縮合反応とは？水が抜けてつながる仕組みとナイロン・PETの作り方

米デュポン社のカロザースは1927年から、2種類の分子を交互につなげて絹のような繊維をつくろうとしましたが、鎖が一定の長さで伸びなくなる壁に当たりました。原因は反応のたびに出てくる水で、水を徹底的に取り除いたことで、のちのナイロンの土台になる合成繊維ができたと記録されています。

この「分子どうしがつながるときに、水などの小さな分子が抜ける」反応が縮合反応です。高校化学では脱水縮合や縮合重合として習いますが、PETボトルやナイロン、フェノール樹脂の工場でも同じ反応が毎日動いています。

縮合反応とは｜小さな分子が抜けて2つの分子がつながる反応

縮合反応とは、官能基をもつ2つの分子から水などの小さな分子がとれ、新しい結合ができる反応です。官能基とは、ヒドロキシ基（−OH）やカルボキシ基（−COOH）、アミノ基（−NH₂）のように、分子の性質と反応のしかたを決める原子の集まりのことです。

付加反応との違いを先に一言でいうと、付加反応は二重結合が開いて相手を丸ごと取り込むので何も抜けませんが、縮合反応は結合のたびに小さな分子が外へ出ていきます。この「抜けるものがあるかどうか」が、後で見る縮合重合と付加重合の違いの出発点になります。

図1：縮合反応で起きていること

2つの分子の端どうしが反応し、小さな分子が抜けた分だけ1つにまとまります。

※抜ける分子は水のほか、塩化水素（HCl）やアルコール、フェノールなど、原料の組み合わせで変わります。

抜ける分子が水のときは、とくに「脱水縮合」と呼びます。カルボン酸とアルコール、カルボン酸とアミンの組み合わせでは水が抜けますが、カルボン酸の代わりに酸塩化物（−COCl）を使うと塩化水素が抜けるなど、何が抜けるかは原料の官能基の組み合わせで決まります。

同じ「水が抜ける」反応でも、1つの分子の中からHとOHが外れて二重結合ができる場合は、縮合ではなく分子内の脱水と呼んで区別します。2つのアルコールから水が抜けてエーテルになる分子間脱水は縮合の一種で、温度で両者が分かれる様子はアルコールの脱水反応で詳しく扱っています。

縮合反応を何度も繰り返して長い鎖の高分子にする反応が「縮合重合」で、「重縮合」「縮重合」も同じ反応の別名です。資料ごとに呼び方が違うだけなので、どれが出てきても読み替えて構いません。

縮合反応の代表例｜エステル化とアミド化

縮合反応の代表は、カルボン酸とアルコールからエステルができるエステル化と、カルボン酸とアミンからアミドができるアミド化の2つです。PETはエステル化、ナイロンはアミド化を繰り返してできるので、この2つを押さえると工業材料の多くが読めるようになります。

図2：身近な縮合反応の4つの型

どの官能基どうしが反応し、何が抜けて、どんな結合ができるかで整理します。

エステル化カルボン酸＋アルコール→エステル＋水。PETやポリエステル繊維の結合

アミド化カルボン酸＋アミン→アミド＋水。ナイロンやタンパク質のペプチド結合

フェノール＋アルデヒドフェノールとホルムアルデヒドが網目状につながる。フェノール樹脂

糖どうし糖のOH基どうしから水が抜けるグリコシド結合。デンプン・セルロース

※ナイロンの界面重合のように、工業や実験では原料を変えて水以外の分子（塩化水素など）を抜く方法も使われます。

エステル化｜酸とアルコールから水が抜ける

エステル化は、カルボン酸のカルボキシ基とアルコールのヒドロキシ基から水1分子がとれ、−COO−というエステル結合ができる反応です。酢酸とエタノールから酢酸エチルができる反応がよく例に出され、果物の香りや塗料の溶剤など、エステルは身の回りに広く使われています。

ここで大事なのは、エステル化は逆向きにも進む可逆反応だという点です。できた水が反応の場に残ると、エステルが水と反応して元の酸とアルコールに戻る加水分解も同時に起きるため、工業では水を系の外へ出し続けることで反応を前に進めます。

