問題情報

単元エステルの加水分解
年度2010年度
問題番号化学Ⅰ－第4問－問2
配点a‐3,b‐3
計算問題×
難易度難しい

正解

②　Aはシス形の異性体である。

③　3

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解説

　エステルは，カルボン酸とアルコールの脱水縮合（エステル化）により生じる物質です。これを酸で加水分解すると，カルボン酸RCOOHとアルコールR’OHが生じます。

　　　エステルの加水分解

この問題では，化合物Aと化合物Bが1mol：2molで生じていることから，化合物Aはカルボキシル基－COOHまたはヒドロキシ基－OHのどちらかを2つもっており，2か所で化合物Bとエステル結合していると考えられます。

幾何異性体　Aには幾何異性体が存在するので，二重結合をもち，R1≠R2とR3≠R4の両方を満たす構造をしています。また，脱水反応が起こって分子式C4H2O3で表される化合物Cが得られると書かれています。分子内脱水（脱離）と分子間脱水（縮合）の両方が考えられますが，分子内脱水なら元の化合物AはC4H2O3＋H2O＝C4H4O4の分子式，分子間脱水なら元の化合物Aは（C4H2O3＋H2O）÷2＝C2H2O2の分子式をもちます。ただ，化合物AがC2H2O2の分子式だと，上記の官能基を2つもちながら幾何異性体が存在するという構造がありません。よって，化合物Aの分子式はC4H4O4です。

　C4H4O4で幾何異性体をもつのはフマル酸とマレイン酸です。どちらもカルボキシル基を2つもつジカルボン酸（2価カルボン酸）で，フマル酸がトランス形，マレイン酸がシス形です（虎に踏まれて稀に死す）。このうち，脱水反応が起こるのは，2つのカルボキシル基が近いマレイン酸（シス形）です。

フマル酸の構造式マレイン酸の構造式
フマル酸マレイン酸

ヨードホルム反応を示す構造　Bはヨードホルム反応を示すと書かれています。ヨードホルム反応を示すのは，右図の構造をもつ物質です。Rには水素原子Hまたは炭化水素基が当てはまります。また，Bを酸化するとアセトンになるので，化合物Bは2‐プロパノールCH3CH（OH）CH3です。

　話は戻りますが，化合物Bの分子式C3H7Oを決定してから，元のエステルの分子式C10H16O4と合わせることでも，化合物Aの分子式を求めることが出来ます。2つの化合物Bと1つの化合物Aで2か所のエステル化が起こってC10H16O4が得られるので，次の式が成り立ちます。
　　　C3H7O×2　＋　CxHyOz　－　H2O×2　＝　C10H16O4
　　　CxHyOz　＝　C4H4O4

a　①　先述のように，Aは2価カルボン酸です。

②　Aは，分子内脱水（脱離）が起こっていることから，2つのカルボキシル基が近いシス形です。

③　マレイン酸に水素を付加されると，次のような物質になります。不斉炭素原子は，「結合する原子または原子団がすべて異なる炭素原子」です。これに該当する炭素原子はありませんので，不斉炭素原子は存在しません。

　　　マレイン酸への水素付加

無水マレイン酸の構造式④　マレイン酸の脱水により生じる無水マレイン酸は，右図のような構造をしています。炭素原子4個と酸素原子1個の計5個の原子からなる環が存在します。

⑤　無水マレイン酸は，マレイン酸の2つのカルボキシル基から脱水して生じた酸無水物です。カルボキシル基として残っている部分がありませんので，カルボキシル基は存在しません。

b　化合物Bは，2‐プロパノールCH3CH（OH）CH3です。あとで示すように，単結合のみでできている化合物です。二重結合や環構造があると，水素原子の数が減ってしまうので，構造異性体も単結合のみでできています。

　構造異性体は，まず炭素原子のつながりを考えます。炭素数が3なので，炭素原子の枝分かれは存在しません。

　次に，アルコールとエーテルに分けて考えます。アルコールの構造異性体は，ヒドロキシ基の位置を変えながら確認していきます。1‐プロパノールと3‐プロパノールはひっくり返すと同じ構造になることから，同一物質です。よって，次の2種類の構造異性体が存在します。

1‐プロパノールの構造式2‐プロパノールの構造式
1‐プロパノール2‐プロパノール

　エーテルの構造異性体は，炭素原子の間に酸素原子を割り込ませて確認します。炭素原子間の単結合は2か所ありますが，どちらに酸素原子を割り込ませても，ひっくり返せば同じ構造になるので同一物質です。よって，次の1種類の構造異性体が存在します。

エチルメチルエーテルの構造式
エチルメチルエーテル

　よって，アルコールとエーテルを合わせて3種類の構造異性体が存在します。

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問題エステルの加水分解の問題
ワードファイルエステルの加水分解のワードファイル
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