・フィッシャーのエステル化反応


(1)実験操作

(i)200 mLビーカーに水を7分目程度入れ、ガスバーナーで約80程度に加熱する。

(ii)50 mLビーカーに水を約30 mL入れる。

(iii)任意の約2 mLのアルコールと約1 mLのカルボン酸を試験管に入れる。

(iv) (iiii)の試験管に濃硫酸を約0.3 mL(約6滴)加えて、少し振り混ぜる。

(v) (iv)の試験管を約80の温水に浸して、時々振り混ぜながら約5分間加熱する。

(vi)反応が終わったら、流水で試験管の周りを冷やす。

(vii) (vi)の試験管に(ii)の水を駒込ピペットで約5 mL加え、少し振り混ぜる。

(viii) (vii)の試験管を試験管立てに静置して、二層に分かれるのを待つ。

(ix) (viii)の試験管の上の層(油層)だけを注意深く駒込ピペットで少量取り、シャーレに移す。

(x)移し終わったら、生成物の香りをかいでみる。(リンゴ、バナナ、洋ナシ、セメダイン)

(xi)別のアルコールとカルボン酸で、手順(iii)(x)を繰り返す。

 

(2)理論

 カルボン酸の多くは、一般的に強い悪臭を持ちます。例えば、酢酸CH3COOHは食酢の刺激臭を持ち、酪酸C3H7COOHは腐ったバターまたは銀杏の悪臭を持ちます。また、アルコールの多くは、一般的に「鼻を突く」と形容される臭気を持ちます。

しかしながら、任意のカルボン酸とアルコールを縮合させたエステルは、心地よい芳香を持つようになるため、香水や香料としての用途があります。例えば、低分子量のエステルは果実臭を持ち、ギ酸エチルHCOOC2H5はパイナップル、酢酸プロピルCH3COOC3H7はバナナの芳香を持ちます。

エステルは、カルボン酸の誘導体であり、ヒドロキシ基の水素がRに置き換えられています。カルボン酸とアルコールを、濃硫酸H2SO4などの酸触媒存在下で加熱すると、エステルと水H2Oが生成し、反応物との間に平衡反応が成立します(有機反応機構(カルボン酸とその誘導体の反応)を参照)

 

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.1  フィッシャーのエステル化反応

 

この反応方法は、ドイツの有機化学者エミール・フィッシャーが開発したものであり、その名にちなんで、フィッシャーのエステル化反応(Fischer esterification)と呼ばれています。

この反応は、混合物の状態で平衡に達するため、エステルを高い収率で得ることは、一般的に難しいです。そこで、カルボン酸かアルコールのどちらかの反応物を過剰量反応させたり、水を系外へ除去させたりすることで、平衡をエステル側へ偏らせる手法がとられます。この実験では、アルコールを過剰量入れることで、平衡をエステル側に偏らせています。

 

(3)結果

 実験で用いたカルボン酸とアルコールの臭気を、次の表.1に示します。酪酸は特に臭気が強いので、衣服に付かないように注意して取り扱いましょう。

 

.1  実験で用いたカルボン酸とアルコールの臭気

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また、実験で生成したエステルの芳香を、次の表.2に示します。この実験は定量的なものではないので、操作(vi)では、エステル層だけを注意深く取るようにしましょう。

 

.2  実験で生成したエステルの芳香

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