アルコールの識別

出典:Lara Al Hariri氏とAhmed Basabrain氏(米国マサチューセッツ州アマースト校

1. フェノールの塩化第二鉄試験Expand

   このラボでは、塩化第二鉄試験、ジョーンズ試験、およびルーカス試験を使用して、未知のアルコールを同定します。既知のアルコールと未知のアルコールを、各テストの陽性結果と陰性結果の例としてテストします。

   4つの既知のアルコールは、1級アルコールである1−ブタノール、2級アルコールである2−ブタノール、2級アルコール、2−メチル−2−プロパノール、第三級アルコール、およびフェノールである。考えられる4つの未知のアルコールは、1-プロパノール、2-プロパノール、2-メチル-2-ブタノール、およびパラ-クロロフェノールです。

   まず、フェノール類の存在に関する塩化第二鉄試験から始めます。塩化鉄(III)または塩化第二鉄は、水に溶解すると茶色の錯体を形成します。この溶液にフェノールを加えると、代わりに紫色の鉄(III)-フェノール錯体が形成されます。この効果は、非芳香族アルコールまたは脂肪族アルコールでは観察されません。

   • 始める前に、白衣、安全メガネ、手袋を着用してください。手記：テストするアルコールは有毒で可燃性であり、使用する試薬は有毒で腐食性があるため、このラボはドラフトで行います。
   • さあ、割り当てられた未知のアルコールをインストラクターから持ってきて、それをドラフトに持ってきてください。250mLのビーカーに「水性金属廃棄物」とラベルを付けます。
   • 次に、5本の小さな試験管をラックに入れ、それらに「1-ブタノール」、「2-ブタノール」、「2-メチル-2-プロパノール」、「フェノール」、「不明」のラベルを付けます。ラックを分析天びんに持ってきて、フェノールを取得します。
   • もしあなたの未知が固体であるなら、それを持ってきてください。約0.2gのフェノールを秤量し、対応するチューブに注ぎます。それが固体である場合は、あなたの未知のために同じことを行い、その後、あなたのフードに戻ります。
   • 次に、3つの小さなバイアルに「1-ブタノール」、「2-ブタノール」、「2-メチル-2-プロパノール」のラベルを付けます。
   • バイアルを溶媒フードに持って行き、清潔なパスツールピペットを使用して、各バイアルに一致するアルコールを約1mL充填します。 手記： ピペットを再利用しないでください。
   • 次に、少なくとも4つのパスツールピペットと250mLのビーカーを入手してください。必要なときにはいつでもピペットを増やし、使用済みのピペットをビーカーに戻さないようにしましょう。
   • ドラフト内で、1-ブタノール、2-ブタノール、2-メチル-2-プロパノールを3〜4滴対応するチューブにピペットで入れます。
   • フェノールチューブに脱イオン水を数滴加え、振って混ぜます。これにより、鉄試験の視覚的な結果が向上します。
   • 未知のアルコールが液体の場合は、清潔なピペットを使用して未知の試験管に3〜4滴入れてください。
   • さて、塩化鉄(III)溶液のボトルを入手し、各試験管に2〜3滴加えます。
   • ガラス棒で各混合物をよくかき混ぜます。脱イオン水を使用して残留アルコールを洗い流してから、次のチューブの内容物を混合します。フェノールが固体の場合は未知のものと一緒に完全に溶解することを確認してください。
   • 5分待ってから、未知の解決策と既知の解決策を比較してください。手記：あなたの未知の溶液がフェノール溶液のように紫色の場合、あなたの未知の溶液はフェノール誘導体です。他の3本のチューブと同じような見た目であれば、フェノール誘導体ではありません。テストの結果をラボノートに記録します。

     表1:未知のアルコールの特定

     アルコール	塩化第二鉄試験	ジョーンズテスト	>ルーカステスト
     1-ブタノール
     2-ブタノール
     2-メチル-2-プロパノール
     フェノール
     不明

