こんにちは。
今回は大阪大学第３問の解説をしていきます。範囲は有機分野、中でも分離操作についてです。有機実験の定番ですが、なかなか高校の授業で実施されない実験ですね。動画などを見つけて、イメージしながら定着させていきましょう。
目次
問１ 化合物A～Cの構造式
実験内容をまとめていきます。
まず、最初に塩酸と反応して塩となった化合物Aはアニリンだと推測されます。元素分析の結果から、それが適当か確認できます。
次に、炭酸水素ナトリウム水溶液と反応して塩となった化合物Bは安息香酸だと推測されます。こちらも、元素分析の結果から確認できます。
最後に、水酸化ナトリウム水溶液と反応し、塩化鉄(Ⅲ)水溶液によって呈色反応を示したことから、化合物Cはフェノールであると推測されます。
いずれも置換基が１つしかないので、推測・決定は容易ですね。
問２ ジエチルエーテルと水の密度
ジエチルエーテルは水よりも密度が小さいため、上層となります。そもそも下線部①について、下層にアニリン塩酸塩が溶けていることから、下層が水であることは分かりますね。
問３ ガスF
炭酸水素ナトリウム水溶液の代わりに水酸化ナトリウム水溶液を加えると、安息香酸（化合物Ｂ）・フェノール（化合物Ｃ）いずれも中和されて塩になります。ここにガスＦを加えると、安息香酸（化合物Ｂ）のみ塩のままであるため、カルボン酸より弱い酸でフェノールを遊離させる必要があります。よって、ガスＦは二酸化炭素ですね。
問４ 化合物Ｇの構造式
アニリン、亜硝酸ナトリウムNaNO2が出てきたら「ジアゾ化」ですね。このあと、フェノールと反応させるので、続けて「カップリング」が起きています。
問５ 配向性
ベンゼン環上に置換基が１つしかない化合物に対して更に置換反応を起こすとき、置換する場所が元々の置換基によって決まる性質を配向性と言います。
高校の教科書では発展内容として授業では取り上げられることは少ないかもしれませんが、難関校を目指す人たちは一度は聞いたことがあるかと思います。最近、この配向性について知っていないと解けないような問題を見かけるので、これを機に覚えておきましょう。
問６ 配向性の原理
私は大学２年生の有機化学で習いましたが、問題文にあるような説明があれば高校生でも理解できないことはないと思います。なぜメチル基が電子を与えることができるのか、という点については大学に行ってから学べばよいと思いますが、有機化学を考える上で「共鳴構造」というのは化合物の安定性、反応性にとって重要なファクターです。パラ位の例から考えればさほど難しいものではありません。
図から分かる通り、オルト位への置換ではメチル基が結合している炭素が正電荷を帯びる共鳴構造があるため、安定化されます。一方、メタ位への置換ではそのような共鳴構造ができないため、メタ位への置換反応は起きにくいと説明されます。
問７ 化合物Dの構造異性体
ベンゼン環から水素原子１つを除いたものの分子量は77です。残りの分子量は41なので、C3H5－がつくことになります。幾何異性体も区別して書きましょう。
問８ 化合物Ｉの存在比
置換基の分子量（原子量）が35または37、青緑色の炎色反応を示すことから化合物Eがクロロベンゼンであることが分かります。よって塩素Cl2の同位体比が35Cl：37Cl＝3：1であることが分かります。
