安息香酸・フェノール・アニリン・ニトロベンゼンの混合物を分離する操作は、芳香族化合物の総まとめです。
酸性・塩基性の違いを使って水層に引き込み、その後に酸または塩基で遊離させるという考え方が全体を貫く原理です。
フローチャートを頭に描きながら、各試薬で何が水層に移るかを整理することが目標です。
有機化合物の分離では、水とジエチルエーテル（有機溶媒）の2層を使います。有機化合物は通常エーテルに溶けますが、塩（イオン化した形）は水に溶けます。この性質の違いを利用して分離します。
| 化合物 | 性質 | NaOH との反応 | NaHCO₃ との反応 | HCl との反応 |
|---|---|---|---|---|
| 安息香酸 C6H5COOH | 酸性（弱酸、カルボン酸） | 反応（塩を形成） | 反応（CO₂↑） | 反応しない |
| フェノール C6H5OH | 酸性（弱酸、炭酸より弱い） | 反応（塩を形成） | 反応しない | 反応しない |
| アニリン C6H5NH2 | 塩基性（弱塩基） | 反応しない | 反応しない | 反応（塩を形成） |
| ニトロベンゼン C6H5NO2 | 中性 | 反応しない | 反応しない | 反応しない |
HCl（強酸）> スルホン酸 > 安息香酸（カルボン酸） > H2CO3（炭酸）> フェノール類 > アルコール
この序列から：
・NaHCO3（炭酸水素ナトリウム）を加えると → 安息香酸のみが反応してCO₂↑（フェノールは反応しない）
・NaOH を加えると → 安息香酸とフェノールの両方が反応して塩を形成（水層へ移る）
安息香酸・フェノール・アニリン・ニトロベンゼンを含むジエチルエーテル溶液からの分離手順を示します。
水層に移した各成分は、以下の操作で元の有機化合物として取り出します。
| 成分 | 水層での形 | 遊離操作 | 回収物 |
|---|---|---|---|
| 安息香酸 | 安息香酸ナトリウム（水層 1） | HCl など強酸を加える（弱酸の遊離） | 安息香酸（白色沈殿） |
| フェノール | ナトリウムフェノキシド（水層 2） | HCl（または CO₂）を加える（弱酸の遊離） | フェノール |
| アニリン | アニリン塩酸塩（水層 3） | NaOH を加える（弱塩基の遊離） | アニリン（油状物） |
| ニトロベンゼン | （エーテル層 3 に残存） | エーテルを蒸発させる | ニトロベンゼン |
NaHCO₃ を先に使うのは「カルボン酸だけを選択的に水層に引き込むため」です。もし NaOH を先に使うと、安息香酸とフェノールが両方とも水層に移ってしまい、2種類を分けることができません。強さの弱い塩基（NaHCO₃）で強い酸（カルボン酸）だけを取り出し、次に強い塩基（NaOH）で弱い酸（フェノール）を取り出すという順序が重要です。
有機化合物の分離は第21章の「総まとめ」であると同時に、14章（電離平衡）で学んだ酸塩基の序列の実践的な応用です。
Q1. 安息香酸とフェノールを含むエーテル溶液に NaHCO₃ 水溶液を加えて振り混ぜたとき、水層に移るのはどちらか。その理由も述べよ。
Q2. アニリンとニトロベンゼンを含むエーテル溶液から、アニリンだけを分離する操作を述べよ。
Q3. 分離操作で NaOH より先に NaHCO₃ を使う理由を説明せよ。
Q4. 安息香酸・フェノール・アニリン・ニトロベンゼンの4種類のうち、酸にも塩基にも反応せず最後までエーテル層に残るのはどれか。その理由も答えよ。
基礎（A）から発展（C）まで段階的に取り組んでください。
安息香酸・フェノール・アニリン・ニトロベンゼンを含むジエチルエーテル溶液の分離操作に関する記述として正しいものを、次の①〜⑤からすべて選べ。
②③④⑤
① 誤り。NaHCO₃ はフェノールとは反応しない（フェノールは炭酸より弱い酸）。水層に移るのは安息香酸のみ。② 正しい。カルボン酸（安息香酸）のみが NaHCO₃ と反応して CO₂ を発生しながら塩になり水層へ移る。③ 正しい。この段階ではエーテル層にフェノール・アニリン・ニトロベンゼンが残っており、NaOH を加えるとフェノールが反応してナトリウムフェノキシドとなり水層へ。④ 正しい。アニリン（弱塩基）は HCl と中和してアニリン塩酸塩を生じ水層へ。⑤ 正しい。ニトロベンゼンは中性。
