酢酸エステル類の合成(果物の香り)

実験風景

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実験の紹介

実験の目的とねらい

有機反応は収率100%というわけにはいかない。それは反応時間をいくら長くしても化学平衡となり、生成だけでなく分解反応も起こるからである。したがって、いかにして反応の効率を上げるかが問題となる。本実験では果物の香気成分である酢酸エステル類を効率よく合成し、また分液ロートを用いて分離精製する方法を学ぶ。

実験内容

乾燥したナス型フラスコに無水酢酸と1-プロパノール(または3-メチル-1-ブタノール)を加え、20分間加熱還流する。放冷後、フラスコ内に水を加え、分液ロートを用いて水層(下層)を捨てる。さらに、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液ならびに飽和食塩水で処理する。得られた粗エステルの重量を測定し、理論収量と比較する。

実験上の注意

<実験開始前の準備>
[使用器具および試薬]
・リービッヒ冷却器
・マントルヒーター
・分液ロート
・100 mlナス型フラスコ
・コルク台
・10 mlメートルグラス(メスカップ)
・メスシリンダー
・沸騰石
・飽和食塩水
・飽和炭酸水素ナトリウム水溶液
・無水酢酸
・1-プロパノール
・3-メチル-1-プロパノール
個人器具および机上試薬

[試薬の調製]
・飽和食塩水は、水1 Lに対してNaCl 300 gの割合で入れる。
・飽和炭酸水素ナトリウム水溶液は、水5 Lに対してNaHCO3を500 gの割合で入れる。
・無水酢酸をビーカーにいれたままで一晩放置すると反応性が落ちる。(なるべく空気中で放置しないこと)。
・無水酢酸の試薬びん専用として使用するスポイトのゴムは劣化しやすい。(すぐ空気がもれて使えなくなる)。

<実験開始時の注意>
・エステルのにおいは強いので、沸騰石やこぼしたエステルをふいた紙などはすべて回収する。(ゴミ箱にそのまま捨てると、実験室ににおいが充満する)。
・酢酸イソペンチルはバナナの強いにおいがして、酢酸プロピルは洋ナシ様の弱いにおいである。一度バナナ用に使用した分液ロートはよく洗ってもにおいがなかなか取れない。継続して実験を行う場合には、「バナナ用」と「洋なし用」に分けて分液ロートを使った方がよい(「洋なし」のにおいがバナナのにおいに負けてしまう)。
・ナス型フラスコは必ず乾いているものを使用する。
・ナスフラスコの底をマントルヒーターに密着させる。
・無水酢酸をこぼしたとき、水でぬらしたペーパータオルでふきとる際ににおいがきつく目にしみる。(換気にも注意する)。

<失敗例>
・合成時にコルク栓がしっかりフラスコの口にはまっておらず、蒸気が噴出した。
・分液ロートの操作を誤り、液を撒き散らしてしまった。(原因:コックがゆるんで液がもれた。フタの抑えが甘く、さかさまにしたときに内圧が上がってフタから吹き出した。)
・収量が理論収量よりもかなり大きくなった。(理由:水が相当入っている)。

実験テーマの履歴など

慶應義塾大学日吉キャンパスの文系学生を対象とする化学実験において、この実験テーマは2003年に開始されました。 この実験内容は、日本化学会主催、夢・化学-21で行なわれた実験をベースにしています(1)。そこでは、合成するエステルとして、/飮瀬ぅ愁撻鵐船襦淵丱淵塀)、⊃飮瀬廛蹈團襦瞥離淵掘法↓酢酸ベンジル(モモ)、た飮瀬殴薀縫襦淵丱蕁砲裡桓鑪爐挙げられていましたが、い慮粁舛箸覆襯殴薀縫ールは高価なので除外しました。(ちなみに、この4種類のエステルの中で、強くてわかりやすい香りのするものは、,離丱淵覆世韻箸里海箸任后法の酢酸ベンジル(比重1.05)は予備実験をしてみたところ、抽出の際に水層と分離しにくいことがわかりました。そこで、合成対象を,鉢△砲靴椶蠅泙靴拭また、エステルの精製・抽出には、分液ロートを活用することにしました。このため、原料のアルコールを2 mlから8 mlに、無水酢酸を8 ml から 22 mlに増やしました。(100 mlナスフラスコを使用するので、容積はその1/3が限度です)。最終的に得られたエステルの純度を検定するため、脱水処理したサンプルを用意してNMR測定をしてみたところ、二種類のエステル´△箸盻禀覆任△襪海箸確認できました。なお、学生実験の際に生成した粗エステルにはかなりの水分が入っているため、収率の計算はできませんが、参考のために理論収量の計算はおこなうことにしました。

参考文献
(1) 日本化学会主催、夢・化学-21実験テキスト「果物の香りをつくろう」(大阪市立大学大学院理学研究科、舘 祥光).

実験テキスト

file10.酢酸エステル類の合成.pdf


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Last-modified: 2008-12-15 (月) 17:08:48 (105d)