実験で濃硫酸を加えるのも、触媒として働くうえに水を引き寄せる性質があるからで、この性質は濃硫酸が脱水剤に使われる理由で解説しています。

アミド化とペプチド結合｜タンパク質もナイロンも同じつながり方

アミド化は、カルボキシ基の−OHとアミノ基の−Hが水になって抜け、−CO−NH−というアミド結合ができる反応です。アミノ酸どうしがこの形でつながったものはペプチド結合と呼ばれ、たくさんのアミノ酸が鎖のように連なった高分子がタンパク質になります。

つながった後も鎖の両端にはアミノ基とカルボキシ基が残るので、次の分子を同じやり方でつなげられます。慶應義塾大学の実験テキストは、カロザースが絹のような繊維をめざしたことと並べて、絹もアミノ酸の脱水縮合でできたタンパク質であることを紹介しています。

糖どうしの縮合も身近な例です。ブドウ糖のヒドロキシ基どうしから水が抜けてできるグリコシド結合がデンプンやセルロースの骨格で、逆に水を加えて切ればデンプンから糖を取り出せます。

縮合重合と付加重合の違い

高分子をつくる反応は、生成物で分けると縮合重合と付加重合の2つが基本になります。違いは副生成物の有無だけでなく、原料に必要な構造、鎖の伸び方、代表的な樹脂まで及びます。

比べる点	縮合重合（重縮合）	付加重合
副生成物	水・塩化水素など小さな分子が出る	出ない（高分子だけができる）
原料（単量体）の条件	反応できる官能基を1分子に2つ以上もつ	二重結合などの不飽和結合をもつ
鎖の伸び方	段階的に伸び、分子量は時間とともに大きくなる	開始・成長・停止の連鎖反応で一気に伸びる
止めずに進めるコツ	副生成物を系外へ出し、官能基の比を1:1にそろえる	開始剤・触媒や温度で反応の速さを制御する
代表的な高分子	PET、ナイロン66、フェノール樹脂	ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン

付加重合の原料になるエチレンや塩化ビニルは、炭素どうしの二重結合をもっています。二重結合のうち弱いほうのπ結合が開いて隣の分子とつながるため、原子が1つも抜けずに鎖が伸びていく仕組みで、二重結合の中身はσ結合とπ結合の違いで詳しく扱っています。

一方の縮合重合は、官能基どうしが1か所ずつ反応して2量体、4量体と段階的に大きくなるので、反応の途中までは短い鎖が多く残ります。高い分子量が出るのは反応の最終盤で、最後まで官能基を反応させきる工夫が工業プロセスの中心になります。

ポリウレタンのように小さな分子を出さずに段階的に伸びる「重付加」という分類もあります。何が抜けるかで分ける見方と、鎖の伸び方で分ける見方は軸が別なので、大学の教科書では逐次重合と連鎖重合という言葉で整理し直すこともあります。

縮合重合はどう鎖をのばすか｜官能基の数で線にも網にもなる

縮合重合で長い鎖ができるのは、1つの分子が反応できる官能基を両端に2つもっているからです。アジピン酸のように両端にカルボキシ基をもつ分子と、ヘキサメチレンジアミンのように両端にアミノ基をもつ分子を混ぜると、右手と左手で交互に手をつなぐように1本の鎖が伸びていきます。

図3：官能基が2つなら線、3つ以上なら網目

1分子あたりの官能基の数が、できる樹脂の形と性質を分けます。

※右の網目は、フェノール樹脂のように加熱で固まり、再び溶けない熱硬化性樹脂の構造です。

線状の高分子は温めると柔らかくなる熱可塑性樹脂で、溶かして射出成形したり、糸として引き出したりできます。これに対して1分子に官能基を3つ以上もつ原料が混ざると、鎖の途中から枝が出て隣の鎖とつながり、加熱すると固まって二度と溶けない網目状の熱硬化性樹脂になります。

ただし、官能基が2つあれば必ず長い鎖になるわけではありません。コトバンクに収録された重縮合の解説では、2種類の官能基のモル比が1:1から1%ずれるだけで、反応を最後まで進めても重合度は約200で止まるとされています。どちらかの端ばかりが余って、つなぐ相手がいなくなるためです。

