KANTO CHEMICAL CO., INC.

Cç2006 No.2（通巻200号）

ISSN 0285-2446

水中での有機金属化学（1） −水／有機溶媒二相系での触媒反応−

小峰 伸之

近赤外分光分析法のプロセスモニタリングへの応用（2） −検量線の作成とアプリケーション例−

松野

玄

10

化学分析における基礎技術の重要性（5） −中和滴定の基礎技術−

井上 達也

15

ドイツの切手に現れた科学者、技術者達（13） ハインリッヒ・アレキサンダー・フォン・フンボルト

原田

22

編集後記

馨

平野 雅文

小宮三四郎

2

24

水中での有機金属化学（1）Organometallic Reactions in Water (1)─水／有機溶媒二相系での触媒反応─
─ Aqueous/organic Biphasic Catalyses ─
小峰 伸之
東京農工大学 大学院工学研究科 助教授 平野雅文
東京農工大学 大学院工学研究科 教授 小宮三四郎
東京農工大学 大学院工学研究科 助手

Graduate School of Engineering, Tokyo University of Agriculture and Technology

1．はじめに

2．ヒドロキシメチル基を有する水溶性ホスフィンを配位子とす
る水溶性遷移金属錯体による水／有機溶媒二相系触媒反応

遷移金属錯体を用いた触媒反応は、配位子による反応場の制御が可能であることから、固体触媒のような不均

トリス（ヒドロキシメチル）
ホスフィン（P（CH2OH）
3, THMP）

一系触媒反応と比較して、高い反応選択性が実現可能

は、水溶性ホスフィン配位子として広く用いられているである。しかし、遷移金属錯体を触媒として用いた有機

トリフェニルホスフィントリス（3-スルホン酸ナトリウム）

合成反応の多くは、有機溶媒単一相で行われるため、反（P（C6H4SO3Na-3）3, TPPTS）やトリフェニルホスフィンモノ

応基質、生成物および触媒が同一相に存在し、これらの（3-スルホン酸ナトリウム）（ P（C 6H 5）2（ C 6H 4SO 3Na-3）,

分離に蒸留や抽出操作が必要である。遷移金属錯体を

TPPMS）に比べて、立体的にコンパクトで比較的電子供

アルミナなどの担体に担持し、デカンテーションにより容易

与性の高い水溶性ホスフィン配位子である。しかしながに生成物を分離する方法も知られているが、担持した金ら、THMPやTHMPと同様にヒドロキシメチル基を有する水属の溶出により、繰り返し反応において触媒活性が低下

溶性二座ホスフィン配位子である1,2-ビス（ジヒドロキシメチするという問題がある。さらに近年、グリーンケミストリーのルホスフィノ）エタン（（HOCH 2）2PCH 2CH 2P（CH 2OH）2,

観点から、有機溶媒の使用量の削減がさけばれている。

DHMPE）を有する水溶性遷移金属錯体を用いた触媒

これらの問題に対する解決策の1つとして注目されている

反応は、これまでほとんど報告例がない。本研究では、のが、水溶性錯体による水／有機溶媒二相系触媒反応

THMPを有する水溶性イリジウムおよびロジウム錯体を合である。水／有機溶媒二相系触媒反応では、触媒は水成し、これらを触媒とする水／有機溶媒二相系での選択中に、生成物は有機溶媒中に存在するので、これらをデ的 水 素 化やヒドロホルミル化 反 応を開 発した。また、カンテーションにより容易に分離することができ、さらに系中

DHMPEを配位子とする水溶性イリジウム、ロジウムおよび1）の水の作用による触媒活性の向上の可能性もある 。
我々の研究グループでは、このような背景のもと、水溶ルテニウム錯体によるα,β−不飽和アルデヒドおよびイミンの選択的水素化反応についてもあわせて検討した。

性遷移金属錯体を用いた水／有機溶媒二相系触媒反2応もしくは完全水系での触媒反応の開発を指向し研究を

2-1 トリス（ヒドロキシメチル）
ホスフィンを配位子とする行ってきた。本稿では、水／有機溶媒二相系での水溶性

水溶性遷移金属錯体による水／有機溶媒二相系

イリジウムおよびロジウム錯体によるα,β−不飽和アルデヒ

での触媒反応2）

ドおよびイミンのC=OもしくはC=N結合選択的水素化およ［Ir（cod）Cl］2と3等量の水溶性ホスフィン配位子THMPとの反びオレフィンのヒドロホルミル化について述べる。また、水に応により、水溶性イリジウム錯体［Ir（cod）｛P（CH2OH）3｝3］Cl

可溶なアリルアルコールをアリル源とする水溶性パラジウム錯を合成した（cod：1,5-シクロオクタジエン）。この錯体の体触媒によるアリル反応について紹介する。

同 定は 、N M Rや I Rのなどの 各 種 分 光 学 的 手 法やTHE CHEMICAL TIMES 2006 No.2
（通巻200号）

水中での有機金属化学（1）ESI/MSにより行った。ESI/MSにおいては、［Ir（ cod）

中心金属の電子密度が増加し、イリジウムヒドリド錯体の｛P（CH2OH）3｝3］+に由来する分子イオンピーク（m/z 673）

ヒドリド性が高くなったためと考えられる。

が観測された。一方、［RhH 2｛P（CH 2 OH）3 ｝4 ］Clを［Rh（ cod）Cl］2と4等量のTHMPとの反応では、［RhH 2

表1 トリス（ヒドロキシメチル）
ホスフィンを配位子とするイリジウム錯体を触媒とする水／有機溶媒二相系によるケイ皮アルデヒドの水素化反応a）｛P（CH 2OH）3｝4］Clが得られた。これらの錯体は、いずれも水への溶解性が非常に高く、水／ベンゼン二相系ではほとんど水中に存在するため、触媒を分離するにはデカンテーションで十分であり、比較的空気中でも安定であるため取り扱いが容易である。また、THMPはコーンアン
グルが小さいため、これらのイリジウムおよびロジウム錯体
はd8の5配位錯体またはd6の6配位錯体として存在していると考えられる。

a）Reaction conditions:［Ir（cod）｛P（CH2OH）3｝3］Cl（0.015 mmol）, cinnamalaldehyde（7.5 mmol）,
reaction time = 24 h. b）Molar ratio of added THMP to［Ir（cod）｛P（CH2OH）3｝3］Cl. c）（Mol ofproduct）（mol/of converted cinnamalaldehyde）
×100. d）Solvent = water 5.0 mL, benzene 5.0 mL.
e）Solvent = water 5.0 mL, toluene 5.0 mL. f）Solvent = water 5.0 mL, hexane 5.0 mL.

Scheme 1

また、［RhH2｛P（CH2OH）3｝4］Clを触媒として、水／ベンゼン二相系溶媒中で1-ペンテンのヒドロホルミル化を行った。反応温度100 °C、一酸化炭素圧および水素圧をそれぞれ2.0 MPaの加圧条件下で、1 mol%の触媒を用いて反応を行ったところ、定量的に反応は進行し、ヘキサナールと2-メチルペンタナールがそれぞれ収率43、57%で得られた。
種々の条件下、水／ベンゼン二相系溶媒中における水溶性イリジウム錯体を触媒としたケイ皮アルデヒドのScheme 2

水素化反応を行った（表1）。この反応ではC=C結合とC=O結合の競争的水素化が進行する可能性がある。
1 mol%の水溶性イリジウム錯体存在下、100 °C、水素圧
3.0 MPaで、ケイ皮アルデヒドの水素化を行ったところ、転化率90%で反応は進行したが、選択性は中程度であった

これらのいずれの触媒反応においても、反応後、生成（表1、Entry 1）。水素圧を10.0 MPaに上げ、水素化を行物を含む有機相と触媒を含む水相が容易に分離可能でったところ、選択性および転化率の向上が見られた（表1、あり、分離した水相は反応に繰り返し使用可能であった。

Entry 2）。さらに、系中に錯体に対して5当量のTHMPを

水溶性イリジウム錯体によるケイ皮アルデヒドの水素化反添加したところ、転化率の低下が見られたが、選択性は応を繰り返し行った結果を表2に示す。反応終了後、生97%にまで上昇した（表1、Entry 3）。さらに、反応温度を

成物の入っている有機相を取り除き、定量するとともに、125 °Cに上げることで、転化率99%、選択率97%でケイ水相を再利用し基質を含むベンゼン溶液を加え、水素化

皮アルコールが得られた。また、本反応は、ベンゼンに比反応を繰り返した。ここでは7回の繰り返し実験の結果をべ、より毒性の少ないトルエンやヘキサンなどの炭化水素系の溶媒を水と組み合わせ用いることも可能であり、水／表2 水溶性イリジウム錯体触媒によるケイ皮アルデヒドの水素化における繰り返し反応a）

ベンゼン二相系の場合と比べ、収率および選択性に若干の低下は見られるものの、選択的にケイ皮アルコールが得られた（表1、Entry 5,6）。本触媒反応において、過剰のTHMPを添加することで、選択性の向上が見られたのは、
ホスフィンの解離を抑制することで、触媒の安定化とともにa）Reaction conditions:［Ir（cod）｛P（CH2OH）3｝3］Cl（0.015 mmol）, cinnamalaldehyde（7.5 mmol）,
solvent = water 5.0 mL, benzene 5.0 mL, H2（9.0 MPa）, 125 °C, reaction time = 24 h.

