・フィッシャーのエステル化反応


(1)実験操作

@ 200 mLビーカーに水を7分目程度まで入れ、ガスバーナーで約80程度に加熱する。

A 50 mLビーカーに水を約30 mL入れる。

B 2 mLのエタノールと約1 mLの酢酸を試験管に入れる。

C Bの試験管に濃硫酸を約0.3 mL(6滴程度)加えて、少し振り混ぜる。

D C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。

E 反応が終わったら、流水で試験管の周りを冷やす。

F Eの試験管にAの水を駒込ピペットで約5 mL加え、よく振り混ぜる。

G Fの試験管を静置させて、液が二層に分かれるのを待つ。

H G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。

I 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、セメダインのいずれかの臭いがする)

J 別のアルコールとカルボン酸で、手順BIを繰り返す。

 

.1  実験で用いるアルコールとカルボン酸の組み合わせ

組み合わせ

アルコール

カルボン酸

I

エタノール

C2H5OH

酢酸

CH3COOH

II

ペンタノール

C5H11OH

酢酸

CH3COOH

III

メタノール

CH3OH

酪酸

C3H7COOH

IV

ペンタノール

C5H11OH

酪酸

C3H7COOH

 

(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、心地よい果実臭を持ち、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RCOORは、カルボン酸RCOOHの誘導体であり、ヒドロキシ基(-OH)の水素原子Hがアルキル基Rに置き換えられています。カルボン酸RCOOHとアルコールROHを、濃硫酸H2SO4などの酸触媒存在下で加熱すると、エステルRCOOR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)。この反応は、1895年にドイツの化学者であるエミール・フィッシャーによって報告されたので、「フィッシャーのエステル化反応(Fischer esterification)」と呼ばれています。

 

物体 が含まれている画像

非常に高い精度で生成された説明

.1  フィッシャーのエステル化反応

 

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.2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、十分注意して取り扱いましょう。

 

.2  実験で用いたカルボン酸とアルコールの臭気

試薬

臭気

酢酸

CH3COOH

お酢

酪酸

C3H7COOH

銀杏、足の悪臭

メタノール

CH3OH

かすかなアルコール臭

エタノール

C2H5OH

消毒液

ペンタノール

C5H11OH

青臭いアルコール臭

 

また、実験で生成したエステルの芳香を、次の表.3に示します。この実験は定量的なものではないので、操作Hでは、エステル層だけを注意深く取るようにしましょう。

 

.3  実験で生成したエステルの芳香

用いたカルボン酸

RCOOH

用いたアルコール

ROH

生成したエステル

RCOOR

エステルの芳香

酢酸

CH3COOH

エタノール

C2H5OH

酢酸エチル

CH3COOC2H5

セメダイン

酢酸

CH3COOH

ペンタノール

C5H11OH

酢酸ペンチル

CH3COOC2H5

バナナ

酪酸

C3H7COOH

メタノール

CH3OH

酪酸メチル

C3H7COOCH3

リンゴ

酪酸

C3H7COOH

ペンタノール

C5H11OH

酪酸ペンチル

C3H7COOC5H11

洋ナシ

 


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