大事である．
不斉炭素は炭素に付いている４つの置換基がすべて異なる炭素のことで，その置換基の付き方によってＲ体とＳ体の２つが存在する．４つの置換基のうち，優先順位の一番低い（原子番号が一番小さい）置換基を自分からみて一番奥に配置し，残りの３つの置換基の優先順位を比べたときに，大きい置換基から順に時計回りになるものがj?体で，反時計回りになるものがＳ体である．Ｒ体とＳ体の見分け方は人それぞれである。
エナンチオマーとは１つの不斉炭素をもつ場合．Ｒ体とＳ体の関係にあるものをいう。つまり，右手と左手の関係にあるものである．通常エナンチオマー間では旋光度＊を除き化学的な性質に差がない．つまり，融点や沸点，結晶性などが全く同じである．
このようにj?体とＳ体では旋光度以外に物性の違いがないため，これらの分離は困難である．これが医薬品の多くが不斉炭素をもつにもかかわらずラセミ体で販売されてきた理由の１つである（分離する方法は限定されている）．しかし，医薬品のエナンチオマー間で薬理活性や副作用の違いなどがみられることから，医薬品を光学活性体（純粋なＲ体もしくはＳ体）として販売するようになってきた（キラルスイッチまたはラセミックスイッチ）．
ジアステレオマーとは，エナンチオマー以外の立体異性体のことである．ジアステレオマーには冶-,加鵬-のような幾何異性体も含まれるが，代表的なものは不斉点を２つ以上もっていて，かつエナンチオマーの関係でないものである（エナンチオマーの関係にあるものは，不斉炭素の立体配置がすべてひっくり返ったもの，つまり，（私珀体のエナンチオマーは(S,
s)体である。
エナンチオマーとは異なり，ジアステレオマー同士は物性（融点や沸点，極性や結晶性など）が異なるため，通常の分離操作（再結晶やカラムクロマトグラフィー）によって分離可能である．エナンチオマー同士の分離方法（光学分割法）の１つは，ジアステレオマーの塩に導き，再結晶で分離する方法である．
複素環は，ヘテロ原子（炭素以外の原子のことで，酸素（Ｏ），窒素（Ｎ），硫黄（S）が代表的である）が環構造のなかに含まれた有機化合物のことであり，ヘテロ環ともよばれる．医薬品の多くが複素環を含んでおり，医薬品の作用を考えるうえでも非常に重要である．
医薬品と標的生体分子は，各種相互作用（共有結合，イオン結合，イオン（双極子卜双極子相互作用，水素結合，ファンデルワールス相互作用．疎水性相互作用）によって結合し，薬効を発揮する．複素環は環構成原子として，酸素，窒素，硫黄を含んでいるので，相互作用に必要な「イオン（双極子）一双極子相互作用」，「水素結合」，「疎水性相互作用」をしやすい．また，環のサイズ，ヘテロ原子(0,
N, S)の種類，位置の組合せにより，非常に多種類の化合物をつくることができる．
複素環は様々な構造や名前があるために複雑なイメージがあり，苦手意識をもつ人も多いと思うが，実は医薬品によく使われている複素環はそれほど多くなく，また，複素環の名前には規則性があるので，それを理解できればぐっと覚えやすくなる．
名前の規則性について以下に例をあげる。
. まずピロールとピロリジンだが，みてわかるようにピロールの２つの二重結合がなくなったものがピロリジンで，語尾が「−イジン」と変化していることがわかる．ほかの複素環でも同様で，イミダゾールはイミダソリジン，ピラソールはピラソリジンのように同じ語尾変化となり，構造と名前には関連性がある。