そのため工場では、原料の純度を高く保ち、配合比をそろえることが品質管理の土台になります。官能基の種類や反応の温度・時間によっても伸び方は変わるので、縮合重合の条件は原料と設備の組み合わせごとに詰めていくのが普通です。

ナイロンとPETはどう作られるか｜工場の縮合重合

縮合重合のいちばん身近な工業例が、ポリエステルの代表であるPETと、ポリアミドの代表であるナイロンです。どちらも2種類の原料を交互につなぎ、結合のたびに出る水を外へ出し続けて鎖を伸ばす点は共通しています。

図4：PETとナイロン66の比較

原料の官能基からできる結合、抜ける分子、使われ方までを同じ順で並べます。

PET

ナイロン66

原料

テレフタル酸＋エチレングリコール

アジピン酸＋ヘキサメチレンジアミン

反応する官能基

カルボキシ基とヒドロキシ基

カルボキシ基とアミノ基

できる結合

エステル結合（−COO−）

アミド結合（−CO−NH−）

抜ける分子

水（エステル化）、エチレングリコール（重縮合の段階）

水

主な使われ方

飲料ボトル、ポリエステル繊維、フィルム

衣料・産業用の繊維、エンジニアリングプラスチック

※PETはエステル化のあと、鎖の端どうしが反応してエチレングリコールを出しながら長くなる段階に移ります。

ナイロン66｜名前の66は原料の炭素数

ナイロン66は、炭素6個のヘキサメチレンジアミンと、炭素6個のアジピン酸からできるポリアミドです。慶應義塾大学の実験テキストによると、名前の「66」はジアミン側の炭素数を前、ジカルボン酸側の炭素数を後ろに並べたもので、原料を変えれば性質の違うナイロンができます。

同じテキストは、欧米ではナイロン66、日本ではナイロン6が主力だとしています。ナイロン6は環状の原料（カプロラクタム）の輪を開いてつなぐ開環重合でつくるのが一般的で、できる結合は同じアミド結合でも、縮合重合の代表例とは分けて覚えると混乱しません。

学校の実験では、アジピン酸の代わりに反応性の高いアジピン酸クロライドを使い、水と有機溶媒の2層の境目で反応させてナイロンの糸を引き出します。この界面重合では抜ける分子が水ではなく塩化水素になり、原料を変えると抜ける分子も変わるという縮合の性質がよく分かります。

PET｜エステル化と減圧の重縮合の2段階

PETの工場では、反応を2段階に分けて進めます。PET製造の特許に書かれた一般的な流れでは、まずテレフタル酸とエチレングリコールをエステル化槽で約240〜280℃に加熱し、出てくる水を留去しながら短い鎖（低重合体）をつくります。

図5：PET樹脂ができるまで

水や副生成物を外へ出しながら、段階的に分子量を上げていきます。

01原料の仕込みテレフタル酸とエチレングリコールを混ぜて反応槽へ送る

02エステル化約240〜280℃・加圧下で反応させ、生じる水を留去

03溶融重縮合触媒を加え、約250〜290℃で徐々に減圧して鎖を伸ばす

04ペレット化溶けた樹脂を押し出して冷やし、米粒ほどの粒に切る

05固相重縮合融点より低い温度で粒のまま加熱し、ボトル用まで分子量を上げる

06成形・紡糸ボトル、繊維、フィルムなど用途に合わせて加工する

※温度や圧力は特許 JP4645600B2 に記された一般的な範囲です。実際の条件は設備や品種で変わります。

次の溶融重縮合では、チタン化合物などの触媒を加えて約250〜290℃に保ち、圧力を常圧から絶対圧で0.1kPa前後まで徐々に下げます。減圧するのは、鎖の端どうしが反応するときに出るエチレングリコールを蒸発させて取り除き、平衡を前へ押し出すためです。

それでも溶けた状態のまま分子量を上げ続けるのは難しいので、いったん粒（ペレット）にしてから、融点より低い温度で粒のまま加熱する固相重縮合に移ります。

分子量の目安になる固有粘度は、同じ特許でボトル用が約0.70〜0.95dL/g、タイヤコード用が約0.95〜1.20dL/gとされ、強さが要る用途ほど長い鎖が必要です。

