
アルコールとエーテル
カメレオン先生アルコールは級で酸化されやすさが変わる。温度条件でエチレンかエーテルかが変わるのもセットで覚えよう。
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- ヒドロキシ基-OHが炭化水素に結合した化合物(新しいタブで開きます)をアルコールといい、級数で第一級・第二級・第三級に分類される。
- エタノールは濃硫酸と加熱する温度によって分子内脱水でエチレン(新しいタブで開きます)、分子間脱水でジエチルエーテルを生じる。
- エーテルは酸素原子が炭化水素基にはさまれて反応性が低く、ナトリウムとも反応しない。
詳しく
アルコールの分類とエーテル
ヒドロキシ基-OHが鎖式炭化水素の炭素原子に結合した化合物をアルコールという。-OHが結合した炭素原子に結合する炭素原子(アルキル基)の数によって、0個または1個なら第一級アルコール、2個なら第二級アルコール、3個なら第三級アルコールに分類される。
アルコールにナトリウムを加えると、水素が発生するのが特徴だ。2C₂H₅OH+2Na→2C₂H₅ONa+H₂のように進み、ヒドロキシ基のH原子がNaと置き換わる。この反応は-OHをもつことを確かめる方法の一つである。
酸素原子を間にはさんで2つの炭化水素基が結合した化合物をエーテルという。代表例のジエチルエーテルC₂H₅-O-C₂H₅(分子式C₄H₁₀O)は、1-ブタノールC₄H₉OHと同じ分子式をもつ構造異性体(新しいタブで開きます)の関係にある。
例:エタノールの脱水反応と酸化
エタノールC₂H₅OHに濃硫酸を加えて160〜170℃で加熱すると、分子内で水がとれる分子内脱水が起こり、C₂H₅OH→CH₂=CH₂+H₂Oのようにエチレンが生じる。
同じエタノールに濃硫酸を加えて130℃程度で加熱すると、2分子のエタノールから水1分子がとれる分子間脱水が起こり、2C₂H₅OH→C₂H₅-O-C₂H₅+H₂Oのようにジエチルエーテルが生じる。生成物(新しいタブで開きます)が変わるのは、加熱する温度条件の違いによるものだ。
第一級アルコールのエタノールを酸化剤(新しいタブで開きます)で酸化すると、アセトアルデヒドCH₃CHOを経て酢酸CH₃COOHになる。第二級アルコールの2-プロパノール(CH₃)₂CHOHを酸化するとケトンのアセトンCH₃COCH₃になる。
酸化されやすさと沸点の違い
第一級アルコールが酸化されやすいのは、ヒドロキシ基が結合した炭素原子に水素原子(新しいタブで開きます)が2個残っているためで、酸化のたびに水素が奪われてアルデヒド、さらにカルボン酸へと変化できる。
第三級アルコールは、ヒドロキシ基が結合した炭素原子に水素原子が残っていないため、同じ条件では酸化されにくい。アルコールの級数は、酸化されやすさや脱水の起こりやすさを決める目安になる。
エーテルの酸素原子は炭化水素基にはさまれて反応にかかわりにくく、ナトリウムとも反応しない。沸点(新しいタブで開きます)が同じ分子量(新しいタブで開きます)のアルコールより低いのは、エーテルの分子間に-OHのような水素結合(新しいタブで開きます)ができないためである。
確認問題
確認問題(解答用紙)
スマホやタブレットで読み取ると、この問題をその場で解けます。
https://manazoo.com/science/alcohols-and-ethers/?from=print#quiz
ヒドロキシ基が結合した炭素原子に、結合するアルキル基が2個あるアルコールを何というか。
- ◯ 第一級アルコール
- ◯ 第四級アルコール
- ◯ 第二級アルコール
- ◯ 第三級アルコール
正解:第二級アルコール
ヒドロキシ基-OHが結合した炭素原子に結合するアルキル基の数が0個または1個なら第一級アルコール、2個なら第二級アルコール、3個なら第三級アルコールと分類される。エタノールに濃硫酸を加えて160〜170℃で加熱したときに主に起こる反応はどれか。
- ◯ 分子間脱水でジエチルエーテルができる
- ◯ 付加反応でエタンができる
- ◯ 酸化反応で酢酸ができる
- ◯ 分子内脱水でエチレンができる
正解:分子内脱水でエチレンができる
160〜170℃で加熱すると分子内脱水が起こり、C₂H₅OH→CH₂=CH₂+H₂Oのようにエチレン(新しいタブで開きます)ができる。130℃程度ではエタノール2分子(新しいタブで開きます)から水がとれる分子間脱水が起こり、ジエチルエーテルができる。ジエチルエーテルC₂H₅-O-C₂H₅(分子式C₄H₁₀O)と構造異性体の関係にある物質はどれか。
- ◯ 酢酸
- ◯ 1-ブタノール
- ◯ エタノール
- ◯ アセトン
正解:1-ブタノール
ジエチルエーテルは分子式C₄H₁₀O。1-ブタノールC₄H₉OHも分子式がC₄H₁₀Oで、原子のつながり方が違う構造異性体(新しいタブで開きます)の関係にある。第三級アルコールが第一級・第二級アルコールと同じ条件では酸化されにくい理由として正しいものはどれか。
- ◯ 分子量が大きいから
- ◯ ヒドロキシ基をもたないから
- ◯ 炭素骨格が環状だから
- ◯ ヒドロキシ基が結合した炭素原子に水素原子が残っていないから
正解:ヒドロキシ基が結合した炭素原子に水素原子が残っていないから
第三級アルコールは、ヒドロキシ基が結合した炭素原子にすでに3個のアルキル基が結合し、水素原子(新しいタブで開きます)が残っていない。酸化は炭素に結合した水素が奪われることで進むため、水素が残っていないと酸化されにくい。
単元のポイント
- アルコールの級 -OHが結合した炭素に結合するアルキル基の数で第一級・第二級・第三級に分かれる
- ナトリウムとの反応 2C₂H₅OH+2Na→2C₂H₅ONa+H₂。-OHをもつことの確認に使われる
- 脱水反応 160〜170℃で分子内脱水(エチレン)、130℃程度で分子間脱水(エーテル)
- エーテル 酸素原子を間にはさんだ構造で反応性が低く、有機溶媒として使われる