オキサゾールやチアゾールは，イミダゾールの窒素原子の１つが酸素や硫黄に置き換わった複素環である．酸素に置き換わったのがオキサゾール，硫黄に置き換わったのがチアゾールで，置き換わったことを，酸素の場合は「オキサ（ｏｘａ）」，硫黄の場合は「チア(thia)」という接頭語であらわしている．窒素の場合は「アザ(aza)」という接頭語であらわし，窒素を含む５員環を「アゾール」，７員環を「アゼピン」といい，ともに「アザ」が含まれた名前になっている．また，ジアゼピンの「ジ」は有機化学で「2」を意味する言葉であり，この場合，窒素原子が２つ含まれていることをあらわしている。
このように，名前は構造に従って規則的に付けられており，元となる構造と名前を覚えてしまえば，すべて覚えなくとも理解することができる．
前項では複素環の構造と名前について簡単に紹介したが，ここで命名法のルールを説明する．
（1）ヘテロ単環化合物
@環に含まれるヘテロ原子の種類をあらわす接頭語は，
アザ(aza)一窒素（Ｎ）
オキサ（ｏｘａ）一酸素（Ｏ）
チア(thia)一硫黄（S）
である．
第3章医薬品化学を考えるうえで必要な有機化学@
環に同じヘテロ原子が複数個ある化合物の場合は，「ジ（di）」や「トリ(tri)」などの倍数接語を接頭語の前に付ける.
Aヘテロ環の名前（語尾の付け方
医薬品の構造中によくみられる複素環を以下にまとめる。
医薬品化学を学ぶうえで重要な生体関連化合物として，核酸とアミノ酸について有機化学的な面からみていく．核酸はＤＮＡの構成成分であり，またアミノ酸はタンパク質の構成成分として非常に重要な生体関連化合物であることはいうまでもない．それらの構造式と構造式から読み取れる化学的な性質について概説する．
核酸塩基は核酸に含まれる複素環である．複素環の重要性については前述したとおりであるが，核酸塩基はＤＮＡとしてのはたらきをするために重要な役割を果たしている．
核酸塩基は２つの複素環に分けられる．１つはピリミジン環，もう１つはプリン環である．これら２つの複素環は芳香族性を有しているため，構造としては平面構造をとっている。
このことは前述の相互作用の１つ，インターカレーション(1-3-9参照）を考えるうえで重要である.ＤＮＡ中では２つの核酸塩基が水素結合で相互作用して，平面構造をとった核酸塩基対となり，それが層状構造のようになっている．そのため，２つの核酸塩基対の間に平面性の高い化合物（医薬品）が挿入できる。
核酸はヌクレオシド，ヌクレオチドを総称してよび，ヌクレオシドは核酸塩基と糖からなり，ヌクレオチドはヌクレオシドの糖部分にリン酸が結合したものである（表3-2).ヌクレオチドはＤＮＡの構成成分であり,
DNAはリン酸エステル結合によってつながったヌクレオチドの核酸塩基が水素結合することで２本鎖を形成したものである．細胞内は水が多く存在するため，ＤＮＡの二重らせん構造の外側に親水性の糖とリン酸部分が，内側に疎水性の核酸塩基部分が位置する形になっている．
アミノ酸はタンパク質の構成成分であり，タンパク質は受容体や酵素などの生体分子の構成成分である．そのため，アミノ酸の化学的性質を知っておくことは重要である．
アミノ酸は側鎖の構造によって大きく以下@〜Bの３つに分類することができる。
@非極性側鎖アミノ酸 A極性無電荷側鎖アミノ酸 B極性電荷側鎖アミノ酸３つに分類したアミノ酸は，それぞれの性質に応じた役割を果たす.
@非極性側鎖アミノ酸・‥疎水性相互作用
A極性無電荷側鎖アミノ酸・・・水素結合
B極性電荷側鎖アミノ酸・・・イオン結合
これ以外に，覚えておきたい重要なアミノ酸は以下である.
