エステル化

出典:マサチューセッツ大学アマースト校のララ・アル・ハリリ、マサチューセッツ州、米国

1. EsterificationExpand

   このラボでは、硫酸の存在下でカルボン酸とアルコールからエステルを合成します。この反応はフィッシャーエステル化と呼ばれます。硫酸は、カルボン酸をアルコールに対してより反応させます。それがなければ、エステル化は遅く、好ましくありません。エステル化は非常に可逆的であるため、過剰なアルコールを使用して反応をエステルに近づけます。

   あなたの反応には、7つのカルボン酸-アルコールペアのうちの1つが割り当てられます。7つの製品テスターは、それぞれにフルーティーな香りが特徴的です。反応が終了すると、製品の蒸気が自分に向かって漂い、匂いがする果物に基づいてそれを識別します。

   • 始める前に、白衣、安全メガネ、ニトリル手袋を着用してください。手記： インストラクターが試薬を配る前に、漂う方法を実演します。直接吸入するのではなく、常に漂うように化合物の匂いを嗅いでください。
   • 準備ができたら、割り当てられたカルボン酸とアルコールを手に入れ、バイアルをドラフトに持ってきてください。「A」、「B」、または「C」とラベル付けされたバイアルがカルボン酸です。他のバイアルはアルコールです。カルボン酸とアルコールの文字を実験ノートに記録します。

