クメン法を解説！反応機構・原理を徹底解説！

フェノールの工業的製法「クメン法」は、
高校化学の中でもかなり複雑な反応です。

そのため暗記に苦労している人も多いでしょう。

クメン法がわからなくなってしまうのは、
反応の手順を理解していないからです。

ここではクメン法の手順を解説していきますね。

ここの内容を理解することで、
クメン法で出てくる物質の構造式もサラサラ書け、
テストでも苦労せず満点を取れるようになります。

「クメン法って複雑だけど面白い！」
と思えるようになるでしょう。

ぜひ最後まで読んでみてください。

クメン法とは

「クメン法」とは、以下のような複雑な仕組みで、
フェノールを作る工業的製法です。

ベンゼンにヒドロキシ基-OHが付いただけの物質に、
どうしてこんなに複雑な仕組みが必要なのでしょうか？

これにはベンゼンの仕組みを思い出す必要があります。

ベンゼンは二重結合が3つもあることによって、
「電子の雲」をまとっているのでしたね。

そんなベンゼンに陰イオンのOH^–が近づくことは、
当然できません。

だからどうにか-OHをくっつけるために、
複雑な反応になってしまうのです。

クメン法が発案される前には、
・ベンゼンスルホン酸のアルカリ融解
・クロロベンゼンを利用する方法
などがありました。

しかし、
これらは高温高圧で頑張って反応させないといけません。

それに比べてクメン法は、
比較的楽に合成できるのに加えて、
副産物として「アセトン」が手に入る素晴らしい方法です。

一粒で二度美味しい方法なんですね。

それでは、
そんなクメン法の仕組みを確認していきましょう。

クメン法の仕組み

クメン法は、
①クメンを作る
②クメンを酸化する
③酸で分解してフェノールを得る
の順でフェノールを作ります。

正直クメン法はとっても複雑なので、
難しく感じるのは当然だと思います。

できるだけわかりやすく解説するので、
ぜひ最後まで見てみてください。

①クメンを作る

クメン法で用いる材料は、
「ベンゼン」と「プロペン」です。

この2つをくっつけたいです。

ベンゼンには「電子の雲」がありますから、
ベンゼンの反応の基本は、
「陽イオンの攻撃」による置換反応でしたね。

だからうまくプロペンを陽イオンみたいにしたいわけです。

そこでまずはプロペンに濃硫酸を入れて、
H⁺を押し付けてあげましょう。

この状態は当然不安定ですから、
電子の雲を持ったベンゼンに攻撃を仕掛けます。

このようにしてクメンが作られるのです。

Q. なんでプロペンの真ん中のCが陽イオンに？
「ケトン」を思い出してみてください。真ん中が陽イオンになると左右の炭素が少し助けてくれます。

【合わせてチェック】
・アルデヒド・ケトンの反応を解説！

②クメンを酸化する

フェノールの-OHが電子不足で電離したのと同様、
プロピル基の真ん中の炭素は、
ベンゼンがくっつくことで少し電子不足です。

そんなクメンを温めると、
水素が外れてしまうのです。

そこに酸素を吹き込むことで酸化反応が起こるのです。

こうしてできるのが、
「クメンヒドロペルオキシド」です。

③酸で分解してフェノールを得る

最後に酸で分解してフェノールを手に入れます。

これはとっても複雑なので、
結果だけ覚えてしまっても問題無いです。

どうしても気になる人のために、
簡単に説明しますね。

「過酸化水素(ハイドロゲンペルオキシド)」は、
不安定な物質で、以下のような反応をしましたね。

これと同じように、
酸を入れると水が放出されてしまいます。

これによって酸素が陽イオンのようになってしまうのです。

酸素は電気陰性度がかなり強いですから、
かなり嫌な状態です。

ベンゼン環に付いた炭素の方が電気陰性度が低いため、
酸素は炭素と居場所を入れ替えるという強硬手段に出ます。

これによってなかなかベンゼンに近づけないO原子が
ベンゼンにくっつきました。

最後にアセトンが剥がれてフェノールの完成です。

とってもとっても複雑な反応でしたね。

あえて覚える意味もないですが、
「フェノールって大変なんだなー」
と思っておけば十分だと思います。

Q. アセトンが剥がれるのはなぜ？
最後の構造は「ヘミアセタール」という不安定なもので、一般に以下のように反応してしまいます。

クメン法まとめ

復習しておくとクメン法は、
①クメンを作る
②クメンを酸化する
③酸で分解してフェノールを得る
の順でフェノールを作るのでした。

難しい反応がたくさんあるので、
なんども復習しておきましょう。

参考：ベンゼンの直接酸化

「フェノールを作るのって大変だな…」
と思いますよね。

もしも以下のように簡単にできたら嬉しいですよね。

もちろんそういう研究は進められていますが、
最初に言った理由のせいで相当難しく、
「10の最も困難な化学反応」とさえ呼ばれています。

しかし近年東京大学の岩澤教授らによって、
この化学反応を効率よく進める触媒が開発されました。

その触媒はレニウムという金属を利用したもので、
アンモニアの存在下で空気とベンゼンを触れさせると、
なんと94%の効率でフェノールを得ることができます。

残りの6%も二酸化炭素だけで環境にも良いです。

将来の化学の教科書では、
クメン法ではなく「レニウム」だけ覚えればよくなるかもしれませんね。

まとめ

クメン法はフェノールを作る工業的製法で、
ベンゼンとプロペンからフェノールとアセトンを作る方法でした。

クメン法の手順は、
①クメンを作る
②クメンを酸化する
③酸で分解してフェノールを得る
でしたね。

一番厄介に思うのは、
「クメンヒドロペルオキシド」の名前と構造の暗記でしょう。

しかしおそらく反応の意味を知っていれば、
構造はかなり覚えやすくなると思いますし、
名前も語源を考えればそのままです。

もし今の段階で不安があればもう一度復習し、
完璧にしてしまいましょう。