アルコールとエーテル

アルコールの級数と酸化生成物、ナトリウムとの反応（水素の発生）、濃硫酸による脱水の温度と生成物（約 $170^{\circ} C$ でエチレン、約 $130^{\circ} C$ でジエチルエーテル）、エーテルとの性質の違い（エーテルはナトリウムと反応しない）についての文の正誤を判定できる

前提

構造異性体（高校化学有機化合物（知識））
脂肪族炭化水素の置換反応・付加反応・付加重合（高校化学有機化合物（知識））
酸化・還元の定義（高校化学酸化還元と電池・電気分解（知識））

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酸化と還元（中学理科化学分野の用語と知識）
酸化・還元の定義（高校化学酸化還元と電池・電気分解（知識））

説明

アルコール $R-OH$ と、その構造異性体になりうるエーテル $R-O-R^{'}$ の性質や反応の違いを説明できるようになります。具体的には、アルコールの級数（第一級・第二級・第三級）と酸化して生じる物質、ナトリウムとの反応、濃硫酸を加えて加熱したときの温度と生成物、エーテルとの違いについて、文の正誤を判定できるようになります。

なぜそうしてよいのか

アルコールの性質の多くは、 $- OH$ の H と、 $- OH$ が結合した炭素（ここでは C* と呼ぶ）の H によって決まります。まず $- OH$ の H はナトリウムと反応して水素を出します: $2 C_{2} H_{5} OH + 2 Na \to 2 C_{2} H_{5} ONa + H_{2}$ 。エーテル（例: ジエチルエーテル $C_{2} H_{5} OC_{2} H_{5}$ ）は O が 2 つの炭素にはさまれていて $- OH$ をもたないので、ナトリウムと反応しません。また、アルコールは分子間で水素結合をつくるので、分子量が同じくらいのエーテルより沸点がずっと高くなります（エタノール 78 °C、ジメチルエーテル −25 °C）。

アルコールを酸化する（二クロム酸カリウムの硫酸酸性水溶液などを使う）と、 $- OH$ の H と C* の H が 1 個ずつ取れて、C* と O が二重結合 $C=O$ になります。これは水素を失う反応なので酸化です。C* についている炭素の数で級数を決め、1 個以下が第一級、2 個が第二級、3 個が第三級です。第一級（例: エタノール）は C* に H が 2 個以上あるので、アルデヒド（アセトアルデヒド $CH_{3} CHO$ ）になり、さらに酸化されるとカルボン酸（酢酸 $CH_{3} COOH$ ）になります。第二級（例: 2-プロパノール $CH_{3} CH(OH)CH_{3}$ ）は C* の H が 1 個なのでケトン（アセトン $CH_{3} COCH_{3}$ ）になります。第三級（例: 2-メチル-2-プロパノール $(CH_{3})_{3} COH$ ）は C* に H がないので酸化されにくいのです。

濃硫酸には水を奪うはたらきがあります。エタノールに濃硫酸を加えて約 170 °C に加熱すると、1 分子の中から $H$ と $OH$ が水として取れてエチレンが生じます: $C_{2} H_{5} OH \to CH_{2} = CH_{2} + H_{2} O$ 。約 130 °C では、2 分子の間から水が取れて、2 分子がつながったジエチルエーテルが生じます: $2 C_{2} H_{5} OH \to C_{2} H_{5} OC_{2} H_{5} + H_{2} O$ 。高い温度のほうが 1 分子から取れる、と覚えるとまぎれません。

手順

文に出てくる化合物がアルコール（ $- OH$ をもつ）かエーテル（ $C-O-C$ ）かを確認する
ナトリウムとの反応の文なら、アルコールは $H_{2}$ を発生し、エーテルは反応しないことと照らし合わせる
酸化の文なら、 $- OH$ のついた炭素に結合する炭素の数で級数を決め、第一級 → アルデヒド（さらにカルボン酸）、第二級 → ケトン、第三級 → 酸化されにくい、と比べる
濃硫酸による脱水の文なら、エタノールで約 170 °C → エチレン（1 分子から水が取れる）、約 130 °C → ジエチルエーテル（2 分子から水が取れる）の対応と比べる
沸点や水への溶けやすさの文なら、アルコールは水素結合をつくるので、分子量が同程度のエーテルより沸点が高いことと比べる

例題

アルコールとエーテルについて述べた文として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
アエタノールに濃硫酸を加えて約 130 °C に加熱すると、おもにエチレンが生じる。
イジエチルエーテルに金属ナトリウムを加えると、水素が発生する。
ウ 2-プロパノールを二クロム酸カリウムの硫酸酸性水溶液で酸化すると、アセトンが生じる。
エエタノールの沸点は、分子式が同じジメチルエーテルの沸点より低い。

例題の解答

ア: 手順 4 より、約 130 °C では 2 分子から水が取れてジエチルエーテルが生じる。エチレンが生じるのは約 170 °C。誤り。
イ: 手順 1・2 より、ジエチルエーテルは $- OH$ をもたないので、ナトリウムと反応しない。誤り。
ウ: 手順 3 より、2-プロパノール $CH_{3} CH(OH)CH_{3}$ の $- OH$ がついた炭素には炭素が 2 個結合しているので第二級アルコール。酸化するとケトンのアセトン $CH_{3} COCH_{3}$ が生じる。正しい。
エ: 手順 5 より、エタノールは分子間で水素結合をつくるので、ジメチルエーテルより沸点が高い。誤り。
よって正しいのはウ。

答え:

ウ

よくある誤り

脱水の温度と生成物を逆に覚えてしまう誤り。正しくは、エタノールと濃硫酸を約 170 °C に加熱すると $C_{2} H_{5} OH \to CH_{2} = CH_{2} + H_{2} O$ （エチレン）、約 130 °C では $2 C_{2} H_{5} OH \to C_{2} H_{5} OC_{2} H_{5} + H_{2} O$ （ジエチルエーテル）。
エーテルも O を含むのでナトリウムと反応するとしてしまう誤り。正しくは、ナトリウムと反応して $H_{2}$ を出すのは $- OH$ の H なので、 $2 C_{2} H_{5} OH + 2 Na \to 2 C_{2} H_{5} ONa + H_{2}$ のようにアルコールは反応し、 $- OH$ をもたないエーテルは反応しない。
第二級アルコールを酸化するとアルデヒドが生じるとしてしまう誤り。正しくは、第一級（例: $CH_{3} CH_{2} OH \to CH_{3} CHO$ ）はアルデヒド、第二級（例: $CH_{3} CH(OH)CH_{3} \to CH_{3} COCH_{3}$ ）はケトンになり、第三級は酸化されにくい。
アルコールの $- OH$ を水酸化物イオンと考え、アルコールの水溶液は塩基性を示すとしてしまう誤り。正しくは、 $- OH$ は炭素と共有結合していて水中で $OH^{-}$ を出さないので、エタノールの水溶液は中性。

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

難易度 1（教科書の例題レベル）
エタノール $C_{2} H_{5} OH$ に濃硫酸を加え、約 $130^{\circ} C$ に加熱すると、エタノール 2 分子から水 1 分子がとれて、ある有機化合物が生じる。この有機化合物として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。
- ア　エチレン
- イ　アセトアルデヒド
- ウ　ジメチルエーテル
- エ　ジエチルエーテル
- オ　酢酸エチル

この技能を使う問題

この技能の次に学べること

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