1）プロリン（唯一の環状アミノ酸）
2）硫黄含有アミノ酸・・・システイン，メチオニン
特にシステインはチオール基（-SH）同士が，ジスルフィド（S-S）結合して，タンパク質の三次元構造に大きな影響を与える．チオール基からジスルフィド結合が生成する反応は平衡反応であり，酸化条件下ではチオール基からジスルフィド結合を生成し，還元条件下でジスルフィド結合からチオール基に戻る。
薬物代謝は薬効や毒性に深くかかわっており，医薬品を開発するうえで不可欠な分野である．代謝は，生体内の様々な酵素が，薬物を体外へ排出しようとするはたらきのことであり，薬物がどのような酵素によってどのように代謝されていくのかを説明する．
薬物代謝研究の歴史は浅く，1800年代後半からである．はじめはベンゼンが生体内でフェノールに変換されることや，トルエンから安息香酸が生成されることが見出された。
1900年代中盤から「解毒」という概念ができ，薬物が生体内で変換されるのは，代謝するためだという考え方が定着した.
1964年に，日本人によりシトクロムP450（ＣＹＰ）が同定され，薬物の吸収，分布，代謝，排泄など，いわゆる薬物動態の重要性が認識されるようになった．その後，薬による代謝酵素の誘導や阻害が起こることが発見され，薬物相互作用にかかわっていることが明らかとなり，薬物代謝研究が薬効や毒性発現の評価に極めて重要であることが広く認識されるようになった．
生体に投与された薬物は様々な酵素により代謝されていくが，その過程で活性代謝物が生成されたり，毒性代謝物が生成されたりする．また，反応性の高い代謝物が生成されることもあり，この場合，細胞と反応して毒性を示したり.
DNAと反応して発がん性を示したりすることもある．最終的には投与された薬物のほとんどが不活性代謝物にまで代謝されて体外に排出される．
代謝反応の基本形は（1）極性化反応と（2）抱合反応である.
(1)の極性化反応は，極性官能基であるヒドロキシ基やアミノ基，カルボキシ基が導入，またはそれらへと変換されることである（図3-37).
(2)の抱合反応はグルクロン酸のような極性化合物がヒドロキシ基やアミノ基と結合してより極性を高くすることで排泄を促進する（図3-38).また（1）の極性化反応を細かく分けると，酸化，還元，加水分解に分けることができる．
代謝の形式は大別すると，（1）酸化，（2）還元，（3）加水分解，（4）抱合，の４つとなり，前三者の反応により，ヒドロキシ基，アミノ基，カルボキシ基が生成され，抱合反応を受けやすくなる．さらに抱合反応により，極性がさらに増大し，排泄されやすくなる．前三者の反応を第１相反応といい，抱合反応を第Ｈ相反応という(3)の加水分解による変換ではほとんどが解毒反応であるが,
(1)酸化，（2）還元，（4）抱合の変換を受けることで毒性が発現する場合がある．
生体内に入った薬物は，シトクロムP450（ＣＹＰ）による酸化的代謝を受けることが多い．例を表3-3に示したが，脂肪族炭素が酸化される反応によって，ヒドロキシ基が導入されるのが基本的な反応様式となる.０-脱アルキル化やjV一脱アルキル化ではエーテル基やアミノ基に付いたメチル基が酸化されて，ヒドロキシ基が導入され，ヘミアセタールまたはヘミアミナールの形となり，さらに加水分解を受けてヒドロキシ基や脱メチル化されたアミノ基へと変換される．この代謝様式は医薬品の代謝でよくみられる変換である．また，アルコール（アルデヒド）の酸化も代表的な酸化的代謝である．
また，芳香環の酸化的代謝ではフェノールが生成されるが，この反応では，いったんエポキシド体が生成され，その後.
