第110回
問101
理論問題｜化学
酸塩基抽出による有機化合物の分離
問101（理論）
有機化合物A〜Dが100 mgずつ含まれるジエチルエーテル（エーテル）溶液100 mLについて、エーテルと同体積の各水溶液を用いて、分液ロートによる以下の操作を行った。このとき分液操作②によって得られた水層には、有機化合物Dの塩が主に含まれていた。有機化合物A〜Dを分離する分液操作の組合せとして、最も適切なのはどれか。1つ選べ。
ア 2 mol/L塩酸を用いる分液操作
イ 2 mol/L NaOH水溶液を用いる分液操作
ウ 飽和NaHCO₃水溶液を用いる分液操作
イ 2 mol/L NaOH水溶液を用いる分液操作
ウ 飽和NaHCO₃水溶液を用いる分液操作
| 選択肢 | 分液操作① | 分液操作② | 分液操作③ | |
| 1 | ア | イ | ウ | — |
| 2 | イ | ウ | ア | — |
| 3 | ウ | ア | イ | — |
| 4 | ア | ウ | イ | — |
| 5 | イ | ア | ウ | — |
| 6 | ウ | イ | ア | — |
正解です！
解説で酸性度の強さと抽出剤の使い分けを確認しましょう。
不正解です。正解は 6 です。
解説で酸性度の強さと抽出剤の使い分けを確認しましょう。
解説を見る▼
この分離操作は、官能基の酸・塩基としての強さの違いを利用して、有機化合物を順番に水層へ移していく古典的な酸塩基抽出法です。カギとなるのは「飽和NaHCO₃水溶液は弱塩基（炭酸のpKa≈6.3）であり、カルボン酸（B）は引き抜けるがフェノール（D、pKa≈10）は引き抜けない」という性質です。
各化合物の性質と反応する試薬
・A（アニソール）：中性化合物。酸にも塩基にも反応せず、常にエーテル層に留まる
・B（安息香酸）：カルボン酸（強い酸、pKa≈4.2）。飽和NaHCO₃でもNaOHでも塩を形成し水層へ移る
・C（アニリン）：弱塩基（アミン）。塩酸と反応してアニリニウム塩となり水層へ移る
・D（フェノール）：弱い酸（pKa≈10）。NaOH（強塩基）とは反応するが、弱塩基のNaHCO₃とは反応しない
・A（アニソール）：中性化合物。酸にも塩基にも反応せず、常にエーテル層に留まる
・B（安息香酸）：カルボン酸（強い酸、pKa≈4.2）。飽和NaHCO₃でもNaOHでも塩を形成し水層へ移る
・C（アニリン）：弱塩基（アミン）。塩酸と反応してアニリニウム塩となり水層へ移る
・D（フェノール）：弱い酸（pKa≈10）。NaOH（強塩基）とは反応するが、弱塩基のNaHCO₃とは反応しない
条件から操作順序を決定する
問題文の条件「分液操作②の水層にDが主に含まれる」を満たすには、②でNaOH（イ）を使う際に、あらかじめBが除去されている必要がある（そうしないとBとDが混ざって水層②に移ってしまうため）。
① 飽和NaHCO₃（ウ）：弱塩基のためBのみを選択的に塩として水層①へ抽出（A・C・Dはエーテル層に残る）
② 2 mol/L NaOH（イ）：残ったA・C・Dのうち、酸性のD（フェノール）のみを塩として水層②へ抽出（Cは塩基性でNaOHに反応せずエーテル層に残る）→ 水層②はDの塩が主体という条件と一致
③ 2 mol/L塩酸（ア）：残ったA・Cのうち、塩基性のC（アニリン）を塩として水層③へ抽出。最終エーテル層にはAのみが残る
問題文の条件「分液操作②の水層にDが主に含まれる」を満たすには、②でNaOH（イ）を使う際に、あらかじめBが除去されている必要がある（そうしないとBとDが混ざって水層②に移ってしまうため）。
① 飽和NaHCO₃（ウ）：弱塩基のためBのみを選択的に塩として水層①へ抽出（A・C・Dはエーテル層に残る）
② 2 mol/L NaOH（イ）：残ったA・C・Dのうち、酸性のD（フェノール）のみを塩として水層②へ抽出（Cは塩基性でNaOHに反応せずエーテル層に残る）→ 水層②はDの塩が主体という条件と一致
③ 2 mol/L塩酸（ア）：残ったA・Cのうち、塩基性のC（アニリン）を塩として水層③へ抽出。最終エーテル層にはAのみが残る
| 操作 | 試薬 | 水層に移る化合物 |
| ① | ウ（飽和NaHCO₃） | B（安息香酸） |
| ② | イ（NaOH） | D（フェノール）★ |
| ③ | ア（塩酸） | C（アニリン） |
| 最終エーテル層 | — | A（アニソール、中性） |
引っかけポイント：
・「酸性化合物は全部NaOHで一括抽出できる」という思い込み：確かにNaOHはB・Dどちらも抽出できるが、それでは②でDだけを取り出せない。先にNaHCO₃でBだけを除いておくという「弱い塩基から強い塩基へ段階的に強くする」戦略がこの問題の核心
・NaHCO₃とフェノールの反応性：フェノールは弱酸（pKa≈10）で、炭酸（pKa≈6.3）より弱いため、NaHCO₃では脱プロトン化されない。「酸性物質＝NaHCO₃で全部抽出できる」と誤解しないこと（カルボン酸のみがNaHCO₃で抽出可能）
・アミンの挙動：塩基性のアニリンCは、NaOH処理（②）では反応せず（酸と反応するのが塩基の性質）、エーテル層に留まり続ける点を見落とさないこと。塩酸処理でようやく水層に移る
・分液操作の順序を考える際は、「今、エーテル層に何が残っているか」を各ステップごとに追跡することがミスを防ぐコツ
・「酸性化合物は全部NaOHで一括抽出できる」という思い込み：確かにNaOHはB・Dどちらも抽出できるが、それでは②でDだけを取り出せない。先にNaHCO₃でBだけを除いておくという「弱い塩基から強い塩基へ段階的に強くする」戦略がこの問題の核心
・NaHCO₃とフェノールの反応性：フェノールは弱酸（pKa≈10）で、炭酸（pKa≈6.3）より弱いため、NaHCO₃では脱プロトン化されない。「酸性物質＝NaHCO₃で全部抽出できる」と誤解しないこと（カルボン酸のみがNaHCO₃で抽出可能）
・アミンの挙動：塩基性のアニリンCは、NaOH処理（②）では反応せず（酸と反応するのが塩基の性質）、エーテル層に留まり続ける点を見落とさないこと。塩酸処理でようやく水層に移る
・分液操作の順序を考える際は、「今、エーテル層に何が残っているか」を各ステップごとに追跡することがミスを防ぐコツ
臨床メモ▼
薬剤師 あおい
この酸塩基抽出の考え方は、有機化合物の混合物からの単離・精製だけでなく、薬物動態（体内での薬物のイオン形と脂溶性の関係）を理解する上でも重要な基礎です。弱酸性薬物・弱塩基性薬物が、消化管や尿細管などのpH環境によってイオン形・分子形の比率を変え、吸収・再吸収されやすさが変わる「pHパーティション仮説」も、まさに同じ酸塩基平衡の考え方に基づいています。
実務に直結する話ではありませんが、「弱酸性薬物は酸性尿でより吸収されやすい（分子形が多い）」「弱塩基性薬物は逆」といった相互作用・排泄の理解にも、この分液操作で学ぶpKaと酸・塩基の強さの感覚がそのまま活きてきます。