THE CHEMICAL TIMES 2006 No.2
（通巻200号）

3

示したが、触媒活性の低下を起こさず、ケイ皮アルコール

表3［M（cod）Cl］2（ M = Rh, Ir）/DHMPE触媒およびRu（cod）（ cot）／
DHMPE触媒による不飽和アルデヒドの水素化反応a）の選択的な生成が見られた。
2-2 1,2-ビス（ジヒドロキシメチルホスフィノ）
エタンを配位子とする遷移金属錯体による水／有機溶媒二相系
でのα,β−不飽和アルデヒドの選択的水素化
前節では、単座の水溶性ホスフィンであるTHMPを有する水溶性9族金属錯体の合成と水／有機溶媒二相系
触媒反応について述べた。また、水溶性イリジウム錯体
によるケイ皮アルデヒドの水素化においては、過剰のa）Reaction conditions:［DHMPE］［M］=/
2, H2（9.0 MPa）, solvent = water/benzene（1/1）, 125 °C,reaction time = 8 h. b）H2（1.0 MPa）.

THMPを添加することにより、ケイ皮アルコールが選択性に得られることを述べた。これは、過剰のTHMPを添加することにより、ホスフィンの解離が抑制されたことによるもの

以上のように、二座の水溶性ホスフィン配位子であると考えられる。一方、二座のホスフィン配位子はキレート

DHMPEと［Rh（cod）Cl］2、［Ir（cod）Cl］2もしくはRu（cod）

効果により、単座配位子に比べて、強固に配位すること（cot）/DHMPEを組み合わせ用いることで、不飽和アルデが知られている。従って、二座の水溶性ホスフィン配位

ヒドのC=O結合を選択的に水素化することができた。

子を用いることで、α,β−不飽和アルデヒドの水素化が選択的に進行することが期待される。本節では二座の水

2-3 1,2-ビス（ジヒドロキシメチルホスフィノ）
エタンを配位

溶性ホスフィン配位子であるDHMPEを用いた水溶性イ子とする遷移金属錯体による水／ベンゼン二相系

リジウム、ロジウムおよびルテニウム錯体触媒によるα,β−でのα,β−不飽和イミンの選択的水素化3）不飽和アルデヒドについて述べる。

4

α,β−不飽和イミンのC=N結合選択的な水素化は、アリ1.0 mol%の［Ir（cod）Cl］2に対して2等量のDHMPE存

ルアミンの合成法として有用である。ここでは、DHMPEを

在下、反応温度 125 °C、反応時間 8時間、水素圧 9.0

配位子に用いた二相系触媒によるα,β−不飽和イミンのMPa、ケイ皮アルデヒドの水素化反応を行ったところ、定量

C=N結合選択的な水素化について述べる。

的に反応が進行し、C=O結合が水素化されて生成したケ［M（cod）Cl］2（M = Rh, Ir）およびRu（cod）（cot）

イ皮アルコールが選択的に得られた（表3、Entry 1）。同様/DHMPE触媒を用いて、α,β−不飽和イミンの水素化反応

な条件下、［Rh（cod）Cl］2/DHMPE触媒を用いて、水素を行った。基質として1,4-ジフェニル-1-アザブタ-1,3-ジエン化反応を行ったところ、ケイ皮アルコールがほぼ選択的に得を用いて水／ベンゼン二相系での水素化反応を試みた

られ、収率の向上も見られた（表3、Entry 3）。一方、（表4）。
［Ir（cod）Cl］2/DHMPE触媒は、イミンの水素化に

Ru（cod）（cot）/DHMPE触媒を用いた場合は、比較的温高い触媒活性を示し、飽和のイミンおよびアミンを副生する

和な条件下でケイ皮アルコールに水素化することができた

ことなくC=N 二重結合の水素化が進行し、アリルアミンを与（ 表 3、Entry 5）（ cot：1,3,5-シクロオクタトリエン）。

えた（表4、Entry 1）。この反応では15%のケイ皮アルコール

次に、2-へキセナールの水素化について、検討した。

が副生していたが、これは基質のイミンが加水分解して生［Ir（cod）Cl］2/DHMPE触媒を用いて、2-へキセナールの水成したケイ皮アルデヒドの水素化により副成したものと考え素化を行ったところ、収率79%で2-へキセノールが得られたられる。Ru（cod）（cot）/DHMPE触媒は、イミンの水素化（表3、Entry 2）。これに対して、［Rh（cod）Cl］2/DHMPEに対して活性を示したが（表4、Entry 3）、選択性は低く、触媒を用いると、選択性は［Ir（cod）Cl］2/DHMPE触媒とアリルアミンとともに飽和のアミン（15%）やアリルアルコール同程度のものであったが、収率の低下が見られた（表3、（12%）が副生した。比較として、［Ir（cod）Cl］2/THMP触Entry 4）
。一方、Ru（cod）（cot）/DHMPE触媒を用いて反媒による水素化を試みたが、アリルアミンは得られなかった応を行うと、転化率は高いものの、2-へキセノールの収率は（表4、Entry 4）。以上の結果より、選択性において更な

極めて低いものであった（表3、Entry 6）。

る改善が必要であるが、［Ir（cod）Cl］2/DHMPE触媒は、

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水中での有機金属化学（1）α,β−不飽和イミンの水素化によるアリルアルコールの合成

Scheme 3の有望な触媒となるものと期待される。
表4 水溶性遷移金属錯体による水／ベンゼン二相系でのα,β−不飽和イミンの選択的水素化反応a）

次に本触媒反応系に関して、繰り返し実験を行った（表5）。Pd（OAc）2/5TPPTS（0.4 mol%）触媒の存在下、
水／ペンタン二相系で、アリルアルコールとジエチルアミンを80 °Cで3時間反応させた後、デカンテーションにより生成物を含むペンタン相を分離した。その後、触媒を含む水a）Reaction conditions:［DHMPE］［M］=/
2, solvent = water/benzene（1/1）, reaction time = 8 h.
b）Reaction time = 4 h. c）［THMP］［M］/= 4.

相に新たに反応基質のペンタン溶液を加えて再度反応させ、繰り返し反応を行ったところ、触媒は失活することなく、少なくとも7回の繰り返し反応を行うことができた（収率3．水溶性パラジウム錯体による水／有機溶媒二相系メディ86〜98%）。

アにおけるアリルアルコールを用いた触媒的アリル化4）

辻−Trost反応に総称されるパラジウム錯体によるアリル

表5 水溶性パラジウム触媒を用いたアリルアルコールによるアミンのアリル化反応の繰り返し反応a）

化反応は、有機合成反応として広く用いられている。アリル源として、これまで、アリルハライド、炭酸アリル、アリル
エステルなどが用いられてきたが、これらに比べ安価で、環境負荷の少ないアリル源であるアリルアルコールを用いることができれば、たいへん有用である5）。ここでは、
水／有機溶媒二相系での水溶性パラジウム触媒である

a）Reaction conditions:［TPPTS］［Pd/ （OAc）2］= 5, solvent = water/pentane（1/1）

Pd（OAc）2/TPPTS触媒によるアリルアルコールを用いたアミン、チオール、1,2-ジカルボニル化合物のアリル化反応について述べる6）。また、完全水系でのアリルアルコールと次にクロチルアルコール、3-ブテン-2-オールおよびケイ皮

有機ホウ素化合物とのカップリング反応についても紹介すアルコールを用いて、Pd（OAc）2/5TPPTS（0.4 mol%）触る。アリルアルコールは水に可溶なアリル源であるため、媒の存在下、水／ペンタン二相系で、ジエチルアミンとの

水／有機溶媒二相系や完全水系での水溶性パラジウム

反応を110 °Cで2時間行ったところ、対応するアミンが得触媒によるアリル化に有用であると考えられる。

られた（表6）。クロチルアルコールおよび3-ブテン-2-オールの反応ではどちらの場合も、N,N-ジエチル-2-ブテニル

3-1 Pd（OAc）2/TPPTS触媒によるアミンのアリル化反応

4a-c）

アミンのみがE/Z＝3/1の比で得られた（表6、Entry 2,3）。

水溶性パラジウム錯体の存在下、水／有機溶媒二相

これらの結果は、反応が同じη3-アリル中間体を経て進系でのアリルアルコールによるアミンのアリル化反応を行っ行していることを示唆している。また、ケイ皮アルコールのた。水溶性パラジウム錯体としては、TPPTSとPd（OAc）2反応では、E体のシンナミルアミンのみが得られたが、反とを組み合わせ用いた。また、有機溶媒としては比較的応の転化率および収率ともに中程度のものであった（表6、

毒性の少ない炭化水素系の溶媒であるペンタンを使用しEntry 4）。また、プレニルアルコールおよび2-メチル-3-ブ

た。Pd（OAc）2 /5TPPTS（0.4 mol%）触媒の存在下、

テン-2-オールの反応では、N,N-ジエチルプレニルアミンの水／ペンタン二相系で、アリルアルコールとジエチルアミンをみが得られた（表6、Run 5,6）。また、この時、プレニル

80 °Cで3時間反応させたところ、N,N-ジエチルアリルアミン

アルコールとのジエチルアミンとの反応は2時間では完結

が転化率95％、収率87％で得られた。

しなかった。

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表6 種々のアリルアルコールによるジエチルアミンのアリル化a）

ジイソプロピルアミンの反応では、求核攻撃の際の立体障害により収率が低下したものと思われる。一方、1級アミンであるベンジルアミンとの反応を行ったところ、アリル化生
成物がモノアリル化体とジアリル化体の混合物として得られた（表7、Entry 6）のに対して、アニリンとの反応ではモ
ノアリル化体が高選択的に得られた（表7、Entry 7）。
3-2. Pd（OAc）2/TPPTS触媒によるチオールのアリル化
反応4d,e）
Pd（OAc）2/TPPTS触媒を用いて、水/ヘキサン二相系
におけるベンゼンチオールのアリル化反応を試みた。反応a）Reaction conditions: Pd（OAc）2（0.4 mol%）, TPPTS（2.0 mol%）, solvent = water/hexane（1/1）,
110 °C, 2 h. b）solvent = water/ benzene（1/1）.