こうしてできたPETは、規模の大きさでも縮合重合の代表です。PETボトルリサイクル推進協議会によると、2024年度の指定PETボトルの販売量は約65万2,000トン、本数にして287億本でした。

図6：世界でつくられる繊維の約6割がポリエステル

縮合重合でできるポリエステルは、綿を大きく上回る世界最大の繊維です。

糸巻き10個中6個：2024年の世界の繊維生産1億3,200万トンのうち、ポリエステルは7,800万トン（59%）

※出典：Textile Exchange「Materials Market Report 2025」（EU Textiles Ecosystem Platform の紹介ページによる）。

繊維でも存在感は大きく、Textile Exchange の2025年版の報告では、2024年に世界でつくられた繊維1億3,200万トンのうち、ポリエステルが7,800万トンと約59%を占めました。

衣料のラベルで最もよく見る素材は、縮合重合でできた樹脂を糸にしたものです。

フェノール樹脂・ポリカーボネートも縮合でできる

縮合重合でできる素材は、PETとナイロンだけではありません。電気部品に欠かせないフェノール樹脂や、透明で割れにくいポリカーボネートも縮合の仲間で、素材の名前ではなく、どの官能基どうしがつながるかで見ると共通点が分かります。

図7：縮合でできる主な樹脂・繊維と用途

結合の種類と形（線状か網目か）が、用途の違いを生みます。

PET（ポリエステル）エステル結合・線状。飲料ボトル、衣料用の繊維、フィルム

ナイロン（ポリアミド）アミド結合・線状。ストッキングなどの繊維、歯車やコネクタ

フェノール樹脂網目状の熱硬化性樹脂。スイッチや回路基板などの電気部品

ポリカーボネート炭酸エステル結合・線状。透明で割れにくく、透明カバーなどの部品

※ナイロン6のように、同じ結合でも開環重合でつくる品種もあります。

フェノール樹脂｜世界初の合成樹脂は網目の縮合

フェノール樹脂は、フェノールとホルムアルデヒドの重縮合で得られる樹脂です。1907年に米国のベークランドが発明し、「ベークライト」の名で知られる世界初の合成樹脂とされています。

フェノールは1分子の中にホルムアルデヒドと反応できる場所を複数もつため、反応が進むと鎖が枝分かれし、図3の右側のような網目になります。

熱硬化性で電気を通しにくい性質から、スイッチやダイヤル、回路基板などの電気部品に使われてきました。原料のフェノール自体はクメン法で大量につくられています。

ポリカーボネート｜原料を変えて縮合のしかたを変える

ポリカーボネート（PC）は、ビスフェノールAを主原料にした透明な樹脂で、つくり方の違いがよく話題になります。旭化成の説明では、従来のPC製法は毒性の高いホスゲンとビスフェノールAの重縮合を、有機溶剤と水の2層で進める方法でした。

これに対して非ホスゲン法では、ホスゲンの代わりに炭酸ジフェニル（DPC）を原料とし、ビスフェノールAと溶かした状態で重合させます。

旭化成は2002年に台湾でCO₂を原料とするPC製法を世界で初めて実用化しており、同社の製法を採用するプラントは世界の生産能力約600万トンの約16%を占めると、2021年の発表で説明しています。

同じ樹脂でも、原料の組み合わせを変えれば抜ける分子も安全性も変わります。縮合反応の原理を知っておくと、製法の違いのニュースを読んだときに「何を何に置き換えたのか」がつかみやすくなります。

成形とリサイクルで効く縮合反応の知識｜水を出すか防ぐか

縮合反応が可逆だという性質は、樹脂が製品になった後にも関わってきます。重合の工程では水を外へ出して反応を進め、成形の工程では水を入れないように樹脂を乾かすという具合に、同じ「水」への対策が工程ごとに逆向きになるのが縮合系の樹脂の特徴です。

図8：縮合と加水分解は同じ反応の行きと帰り

水を出せば鎖が伸び、水が入れば鎖が切れます。

※上が重合工程（縮合）、下が成形時の吸湿や劣化、ケミカルリサイクルで起きる加水分解です。

成形前の乾燥｜水が残ると分子量が下がる

PETやナイロンは空気中の水分を吸うため、成形の前に除湿乾燥機で乾かしてから使います。PETの加工に関する欧州特許の背景技術には、乾燥後の水分を重量で0.005%（50ppm）以下にするのが一般に受け入れられた良い実務だと書かれています。

