TBHP (tert-ブチルヒドロペルオキシド) のサプライヤーとして、製品の純度を確保することは最も重要です。 TBHP の純度は、さまざまな用途での性能に影響を与えるだけでなく、保管および使用中の安全性も決定します。このブログ投稿では、TBHP の純度を決定するために使用できるいくつかの方法について説明します。
滴定法
TBHP の純度を決定する最も一般的な方法の 1 つは滴定です。この方法は、TBHP と還元剤の反応に基づいています。ヨウ化カリウム (KI) は、TBHP の滴定における還元剤としてよく使用されます。
酸性媒体中での TBHP と KI の反応は、次の方程式で表すことができます。
[ \text{TBHP} + 2\text{KI} + 2\text{H}^+ \rightarrow \text{tert - ブタノール}+\text{I}_2 + \text{H}_2\text{O} + 2\text{K}^+ ]
反応で生成したヨウ素 ((\text{I}_2)) は、デンプンを指示薬として使用し、チオ硫酸ナトリウムの標準溶液 ((\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3)) で滴定されます。デンプン - ヨウ素複合体の青色が消えたとき、滴定の終点に達します。
TBHP の純度は、滴定に使用したチオ硫酸ナトリウム溶液の量と濃度に基づいて計算できます。滴定プロセスには次の手順が含まれます。
- サンプルの準備: 既知量の TBHP サンプルを正確に秤量し、適切な溶媒 (通常は酢酸とクロロホルムの混合物) に溶解します。
- KIの追加：試料溶液に過剰量のヨウ化カリウムを添加します。次に、混合物を一定時間反応させて、TBHP と KI の完全な反応を確実にします。
- (\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3) による滴定: 反応で生成したヨウ素をチオ硫酸ナトリウムの標準溶液で滴定します。終点で使用したチオ硫酸ナトリウム溶液の量を記録する。
- 純度の計算: TBHP の純度は次の式を使用して計算されます。
[ \text{純度}(%)=\frac{V\times C\times M\times 100}{m\times n} ]
ここで、(V) は使用したチオ硫酸ナトリウム溶液の体積 (リットル)、(C) はチオ硫酸ナトリウム溶液の濃度 (mol/L)、(M) は TBHP のモル質量、(m) は TBHP サンプルの質量 (グラム)、(n) は化学量論係数です (この場合、1 モルの TBHP が 2 モルの TBHP と反応するため、(n = 2) ヨウ素中間体を介した (\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3) のモル)。
ガスクロマトグラフィー (GC)
ガスクロマトグラフィーは、TBHP の純度を測定するためのもう 1 つの強力な技術です。 GC は、揮発性とカラム内の固定相に対する親和性に基づいてサンプルの成分を分離できます。
TBHP の分析では、適切なカラムと検出器が選択されます。無極性固定相を備えたキャピラリカラムがよく使用されます。検出器には、炎イオン化検出器 (FID) または質量分析計 (MS) を使用できます。
サンプルは GC システムに注入され、カラムを通過する際に成分が分離されます。次に、検出器はその応答に基づいて各成分の量を測定します。 TBHP の純度は、TBHP のピーク面積とクロマトグラム内のすべての成分の合計ピーク面積を比較することで決定できます。
純度測定に GC を使用する利点には、高感度、優れた分解能、および不純物を識別できることが含まれます。ただし、GC の操作には特殊な機器と訓練を受けた人員が必要です。
核磁気共鳴 (NMR) 分光法
NMR 分光法は、化合物の構造と純度に関する詳細な情報を提供できる非破壊技術です。 TBHP の場合、(^1\text{H}) NMR と (^{13}\text{C}) NMR が使用できます。
(^1\text{H}) NMR では、TBHP 内の水素原子の化学シフトと結合定数を使用して、化合物を同定し、不純物の存在を検出できます。 (^1\text{H}) NMR スペクトルのピークの積分を使用して、TBHP の純度を推定することもできます。
たとえば、TBHP のメチル基は、(^1\text{H}) NMR スペクトルに特徴的なピークを示します。追加のピークの存在は、次のような不純物の存在を示している可能性があります。ジ-tert-ブチルペルオキシドまたはその他の副産物。
同様に、(^{13}\text{C}) NMR は、TBHP の炭素原子に関する情報を提供します。 TBHP の炭素原子の化学シフトは明確であり、期待値からの逸脱は不純物の存在を示している可能性があります。
NMR 分光法の利点は、化合物とその不純物に関する構造情報が得られることです。ただし、NMR 分光法は比較的高価であり、高磁場 NMR 分光計が必要です。
高速液体クロマトグラフィー (HPLC)
HPLC は、有機化合物の分析に広く使用されている技術です。固定相および移動相との相互作用に基づいてサンプルの成分を分離できます。
TBHP の分析では、適切な移動相を備えた逆相 HPLC カラムが使用されます。移動相は通常、水とアセトニトリルやメタノールなどの有機溶媒の混合物で構成されます。
サンプルは HPLC システムに注入され、カラムを通過する際に成分が分離されます。検出器は、UV-Vis 検出器または屈折率検出器 (RID) であり、各成分の量を測定します。
TBHP の純度は、TBHP のピーク面積とクロマトグラム内のすべての成分の合計ピーク面積を比較することで決定できます。 HPLC は比較的高速で高感度の純度測定方法であり、幅広い極性のサンプルの分析に使用できます。
赤外 (IR) 分光法
IR 分光法を使用すると、TBHP の官能基を特定し、不純物の存在を検出できます。 TBHPは、ヒドロペルオキシド基((-\text{OOH}))およびtert-ブチル基((-\text{C}(CH_3)_3))の存在により、IRスペクトルに特徴的な吸収バンドを持っています。
3400 ～ 3600 (cm^{-1}) 付近の吸収バンドは、ヒドロペルオキシド基の (\text{O}-\text{H}) 結合の伸縮振動によるものです。 2900 ～ 3000 (cm^{-1}) 付近の吸収バンドは、tert - ブチル基の (\text{C}-\text{H}) 結合の伸縮振動によるものです。
IR スペクトルに追加の吸収バンドが存在する場合は、不純物の存在を示している可能性があります。たとえば、エステルまたはアルコールに特徴的な領域に吸収バンドがある場合、副生成物または汚染物質の存在を示している可能性があります。
IR 分光法は比較的単純で迅速な純度測定方法ですが、滴定、GC、または HPLC に比べて定量的ではありません。
純度判定の重要性
TBHP の純度は多くの用途において非常に重要です。化学産業では、TBHP はさまざまな有機合成反応で酸化剤として使用されます。 TBHP 中の不純物は、合成反応の反応速度、選択性、収率に影響を与える可能性があります。
ポリマー産業では、TBHP は重合開始剤として使用されます。 TBHP の純度は、ポリマーの分子量、分子量分布、特性に影響を与える可能性があります。
さらに、TBHP の純度も安全上の理由から重要です。不純物は TBHP の反応性を高め、保管および取り扱い中に安全上の問題を引き起こす可能性があります。したがって、TBHP の品質と安全性を確保するには、TBHP の純度を正確に測定することが不可欠です。
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参考文献
- DA スクーグ、DM ウェスト、FJ ホラー、SR クラウチ (2014)。分析化学の基礎。センゲージ学習。
- マクマリー、J. (2016)。有機化学。センゲージ学習。
- シルバースタイン、RM、ウェブスター、FX、キームレ、DJ (2014)。有機化合物の分光分析による同定。ワイリー。