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   • 次のテストはフェノールでは機能しないため、ラボの残りの部分でのみ脂肪族アルコールをテストします。未知物質がフェノール誘導体である場合は、未知化合物の説明をスキップし、既知の3つの脂肪族アルコールのみを試験してください。
2. 脂肪族の一次および二次アルコールのジョーンズテストExpand

   このセクションでは、一次アルコールと二次アルコールのジョーンズ検定を実行します。Jonesの試薬は、水中に三酸化クロムと硫酸を添加して作られ、クロム酸(H₂CrO₄)をその場で形成します。この強力な試薬は、第二級アルコールをケトンに、第一級アルコールをアルデヒドに酸化し、アルデヒド水和物を形成した後、さらにカルボン酸に還元します。

   クロムの酸化状態は、このテストの鍵です。クロムは、Jones試薬で+6の酸化状態にあります。試薬中のCr(VI)錯体は、その明るい赤みがかったオレンジ色を与えます。

   Cr(VI)がアルコールを酸化すると、クロムは+3の酸化状態に還元されます。まず、アルコールとクロム酸がクロム酸塩エステルを形成します。次に、塩基(H₂O)がアルコールのC-H結合を切断し、Cr(VI)をCr(IV)に還元しながらカルボニル基を形成します。アルコールの炭素は2電子酸化を受け、Cr(VI)は2電子還元を受けるため、このステップは還元酸化ステップです。Cr(IV)はさらなる酸化ステップに関与し、最終的にCr(III)に還元されます。Cr(III)は、ヘキサアクアクロム(III)イオン[Cr(H₂O)₆]³⁺)およびCr(III)錯体(H₂O分子が1つ以上の硫酸イオン[Cr(H₂O)₅(SO₄)]⁺に置き換えられることがよくあります。これらの錯体は、Cr(III)に特徴的な緑色を与えます。したがって、ジョーンズ試薬をアセトン中の一次アルコールまたは二次アルコールと混合すると、オレンジ色の溶液が緑色に変わります。

   アルコールのジョーンズ酸化は、-OH基がすでに3つの炭素原子に結合しており、追加のC-O結合を形成できないため、第三級アルコールでは機能しません。したがって、クロムは還元されないため、ジョーンズ試薬を第三級アルコールと組み合わせても色の変化は見られません。

   • 4本のきれいな試験管に「1-ブタノール」、「2-ブタノール」、「2-メチル-2-プロパノール」、「不明」のラベルを貼り、それぞれにアセトンを10滴入れます。アセトンは、ジョーンズ酸化に適した溶媒です。
   • 次に、清潔なピペットを使用して、既知の脂肪族アルコールと未知のアルコールを3〜4滴対応するチューブに追加します。
   • ガラス棒で各溶液をよく攪拌し、それぞれを混ぜた後、棒を水ですすいでください。
   • さて、ジョーンズ試薬のボトルを入手し、各チューブに2〜3滴を慎重に追加します。試薬は強酸性で腐食性がありますので、注意して、終わったらボトルにしっかりと蓋をしてください。次に、各溶液をよく混合し、各溶液の後にガラス棒を清掃します。
   • 解を10分間反応させてから、未知数と既知数を比較します。手記：1-ブタノールや2-ブタノールのように、未知の溶液が緑色に変わった場合、その検査は一次アルコールまたは二次アルコールに対して陽性です。2-メチル-2-プロパノールのようにオレンジ色のままの場合、テストは陰性です。
   • 結果を実験ノートに記録します。
3. 小さな飽和アルコールを分類するためのルーカステストExpand

   ジョーンズ検定では、一次アルコールと二次アルコールは区別されないため、ルーカス検定を使用してどちらがアルコールであるかを識別します。

   ルーカスの試薬は、塩化亜鉛と塩酸の混合物で、室温で二級アルコールと三級アルコールをクロロアルカンに変換します。クロロアルカンは水にほとんど溶けないため、混合物が透明な層の上に濁ったクロロアルカン含有層に分離すると、肯定的な結果が現れます。