は2.0 mol%のPd（OAc）2に対して4等量のTPPTS存在下、室温、反応時間 2時間で行った。その結果、アリルフェニ

また、本触媒系は、ジエチルアミン以外のアミンのアリル

ルスルフィドを定量的に得ることができた（収率95％）。

化にも有効であり、それぞれ対応するアリルアミンを得ることができた（表7）。
Scheme 4
表7 アリルアルコールによるアミンのアリル化a）

次に、本触媒反応の反応溶媒について検討した。まず、反応溶媒として、水と種々の有機溶媒とを組み合わせて、Pd（OAc）2／4 TPPTS（2.0 mol%）存在下、室温下で反応を行った（表8）。その結果、水／ベンゼンもしくは酢酸エチル二相系の反応では、水／ヘキサン二相系に比べ、収率の低下が見られた（表8、Entry 1-3）。また、
a）Reaction conditions: Pd（OAc）2（0.4 mol%）, TPPTS（2.0 mol%）, solvent = water/hexane（1/1）,
room temperature, 2 h. b）solvent = water/ benzene（1/1）.

水のみを反応溶媒に用いて反応を行ったところ、この場合にも収率の低下が見られた（表8、 Entry 4）。次に、有機溶媒中でパラジウムホスフィン錯体触媒による反応を行

62級アミンとの反応において、ピペリジンとの反応では高い、触媒活性および選択性の比較をした。Pd（ OAc）2/

い活性を示し、定量的に反応が進行したのに対して（表7、

TPPTSを用いて、メタノールおよびDMSO中、アリルアル

Entry 1）、エチル基（表7、Entry 2）、n-ブチル基（表7、コールとベンゼンチオールとの反応を行ったところ全く活性Run 3）、iso-プロピル基（表7、Entry 4）と置換基が嵩高を示さなかった（表8、 Entry 5,6）。また、Pd（ PPh 3）4、

くなるに従い、アリル化生成物の収率は低下した。塩基

Pd（OAc）2/PPh3触媒を種々の有機溶媒を用いて反応を性度のほぼ等しいピペリジン（pKa = 11.20）およびジイソ

行っても同様に進行しなかった（表8、 Entry 7-10）。本

プロピルアミン（pKa = 11.13）との反応において、ジイソプ

反応は水／有機溶媒二相系でのみ高い活性を示す極

ロピルアミンとの反応の収率がかなり低下したことから、こめて興味深い反応である。また、水溶性のPd（0）錯体

れらの反応では電子的な影響よりも立体的な影響が強く、であるPd（TPPTS）3を用いても、Pd（OAc）2/4 TPPTS系同THE CHEMICAL TIMES 2006 No.2
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水中での有機金属化学（1）様の触媒活性を示したことから（表8、 Entry 11）、本反を用いても、N,N-ジエチル-2-ブテニルアミンのみがE/Z＝応はPd（0）錯体が反応に関与しているものと考えられる。

3/1の比で得られた（表6、Entry 2,3）のとは、対照的な結果である。また、プレニルアルコールおよび1,1−ジメチルア

表8 パラジウム触媒を用いたアリルアルコールによるチオールのアリル化a）

リルアルコールによるベンゼンチオールのアリル化では、いずれの反応でも1,1−ジメチルアリルアルコールが主生成物として得られた（表10、Entry 7,8）。

表9 アリルアルコールによるアレーンチオール類のアリル化反応a）a）Reaction conditions: Pd（OAc）2（0.02 mmol）, phosphine ligand（0.08 mmol）, allyl alcohol（1.0mmol）, benzenethiol（1.0 mmol）, solvent = 8 mL, room temperature. b）solvent = water 4.0 mL,
organic solvent 4.0 mL. c）Pd（0）complex（0.02 mmol）.

本触媒反応系に関しても、繰り返し実験を行ったところ、活性を失うことなく、少なくとも4回の繰り返し実験が可能であった。
Scheme 5a）Reaction conditions: Pd（OAc）2（0.02 mmol）, TPPTS（0.10 mmol）, allyl alcohol（1.0 mmol）,
thiol（1.0 mmol）, solvent = water 4.0 mL, hexane 4.0 mL, room temperature.

本触媒系を用いてアリルアルコールによる種々のベンゼ

表10 種々のアリルアルコール類によるベンゼンチオールのアリル化a）

ンチオール誘導体の水／ヘキサン二相系でのアリル化を行ったところ、それぞれ対応するアリルスルフィドを得ることができた（表9）。パラ位もしくはオルト位に電子供与性置換基を有するベンゼンチオール誘導体とアリルアルコールの反応では、活性の低下が見られたが、電子吸引性置換基の活性への影響はほとんど見られなかった。
また、種々のクロチルアルコール誘導体によるベンゼンチ
オールのアリル化を行った（表10）。クロチルアルコールおよび3-ブテン-2-オールによるアリル化ではいずれの反応でも、E/Z 混合物として1−メチルアリルベンゼンチオールが主生成物として得られたが、そのE/Z比は異なるものであった（表10、Entry 2-6）。これらの結果は、クロチルアルコー
ルおよび3-ブテン-2-オールによるジエチルアミンのアリル化において、クロチルアルコール、3-ブテン-2-オールのいずれa）Reaction conditions: Pd（OAc）2（0.02 mmol）, TPPTS（0.10 mmol）, allylic alcohol（1.0 mmol）,
benzenethiol（1.0 mmol）, solvent = water 4.0 mL, hexane 4.0 mL, room temperature.

THE CHEMICAL TIMES 2006 No.2
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7

次に、脂肪族チオールであるブタンチオールおよびトルエ
ンチオールのアリル化を試みた。Pd（OAc）2/TPPTS触媒

3-4 アリルアルコールとカリボールおよびフェニルボロン
酸とのカップリング反応（4 mol%）存在下、室温下、反応時間24時間という反応

Pd（OAc）2/TPPTS触媒を用いてアリルアルコールとフェ条件下、収率69、81%で対応するアリルスルフィドが得ら

ニルボロン酸（ B P h（ O H ）2 ）とのカップリング反 応を、れた（表11）。

Pd（ OAc）2 1.0 mol%、反応時間2時間の反応条件下、

以上のような結果から、本触媒系反応はアレーンチオー

完全水中で行った。まず、TPPTSをPdに対し4当量加え、

ルのみならず、アルカンチオールにも適用可能であることが1当量のNaOHを添加して還流条件下で反応を行ったとこ分かった。

ろ中程度の収率でアリルベンゼンを得られた（収率 54%）。

表11 アリルアルコールによるアルカンチオールのアリル化a）

Scheme 7

また、Pd（OAc）2/TPPTS触媒を用いてアリルアルコールa）Reaction conditions: Pd（OAc）2（0.04 mmol）, TPPTS（0.20 mmol）, allylic alcohol（1.0 mmol）,
alkanethiol（1.0 mmol）, solvent = water 4.0 mL, hexane 4.0 mL, room temperature, 24 h.

とカリボール（NaBPh4）とのカップリング反応を試みた。反応はPd（OAc）2/4 TPPTS（1.0 mol%）、反応時間 3時間、完全水中、還流下で行った。その結果、収率85％で目

3-3 Pd（OAc）2/TPPTS触媒によるアセチルアセトンのアリル化反応4b,c）Pd（OAc）2/TPPTS触媒を用いて、水/ヘキサン二相系
におけるアセチルアセトンのアリル化を試みた。反応は、的生成物であるアリルベンゼンが得られた。この反応系
へNaOHの添加により収率は向上せず、むしろ低下した。
また、いずれの反応においても10%程度のベンゼンが副生していた。

0.4 mol%のPd（OAc）2に対して10等量のTPPTS存在下、塩基として水酸化ナトリウム存在下、80 °Cで24時間反応

3-5 反応機構させることにより、モノアリル化体（3-アセチル-5-ヘキセン-

本 反 応 の 反 応 機 構 は 以 下 のように 考えられる。

2-オン）およびジアリル化体（3-アセチル-3-アリル-5-ヘキセ

Pd（OAc）2は過剰のTPPTSにより還元され、Pd（0）錯体でン-2-オン）がそれぞれ収率 73%、9%で得られた。

あるPd（ TPPTS）3を与えることが知られている6）。本触媒系においてもPd（TPPTS）3が生成し、触媒活性種として働

Scheme 6

いているものと考えられる。このPd（0）錯体に対して、アリルアルコールが酸化的付加してη3-アリル錯体中間体が生成し、引き続く求核剤（NuH）の求核攻撃やホウ素化合物とのトランスメタル化によりアリル化体が生成すると考えられる。求核剤はη3-アリル錯体のカウンターアニオンであるOH−

8

本反応は、アミンのアリル化反応の場合と同様にして生により、Nu−となり、η3-アリル錯体に求核攻撃をしている可成したη3-アリル錯体に、アセチルアセトンが求核的に攻撃能性がある。クロチルアルコール、3-ブテン-2-オール、プレし進行すると考えられる。しかし、本反応では塩基の添