NIHシフトとよばれる水素（図3-39のアセトアニリドの例では重水素）が転位する反応によりケトン体が生じる．その後，ケトーエノール互変異性によりフェノール体へと変換される．重水素化されていないアセトアニリドではＮＩＨシフトが起こったことがわからないが，図3-39の3,4,3',4'-テトラクロロビフェニルの代謝の例では，クロロ基が転位した生成物が得られてくる．また，アフラトキシンBIが発がん性を示すのは，代謝によりアフラトキシンBI中のフラン環がエポキシ化され，それがＤＮＡやタンパク質と反応するためである．
その他の酸化的代謝に関与する酵素として，モノアミンオキシダーゼ（ＭＡＯ）があり,
MAOは脳内伝達物質であるセロトニンやノルアドレナリンなどのアミン化合物を分解する。
ニトロ基やアソ基などの窒素化合物やケトンのような炭素化合物は還元的代謝を受け，極性の高い官能基に変換される。
加水分解はエステル基やアミド基を加水分解して，極性の高いカルボキシ基へと変換する反応である．医薬品にはエステル化することで脂溶性を向上させたプロドラッグが多く知られておりこれらは生体内でエステラーゼにより加水分解を受けて活性本体に変換される。
抱合反応は第Ｈ相反応とよばれ，グルクロン酸，硫酸，いくつかのアミノ酸やグルタチオンなどが導入される（図3-43).第１相反応で導入された官能基よりも高い極性をもっているため，さらに排泄されやすくなる．
グルクロン酸の抱合反応では，ヒドロキシ基やアミノ基，カルボキシ基に対して，ＵＤＰグルクロン酸転移酵素により，グルクロン酸が導入される．同様に硫酸抱合反応では，硫酸転移酵素により，ヒドロキシ基やアミノ基に硫酸基が導入される。
一方，グルタチオンの抱合反応では，反応する官能基が大きく変わり，ハロゲンやニトロ基，第3章医薬品化学を考えるうえで必要な有機化学@
シアノ基やエノンが抱合される．これはグルタチオンに含まれているチオール（-SH）基の求核性が高く，求核置換反応を起こす置換基と反応するためである。
このように反応形式が異なる抱合反応があることで，様々な化合物を代謝することができる．
軌道とは，原子がもっている電子を受け入れるための入れ物のようなもので（厳密にいうと違うが，理解しやすいようにこの表現を用いた），いくつかの種類（Ｓ軌道，ｐ軌道など）がある．さらにＳ軌道やｐ軌道は，これらが複数組み合わさって，さらに形の異なる混成軌道(sp3やsp混成軌道など）を形成する．軌道の考え方は難しいが，分子の形を理解するうえで重要なので，ポイントをまとめながら全体像を説明する（軌道が苦手な人が理解しやすいよう，わかりやすい表現を心がけているため，一部不正確な記述もあるが，詳細を学びたい人は有機化学や量子化学の教科書を見てほしい）．
一番基本的な原子軌道は，Ｓ軌道とｐ軌道であり，まずこれらの種類と形を理解することが大事である。
Ｓ軌道は原子核の中心に位置する軌道で，円形である．一方，ｐ軌道は原子核中心から２つのローブ（電子が入る軌道，入れ物のようなイメージでとればよい）が出ている．Ｓ軌道は１種類しかないが，ｐ軌道は全部で３種類あり，それぞれＸ軸，ｙ軸，Ｚ軸上に２つのローブがあるp。軌道，py軌道，p,軌道である．
医薬品の構造を考えるうえで特に大事なのは，炭素原子の軌道であり，それを理解するためには，Ｓ軌道とｐ軌道および後述の混成軌道を最低限理解していればよい．
炭素の混成軌道とは，Ｓ軌道と１つもしくは複数のｐ軌道からできた軌道のことである．Ｓ軌道とｐ軌道からできる混成軌道には，Sp混成軌道，Sp2混成軌道，Sp3混成軌道の３種類がある。
それぞれ軌道の形に特徴があり，Sp混成軌道は直線構造で軌道の数は２つ(結合の手の数が２つ)，Sp2混成軌道は平面構造で軌道の数は３つ(結合の手の数が３つ),
sp3混成軌道は四面体構造で軌道の数は４つ(結合の手の数が４つ)である．
これらがこのような構造をとるのは，混成軌道同士が最も反発を避けた結果である．すなわち，Sp混成軌道の場合，２つの混成軌道が最も反発を避けられるのが互いに180°，つまり直線構造となる.Sp2混成軌道の場合，３つの混成軌道が最も反発を避けられるのが互いに120°となる正三角形，つまり平面構造である．同様にSp3混成軌道の場合，４つの混成軌道が正四面体構造の各頂点に向いたときに最も反発が小さくなる．これが各混成軌道の形を決める理由である．
ちなみに炭素数２の化合物で，Sp混成軌道の代表はアセチレン,
sp2混成軌道の代表はエチレン, sp3混成軌道の代表はエタンである．
また，Sp混成軌道はＳ軌道と１つのｐ軌道から，Sp2混成軌道はＳ軌道と２つのｐ軌道から，Sp3混成軌道はＳ軌道と３つのｐ軌道からできている（pの上の数字は，使われたｐ軌道の数をあらわしている).
