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理科

エステルの合成・分解とヨードホルム反応

桐蔭学園中等教育学校 若松 宏文

1.はじめに

脂肪酸とアルコールから,酸を触媒としてエステルが生成される。この中にはフルーツの香りを有するものが多くある。今回はこの身近な香料の成分であるエステルを簡単に合成させる。さらに,合成したエステルをけん化して,脂肪酸のナトリウム塩とアルコールに分解する反応も確認する。いずれの反応においても,においと液相から確認できるので,生徒に好評の実験である。また,特定の構造をもつ物質に対して反応するヨードホルム反応についても,酢酸とエタノールが陽性か陰性か確認する。

2.実験の方法

[必要な器具]

300mLビーカー,試験管,ガラス管付きゴム栓,温度計,試験管ばさみ,駒込ピペット,保護メガネ,三脚,セラミック付金網,マッチ

実験1 酢酸エチルの合成

〔準備〕
エタノール,酢酸,濃硫酸
〔方法〕
  • (1)300mLビーカーに水(お湯を用意してある)を入れ,80℃くらいにする。
  • (2)酢酸2mLとエタノール2mLを試験管にとり,これに濃硫酸を0.5mL加えて良く振り混ぜる。
  • (3)(2)の試験管にガラス管付きゴム栓をして,図のように300mLビーカーに入れ,時々試験管を振り混ぜながら6分間加熱する。これを2つの試験管を使って同時に行う。(写真では1つのみ)

実験2実験3でそれぞれ使うため。

写真1 湯浴中で加熱
(直火で行わない)
  • (4)ガラス管付きゴム栓を外して,純水を5mL加える。
    このとき,油状の層ができる。これが合成したエステルである。
  • (5)においを確認し,上澄み液(エステルが存在)を,駒込ピペットを使って別の試験管に1mLずつとっておく

実験2実験3で使うため)。残りは廃液に捨てる。

写真2 純水を入れると2層に分かれる
〔考察〕
(4)のにおいと状態について
  • ★においは「果実臭(接着剤・パイナップルのようなにおい)」がする。
  • ★液相の状態は2層に分かれ,上澄み液が酢酸エチル主成分の液体。
  • ★上層は2mL弱できる。

実験2 酢酸エチルの加水分解(けん化)

〔準備〕
実験1で合成した酢酸エチル,5mol/L水酸化ナトリウム水溶液,6mol/L硫酸
〔方法〕
  • (1)実験1で合成した酢酸エチル1mLの入った試験管に5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を5mL加える。ここで2層に分かれるはず。
  • (2)実験1同様,80℃のお湯に入れて,時々試験管を振り混ぜながら,5分間加熱する。
  • (3)試験管を取り出して,時々よく振り混ぜながら2分間冷却し,においを確認する。この段階で油層はほぼ消える。
    ※ここで,油層がほぼ消えるまでよく降り混ぜるようにする。
  • (4)6mol/Lの硫酸を5mL加え,よく振り混ぜて静置し,さらに2分後,再びにおいを確認する。
〔考察〕
(3)と(4)のにおいについて
  • ★(3)のにおいはほとんど無臭だが,エタノールのにおいが若干する。
  • ★ 油層が消えた段階で酢酸エチルはけん化され,酢酸ナトリウムとエタノールに分解されている。
  • ★(4)のにおいは刺激臭がする。酢酸が生成したことがわかる。

実験3 ヨードホルム反応の実験

〔準備〕
エタノール,酢酸,実験1で合成した酢酸エチル
ヨウ素ヨウ化カリウム水溶液,5mol/L水酸化ナトリウム水溶液
〔方法〕
  • (1)ヨウ素ヨウ化カリウム水溶液(KI 1g,I 0.4gに水5mLを加えたもの)を3本用意する。
  • (2)エタノール,酢酸,合成した酢酸エチルの各溶液を1mLずつ,(1)の試験管に入れる。
  • (3)それぞれの試験管を80℃のお湯の中に入れて3分ほど温める。
  • (4)試験管を取り出し,それぞれに水酸化ナトリウム水溶液をヨウ素の色が消えるまで1滴ずつ加える(変化しないものもある)。
〔考察〕
(4)のときのエタノール,酢酸,酢酸エチルの試験管内の変化について
  • ★(1)~(3)までの過程では変化が見られないが,(4)で水酸化ナトリウム水溶液を1滴ずつ加えていくと,エタノールが反応してくる。
  • ★エタノールは黄色沈殿が生成。ヨードホルムのにおいがする。
  • ★酢酸は反応せず。
  • ★酢酸エチルは本来反応しないはずだが,ヨードホルム反応は鋭敏な反応のため,合成した酢酸エチルの液体中(油層側)に含まれるエタノールにも反応を示し,黄色沈殿ができる。

写真3 ヨードホルム反応の様子
左:酢酸 右:エタノール(合成した酢酸エチルも同様の反応を示す)

3.指導上の留意点

4.生徒の様子,感想など

5.参考文献

○原色図解 理科実験大事典 化学編 (全教図)