ニルアルコールおよび1,1−ジメチルアリルアルコールより誘導加が必要であったことから、アセチルアセトンはまず塩基にされるη3-アリルパラジウム錯体では、メチル基により置換

よりプロトンが引き抜かれ、求核性が増加した後に攻撃をされた炭素上に正電荷が存在し、そのメチル基により安すると考えられる。

定化されているものと考えられる。この炭素に対してチオー

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（通巻200号）

水中での有機金属化学（1）

ルが求核攻撃することで、分岐したアリルスルフィドが主に最後に、本研究は、新エネルギー・産業技術開発機

生成するのに対して、比較的嵩高い求核剤であるアミン構（NEDO）、（財）化学技術戦略推進機構および文部科との反応では直鎖状のアリルアミンが生成したものと考え

学省科学研究費による経済的サポートを受け行ったものられる。

であり、ここに記して感謝します。また、本研究に精力的に取り組んでいただいた院生・学生諸氏に謹んで感謝し
ます。

参考文献
1）a）"Aqueous-Phase Organometallic Catalysis, Concepts andApplications," ed. by B. Cornils and W. A. Herrmann, WileyVCH, Weinheim （ 1998） and references cited therein.
b）"Applied Homogeneous Catalysis with OrganometllicCompounds," ed. by B. Cornils and W. A. Herrmann, VCH,
Weinheim, 1996, Vols. 1 and 2.
2）A. Fukuoka, W. Kosugi, F. Morishita, M. Hirano, L. McCaffrey,
W. Henderson, and S. Komiya, Chem. Commun., 1999, 489.
3）平原新也・浅沢重人・小峰伸之・平野雅文・小宮三四郎、第88回
触媒討論会、4F03、別府（2001）.

4．まとめ4）a）平原新也・小峰伸之・平野雅文・小宮三四郎、第83春季年会、
2E2-39、東京（2003）. b）平原新也・小峰伸之・平野雅文・小宮三四郎、第92回触媒討論会、3E29、徳島（2003）. c）佐古 明

以上、本稿では、水／有機溶媒二相系での水溶性イ

理・平原 新也・小峰 伸之・平野 雅文・小宮 三四郎、第51回有機リジウムおよびロジウム錯体によるα,β−不飽和アルデヒド

金属化学討論会、PB252、東京（2004）. d）佐古明理・平原新およびイミンの選択的水素化およびオレフィンのヒドロホルミル化について述べた。また、水に可溶なアリルアルコー

也・小峰伸之・平野雅文・小宮三四郎、第94回触媒討論会、
3H03、仙台（2004）. e）N. Komine, A. Sako, S. Hirahara, M.
Hirano, and S. Komiya, Chem. Lett., 34, 246（2005）.

ルをアリル源とする水溶性パラジウム錯体触媒によるアリ5）a）J. Qu, Y. Ishihara, T. Oe, and N. Nagato, Nippon Kagaku

ル反応について紹介した。これらいずれの反応でも、触Kaishi, 1996, 250. b）M. Sakamoto, I. Shimizu, and A.

媒反応後、デカンテーションにより生成物を含む有機相を

Yamamoto, Bull., Chem. Soc. Jpn., 69, 1065（1996）. c）Y.
Masuyama, M. Kagawa, and Y. Kurusu, Chem. Lett., 1995, 1121.

分離し、触媒を含む水相に新たに反応基質を含む有機d）Y. Tamaru, Y. Horino, M. Araki, S. Tanaka, and M. Kimura,

相を加えて再度反応させることにより、触媒は失活するこ

Tetrahedron Lett., 41, 5705（2000）. e）M. Kimura, Y. Horino, R.

となく繰り返し反応が可能であった。また、アリルアルコー
ルによるチオールのアリル化においては、水／有機溶媒二Mukai, S. Tanaka, and Y. Tamaru, J. Am. Chem. Soc., 123, 10401（2001）. f）S-C. Yang and Y-C. Tasai, Organometallics, 20, 763（2001）. g）F. Ozawa, H. Okamoto, S. Kawagishi, S. Yamamoto,相系においてのみ、高い活性が得られるという極めて興

T. Minami, and M. Yoshifuji, J. Am. Chem. Soc., 124, 10968

味深い結果も得られた。水／有機溶媒二相系での水溶（2002）. h）Y. Kayaki, T. Koda, and T. Ikariya, J. Org. Chem., 69,性遷移金属錯体を用いた触媒反応は、繰り返し反応も2595（2004）. i）K. Manabe and S. Kobayashi, Org. Lett., 5,3241（2004）.

可能という、「工学」的なメリットに加え、反応活性が向上

6）なお、我々と同時期に京都大学の大嶌、忍久保らにより、Pd／するという反応メディアとしての有用性も有していると考え

TPPTS系を用いた水／有機溶媒二相系でのアリルアルコールによられ、今後、その発展が期待される。次稿では、水の反応メディアとしての有用性を明らかにするために、水溶性
有機遷移金属錯体の合成と水中での反応性について検討した結果について紹介する。

るアミンや1,2−ジカルボニル化合物のアリル化が報告されている：
H. Kinoshita, H. Shinokubo, and K. Oshima, Org. Lett., 6, 4085
（2004）.
7）S. D. Santos, Y. Tong, F. Quignard, A. Choplin, D. Sinou, and J. P.
Dutasta, Organometallics, 17, 78（1998）.

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近赤外分光分析法のプロセスモニタリングへの応用（2）Application of NIR Spectroscopy for Process Monitoring (2)─検量線の作成とアプリケーション例─
─ Calibration Models and Typical Applications ─
横河電機株式会社 環境機器技術部 NIRアプリケーションGr

松野 玄
Gen Matsuno

NIR Application Group, Development & Engineering Dept., Environmental & Analytical Products, Yokogawa Electric Corporation.

１． はじめにと、サンプルの光透過率はI／I0 で表される。透過率の逆数の対数を吸光度と呼ぶ。すなわち、透過率が100%

前稿（THE CHEMICAL TIMES 2005 No.4）では、近（無吸収）であれば吸光度は0、10%なら吸光度は1、1%

赤外分光分析法の特長と、基本的なハードウェアについなら2、ということになる。ランベルト−ベールの法則とは、て概説した。近赤外分光分析法が、薬液やサンプルの

この吸光度（Ａで表す）と測定対象成分の濃度（Cとする）

前処理が不要な非破壊分析法であり、メンテナンス頻度が正比例する関係を表す法則で、下式で表される。

が少なく長期間安定にリアルタイム連続測定が可能といA = log

う、プロセスでのオンライン測定に適した分析法であるこI0
oc C・LI（1）とがご理解いただけたものと思う。
本稿（第2回）では、前半で近赤外分光分析計で定量測定を行う際のキーポイントである「検量線」の考え方と具

ここでＬは光が通過する部分のサンプル厚さであり、光路長と呼ばれる。

体的な作成方法について説明し、後半では近赤外分光

式（1）は、測定対象成分の濃度Cと、近赤外光の吸分析法の実際のオンラインプロセスモニタリングへの適用

光度Aが正比例することを表している。すなわち、近赤外事例を紹介する。

分光分析計を用いてサンプルの吸光度を測定し、その値に適当な係数を乗じれば、測定したい成分の濃度が測定

2．検量線とその作成方法

できることを示している。これは、各成分の吸収ピークの形
状がシャープで、ある波数における近赤外光（あるいは可近赤外分光分析法が難しいと言われる原因は、「検量

視、紫外等でも同様）の吸光度が、測定したい特定の成線」にあると言って過言ではない。近赤外分光分析法の分だけに依存して決まる場合（図1）にはまったく正しい。

検量線は、「多変量解析」
あるいは「ケモメトリクス」といったやや複雑な数学的手法が使用されるために敬遠されがちな部分があるが、基本的な原理は単純であり、それ2.1 近赤外分光分析法による定量測定←さえ押さえてしまえば理解は容易である。

成分Aのピーク

成分Bのピーク

吸光度

近赤外分光分析法は吸光分析法の一種であり、可視や紫外の場合と同様、定量測定においてはランベルト−
ベールの法則を使用する。
いま、サンプルへの入射光量をI0、透過光量をIとする

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波数 →図1 特定波数での吸収が、特定の成分のみに依存する系のスペクトル模式図（中赤外領域のスペクトルはこれに近い）近赤外分光分析法のプロセスモニタリングへの応用（2）しかしながら、近赤外領域においては一般に各成分

2.2 検量線の作成方法の吸収ピークは非常にブロードで、他の成分の吸収ピー

実際に近赤外分光分析法で濃度未知サンプルの定量

クと複雑に重なり合っているのが普通である（図2）。このを行うためには、アプリケーションごとに測定対象成分のような系でスペクトルから特定成分の濃度を計算するには検量線をあらかじめ作成しておく必要がある。検量線の単一波数の吸光度データを用いるだけでは不十分で、多作成には、多変量解析法という統計的な手法が用いられ

数点の波数における吸光度データ（すなわちスペクトル）をる。すなわち、測定対象成分の濃度が既知のサンプルの用いる必要がある。また、スペクトルデータを特定成分濃スペクトルを多数用意して母集団とし、母集団中のスペク度に変換するのに使われる数式のことを
「検量線」
とよぶ

トルを式（2）に当てはめたときの残差（既知の濃度値と、（図3）。検量線には通常、式（2）のような一次式が用い式（2）でスペクトルから計算した濃度値の差）が最小になられる。

