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10.2 : アルコールとフェノールの物理的特性

アルコールは、飽和炭素にヒドロキシ基が結合した有機化合物です。 フェノールは、芳香環に結合したヒドロキシ基を含むアルコールの一種です。 アルコールとフェノールの物理的特性は、ヒドロキシ官能基の酸素-水素双極子による水素結合と、アルコールとフェノール分子のアルキルまたはアリール領域間の分散力によって影響されます。

アルコールは、分子間の水素結合により、同様の分子量の脂肪族炭化水素よりも高い沸点を持っています。 炭化水素の場合と同様、炭素鎖長が増加すると沸点が高くなるのは分散力のせいです。

ヒドロキシ基と水の間の水素結合により、アルコールの水への溶解が促進されます。 ただし、水への溶解度は、分子のアルキル領域または非極性領域の長さにも依存します。 最大 3 個の炭素原子のアルキル領域を持つアルコールは水と混和します。 鎖の長さが増加すると、非極性領域の表面積が増加するため、水分子による溶媒和が妨げられます。

分岐アルコールの溶解度は、同様の分子量の直鎖アルコールの溶解度よりも高くなります。 分岐により、非極性領域間の分子間相互作用の表面積が減少します。 したがって、疎水性の非極性領域は小さくなります。 分子間相互作用が弱いため、分岐アルコールの沸点は対応する直鎖アルコールよりも低くなります。

1 つの分子内に複数の水素結合部位があるため、沸点が上昇します。 したがって、ジオールとアミノアルコールはアルコールよりも沸点が高く、水溶性が優れています。

直鎖状アルコールと比較すると、環状アルコールは立体的な制限があるため、限られた数の立体配座でしか存在できません。 液相中の環状アルコールの最密充填から生じる分子間相互作用の増加により、直鎖アルコールの沸点と比較して沸点が高くなります。

分子間の水素結合も、フェノールの高沸点と水への溶解度を定義する役割を果たします。 フェノールの沸点は、フェノール分子が緻密に充填されているため、対応する脂肪族アルコールの沸点よりも高く、大きな平面芳香環間のπ-πスタッキング相互作用によって促進されます。 最密充填芳香環は液相の非極性領域の表面積を増加させ、フェノールの溶解度を制限します (100 g H_2O 中に 9.3 g)。 ただし、隣接する電子求引性芳香環によって引き起こされる酸素-水素結合双極子の極性の増加により、この溶解度は同様の分子量を持つアルコールの溶解度よりも高くなります。

構造

名前

分子量 (g/mol)

沸点 (oC)

溶解性

(g/100 g H2O)

Figure1

1-ブタノール

74

118

9.1

Figure2

イソブタノール

74

108

10

Figure3

tert-ブタノール

74

83

混和(∞)

Figure4

ペンタン

72

36

不溶性

Figure5

プロパン-1,2-ジオール

76

188

混和(∞)

Figure6

1-ヘキサノール

102

156

0.6

Figure7

シクロヘキサノール

100

162

3.6

Figure8

フェノール

94

182

9.3

Figure9

トルエン

92

110

不溶性

アルコールは抗菌特性があるため、消毒剤として広く使用されています。 イソプロパノールまたはエタノールは、手指消毒剤の主成分です。 理想的な抗菌剤は、微生物の細胞膜に浸透して微生物を破壊できる重要な非極性領域またはアルキル領域を持っている必要があります。 同時に、輸送媒体である水に対して高い溶解度を持たなければなりません。 低分子アルコールでは、これら 2 つの条件の間の最適なバランスが満たされます。

タグ

AlcoholsPhenolsPhysical PropertiesHydroxy GroupSaturated CarbonAromatic RingHydrogen BondingDispersion ForcesBoiling PointIntermolecular Hydrogen BondingCarbon Chain LengthSolubilityWater SolubilityAlkyl RegionNonpolar RegionMiscible With WaterBranched Alcohols

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