サリチル酸／メタノール系における安全なエステル化反応サリチル酸メチルエステル化反応 O O OH ＋ CH3OH OH サリチル酸濃硫酸 O CH3OH CH 3 ＋ H 2O OH メタノールサリチル酸メチルサリチル酸メチル鎮痛消炎剤として外用塗布薬に用いられている。エステル化反応によって合成される。エステル化反応に触媒として濃硫酸を使用。触媒としての濃硫酸 O エステル化 OH ＋ CH3OH OH サリチル酸 O CH3OH 加水分解メタノール O CH 3 ＋ H 2O OH サリチル酸メチル酸触媒作用プロトンH+がカルボキシ基に付加し，メタノールによる求核付加反応を促進させる。脱水作用エステル化反応で生成した水を吸収して，サリチル酸メチルが生成する方向に平衡を移動させる。エステル化反応の一般的な触媒である濃流酸はその二つの働きをもつ。濃硫酸は取り扱いが難しく危険であり環境にも悪い。研究目的酸触媒作用と脱水作用をもつ触媒の組み合わせを明らかにし，安全に行うことのできるエステル化反応の条件を確立する。濃硫酸の代替触媒酸触媒作用と脱水作用の働きを利用するため，それぞれ酸触媒と脱水剤を使用した。酸触媒・酢酸・硝酸・塩酸・リン酸脱水剤塩化カルシウム塩化カルシウムは固定。酸触媒を変化させたときのサリチル酸メチルの収率を評価。実験試薬使用器具サリチル酸，メタノール，硫酸，硝酸，塩酸，酢酸，リン酸，塩化カルシウム 300 mL丸底フラスコ，玉ごめ冷却器，ウォーターバス，分液ロート，三角フラスコ，ロート，500 mLビーカー，ろ紙，ガスバーナー，枝付きフラスコ，三脚，三角フラスコ，スタンド×３，リービッヒ冷却器，温度計実験操作 ① サリチル酸とメタノールを混合し加熱還流を行い，サリチル酸メチルを合成した。 ② 生成物とヘキサンを分液ロートに入れ，炭酸ナトリウム水溶液を少しずつ加え中性にし，抽出した。 ③ 生成物を枝付きフラスコに入れ常圧蒸留を行い，サリチル酸メチルを精製した。このような手順でサリチル酸メチルを合成した。具体的な実験操作 • 下の試料を用い，1時間加熱還流を行った。 • 常圧蒸留では，温度がヘキサンの沸点の69度になった後，フラスコ内が減圧されて50度になるまで加熱した。サリチル酸 10.00 g メタノール 25.0 mL 硫酸など ← 加熱還流装置加熱還流のときに使用した触媒の物質量はすべて0.12 mol に統一。 ← 蒸留装置サリチル酸メチルを合成し，精製した。収率の算出 m ――――――――― n₁ ――――――――― n₂ ＝ n₁ M × 100 ＝サリチル酸メチルの収率〔％〕 M＝サリチル酸メチルのモル質量 m＝合成されたサリチル酸メチルの質量 n₁＝合成されたサリチル酸メチルの物質量 n₂＝使用したサリチル酸10g の物質量〔g/mol〕〔g〕〔mol〕〔mol〕以上の計算で収率を算出した。酸触媒を変えたときの収率の変化酸触媒とその収率のグラフ [％] 50 40 30 グラフのデータは，再現性を確かめるため2回行った実験の，平均の収率を示した。 20 10 0 硫酸酢酸硝酸塩酸リン酸塩酸が酸触媒のときの収率が最大。考察塩酸硫酸よりも電離度が高く，プロトンが溶液中により多く存在する。リン酸脱水作用があり，他の触媒よりも脱水効果が高い。結論濃硫酸を用いなくとも，酸触媒と脱水剤を用いることで，サリチル酸メチルを合成することができた。さらに，酢酸を酸触媒として用いてもサリチル酸メチルを合成できた。今後の課題・展望 1. 塩酸，リン酸を酸触媒とした時のさらなる考察。 2. 脱水剤を変えたときの収率の評価。 3. 新たな酸触媒の探索。