るように、重み係数ｂｉを決めてゆく。その決め方にはいく
つかの手法があるが、部分最小二乗法（ＰＬＳ法）が最も｛

ai：波数 i での吸光度
bi：重み係数（定数）（2）よく使われる。アルゴリズムの詳細は文献1，2）を参照いた
だきたい。このように化学分析に用いられる統計的手法
は、ケモメトリクスと呼ばれる。

一次式を用いるということは吸光度と成分濃度の線形

近赤外分光分析計「NR800」を例にとり、ＰＬＳ法を用関係を前提としていることであり、複数の波数での吸光度

いて検量線を作成する具体的な手順を以下に紹介する。

データを用いるために一見複雑ではあっても、その基本は（i） 母集団サンプルの用意：濃度が既知のサンプルを

ランベルト−ベールの法則にあるということにほかならない。

多数用意する。重量法による調合、オンラインサン
プルのサンプリングと滴定による手分析等の方法
で決定する。
（ii） スペクトル測定：（i）で用意したサンプルの吸収スペ
クトルをマニュアルで測定する。SPECTLAND2というソフト（図4）でNR800を操作する。
（iii）スペクトル読み込み：検量線作成ソフトに（ii）のス
ペクトルを読み込む。検量線作成ソフトはケモメト
リクスに特化した解析ソフトであり、前述のPLS法等の演算が容易に行えるツールである（図5）。
（iv） スペクトル前処理、波数域とサンプルの選定：スペク

図2 典型的な近赤外スペクトルの例（各成分のスペクトルはブロードで相互に重なり合っており、特定の波数に注目するだけでは分離は困難である。
）

トルに微分等の前処理を行い、どのスペクトルのどの波数領域を用いて検量線を作成するかを決める。
検量線のよしあしはこの作業のよしあしで決まる。
（v） 検量線の作成：PLS法の演算を行い、重み係数ｂｉを決定する。実際にはワンタッチで処理が行われる。
（vi） 検量線の評価：作った検量線の予測誤差（残差）や相関が、許容範囲かどうか検討する。問題がある場合は（iv）に戻る。
（vii）検量線のダウンロード：作った検量線をNR800にダウンロードする。
（viii）オンライン測定：NR800のオンライン測定では、スペクトル測定と、検量線による濃度値（性状値）の計

図3 近赤外分光分析法における検量線の位置づけ

算が、NR800分析計本体の中で自動的に行われ

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る。オンライン測定時にパソコンが使用されないた回収・精製されて再利用される。その際の純度管理や、め、信頼性が非常に高い。

混合溶媒であればその混合比率の管理、さらに反応残上記の手順のうち、人間の判断の入るのは（i）と（iv）であり、検量線の良否を決める重要な部分である。

のモノマーが含まれる場合はその濃度管理に近赤外分光分析計を用いた例を図6に示す。高速リアルタイム測定が可能であるため、再生後の溶媒を貯めるバッファタンクを省略することができる。

図4 測 定 メンテ ナ ンスソフトS P E C T L A N D 2 によるス ペ クトル 測 定（SPECTLANDは横河電機（株）の登録商標です。
）

図6 溶媒回収プロセスにおける適用例
高速応答を生かし、高速な成分変動にも対応する。反応残のモノマー濃度も管理可能。

（2）バッチプロセスにおける反応モニタ
バッチプロセスにおいては、その終点管理がとりわけ重要であり、スループットに大きく影響する。近赤外分光分
析計でオンライン測定を行うことにより、従来の抜き取り／
手分析法で生じていたサンプリング間隔や手分析時間による遅れを解消することができ、反応時間を短縮することが可能である（図7）。対象となるバッチ反応には、エステ
検量線の相関図
横軸：ラボ分析値
縦軸：近赤外予測値

ル、ウレタン等の重合反応や、水添、加水分解、等がある。図8は、エポキシ樹脂の重合反応に伴う近赤外スペ
クトル変化を示した例である。

図5 検量線作成ソフトThe Unscrambler®の検量線作成画面（The UnscramblerはCAMO社の登録商標です。
）

3．実プロセスでのアプリケーション事例
近赤外分光分析法を実際のプロセスにおけるオンライ
ンモニタとして適用した事例を紹介する。
3.1 化学プロセスにおけるアプリケーション（1）溶媒回収プロセス
化学プロセスでは、反応媒体として直接反応には関与しない有機溶媒を用いることが多い。反応後の溶媒は、

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図7 バッチプロセスにおける反応モニタリング

近赤外分光分析法のプロセスモニタリングへの応用（2）（4）フィルム製造プロセス
前述のように水分は非常に強い吸収を持つため、フィルムのように厚さが薄いサンプルでも測定が可能である。
図9は、フィルム製造プロセスにおいて、処理液の濃度とフィルム中の水分率を、1台の近赤外分光分析計で測定した例である。

図8 エポキシ樹脂の重合反応のモニタリング例
反応の進行（矢印方向）にともない、中央の硬化剤ピークが減少していくのがわかる。

（3）微量水分モニタ
近赤外分光分析は吸光分析法であることから感度的

図9 フィルム製造プロセスにおける適用例
薬液成分だけでなく、フィルム自体の成分濃度の測定も可能。

な制約があり、微量成分の測定には向かない場合が多
いが、水は5200cm-1に非常に大きなOH基の吸収を持つ

3.2 液晶・半導体プロセスにおけるアプリケーション

ことから、例外的にppmオーダのモニタリングが可能であ

液晶・半導体などの製造プロセスでは、図10のようにさる。手分析法でのサンプリング時の吸湿による誤差が本

まざまな薬液が使用され、そのすべてが近赤外分光分

質的に発生しないのみならず、一過性、短時間のプロセ

析計による濃度管理の対象となりうる。化学プロセスとのス異常（プロセスへの水分の混入は意外と発生しやすい）

大きな違いは、薬液の多くが酸等の水溶液であることでの検出ができるのも、オンライン連続モニタリングの利点ある。水分子は非常に極性が強く、その水素結合／会である。

合状態が温度によって大きく影響を受けると言われる1）。

図10 液晶・半導体プロセスでの薬液濃度管理

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図11は酸系の洗浄液のスペクトル例であるが、その濃度によるスペクトル変化に比較して、温度による変化がかなり大きいことがわかる。従って、ある特定の温度でのスペクトルを母集団として検量線を作成すると、近赤外出力は図11左下のように温度の影響を大きく受ける。これに対し、あらかじめ温度を変化させて測定したスペクトルを母集団として検量線を作成することにより、図11右下のように温度の影響を非常に小さくすることができる。これを温度補償検量線と呼ぶ。水溶液の場合には、温度補償
検量線の採用がほとんど必須である。

図12 エッチング液の濃度管理システム例

図13 エッチング液の濃度管理例
図11 洗浄液の濃度管理例「温度補償検量線」
を用いることにより、出力へのサンプル温度の影響
をキャンセルできる。

図12、13は、3成分系の混酸の濃度管理を行う例であ

4． まとめる。各成分の濃度をオンライン測定して必要成分を補充することにより、処理枚数で管理する場合に比較して大2回の連載を通じて、近赤外分光分析法の特色、ハー幅に薬液の延命をはかることができる。一部の薬液につドウエアの概要、近赤外分光分析法のキーである検量

いてはフィルタータイプの比較的簡便な濃度計（専用機）

線、およびオンライン実プロセスへの応用事例について紹も市販されているが、薬液の組成変更に対応することが介した。本稿が、近赤外分光分析法を少しでも身近に感できない。近年、プロセスの微細化、使用材料の多様じていただく一助となり、新たなアプリケーションへの普及化により、使用する薬液の組成は非常に多様化し、頻繁のきっかけとなれば幸いである。

に変更される傾向があるが、近赤外分光分析計であれ
ば、その変化に対して検量線の変更により柔軟に対応することができる。また、光ファイバによるリモート測定により、測定セルを洗浄機等の内部に設置することができ、危険な薬液を装置外部に取り出す必要がないのも大きな利点である。

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参考文献
1）尾崎幸洋，河田聡 編：近赤外分光法，15-16，79-80，1996 ，
学会出版センター
2）尾崎幸洋，宇田明史，赤井俊雄：化学者のための多変量解
析−ケモメトリックス入門，2002，講談社

化学分析における基礎技術の重要性

化学分析における基礎技術の重要性（5）Importance of The Basic Technique on Chemical Analysis (5)─中和滴定の基礎技術── Neutralization Titration ─
関東化学株式会社 検査部

井上 達也

TATSUYA INOUE
Inspection Dept. Kanto Chemical Co.,Inc.