同じ特許は、押出機の中で溶けたPETに水が残っていると急速に加水分解が起き、分子量が下がるとしています。重合工場で時間をかけて伸ばした鎖が成形機の中で切れてしまうので、乾燥の手を抜くと強度の不足や成形品の不良として現れます。

材料メーカーが品種ごとに乾燥温度と時間を指定しているのはこのためで、条件はカタログや技術資料で確かめるのが確実です。

ケミカルリサイクル｜加水分解を逆手に取る

成形では避けたい加水分解も、リサイクルでは役に立ちます。縮合でつながった結合は水やアルコールで切り戻せるため、使用済みのPETを原料のモノマーに近い形まで分解し、もう一度重合し直す技術が開発されています。

付加重合でできたポリエチレンなどは主鎖が炭素どうしの結合で、こうした化学的な切り戻しが難しいとされます。縮合系の樹脂がリサイクルの議論でよく取り上げられるのは、つないだ場所で切り離せるという反応の性質があるからで、方式の違いはプラスチックのケミカルリサイクルで整理しています。

縮合反応のよくある質問

縮合反応と加水分解はどういう関係ですか？

加水分解は縮合反応の逆向きの反応です。縮合で水が抜けてできた結合に水が加わると、元の2つの分子に戻ります。どちらに進むかは水の量や温度で決まり、水を取り除けば縮合、水を多くすれば加水分解の向きに進みます。

縮合反応では必ず水が抜けるのですか？

必ず水とは限りません。カルボン酸の代わりに酸塩化物を使うと塩化水素が抜け、PETの重縮合の後半ではエチレングリコールが抜けます。水が抜ける場合だけをとくに脱水縮合と呼びます。

縮合重合と重縮合は違うものですか？

同じ反応の呼び方の違いです。縮合重合、重縮合、縮重合のどれも、縮合反応を繰り返して高分子をつくる反応を意味するので、資料ごとに表記が違っても読み替えて構いません。

縮合重合でつくる樹脂はなぜ分子量を上げにくいのですか？

鎖が段階的に伸びるため、反応の最後まで官能基を反応させきらないと長い鎖にならないからです。さらに副生成物が残ると逆反応が起き、官能基の比が少しずれるだけでも伸びが止まります。PETで減圧や固相重縮合を組み合わせるのは、この壁を越えるためです。

まとめ

縮合反応は教科書の単元であると同時に、樹脂・繊維メーカーのプロセス設計や成形現場の品質管理を支える原理です。材料の開発に関わる仕事は研究開発、樹脂の特性や選び方は材料技術の記事が深く関わります。

樹脂をつくる企業や業界の構造については、化学・樹脂・ゴムの業種ページから関連記事もあわせてご覧ください。

出典

出典・参考資料（10件）を開く出典・参考資料を閉じる

• 縮合反応の定義：コトバンク「縮合反応」
• 重縮合の可逆性・モル比と重合度・段階的な成長：コトバンク「重縮合」
• 付加重合の定義と例：コトバンク「付加重合」
• カロザースとナイロン、ナイロン66の命名、タンパク質の脱水縮合、界面重合：慶應義塾大学 自然科学研究教育センター 実験テキスト「ナイロン66の合成」（PDF）
• PETの製造工程と固有粘度の目安：特許 JP4645600B2「ポリエチレンテレフタレートの製造方法」
• PETの乾燥と加水分解：特許 EP3166993B1「Method for processing polyethylene terephthalate」背景技術
• PETボトルの販売量：PETボトルリサイクル推進協議会「リサイクル率の算出」
• 世界の繊維生産とポリエステルの比率：EU Textiles Ecosystem Platform「Materials Market Report 2025」
• フェノール樹脂（ベークライト）の発明と用途：コトバンク「ベークライト」
• ポリカーボネートの製法：旭化成 ニュースリリース（2017年8月7日）、旭化成 ニュースリリース（2021年7月1日）