分液・抽出操作のやり方！原理やコツ
分液は混合物から目的物質を取り出す精製操作の一つです。
本記事では、初めて分液をやる人から、ある程度分液に慣れてるが遭遇しやすいトラブルの対処法を紹介します！
目次
- 分液・抽出とは？
- 実際の分液操作方法
- 注意点やコツ
- 参考動画・参考サイト
分液・抽出とは？
分液の目的
分液・抽出は混合物から目的物を得る精製方法の一つです。
コーヒを淹れる → 固液抽出抽出は身の回りにあふれています。
例えば、コーヒー豆にお湯を注いでコーヒーを淹れるのも抽出です。コーヒー豆中の水溶性の成分がお湯に抽出されています。
「固体：豆」と「液体：水」の間で行うため「固液抽出」と呼びます。
分液 → 液液抽出コーヒーの抽出と分液は同じ抽出でも分類が違います。
分液は互いに混じり合わない２つの液体間で行うため「液液抽出」と呼びます。
水と油は混ざりあわないことは皆さんご存知かと思います。参考までにオリーブオイルと水を混ぜた動画が上がっていたので載せておきます。
水と油が混ざらない理由とは？
分液では互いに交じり合わない液体同士・水と油の二液間で行います。
水と油は互いに性質が異なるため、反発しあって分離しています。
同様に、物質の性質が似ているもの同士は混ざります。
分液ではこの性質を利用してとある物質Xを水と油どちらかに抽出します。
食塩(NaCl)は水と油どちらに溶けやすいか？
実際にやってみればすぐわかると思います。
食塩水にサラダ油を入れてふり混ぜて静置した後、油を舐めてみましょう。ほとんど塩辛さを感じないと思います。これは塩が水に溶けやすく、油に溶けにくいからです。
逆に唐辛子の辛味成分カプサイシンは油に溶けやすいため、ラー油は水ではなく油を使っています。
つまり、食塩は水層に抽出され、カプサイシンは油層に抽出されます。
構造式から水と油どちらに溶けやすいかを予測する構造式を見ると水と油どちらに溶けやすいかを予測することができます。
実際に以下の４つの物質はどちらに溶けるか構造式を見て考えてみましょう。
- ベンゼン
- カプサイシン
- エタノール
- 食塩
・油の特徴
油といえば、サラダ油のオレイン酸やガソリンのオクタンなどがあります。
これらに共通する構造は「炭化水素」です。下図では赤色で示しています。
・水の特徴
水の特徴は「水酸基：O-H」です。下図の構造式では青色で示しています。
これらの特徴をもとにどちらに移動するかを予想してみましょう。
水と油どちらに溶けやすいか
答えは以下のようにベンゼン、カプサイシンは油層、エタノール、食塩は水層に移動します。
- ベンゼン、カプサイシン → 油層
- エタノール 食塩（NaCl）→ 水層
ベンゼンとカプサイシンは炭化水素の赤い部分の構造が占める割合が大きいので油層に移動します。
エタノールは水酸基をもっており、炭化水素の割合が小さいので水層に移動します。
NaClは酸素や窒素元素は無いですがイオンになっており、極性が高いので水層に移動します。
水層に移動する物質は酸素以外にも、電気陰性度の大きな元素(O,N, Cl)が結合して分極している分子があります。例）アンモニア(NH3)
有機化学における油 有機溶媒分液では油といってもサラダ油などは使用しません。もっと沸点が低い液体を使います。
有機化学では油のことを有機溶媒と呼びます。
沸点の低い油を使用する理由は、有機溶媒中に抽出した物質のみを取り出すためです。目的物が溶けている有機溶媒を蒸発させれば目的物のみを取り出すことができます。
たとえば油に溶けやすいカプサイシンをサラダ油で抽出しているラー油をいくら温めても沸点が高いので水のようにサラダ油を蒸発させるのは困難です。一方、サラダ油の代わりに沸点の低いエーテルを使用すれば蒸発によりカプサイシンのみを取り出せます。
分液で沸点が低いものを扱う理由 沸点の高いオレイン酸では200℃に温めてもオレイン酸は蒸発しない
分液の目的！
分液とは2つの液を分けること→有機溶媒層と水層の2つの層を別々に分けることです。分液をすることによって、目的物を抽出できます。分液ロートは2層に別れた液体を分ける、分液するときに使うガラス器具です。
実際の分液操作方法
分液操作は化学反応後にやります。反応後には反応に使った化学物質がたくさん混じっているからです。
この反応溶液中で必要な目的物は赤い構造式のエーテル体のみです。
目的物を取り出すのに分液が使えます。
水に溶けるもの、有機溶媒に溶けるもの の大きく２つに分類してみましょう。
幸運なことに目的物質は有機溶媒に溶けやすいので有機溶媒を蒸発させれば目的物を得られます。
それでは具体的な分液操作の流れを紹介します。
STEP.1反応のクエンチ
反応後の溶液に水やアルコールを加えてクエンチ