1．はじめに（2）Winkler法
JIS K 8576水酸化ナトリウムでは、塩化バリウムを加中和滴定は、試薬の試験において頻繁に使われる手

え、フェノールフタレインとブロモフェノールブルーを指示

法で、各種の前処理や検出系等と組み合わせると実に薬として、酸で滴定するが、以下の2段階の反応に基多様である。本稿では、試薬の試験に用いられる主要なづく。

中和滴定を紹介し、その精度を維持するための留意点① フェーノールフタレインでの終点（1段目）

について触れることとする。

NaOH＋HCl→NaCl＋H2O② ブロモフェノールブルーでの終点（2段目）

2．中和滴定の種類

BaCO3＋2HCl→BaCl2＋H2O＋CO2
両者の違いは、Winkler法は塩化バリウムを加えるこ

中和滴定は、酸またはアルカリをアルカリまたは酸で滴とであらかじめ炭酸塩を炭酸バリウムの形で沈殿さ定する試験方法で、一見単純に感じられるが、実は裾野

せ、1段階目の反応に関与させない点にある。炭酸が極めて広く、試薬の試験ではとても重要性が高い方法の存在は、指示薬の鋭敏さを低下させるという弊害である。

があるので、終点の鋭敏さの点から後者がわずかに優っている。

2.1 直接滴定
中和滴定の代表例として、日本薬局方ではWarder法

2.2 ホルマリン添加法

により、試薬のJIS規格ではWinkler法により、水酸化ナト

試薬には、酢酸アンモニウム、塩化アンモニウムなど多リウムと炭酸ナトリウムを同時に定量し、水酸化ナトリウムくのアンモニウム塩があり、そのほとんどがホルマリン添の純度を求めるという試験方法がある。

加法により純度が試験されている。

（1）Warder法

JIS K 8116塩化アンモニウムの場合、あらかじめ中和

フェノールフタレインとメチルオレンジを指示薬として、水したホルマリン溶液を加え、アンモニウムと中和滴定に関

酸化ナトリウムを酸で滴定する方法であるが、以下の与しないヘキサメチレンテトラミンを形成させ、遊離した酸

2段階の反応に基づく。

をアルカリで滴定して純度を求める。

① フェーノールフタレインでの終点（1段目）

4NH4X+6HCHO→4HX+6H2O+（CH2）6N4

2NaOH＋H2SO4→Na2SO4＋2H2O及び（X: Cl, CH3COO など）

2Na2CO3＋H2SO4→2NaHCO3＋Na2SO4

この方法の特徴は、操作がいたって簡単な点にあるが、② メチルオレンジでの終点（2段目）
2NaHCO3＋H2SO4→Na2SO4＋2CO2＋2H2O

ホルマリンは、空気中で酸化され遊離酸を形成するため、前もって中和することが重要である。

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2.3 間接滴定法
りん酸の濃度試験の場合、日本薬局方等では直接滴定を行なうが、試薬のJIS規格では塩化ナトリウムを加え間接的な滴定が行われる。間接的という表現は、適切でないかもしれないが、本稿ではこのように区別する。
JIS K 9005りん酸の試験では、塩化ナトリウムを加え、15 ℃に保ちながらアルカリで滴定するが、次の反応式で表されるように、塩化ナトリウムを加えることでまず塩酸が生成し、この塩酸がアルカリで間接的に中和滴定される。
15 ℃に保つ理由は塩酸の揮散を防ぐためである。この種の滴定は、電離度が低くアルカリとの反応速度が遅い酸に対して、終点が明瞭かつ反応速度が速くなるという利点がある。
H3PO4 + 2NaCl → Na2HPO4 + 2HCl
HCl + NaOH → NaCl ＋ H2O
電子工業では、数種類の酸を混合した様々な混酸が製

図1 アンモニア蒸留装置

造プロセスで頻繁に用いられる。これらの濃度試験におカリの量にもよるが、アンモニアガスの回収率は、ある程

いても、硝酸、りん酸、酢酸が混合されていれば、アルカ度加熱された時点から受器内に導入されて出てくるアンリとの反応速度が速い硝酸が常に滴定されたナトリウム

モニアを効率よく捕集するため、その気泡の大きさの調を受けて、電離度の低い酸にそれを受け渡していると考節の仕方に大きく左右される。試験の精度を上げるならえられる。その結果として、りん酸、酢酸の混合液の滴ば、受器の硫酸に流出ガスが吸収されやすいように、な定においては終点が不明瞭であるが、そこに硝酸が加るべく小さな気泡がゆっくり発生するように工夫すべきでわると各終点が明瞭になる。終点が明瞭でない場合、ある。もともとアンモニアガスは、熱を加えない状態でもこうした方法が利用できることが多い。

簡単に追い出すことができる。アンモニア水及び塩酸について、それぞれエアードポンプで空気を送り、エアレー

2.4 マクロケルダール法
有機試料の窒素分を分解してアンモニウムにし、図1の蒸留装置でアンモニアとして取り出し、酸で滴定するマクションにより追い出されるガスの濃度の時間変化を追跡した結果を図2に示す。アンモニア水は、塩酸と異なり完全に揮散して残留濃度がゼロになることがわかる。

ロケルダール法も重要な試験方法である。
JIS K 8731尿素の純度試験の場合、試料を硫酸で加熱分解して硫酸アンモニウムを生成させ、蒸留装置内で水
酸化ナトリウム溶液を加えてアルカリ性とし、加熱してアン
モニアガスを蒸留する。硫酸を入れた受器にガスを吸収させ、受器内の過剰な硫酸を水酸化ナトリウム溶液で滴定する方法が採用されている。
ここで重要なポイントは蒸留にある。蒸留といえば蒸気が移動するイメージが強いと思うが、この蒸留の場合、
実は最初の1滴が受器に落ちる頃には、アンモニアガスの80〜90％はすでに受器に到達している。もちろん加熱の仕方やアンモニアガスを発生させるために加えるアル16

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図2 エアレーションによる濃度変化

化学分析における基礎技術の重要性（5）2.5 イオン交換滴定法

ることがあるが、ここで注意すべきは、ぎ酸の濃度である。

硫酸ナトリウムなどの中性の塩類の純度試験では、イ

JIS K 8264ぎ酸には2種類の濃度が規定されているが、非オン交換滴定法が用いられている。JIS K 8987硫酸ナト

水滴定では98.0 ％以上のぎ酸を使用されたい。くれぐれもリウムの純度試験では、試料溶液を強酸性陽イオン交換

88.0〜92.0％のぎ酸を用いないよう留意いただきたい。

樹脂（H形）
カラムに通し、溶出する硫酸を水酸化ナトリウ

他の事例として、ハロゲン化水素の妨害を受けやすい

ム溶液で滴定する方法が採用されている。この試験のポ

過塩素酸（酢酸溶媒）滴定の場合、アミンのハロゲン化

イントは、強酸性陽イオン交換樹脂（H形）の洗浄におい水素塩の純度試験では、かつてはハロゲン化水素をマスて、酸で十分洗浄し、次に水で酸が残存しないように十キングする目的で水銀化合物を加えていたが、環境問題

分洗うことである。カラムの材質については、一般的にガを回避して逆滴定法が徐々に導入されるようになった。

ラス製が使いやすいが、ふっ素化合物の試験に用いる

JIS K 9050 L-ヒスチジン塩酸塩一水和物の場合、試料を場合には、ふっ化水素酸がガラスを腐食するため樹脂製

ぎ酸で溶解後、過塩素酸（酢酸溶媒）
を加え、沸騰水浴のカラムを使用する。

上で加熱し、酢酸ナトリウム（酢酸溶媒）で過剰の過塩素酸（酢酸溶媒）を逆滴定している。

2.6 非水滴定法
中和滴定による試薬の試験で、重要な位置を占めて2.7 逆滴定

いる方法の一つに非水滴定（非水溶媒滴定）があり、主試薬の中には水に溶けにく
く、アルカリ塩にすれば溶解にアミノ酸や弱酸塩類の純度試験に用いられる。JIS K

するものもある。このような試薬の純度試験には、一般的

8372酢酸ナトリウムの純度試験では、試料を酢酸に溶解に逆滴定が用いられる。

し、過塩素酸（酢酸溶媒）で電位差滴定を行なう方法がJIS K 8887無水フタル酸の純度試験では、試料に1用いられている。日本薬局方ではクリスタルバイオレット

mol/L水酸化ナトリウム溶液を加えて、フタル酸イオンとして（塩化メチルロザニリン）などの指示薬が用いられる。クリ

溶解し、0.5 mol/L硫酸で過剰の水酸化ナトリウムを滴定

スタルバイオレットを用いる場合、終点の色は必ずしも紫する方法が用いられている。特に困難を伴う試験方法でから緑になるとは限らず、試料によって終点の色が異なる。

はないが、アルカリに溶解する際、時間が掛かると二酸化

日本薬局方のカフェインのように、黄色が終点になること

炭素の吸収の影響を受けるため、この影響の補正を含もある。本来、酢酸ナトリウムはpH値7.5〜9.0のほぼ中性

め空試験の必要がある。

の塩であるが、酢酸溶媒中では酢酸とナトリウムの電離JISのほか、日本薬局方アスピリンの純度試験でも、ア

度の差から、まるで強アルカリのように中和滴定が可能とスピリンに過剰のアルカリを加え、中和を通り越して更にエなる。この分野は奥が深いため、興味のある方は是非専

ステル結合もけん化し、次いで過剰のアルカリを硫酸で滴門書に目を通していただきたい。

定するという興味ある方法を採用している。

JIS K 9101 L-アラニンも酢酸ナトリウムと同様の方法で純度が試験されるが、滴定に当っては注意を要する。重要なポイントは使用する過塩素酸（酢酸溶媒）
そのものに

C6H4（OCOCH3）COOH＋NaOH→ C6H4（OCOCH3）COONa＋H2O
C6H4（OCOCH3）COONa＋NaOHある。通常過塩素酸（酢酸溶媒）
は、過塩素酸（70%）に→ C6H4（OH）COONa＋CH3COONa

無水酢酸を加え、過塩素酸に含まれる水を酢酸に変えて多数ある中和滴定のなかでも、逆滴定を巧みに組み合から、さらに酢酸を加えて濃度を調整する。この際、非わせて利用している珍しい事例といえる。