     表1:カルボン酸、アルコール、エステルの香り

     	手紙	匂い
     割り当てられたカルボン酸
     割り当てられたアルコール
     合成エステル

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   • さあ、濾紙とパスツールピペットを手に入れましょう。ヒュームフードで、パスツールピペットを使用して、濾紙にアルコールを一滴垂らします。
   • フィルターペーパーをフードの前に持ってきて、アルコールの香りを自分に向けて漂わせてください。嫌な臭いがすることもあるので注意が必要です。
   • 次に、濾紙をフードに戻し、実験ノートにアルコールの香りの簡単な説明を書いてください。カルボン酸が液体の場合は、新しいピペットと濾紙を使用して同じことを行います。手記：固体のカルボン酸が割り当てられている場合は、実験ノートに「固体」と記入し、この手順をスキップします。
   • さあ、オープン3ピンクランプをドラフトのラボスタンドに取り付けます。スタンドの基部にラボジャッキを置き、その上に攪拌板と加熱マントルをセットします。セットアップの横にある温度コントローラーを移動します。
   • 次に、50mLの丸底フラスコに小さな攪拌棒を入れ、フラスコを加熱マントルにしっかりと固定します。
   • 漏斗を使用してフラスコにカルボン酸を追加します。カルボン酸バイアルを1または2mLのアルコールでフラスコにすすぎ、残りのアルコールをフラスコに加えます。
   • 次に、10mLのメスシリンダーを酸専用のドラフトに持ってきて、4mLの3M硫酸を慎重に測定します。手記：毒性と腐食性が高いので、注意が必要です。
   • メスシリンダーをプラスチックパラフィンフィルムで覆います。次に、酸をフードに戻し、フラスコに加えます。液体が2層になっても大丈夫です。
   • では、1本のチューブを使用して、標準コンデンサーの下部アームをヒュームフードの水道栓に接続します。もう一方のチューブを上腕に取り付け、ドレーンに向けます。接続が安全であることを確認してください。
   • コンデンサーの下部すりガラスジョイントに真空グリースを塗布します。コンデンサーを丸底フラスコに取り付け、グリースがしっかりと密閉されていることを確認します。
   • 2番目の3ピンクランプでコンデンサーを所定の位置に固定し、チューブが邪魔にならないことを確認します。実験室用ワイプを使用して余分なグリースを取り除き、ジョイントクリップで接続を固定します。
   • 次に、水がコンデンサーをスムーズに流れるまで、水道の蛇口をゆっくりと開きます。水が排水管に流れ込んでおり、漏れがないことを確認してください。
   • 次に、丸底のフラスコが加熱マントルに収まるまでラボジャッキを上げます。これで、反応混合物を逆流するまで加熱する準備が整いました。
   • 攪拌モーターを中速に設定し、中火または約110°Cの設定値で混合物の加熱を開始します。
   • 混合物の最初の沸点は65〜100°Cです。そのため、加熱されるので注意し、必要に応じて温度設定を調整してください。
   • 混合物が均一に沸騰したら、50分間逆流させます。
   • 次に、火を止め、ラボジャッキを下げ、加熱マントルを丸底のフラスコホルダーに交換します。
   • コンデンサーを所定の位置に残した状態で、混合物を室温まで冷まします。これには通常約10分かかります。その間、600mLのビーカーに氷浴を用意し、ドラフトに持っていきます。
   • 混合物が完全に冷えたら、コンデンサーへの水の流れを止めます。コンデンサーをフラスコから慎重に分離し、邪魔にならないように移動します。次に、氷浴をフラスコまで上げ、10分間冷まします。
   • その後、きれいな10mLメスシリンダーをベースフードに持ってきて、5mLの飽和重炭酸ナトリウムを採取します。
   • フードに戻って、丸底フラスコの首の内側からラボワイプを使用して真空グリースを取り除きます。
   • 次に、清潔なパスツールピペットとpHペーパーをいくつか入手してください。ピペットを使用して、1 mLの飽和重炭酸ナトリウムをフラスコにゆっくりと加え、攪拌棒またはガラス棒で混合物を攪拌します。
   • 残りの重炭酸ナトリウム溶液を一度に1ミリリットルずつ追加し、追加するたびに攪拌します。
   • 次に、新しいピペットを使用して溶液のpHを確認します。pHが<7の場合は、さらに数ミリリットルの重炭酸ナトリウムを取り出し、一度に1 mLずつ追加し、各追加後にかき混ぜてpHを確認します。
   • 溶液が中性になったら、氷浴を取り出し、フラスコの外側をペーパータオルで乾かします。
   • 混合物を数分間放置して、2つの層に落ち着くかどうかを確認します。
   • 次に、きれいなパスツールピペットと新しい濾紙を入手してください。少量の製品溶液を慎重に引き出し、濾紙に1〜2滴を塗ります。製品の混合物が分離した場合は、最初に最上層をテストします。
   • ろ紙をヒュームフードの端に持ってきて、セットを自分の方に漂わせます。香りは、りんご、バナナ、ぶどう、オレンジ、洋ナシ、パイナップル、いちごの7種類から選べます。
   • エステルの香りがすると思われる果物を実験ノートに記録します。どの果物かわからない場合は、インストラクターに参考香料を聞いて判断してください。
   • エステルの匂いを特定したら、攪拌棒を取り出し、反応混合物を非ハロゲン化有機廃棄物容器に捨ててください。ガラス製品と攪拌バーを通常の方法で掃除します。
   • 次に、コンデンサーのクランプを外し、慎重に傾けて、水が出口チューブから排出されるようにします。インレットチューブを水道の蛇口から外し、こぼれないように端を上げたままにし、残りの水をコンデンサーを通って排水管に流します。
   • 次に、コンデンサーをチューブから外し、ラボワイプで底部ジョイントの真空グリースを取り除きます。コンデンサーの内壁は、通常の方法で清掃します。
   • 果物の強い匂いが止まるまで、フィルターペーパーをフードに入れたままにしてください。使用済みのパスツールピペットはガラス廃棄物に捨て、他のゴミは実験室のゴミ箱に捨ててください。
   • 最後に、出発する前に機器を片付け、フードを掃除してください。
2. ResultsExpand

   酢酸プロピルは洋ナシのような匂いがし、酢酸イソアミルはバナナのような匂いがし、酢酸オクチルはオレンジのような匂いがし、酪酸ブチルはパイナップルのような匂いがし、酪酸エチルエチルはイチゴのような匂いがし、酪酸メチルはリンゴのような匂いがし、アントラニル酸メチルはブドウのような匂いがします。

   • エステルの香りを比較して、対応する構造を見つけてください。例えば、梨の香りが強いということは、酢酸プロピルを作ったということです。
   • 開始時のカルボン酸とアルコールを決定します。手記： この反応では、アルコールがカルボン酸を攻撃することを忘れないでください。得られた中間体は、水分子を再配置して排除し、エステルを形成します。
   • 研究によると、アルコキシ酸素はカルボン酸ではなくアルコールに由来することがわかっています。そこで、炭素-酸素単結合でエステル線図を分割し、欠落しているOHとHを埋めて出発物質を求めます。例えば、その結合で酢酸プロピルを分割し、カルボニル炭素にOHを付加し、アルコキシ酸素に水素を加えると、酢酸と1-プロパノールを出発原料として得られます。