分子量の等しい有機化合物の沸点が異なるのはなぜ？

有機化合物の沸点は、分子の大きさ（分子量）だけでなく、分子間に働く相互作用によって大きく変わります。今回は、分子量がほぼ同じ化合物で比較しながら、その違いの理由を解説します。

分子量がほぼ等しい化合物の沸点比較

以下の表は、分子量が72〜76程度の化合物を比較したものです。分子量が同程度でも、沸点には100℃以上の差があることがわかります。

分子量がほぼ同じプロパン酸（141℃）と1-ブタノール（117.3℃）を比べると、プロパン酸の方が高くなっています。

カルボン酸（-COOH）は、アルコール（-OH）よりもO-H結合が強く分極しており、より強力な水素結合を形成します。

カルボン酸は、カルボニル基（C=O）の酸素にある非共有電子対を利用して、2つの分子が向かい合わせに結合した「二量体（ダイマー）」を形成することができます。これにより、実質的な分子サイズが大きくなったような状態になり、沸点が著しく上昇します。

この沸点の違いを説明する。

沸点は分子間力の大きさから説明できる。アルカンは無極性分子の代表であり、主な分子間相互作用は分散力である。その大きさを比較しよう。

分散力は接触面積が大きいほど大きくなる。直鎖状のアルカンの方が分岐したものより表面積が大きいので、分子間の引力相互作用が大きくなり、その結果沸点も高くなる。

エタン酸とメタン酸メチルは構造異性体であるが、その沸点は大きく異なり３２℃と１１８℃である。

沸点の高い異性体はどちらか？

↓解答

エタン酸は強い水素結合で会合できるので沸点は高くなる。それに対して、メタン酸メチルは水素結合できるHを持っていないので、分子間相互作用は弱く、沸点は低い。