頭痛薬中のアセチルサリチル酸の定量

１　目的

頭痛薬中にアセチルサリチル酸が含まれていることを確認する。また、含まれるアセチルサリチル酸を、けん化及び中和滴定によって定量する。

２　準備

　[器具]　乳鉢、乳棒、試験管、ホールピペット、ガラス管付きゴム栓、500mLビーカー、ガスバーナー、三脚、金網、スタンド、コニカルビーカー、ビュレット
　[薬品]　市販の頭痛薬、炭酸水素ナトリウム水溶液、塩化鉄水溶液、0.50mol/L水酸化ナトリウム水溶液、0.50mol/L塩酸または0.25mol/L硫酸、フェノールフタレイン溶液

３　アセチルサリチル酸の確認

(1) 市販の頭痛薬に炭酸水素ナトリウム水溶液を加えると、発泡が確認された。炭酸より強い酸性を示す官能基の存在が考えられる。（図１） (2) 塩化鉄(�V)水溶液を加えると、わずかに紫色に呈色した。（図２左の試験管） (3) 水酸化ナトリウム水溶液を加えて加熱し、上澄み液に塩酸を加えると、白色結晶が得られるとともに、刺激臭がした。白色結晶に塩化鉄(�V)水溶液を加えると、紫色に呈色した。（図１右の試験管） (4) (2),(3)の結果から、アセチル化されたフェノール性ヒドロキシ基があり、けん化とその後の強酸処理により、フェノール性ヒドロキシ基を有する化合物と酢酸が生成したと考えられる。 なお、(2)より、けん化前でも一部が加水分解されていると考えられる。

図１　炭酸水素ナトリウム水溶液を加えた様子

図２　塩化鉄(�V）水溶液を加えた様子（左：市販の頭痛薬、右：けん化後）

４　定量の方法

(1) 市販の頭痛薬を乳鉢ですりつぶす。 (2) (1)の粉末0.25gを量り取り、試験管に入れる。 (3) 水酸化ナトリウム水溶液10mLを(2)の試験管および空の試験管に入れ、ガラス管付きゴム栓を取り付ける。 (4) 図３のように(3)の２本の試験管を約10分間穏やかに煮沸する。 (5) 内容物をそれぞれコニカルビーカーに移し、フェノールフタレインを指示薬とし、塩酸で中和滴定する。（図４） (6) フェノールフタレインの色が無色になったところを終点とし、滴下量を求める。

図３　けん化の様子

図４　中和滴定

５　結果・考察

(1) けん化により、C₆H₄(OCOCH₃)COOH + 2NaOH → C₆H₄(OH)COONa + CH₃COONa + H₂Oの反応が起こるため、アセチルサリチル酸1molに対して2molの水酸化ナトリウムが必要である。
(2) 残った水酸化ナトリウムを塩酸で中和したとき、塩基性を示す塩C₆H₄(OH)COONaとCH₃COONaが存在するが、わずかに酸を加えることにより、フェノールフタレインの赤色は消える。よって、フェノールフタレインの変色までに要した塩酸はほとんど全てが水酸化ナトリウムの中和に使われたと考えられる。
(3) (1),(2)より、アセチルサリチル酸有りのときと無しのときとで中和に必要な塩酸の量の差は、(1)の反応に使われた水酸化ナトリウムの差と考えることができる。
(4) 実験では、アセチルサリチル酸有りのときには塩酸は3.13mL、無しのときには5.80mLを要した。その差2.67mLの塩酸に相当する水酸化ナトリウムがけん化に使われた。
(5) けん化に使われた水酸化ナトリウムは、1×0.50×2.67/1000 = 1×xより、x = 1.3×10^-3 (mol) であった。
(6) 試料0.25gに含まれるアセチルサリチル酸は1.3×10^-3÷2×180 = 0.12 (g) となった。含有率は48％。
(7) 実際は、１錠0.494g中、アセチルサリチル酸が0.330g含まれている。66.8％の含有率である。
(8) 含有率に差が生じた理由は、加水分解が不十分だったのではないかと考えられる。

６　留意点

アセチルサリチル酸と水酸化ナトリウムとの反応は、以下のとおりである。

第１段階：C₆H₄(OCOCH₃)COOH + NaOH → C₆H₄(OCOCH₃)COONa + H₂O　　（中和）
第２段階：C₆H₄(OCOCH₃)COONa + NaOH → C₆H₄(OH)COONa + CH₃COONa　　（けん化）
第３段階：C₆H₄(OH)COONa + NaOH → C₆H₄(ONa)COONa + H₂O　　（中和）

この実験では、常温では一般に第１段階の中和反応しか起こらないが、一部第２段階のけん化が起こる可能性があるため、加熱することにより完全にけん化させている。なお、サリチル酸の第二酸解離定数定数pK₂が13.4であることから、本実験の条件では、第３段階の反応はほとんど起こっていないものと思われる。なお、第３段階の反応が起こり、残った水酸化ナトリウムの量が少なくなったとしても、フェノールフタレインが変色するまでに

C₆H₄(ONa)COONa + HCl → C₆H₄(OH)COONa + NaCl

の反応が起こるため、結局必要な塩酸の量は変わらない。

７　指導上の留意点

(1) 実験の際、以下の点に注意する。

• 強酸や強塩基を扱うので、保護眼鏡をかける。
• 火傷に注意する。

(2) この実験教材は、高等学校学習指導要領（第２章第５節　理科）における
　　　化学　　　　(4)有機化合物の性質と利用　イ　有機化合物と人間生活
という項目において利用できる。

８　学習できる内容

・アセチルサリチル酸の性質（アセチルサリチル酸にはけん化と中和する部分がある）
・定量実験（アセチルサリチル酸の含有量を求めることができる）
・水酸化ナトリウムの性質（水酸化ナトリウムが二酸化炭素を吸収することを実感できる））

９　授業での活用例

量的計算の練習もできるよい実験である。
次の実験プリント例を活用して実験に取り組むことにより、アセチルサリチル酸の含有率を求めることができる。
また、塩酸で中和後のコニカルビーカー内に塩化鉄（�V）水溶液を加えると、鮮やかな紫色に呈色するので、アセチルサリチル酸がけん化し、フェノール性ヒドロキシ基が生じたことが簡単にわかる。
実験プリント例

１０　参考文献

　　国立天文台編　『理科年表』　丸善出版