酢酸とエタノールの混合物に少量の濃硫酸を加えて穏やかに加熱したところ、酢酸とエタノールが反応して水がとれ、果実のような芳香をもつ水に溶けにくい液体が生じた。このとき生じた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 アセトアルデヒド
- イ ジエチルエーテル
- ウ 酢酸エチル
- エ 無水酢酸
- オ エチレン
カルボン酸とエステル
カルボン酸の酸性の強さ（炭酸より強い）、ギ酸の還元性、酸無水物の生成、エステル化とけん化で生じる物質を選べる
前提
- アルデヒドとケトン （高校化学 有機化合物（知識））
- 弱酸の遊離・揮発性の酸の遊離 （高校化学 酸と塩基（知識））
この技能までの道筋（30 技能）
読み込み中…
右端（太枠）がこの技能です。左へドラッグすると、さらに前の前提をさかのぼれます。技能を押すと、そこまでの道筋が光ります。
一覧で見る（前提が先）
- 実験器具の使い方と安全 （中学理科 化学分野の用語と知識）
- 気体の発生方法・性質・集め方 （中学理科 化学分野の用語と知識）
- 有機物・無機物と金属の性質 （中学理科 化学分野の用語と知識）
- 原子・分子と化学式 （中学理科 化学分野の用語と知識）
- 原子の構造と同位体 （高校化学 物質の構成と化学結合（知識））
- 電子配置と価電子 （高校化学 物質の構成と化学結合（知識））
- 周期表と周期律 （高校化学 物質の構成と化学結合（知識））
- イオン化エネルギー・電子親和力・電気陰性度 （高校化学 物質の構成と化学結合（知識））
- イオンと電離・電解質 （中学理科 化学分野の用語と知識）
- イオン結合と金属結合 （高校化学 物質の構成と化学結合（知識））
- 共有結合と配位結合 （高校化学 物質の構成と化学結合（知識））
- 分子の形と極性 （高校化学 物質の構成と化学結合（知識））
- 分子間力と沸点 （高校化学 物質の構成と化学結合（知識））
- 結晶の種類と性質 （高校化学 物質の構成と化学結合（知識））
- 水溶液の性質と再結晶 （中学理科 化学分野の用語と知識）
- 溶解のしくみ（水和）と極性による溶けやすさ （高校化学 溶液の性質（知識））
- 有機化合物の特徴と官能基による分類 （高校化学 有機化合物（知識））
- 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））
- 分解と化合（化学変化の種類） （中学理科 化学分野の用語と知識）
- 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））
- アルコールとエーテル （高校化学 有機化合物（知識））
- 酸化数と酸化・還元の判定 （高校化学 酸化還元と電池・電気分解（知識））
- 酸化剤と還元剤 （高校化学 酸化還元と電池・電気分解（知識））
- アルデヒドとケトン （高校化学 有機化合物（知識））
- 酸・アルカリと中和・指示薬 （中学理科 化学分野の用語と知識）
- アレニウスとブレンステッド・ローリーの酸・塩基の定義 （高校化学 酸と塩基（知識））
- 酸・塩基の価数・強弱と電離度 （高校化学 酸と塩基（知識））
- 弱酸の遊離・揮発性の酸の遊離 （高校化学 酸と塩基（知識））
説明
カルボキシ基 をもつ化合物をカルボン酸、カルボン酸とアルコールから水が取れてできた （エステル結合）をもつ化合物をエステルといいます。この技能では、カルボン酸が炭酸より強い酸であること、ギ酸だけが還元性を示すこと、2 つの から水が取れて酸無水物ができること、エステル化とけん化で何が生じるかを使って、生成物や性質を選べるようになります。有機化合物の反応や分離の問題で繰り返し使う知識です。
なぜそうしてよいのか
カルボキシ基の の H は、水中で一部が として電離します：。電離度は小さいので弱酸ですが、炭酸（）よりは強い酸です。そのため弱酸の遊離の考え方から、炭酸水素ナトリウムに加えると炭酸が追い出されて二酸化炭素が発生します：。強さの順は「塩酸・硫酸などの強酸 ＞ カルボン酸 ＞ 炭酸」で、これがカルボン酸を見分けたり分離したりする手がかりになります。
ギ酸 は、構造を と書くと、アルデヒドと同じ の形を含んでいます。このためギ酸は酸性を示すと同時に、アルデヒドと同じように酸化されやすく還元性を示し、銀鏡反応を示したり、硫酸酸性の過マンガン酸カリウム水溶液の赤紫色を消したりします。酢酸 にはこの部分がないので還元性を示しません。また、2 つのカルボキシ基から水 1 分子が取れてつながると酸無水物ができます。酢酸 2 分子から無水酢酸 が、また分子内で 2 つの が近くにあるマレイン酸（シス形）は加熱するだけで無水マレイン酸になります。2 つの が反対側にあるフマル酸（トランス形）は、加熱しても酸無水物になりません。
カルボン酸とアルコールを、濃硫酸を少量加えて加熱すると、カルボン酸の とアルコールの の H から水が取れてエステルができます（エステル化）：（酢酸エチル）。逆にエステルに水酸化ナトリウム水溶液を加えて加熱すると、エステル結合が切れてカルボン酸のナトリウム塩とアルコールが生じます（けん化）：。生じたカルボン酸がすぐ NaOH と中和されて塩になるので、けん化は最後まで進みます。
手順
物質がもつ官能基を確認する： ならカルボン酸、（両側が炭化水素基など）ならエステル。