sp混成軌道は２つの軌道からできるので，２つの混成軌道が新たにでき,
sp2混成軌道は３つの軌道からできるので，３つの混成軌道ができ，Sp3混成軌道は４つの軌道から新たな混成軌道が４つできることになる．
Sp混成軌道 ・・・Ｓ軌道１つとｐ軌道１つ（軌道（結合の手）の数は2）
Sp2混成軌道 ・・・Ｓ軌道１つとｐ軌道２つ（軌道（結合の手）の数は3）
Sp3混成軌道 ・・・Ｓ軌道１つとｐ軌道３つ（軌道（結合の手）の数は4）
【混成軌道はなぜできるのか？】
混成軌道をつくらなくても，Ｓ軌道やｐ軌道だけで結合をつくることは可能である(たとえば水素分子はＳ軌道同士が結合してできる)．しかし，前述のようにメタンやアセチレンは混成軌道を形成する．これは，Ｓ軌道とｐ軌道ではエネルギー準位か異なるため，Ｓ軌道とｐ軌道が混在する状態よりも，すべての軌道が同じエネルギー準位をもつ混成軌道を形成したほうが安定となるからである．具体例をあげて説明しよう．
たとえば，メタン中の炭素は，１つのＳ軌道と３つのｐ軌道をもっている．メタン中の炭素は手を４本もっているので，混成軌道を形成しない場合，１つのＳ軌道と３つのｐ軌道がそれぞれ水素と結合することになる．このとき，４本の結合の強度は均一にはならず，同じＣ-Ｈ結合なのに，安定なものと不安定なものができてしまう．それに対し，１つのＳ軌道と３つのｐ軌道から４つの混成軌道を形成した場合，４本の結合の強度は均一になり，分子全体としても安定になる．
混成軌道がどれかを判断するのに迷う人もいるかもしれない。ここでは便宜的な見つけ方について，炭素の混成軌道を例にあげて説明する（炭素には４つの軌道（S軌道１つとｐ軌道３つ）があることを知っているのは必須である。
まず，二重結合や三重結合の有無をみる．もし二重結合がある場合，二重結合には必ずｐ軌道が１つ使われる（これは覚えておく）．すると残りはＳ軌道１つと，ｐ軌道２つとなるので，これらからできる混成軌道はSp2混成軌道となる．一番簡単な二重結合を含むエチレンの炭素は，Sp2混成軌道で分子の形も平面構造である．二重結合は，ｐ軌道１つとSp2混成軌道１つからできている．
次に，三重結合がある場合，ｐ軌道が２つ使われる（これも覚えておく）ため，残った軌道はＳ軌道１つとｐ軌道１つになる．すなわち，混成軌道はSp混成軌道となる．三重結合はｐ軌道２つとSp軌道１つからできている．