   反応の律速決定ステップでは、アルコールをカルボカチオンに変換するため、反応の速度はカルボカチオンの安定性に依存します。

   第三級カルボカチオンは非常に安定しているため、第三級アルコールはほぼ即座に陽性反応を示します。第二級カルボカチオンは安定性が低いため、第二級アルコールは数秒から数分後に陽性の結果をもたらします。第一級カルボカチオンはこの反応には不安定すぎるため、第一級アルコールは陰性の結果をもたらします。

   • さて、きれいな試験管のラベルを「1-ブタノール」、「2-ブタノール」、「2-メチル-2-プロパノール」、「不明」と表示してください。
   • Lucasの試薬のボトルを入手し、メスシリンダーを使用して各チューブの試薬の2mLを測定します。
   • 次に、適切なチューブに2-メチル-2-プロパノールを2滴加えます。すぐに、混合物を数秒間攪拌し、ラックに入れます。混合物はすぐに透明な下層と曇った上層に分離します。
   • ガラス棒をよくすすぎ、すぐに陽性の結果を実験ノートに記録します。
   • 残りのアルコールをLucasの試薬と同じ方法で混合します。各アルコールに新しいピペットを使用し、その都度ガラス棒をすすぎます。手記：アルコールを入れすぎたり、チューブをぶつけたりすると、反応が遅くなる可能性があるため、注意してください。
   • 未知のアルコールをルーカスの試薬と混合した後は、すぐに陽性の結果と少し遅れて陽性の結果を区別できるか注意深く観察してください。
   • 数分ごとにチューブをチェックし、陽性の結果を確認したら記録してください。遅延陽性の結果が表示されるまでに約かかった時間に注意してください。
   • チューブが少なくとも15分間放置されたら、結果は最終的なものと見なすことができます。1-ブタノール、2-ブタノール、および該当する場合は未知数の結果を記録します。
   • さあ、片付けましょう。インストラクターがCr(VI)溶液を収集するので、ジョーンズテストのオレンジ色の溶液のチューブはフードに置いておきます。
   • 他の試験管を廃棄物ビーカーに空にし、脱イオン水ですすいでください。漏斗を使用して廃棄物を水性金属廃棄物容器に注ぎ、ビーカーを脱イオン水ですすいでください。
   • さあ、いつものようにガラス製品を洗い、使用済みのピペットはガラス廃棄物に捨ててください。最後に、フードを掃除し、ラボのゴミ箱にゴミを捨てます。
4. ResultsExpand

   あなたの知らないアルコールを特定します。1-プロパノール、2-プロパノール、2-メチル-2-ブタノール、パラクロロフェノールの4つの可能性があります。

   • まず塩化第二鉄試験の結果を考えてみましょう。フェノールのように、未知のアルコールとの混合物が紫色に変わった場合、アルコールはパラクロロフェノールでなければなりません。陰性の結果を見た場合、あなたの不明物は3つの脂肪族アルコールの1つです。
   • ジョーンズテストの結果を見てください。未知のアルコールとの混合物が緑色に変わった場合、未知のものは一次または二次である可能性があります。未知のアルコールとの混合物がオレンジ色のままである場合、未知のアルコールは三次アルコールです。したがって、ジョーンズの結果が陰性であるということは、アルコールが2-メチル-2-ブタノールでなければならないことを意味します。
   • 最後に、ルーカステストの結果を見てください。ジョーンズテストで陰性の結果が出た場合は、ルーカステストでもすぐに陽性の結果が出ているはずです。これにより、あなたのアルコールが三次アルコールであったことが確認されます。あなたの未知のアルコールが少し遅れて陽性の結果を得た場合、あなたの未知のアルコールは二次的であり、したがって、2-プロパノールでなければなりません。最後に、ルーカステストで未知数が陰性だった場合、アルコールは一次アルコールであるため、1-プロパノールでなければなりません。