安息香酸（A）、フェノール（B）、アニリン（C）、ニトロベンゼン（D）の4種類を含むジエチルエーテル溶液がある。次の操作①〜③を順に行い、各成分を分離した。
操作①：ジエチルエーテル溶液に NaHCO₃ 水溶液を加えて振り混ぜ、水層（水層 1）とエーテル層（エーテル層 1）に分けた。
操作②：エーテル層 1 に NaOH 水溶液を加えて振り混ぜ、水層（水層 2）とエーテル層（エーテル層 2）に分けた。
操作③：エーテル層 2 に HCl 水溶液を加えて振り混ぜ、水層（水層 3）とエーテル層（エーテル層 3）に分けた。
(1) 水層 1・水層 2・水層 3・エーテル層 3 にそれぞれ含まれる成分（A〜D）を答えよ。
(2) 水層 1 から成分 A を取り出すにはどのような操作を行えばよいか。
(3) 水層 3 から成分 C を取り出すにはどのような操作を行えばよいか。
(1) 水層 1：A（安息香酸ナトリウムとして）、水層 2：B（ナトリウムフェノキシドとして）、水層 3：C（アニリン塩酸塩として）、エーテル層 3：D（ニトロベンゼン）
(2) 水層 1 に塩酸（HCl）など強酸を加える。弱酸の遊離により安息香酸（A）が析出するので、ろ過して回収する。
(3) 水層 3 に NaOH 水溶液を加える。弱塩基の遊離によりアニリン（C）が油状物として浮かぶので、エーテルで抽出して回収する。
各操作での反応：①安息香酸 + NaHCO₃ → 安息香酸ナトリウム + H₂O + CO₂↑（フェノールは反応しない）。②フェノール + NaOH → ナトリウムフェノキシド + H₂O。③アニリン + HCl → アニリン塩酸塩。ニトロベンゼンは中性なのでどの操作でも反応しない。遊離操作（(2)(3)）は第21章全体を通じた「弱酸・弱塩基の遊離」の応用です。
有機化合物 A〜D の混合物のジエチルエーテル溶液がある。A〜D はそれぞれ安息香酸・フェノール・アニリン・トルエンのいずれかである。以下の操作を行った。
操作 1：エーテル溶液に NaHCO₃ 水溶液を加えて振り混ぜると、気体が発生して水層（水層 1）にある成分が移った。
操作 2：残ったエーテル層に NaOH 水溶液を加えて振り混ぜると、ある成分が水層（水層 2）に移った。
操作 3：残ったエーテル層に HCl 水溶液を加えて振り混ぜると、ある成分が水層（水層 3）に移った。エーテル層には 1 種類の化合物のみが残った。
(1) A〜D の正体（安息香酸・フェノール・アニリン・トルエンのどれか）をそれぞれ特定し、その根拠を述べよ。
(2) 水層 1 に塩酸を加えたとき、どのような変化が観察されるか。
(3) 水層 2 に二酸化炭素を通じたとき、水層に含まれていた成分はどうなるか。その反応を化学反応式で示せ。
(1) 操作 1 で NaHCO₃ と反応して気体（CO₂）を発生しながら水層に移った成分 → 安息香酸（カルボン酸、炭酸より強い酸）。操作 2 で NaOH 水溶液で水層に移った成分 → フェノール（弱酸、NaOH とは反応するが NaHCO₃ とは反応しない）。操作 3 で HCl 水溶液で水層に移った成分 → アニリン（弱塩基）。最後までエーテル層に残った成分 → トルエン（中性の炭化水素、酸にも塩基にも反応しない）。
(2) 白色固体が析出する（沈殿）。安息香酸ナトリウム（C₆H₅COONa）の水溶液に HCl を加えると弱酸の遊離が起こり、水に溶けにくい安息香酸（C₆H₅COOH）が析出する。
C₆H₅COONa + HCl → C₆H₅COOH↓ + NaCl
(3) フェノールが遊離して析出（または白濁）する。ナトリウムフェノキシドに CO₂ を通じると、炭酸（CO₂ + H₂O）がフェノールより強い酸として働き弱酸の遊離が起こる。
C₆H₅ONa + CO₂ + H₂O → C₆H₅OH + NaHCO₃
この問題は「どの操作でどの成分が移動するか」を逆から読んで化合物を特定する、分離操作の典型的な発展問題です。(1) 各操作で動く成分の性質から同定します。トルエンは安息香酸の酸化前の化合物で、それ自体は中性です（CH₃ 基は −COOH に酸化されて初めて安息香酸になる）。(3) CO₂ でフェノールを遊離させる反応は「炭酸 > フェノール」という酸の強さの序列を使います。この反応は 21-2 フェノールの性質（フェノールの遊離）でも学んだ内容の再確認です。