酸性の強さを判断する：強酸 ＞ カルボン酸 ＞ 炭酸。カルボン酸は と反応して を発生させ、カルボン酸の塩に強酸を加えるとカルボン酸が遊離する。
還元性を判断する： の形を含むギ酸 は還元性を示す（銀鏡反応、 の脱色）。酢酸などは示さない。
酸無水物を判断する：2 つの から が 1 分子取れる（例：、マレイン酸は加熱で無水マレイン酸、フマル酸はならない）。
エステル化・けん化の生成物を決める：酸＋アルコール（濃硫酸、加熱）→ エステル＋水。エステル＋NaOH（加熱）→ カルボン酸のナトリウム塩＋アルコール。
手順 2〜5 の結果と選択肢を照らし合わせて選ぶ。
例題
酢酸エチル に水酸化ナトリウム水溶液を加えて加熱し、完全に反応させた。このとき生じる物質の組み合わせとして正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
ア 酢酸とエタノール
イ 酢酸ナトリウムとエタノール
ウ 酢酸とナトリウムエトキシド
エ ギ酸ナトリウムとエタノール
例題の解答
手順 1：酢酸エチルは のエステル結合をもつエステルで、酢酸 とエタノール からできたものである。炭素数 2 の酢酸の部分からできているので、炭素数 1 のギ酸の塩が生じるエは誤り。
手順 5：エステルに NaOH を加えて加熱するとけん化が起こり、エステル結合が切れてカルボン酸のナトリウム塩とアルコールが生じる。
生じた酢酸は NaOH で中和されて酢酸ナトリウムになるので、酢酸のまま残るとしたアは誤り。エタノールの は水溶液中で NaOH と反応しないので、ナトリウムエトキシドが生じるとしたウも誤り。
手順 6：生じる物質は酢酸ナトリウムとエタノールで、イ。
答え: イ
よくある誤り
カルボン酸は弱酸なので、炭酸水素ナトリウムとは反応しないとしてしまう誤り。正しくは、カルボン酸は炭酸より強い酸なので のように を発生させる。
酢酸もギ酸と同じくカルボン酸なので還元性を示すとしてしまう誤り。正しくは、還元性を示すのは のように の形を含むギ酸だけで、 は銀鏡反応を示さない。
けん化でカルボン酸そのものが生じる、またはエステル化で水が生じないとしてしまう誤り。正しくは、エステル化は で水が取れ、けん化は でカルボン酸の塩が生じる。
マレイン酸とフマル酸のどちらも加熱すると酸無水物になるとしてしまう誤り。正しくは、2 つの が同じ側にあるマレイン酸（シス形）だけが加熱で を失って無水マレイン酸になり、反対側にあるフマル酸（トランス形）はならない。
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
この技能を使う問題
酸素を含む脂肪族化合物の性質と反応に関する記述として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。
- ア 2-プロパノールを硫酸酸性の二クロム酸カリウム水溶液で酸化すると、プロピオンアルデヒド（プロパナール）が生じる。
- イ ジエチルエーテルは 1-ブタノールと互いに構造異性体であり、金属ナトリウムを加えると水素を発生する。
- ウ アセトンにフェーリング液を加えて加熱すると、赤色の沈殿が生じる。
- エ ギ酸は分子中にホルミル基（アルデヒド基）をもつので、アンモニア性硝酸銀水溶液を還元して銀を析出させる。
- オ 酢酸エチルに水酸化ナトリウム水溶液を加えて加熱すると、エステル化が起こって酢酸ナトリウムとエタノールが生じる。
油脂に水酸化ナトリウム水溶液を加えて加熱すると、油脂のエステル結合が切れて、グリセリン（1,2,3-プロパントリオール）と高級脂肪酸のナトリウム塩（セッケン）が生じる。このように、エステルに強塩基の水溶液を加えて加熱し、アルコールとカルボン酸の塩に分解する反応を何というか。
酸素を含む脂肪族化合物の性質と反応について述べた文として正しいものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。
- ア エタノールに濃硫酸を加えて約 に加熱すると、主にジエチルエーテルが生じる。
- イ 2-プロパノールを硫酸酸性の二クロム酸カリウム水溶液で酸化すると、プロピオンアルデヒド（プロパナール）が生じる。
- ウ ギ酸は還元性を示さないので、アンモニア性硝酸銀水溶液に加えて温めても、銀は析出しない。
- エ 酢酸エチルに水酸化ナトリウム水溶液を加えて加熱すると、酢酸ナトリウムとエタノールが生じる。
- オ ジメチルエーテルはエタノールの構造異性体であり、金属ナトリウムを加えると水素を発生する。
次の文中で述べている化合物 X の名称を答えよ。
酢酸 に十酸化四リン などの脱水剤を作用させて加熱すると、酢酸 2 分子のカルボキシ基の間から水 1 分子が取れて、化合物 X が生じる。X は分子中にカルボキシ基をもたないので酸性を示さず、水には溶けにくいが、水と徐々に反応して酢酸にもどる。また、X はアルコールのヒドロキシ基やアミンのアミノ基と反応してアセチル基 を導入する試薬（アセチル化剤）として、エステルやアミドの合成に用いられる。
この技能の次に学べること
- 油脂とセッケン・合成洗剤 （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））
- 官能基の検出反応 （高校化学 有機化合物（知識））
- 高分子化合物の特徴と重合の種類 （高校化学 高分子化合物（知識））