水滴定と称するにも関わらず、わずかながら過剰の水分を残す必要がある。即ち、無水酢酸が存在すると滴定

2.8 質量ビュレットを用いた滴定の際滴定対象であるL-アラニンのアミノ基をアセチル化

一般試薬とは一線を画しているが、JIS K 8005容量分

し、過塩素酸との反応を阻止するため、実際よりも低い

析用標準物質では、その純度試験として、電位差滴定に純度となってしまうのでこのような工夫が必要となる。

よる中和滴定が採用されている。この試験の特徴は、反また、酢酸に溶けにくい試料の場合、ぎ酸を代りに用い応ではなく使用する器具にあり、図3のような質量ビュレッ

THE CHEMICAL TIMES 2006 No.2
（通巻200号）

17

トが使われ、滴定量も質量（g）に変わる。質量ビュレット（b）（a）のB液にマンニトール20 gを加え、1 mol/L水酸によれば、温度変動の影響は受けず、さらに有効数字も化ナトリウム溶液で滴定（指示薬：フェノールフタレイン

容量分析では4桁（例えば25.34 mL）であるのに対し、6溶液）。別に空試験を行い、滴定量を補正する。

桁（例えば25.1234g等）
まで得られ、精度を必要とする標反応式を次に示す。

準物質の純度試験には不可欠な器具といえる。

H3BO3＋NaOH → NaBO2＋2H2O

JIS K 8005容量分析用標準物質の純度試験では、よ（a）の中和反応により生じたオルトほう酸を（b）で中和

り上位の標準物質と値付けする試料を同時に滴定する

滴定し、メタほう酸ナトリウムに変えるものである。
（b）のため、滴定溶液のファクターを考慮する必要がない。

操作で、マンニトールのほかに、グリセリン、あるいは糖類

他にも中和熱を測定し終点を決定する熱量滴定等、中和滴定にはユニークな方法がある。

のような多価アルコール化合物を用いてもオルトほう酸が強い一塩基酸として働くので中和滴定が可能である。このように2種類の滴定を組み合わせ、確認試験を兼ねた純度試験が実用されている。

3．試薬の純度規格と試験結果試薬を使うお客様から、なぜ純度が100％を超える場
合があるのかと質問されることがある。他の公定書では、
例えば上限100.5 ％のように記載されていることが多いが、JISの試薬では若干ルールが異なる。通常、ラベルには純
度99 ％以上のように表記されているため、上限があることがあまり認識されていない。その上限についての規定
は、JIS K 8001試薬試験方法通則の規格値の項で述べられており、「純度試験項目において、規格値として適合下限だけを規定している場合は、その適合上限は101 ％又は［100＋（100−規格値）］％のいずれか小さいほうとする」と規定している。純度が100 ％を越す原因は様々であるが、主なものを次に例示する。
結晶水に起因する例として、加熱乾燥の工程で加熱
図3 質量ビュレット（質量測定中の写真）し過ぎたり、その物質が風解性のため結晶水を失ってしまったような場合、結晶水の付いた分子量から純度を計算するため、100％を超えてしまうことがある。

2.9 その他の中和滴定

18

不純物に起因する例として、分子量の大きなナトリウム

JIS規格収載品でやや変わった中和滴定を適用してい塩をナトリウムから純度試験する場合 、合成原料起因のる事例がある。JIS K 8866四ほう酸ナトリウム十水和物で分子量の小さなナトリウム塩が不純物として含まれていれは2種類の純度試験が適用され、両者の試験結果が規ば、少量であっても計算上化合物の分子量が異なるため、格に適合して合格となる。

100％を超えることがある。

（a）試料2 g（0.1 mgの桁まではかる）を二酸化炭素を含ままた、使用する指示薬が中間色を持たない場合、滴ない水100 mLに溶解し、0.5 mol/L塩酸でpH4.0まで滴定量がわずか過剰になることがある。このように計算値と定（B液）［（b）の試験に用いる］。反応式を次に示す。

して表わされる純度は、100％を超える可能性が常に存

Na2B4O7･10H2O＋2HCl → 2NaCl＋4H3BO3＋5H2O

在する。

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（通巻200号）

化学分析における基礎技術の重要性（5）表2 酒石酸の純度試験の基本統計量

4．中和滴定の精度

サンプル数

ビュレットを用いる最も基本的な中和滴定の精度を以下

30

合計3002.59

試験の精度を確認した時の試験結果である。試料は試

平均値

100.0863

薬の酒石酸で、n=30の併行精度と日間再現精度のデー

標本標準偏差0.0133

不偏分散

0.0002

本的な操作である。1回の滴定に要した時間は約6分

標準偏差0.0130（秤量3分＋滴定3分）
ほどであり、10回毎に休憩すること

分散

0.0002範囲

0.05

n=20付近から徐々に精度の低下が認められ、精神的疲

最小値

100.06

れの影響と判断できたので、n=10ごとに15分程度休憩

最大値

100.11

中央値

100.085

尖度-0.6344

歪度

0.1672に述べる。表1に示すデータは、QS9000の要求事項でタを求めた。試験方法は、試料を量りとって水に溶解し、指示薬を加えて水酸化ナトリウム溶液で滴定する最も基で有効なデータを得ることができた。
当初、3時間半連続でn=30の試験を実施したところし、表1のデータを得た。
表2に本試験の基本統計量を示す。

表1 酒石酸の純度試験の併行精度

ｎ

純度％

ｎ

純度％

標準誤差

0.00241

100.0816100.07

変動係数0.0001

2

100.1017

100.08

母平均の区間推定

3100.0818

100.09下限値

100.08144100.0719

100.08

上限値

100.0913

5

100.1120

100.086

100.1121

100.077100.0922100.098100.11

23

100.109100.0724

100.0910100.0625

100.0711

100.0826

100.0812100.0827

100.1013

100.0928

100.0914100.1029

100.1015

100.0830

100.09信頼度95%

母標準偏差の区間推定信頼度95%

下限値

0.0106

上限値

0.0177

ISO 17025を取得している筆者らの試験所では、滴定
用塩酸及び水酸化ナトリウム溶液を標定する際、n=3のばらつきの幅が0.0003〜0.0007であることから、本試験でも同等の精度が得られた。
またこの結果も、試薬の純度が100 ％を超える事例であるが、表2のデータから、100 ％を超える理由は、偏りに起因するものであり、ばらつきに起因するものではない
ことが十分理解していただけよう。
次に日間再現精度のデータを表3に示す。
条件として、2人の試験者が、2つの試料（別ロット）を3日間にわたりそれぞれn=3で試験した。最大のばらつきを

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表3 酒石酸純度試験の日間再現精度

試験者

日付

力価

観測するため、試験日ごとにビュレット及び 滴定溶液のビュレット 試料

純度％100.081

100.06100.08

8.16

1.006

41
100.102

100.08100.08100.061

100.08

ロットを変えて試験を実施した。紙面の都合上1人分のデータのみを記載するが、2つの 試料の 各平均値で比較すると2人の差は、最大0.04 ％であった。
この結果から、管理が一定水準に達すれば試験の頑健性（堅牢性）が強化され、信頼性のある結果が得られるようになることがお分かりいただけよう。
次にロット内の均質性を確認するため、小分けした同一ロット品5試料について各n=5で純度試験を実施した
が、結果は表4に示すように高い均質性を示した。
また、酒石酸の純度試験の不確かさの要因を図4のと100.10
A

8.17

1.005

41
100.092

100.12

表4 酒石酸の均質性確認

試料＼n

1

2

3

4

5

平均値％ RSD%

100.07100.101

100.06100.07

8.18

1.005

29

1

100.08 100.05 100.09 100.07 100.08 100.07 0.015

2100.07 100.11 100.06 100.09 100.08 100.08 0.019

3

100.06 100.06 100.10 100.11 100.09 100.08 0.023

4

100.08 100.09 100.10 100.08 100.07 100.08 0.011

5100.07 100.07 100.09 100.08 100.11 100.08 0.017

100.072

100.10100.12

分 子 量
酒石酸
純
度
試
験
の
不
確
か
さ

秤

量

秤量併行精度
目盛りの校正
体
滴

積

定

ファクター

図4 酒石酸の純度試験の不確かさの要因

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吐出併行精度液

終点判断

20

天秤精度直線性

温補正化学分析における基礎技術の重要性（5）おり解析し、各要因について不確かさの見積もりを行なっ

かさの要因として挙げなかったが、水の炭酸吸収対策、てみた。その結果を表5に示す。

秤量時の静電気対策、室温変動対策等を適切に管理

酒石酸の純度試験における不確かさは次のようになった。
（100.08±0.17）％ （k=2）

することで上記の結果が得られている。決して、滴定操
作だけで精度が保てるわけではない。

以上のように中和滴定は、基礎技術を高め、適切な管理を実施すれば、高い精度を出すことができる。不確

5．おわりに神の手を持つといわれる日本人脳外科医のドキュメン

表5 酒石酸の純度試験の不確かさの見積り

項目

単位

タリーを見て、技術者とは何かを再認識させられた。や

値

u as SDu as RSD

はり、深い知識と経験、そしてそれを具現化するテクニッ
クが備わることが望ましい。さらに、患者の症状は多種多

秤量

g

2

0.0001280.0000640

様であり、この脳外科医の解析力と決断力はすばらしいものであった。試験精度を向上させることもこれに似てい

NaOHファクター

−

1.000

0.000465

0.0004650

分子量

g/mol

150.0864

0.002120.0000141

滴定量

mL

24.88

0.019

0.0007637

ると感じる。やはり、解析力が大きなウェイトを占めるだろう。データを解析し、重要ポイントを見つけだし、適切な管理に結び付けられるかが分かれ目となる。不確かさの推定が徐々に一般化してゆく状況ともなれば、ますます基礎技術が重要となるだろう。

