技能一覧 › 高校化学 有機化合物（知識）

芳香族化合物の分離

酸・塩基の強さ（塩酸 > カルボン酸 > 炭酸 > フェノール）と塩の生成を使って、エーテル溶液に希塩酸・水酸化ナトリウム水溶液・炭酸水素ナトリウム水溶液を加えたとき水層に移る化合物を判定できる

前提

• アニリンと芳香族アミン （高校化学 有機化合物（知識））
• 芳香族カルボン酸（安息香酸・サリチル酸） （高校化学 有機化合物（知識））
• 物質の分離・精製の方法 （高校化学 物質の構成と化学結合（知識））

説明

なぜそうしてよいのか

手順

1. 混合物の各化合物を、塩基性（アニリン）、カルボン酸（安息香酸・サリチル酸など）、フェノール類、中性（ニトロベンゼン・トルエンなど）に分類する。

2. 加える水溶液と反応して塩になるものを判断する：希塩酸 → 塩基性のもの。NaOH 水溶液 → カルボン酸とフェノール類。$\mathrm{NaHC}{\mathrm{O}}_3$ 水溶液 → カルボン酸のみ（炭酸より強い酸だけ）。

3. 塩になった化合物は水層へ、反応しなかった化合物はエーテル層に残ると判定する。

4. 操作が続くときは、エーテル層に残った化合物について手順 2・3 をくり返す。

5. 水層の塩をもとに戻すときは、より強い酸（塩酸、$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$）または強塩基（NaOH）を加えて遊離させる。

例題

よくある誤り

• フェノールも酸なので炭酸水素ナトリウム水溶液で水層に移るとしてしまう誤り。正しくは、フェノールは炭酸より弱い酸なので $\mathrm{NaHC}{\mathrm{O}}_3$ とは反応せず、エーテル層に残る。フェノールを水層に移すには NaOH 水溶液を使う（${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_5\mathrm{OH}+\mathrm{NaOH}\to {\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_5\mathrm{ONa}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$）。

• 水酸化ナトリウム水溶液を加えると、カルボン酸だけが水層に移るとしてしまう誤り。正しくは、NaOH は強塩基なので、カルボン酸もフェノール類も塩になり、両方とも水層に移る。

• アニリンが水酸化ナトリウム水溶液で水層に移るとしてしまう誤り。正しくは、アニリンは塩基なので NaOH とは反応せず、酸である希塩酸と ${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_5\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3\mathrm{Cl}$ をつくって水層に移る。

• 水層に移った塩を取り出すときに、弱い酸を加えればよいとしてしまう誤り。正しくは、もとの酸より強い酸を加える必要があり、安息香酸ナトリウムからは塩酸で ${\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_5\mathrm{COONa}+\mathrm{HCl}\to {\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_5\mathrm{COOH}+\mathrm{NaCl}$ として遊離させる（$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ では安息香酸は遊離しない）。

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）

  4 種類の芳香族化合物を溶かしたジエチルエーテル溶液を分液漏斗に入れ、希塩酸を加えてよく振り混ぜたのち静置すると、エーテル層と水層の 2 層に分かれた。このとき、塩酸と反応して塩となり、水層に移る化合物として最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。
  - ア　トルエン
  - イ　フェノール
  - ウ　アニリン
  - エ　安息香酸

この技能を使う問題

• 難易度 2（教科書の章末問題レベル）

  フェノールと安息香酸を溶かしたジエチルエーテル溶液を分液漏斗に入れ、水溶液 [ a ] を加えてよく振り混ぜたのち静置したところ、2 種類の化合物のうち一方だけが塩となって水層に移り、もう一方はエーテル層に残った。このとき水層に移った化合物は [ b ] である。

  空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、次の表のア〜エから 1 つ選べ。

  	a	b
  ア	希塩酸	安息香酸
  イ	水酸化ナトリウム水溶液	フェノール
  ウ	炭酸水素ナトリウム水溶液	フェノール
  エ	炭酸水素ナトリウム水溶液	安息香酸

• 難易度 2（教科書の章末問題レベル）

  アニリン、フェノール、トルエンの 3 種類の化合物を溶かしたジエチルエーテル溶液を分液漏斗に入れ、希塩酸を加えてよく振り混ぜたのち静置したところ、水層とエーテル層の 2 層に分かれた。このとき水層に移った物質として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

  • ア　トルエン
  • イ　フェノール
  • ウ　アニリン塩酸塩
  • エ　ナトリウムフェノキシド
  • オ　塩化ベンゼンジアゾニウム
• 難易度 3（共通テストレベル）

  安息香酸・フェノール・アニリン・ニトロベンゼンの 4 種類の芳香族化合物を溶かしたジエチルエーテル溶液がある。分液漏斗を使ってこれらを分離する操作について述べた文として誤っているものを、次のア〜オから 1 つ選べ。ただし、加える水溶液の量は十分であり、操作のたびによく振り混ぜたのち静置して、水層とエーテル層に分けるものとする。

  • ア　この溶液に希塩酸を加えると、アニリンは塩酸と反応してアニリン塩酸塩となり、水層に移る。
  • イ　アニリンを除いたエーテル溶液に炭酸水素ナトリウム水溶液を加えると、安息香酸は安息香酸ナトリウムとなって水層に移るが、フェノールはエーテル層に残る。
  • ウ　安息香酸も除いたエーテル溶液に水酸化ナトリウム水溶液を加えると、フェノールはナトリウムフェノキシドとなって水層に移る。
  • エ　安息香酸ナトリウムを含む水層に二酸化炭素を十分に通じると、安息香酸が遊離して水に溶けにくい固体として生じる。
  • オ　ニトロベンゼンは酸とも塩基とも反応して塩をつくらないので、ア〜ウの操作を行ったあともエーテル層に残る。