質問: 安息香酸メチルを精製する実験について 安息香酸から安息香酸メチルを精製する実験をやったのですが、このときできる不純物がなぜできたかがどうしてもわかりません。 実験内容は以下の通りです。 100mlの丸底フラスコに10.0gの安息香酸と25mlのメタノールを入れ、注意しながらこれに3mlの濃硫酸を器壁に沿わせてゆっくり流しこみ、かるく混合する。沸石を入れ還流冷却器をつけて蒸気浴上で穏やかに1時間還流する。溶液を冷やしてから50mlの水を入れた分液漏斗に注入する。このとき沸石はいれない。 ベンゼン50mlをはかりとり、この一部分でフラスコを洗い、この溶液を分液漏斗に、さらに残りのベンゼンも分液漏斗に移す。分液漏斗を振り混ぜ反応生成物をベンゼン層に抽出してから下層の水層を流しだす。25mlの水でさらに一回洗ってから25mlの5%重炭酸ナトリウムで洗い分液する。5%重炭酸ナトリウムにより未反応の安息香酸は安息香酸ナトリウムに変化しベンゼン層から水層に移る。水層を100mlビーカーにとりだし、これを酸性にしてみる。水不溶物が生じたならば、これは未反応の安息香酸である。 ベンゼン抽出液を30mlの飽和食塩水で洗い、食塩水を除いたのちこの溶液を100ml蒸留フラスコに入れ、水冷冷却器をつけて直火で蒸留する。はじめにベンゼン-水の共沸混合物が次にベンゼンが溜出される。抽出が終わると温度はいっきに上昇する。100°Cを示したら水冷冷却器の水を抜いて空気冷却器にして蒸留を続ける。190°C以上になったら重量既知の50ml三角フラスコに蒸留液を捕集する。 この蒸留液(安息香酸メチル)の不純物はベンゼンだったのですが、なぜ、エタノールは残らないかがわかりません。蒸留の際取り除かれると思うのですが、沸点が同じくらいのベンゼンとエタノールでベンゼンだけ不純物としてでるのかが疑問です。 あと、安息香酸が不純物に含まれない理由として、炭酸ナトリウムで硫酸とともに中和されナトリウム塩となって水層から除去されると思いますがいまいち確証がもてません。安息香酸がでない根拠が他にもあるかどうかも疑問です。
回答: なぜ不純物にエタノールが残らないのかと言う事ですが、分子の極性を考えてみれ ばいいと思います。 エタノールは極性が高いため、水に溶けやすく、ベンゼンに溶けにくいですよね。 そのため、一回目の分液操作でほぼ完全に抜けていると考えていいと思います。 その後、重曹水や飽和食塩水でも洗っていますから、完全にエタノールは無いです。 ベンゼンは、最後まで抽出用の溶媒としていますから、不純物として残っていても 別におかしくないです。それに安息香酸メチルはベンゼン骨格を持っていますから ベンゼンと相性がいいので、残りやすいと思います。 完全に飛ばしたいなら、まずエバポレーターなどで濃縮して、溶媒のベンゼンをな るべく飛ばした後に、蒸留操作をするといいと思います。 未反応の安息香酸のことですが、その構造から、カルボン酸であることは分かりま すよね。酸ですから、このカルボン酸と重曹が反応してカルボン酸のナトリウム塩 になります。 このとき、安息香酸は陰イオンになっています。イオンになると、分子の極性は非 常に高くなります。その結果、極性の低い有機溶媒には非常に溶けにくくなり、 水には非常に良く溶けるようになります。 つまり、この中和の操作によって、水相に移りやすくしているのです。 ですから、不安がらなくても良いです。