THE CHEMICAL TIMES 200号発刊にあたって「THE CHEMICAL TIMES」は昭和25年（1950年）3月の創刊以来、学術誌として半世紀以上の永きにわたり関東化学と共に歩んできました。この間多くの読者の皆様のご愛顧を賜り、お蔭さまをもちまして、今号をもって200号の発刊を迎えるに到りました。
今後さらに読者の皆様に親しまれ、記憶に残る「THE CHEMICAL TIMES」をめざし、化学、医薬、物理、生物その他幅広い分野でご活躍の諸先生方をご紹介できますよう、編集委員一同努力していく所存です。
今後とも本誌をご愛顧下さいますよう何卒よろしくお願い申し上げます。
【創刊号からの誌面サイズと表紙の変遷】
創刊以来のＢ5版誌面を、平成15年、2003-No.1（通巻187号）をもってＡ4版に変更いたしました。
また同時に５回目の表紙変更を行い、従来のイメージを一新し、高山植物のシリーズで毎号表紙写真を差し替え致しております。ご覧になってひと時のなごみをお楽しみ下さい。

初代

1号〜26号
S25（1950）3月〜S37（1962）10月

第2代

27号〜100号
S38（1963）1月〜S56（1981）4月

第3代101号〜154号
S56（1981）7月〜H6（1994）10月

第4代

155号〜186号
H7（1995）1月〜H14（2002）10月

第5代

187号〜
H15（2003）1月〜

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（通巻200号）

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ドイツの切手に現れた科学者、技術者達（13）ハインリッヒ・アレキサンダー・フォン・フンボルト
Scientists and Engineers in German Stamps (13). Heinrich Alexander von Humboldt

筑波大学名誉教授

原田馨

KAORU HARADA
Professor Emeritus,University of Tsukuba.

ハインリッヒ・アレキサンダー・フォン・フンボルト
ハインリッヒ・アレキサンダー・フォン・フンボルト（Heinrich Alexandervon Humboldt, 1769-1859）
ドイツの地理学者、博物学者。
アレキサンダーはヴィルヘルム・フォン・フンボルト（Wilhelm von
Humboldt, 言語学者, 人文学者, 政治家）の弟であり、ベルリンに生まれた。少年時代の教育は主として家庭教師より学んだ。大学教育
はまずフランクフルト大学（オーデル川畔）で経済学を学び、ゲッチンゲ
ン大学で文献学、自然科学を学んだ。1790年には西ヨーロッパを旅行し見聞を広めた。1791年フライベルク鉱山学校に入学し、1792年にはプロイセン鉱山部の技師補佐になり、安全灯など有用な道具を発明した。1791年〜1795年にかけてボヘミア、オーストリア、チェコス
アレキサンダー・フンボルト、死亡100周年記念切手。
1959年、西ドイツ発行。

ロバキア、ポーランドの岩塩坑を調べた。また地磁気の調査を行った。
アレキサンダーは自然科学者であると共に人文主義者であり、1794
年兄ヴィルヘルムのいたイエナを訪ねゲーテ（W. v. Goethe, 17411832）、シラー（F. Schiller, 1759-1805）と交流した。
フンボルト兄弟には十分な親の遺産があり、生活のために働く必要はなく、またアレキサンダーは独身であったので、何時何処へでも長期間調査旅行に行くことができた。アレキサンダーは1799年、ナポ
レオンのあとを追ってエジプトへ行こうとしたが、旅行が困難になり、スペイン王からスペイン領新世界訪問の許可を得て1799年からフランスの植物学者ボブラン（A. Bonpland, 1773-1858）
と共に南アメリカへの調査旅行に出発した。オリノコ河の源流がアマゾン川の源流の一つと結びついていることを明らかにし、途中多くの植物標本、地質学的標本を採集した。また南米大陸の西側を流れる海流を調べた。現在この海流はフンボルト海流と云われている。活火山、地磁気の調査や、大気温度は高度が高くなるにつれて低下することも調べた。またエクアドルにある高山チモラゾ（6310m）に登り高山登頂

アレキサンダー・フンボルトの座像、フンボルト大学本館正面の左手にある。

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THE CHEMICAL TIMES 2006 No.2
（通巻200号）

記録を達成した。アレキサンダーは数々の地球についての新しい情ドイツの切手に現れた科学者、技術者達（13）ハインリッヒ・アレキサンダー・フォン・フンボルト

報と資料を持ち帰った。南アメリカからの帰路にはアメリカ合衆国を訪ね、科学技術の愛好家であった米国のジェファ−ソン大統領を訪問した。
アレキサンダーはヨーロッパに帰着後パリに定住したが、20年を費やして美しい文章で旅行記20巻を書き残した。高名なフランスの実験科学者であったゲイ・リュサック（Gay-Lussac, 1778-1850）と大気の組成についての研究をおこなった。
当時のアレキサンダーはヨーロッパ中に最も知られた有名人であった。ナポレオンの失脚後プロシアのフリードリッヒ・ヴィ
ルヘルム３世（Friedrich Wilhelm Ⅲ, 1770-1840）のもとで外交官となり、ベルリンに移った。1829年ロシアのニコライ1世（NicolaiⅠ, 1796-1855）に招かれロシア領であるアジア地方を調査する国際的活動を続けた。70才になりアレキサンダー
は彼の経験と新知識を集大成した書物の著作を計画した。彼の視点は個々の細部についてのものではなく巨視的な地球的立場から調査を行い全地球を把握しようとした。彼は自ら行動することにより地球についてのさまざまな事実を集め、広大な視点に立つ書物「コスモス」（Kosmos ＝宇宙）を著した。アレキサンダーの業績を振り返る時、彼は単なる博物学者ではなく、植物学、火山学、気象学、地質学、地理学などを総合した新しい「地球学」の創始者であると云うことができるだろう。
彼は科学者のサロンの重要人物として有能な人物の推薦をして、その人物をアカデミックな地位につけるような業務を行った。
このような運動の大変成功した例が若い J. リービッヒのギーセン大学への推薦であった。リービッヒはギーセン大学の化学教室の先任者が死亡すると数年のうちに化学教室を主催し、新しい化学教育と化学研究を開発させギ−セン大学の名称をヨーロッパ中に広めた。この功績の故にギーセン大学はユスタス・リービッヒ
大学と称せられた。この人事における成功は科学を広い立場から見、有能な人物を推薦したアレキサンダー・フンボルトの知識の広さに由来する。19世紀の前半は多くの自然科学の諸分野が確立しつつあり、化学の専門家（chemist）が生まれつつあった時期であった。
Ａ・フンボルトの南米大陸探査記念切手。 1959年、DDR発行。

A. フンボルトのウラル・シベリア探査旅行記念切手。 1959年、DDR発行。

※本稿に掲載の写真は、全て著者の撮影によるものである。

4枚の有名人切手の1枚。 1969年、DDR発行。

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ドイツの切手に現れた科学者、技術者達（13）ハインリッヒ・アレキサンダー・フォン・フンボルト
水槽の淡水魚を調べる若いA. フンボ
ルト。

ベ ルリンにあるハンブルク駅展示場で撮影した若いA.
フンボルトの 大理
石の座像。

ベルリンの北部にあるフンボ
ルト家のテーゲル荘。フンボ
ルト兄弟は少年時代ここで教育を受けた。テーゲル荘
は記念館として一般に公開されている。広大な敷地の中にはフンボルト家一族の墓地がある。

A.フンボルト生誕200年記念切手。
1969年ベルリン発行。

編

表紙写真
ミヤマウスユキソウ（深山薄雪草）キク科ウスユキソウ属
日本に自生する、ヨーロッパアルプスのシンボル「エーデルワイス」と同じ仲間の花としてこのミヤマウスユキソウ（別名ヒナ
ウスユキソウ）は知られています。秋田駒ケ岳、鳥海山や月山など東北地方の山に多く時々大群落を見ることが 出来ます。
特徴的な綿毛に覆わ れた花茎の 高さは10ｃｍ前後、花期は７〜8月。撮影地は鳥海山です。
（写真・文 北原）集

後記

３月２１日の春分の日、今年は早々と関にも、きらきらと眩しい輝きを放ち、ほんと東地方に桜前線がやってきました。暖かうに美しく新鮮に感じられます。

い春の風と開花を促す催花雨（さいかう）

ケミカルタイムスも今回で２００号を迎え、新を交えながら、爛漫の春が列島を北上したな節目を越えていくこととなりました。ごていきます。入学式、入社式を迎えて、フ寄稿者の暖かいご支援を頂きまして、編

レッシュマン達もこの春の中を初々しく行

集員一同一致協力しより充実した誌面作

き交う季節でもあります。やがて芽吹いてりへとまい進する所存でございます。今青葉となり新しい社会へと溶け込んでいく

後とも何卒宜しくお願い申し上げます。

ことでしょう。春の息吹は、人にもそして花

C K

（古藤

〒103-0023 東京都中央区日本橋本町3丁目2番8号
電話（03）3279−1751 FAX（03）3279−5560
インターネットホームページ http://www.kanto.co.jp
編集責任者 古藤 薫
平成18年4月1日 発行記）