유기화학실험 | 방향족 니트로 화합물의 합성및 확인

TIP

 

 

1. 벤젠고리의 가장 중요한 반응은 친전자 치환반응이며, 그 중 대표적인 것이 니트로화 반응이다. 방향족 화합물의 친전자 치환반응에서 친전자체가 들어가는 위치는 벤젠고리에 있는 치환체에 따라 달라진다.
2. 클로로벤젠의 니트로화 반응의 조건과 클로로벤젠의 니트로화 반응을 통하여 p-클로로니트로벤젠을 합성할 때 니트로기가 벤젠고리의 어느 위치로 들어가는지를 알아본다.

 

 

 

벤젠 고리는 그 구조가 가지는 특이함 때문에 여러 가지 물질과 활발한 치환 반응을 할 수 있다. 이것은 벤젠의 외형적인 이중 결합이 실제로는 사슬형 탄화수소에서와는 달리 공명 혼성 구조라고 볼 수 있기 때문이다. 물론, 프리델-크라프트 반응처럼 첨가 반응인 경우도 있다.

 

그러한 치환 반응 중 가장 중요한 것이 친전자 치환 반응이다. 이 친전자 치환 반응은 벤젠 등 방향족 화합물의 방향 고리에 여러 가지 기능기(radical)를 도입할 수 있기에 학문적으로나 산업적으로 매우 중시되는 반응이다. 일반적으로 친전자 치환 반응은 다음과 같은 세 가지 단계를 거쳐 진행된다.

 

단계 1 : 친전자체가 형성되는 단계 (평형)   단계 2 : 친전자체와 방향족 치환물의 반응 (느린 단계)   단계 3: 양성자 제거에 의한 생성물의 형성 빠른 단계

 

방향족 화합물을 니트로화(친전자성 치환 반응 중 가장 유명한 것)시키는 경우에 그 방법에는 여러 가지가 있지만, 가장 흔히 쓰는 방법이 진한 황산과 진한 질산의 혼합물을 사용하는 것이다. 니트로화 반응에서 친전자체는 -NO₂⁺ (니트로늄)인데, 이 때 이 치환 반응은 니트로늄 이온의 농도, 반응 매질, 온도 등의 영향을 받는다. 반응 매질로서는 주로 진한 황산을 쓰며, 그 이유는 다음과 같다.

 

니트로늄 이온의 농도를 증가시킬 수 있다.

니트로늄 이온의 생성 과정에서 생기는 물을 흡수할 수 있다.

 

이 과정의 반응식은 다음과 같다.

 

 

그러므로 이 때의 전체 반응은 다음과 같다. 즉, 방향족 화합물의 니트로화-진한 질산과 진한 황산의 혼합물을 사용한 반응식이다.

 

 

또한, 진한 황산의 중요한 기능 중의 하나인 물의 흡수는 아마도 두 번째 반응 메커니즘 단계에서 볼 수 있다고 생각된다.

 

 

실험 방법

1. 실험 과정

① 100㎖ 삼각플라스크에 진한 질산 8㎖ 를 넣는다.

② 이 플라스크에 진한 황산 8㎖ 를 잘 저어주면서 가한다.

③ 이 때 열이 발생하면 얼음물에 담가 산 용액이 실온(20℃)이하가 되게 한다.

④ 피펫으로 클로로벤젠 3㎖ 를 취한 다음, 이것을 산이 든 삼각플라스크에 1방울씩 가하며 플라스크를 흔들어준다.

⑤ 이 때 열이 나면 삼각플라스크를 얼음 속에서 식히면서 가한다. 클로로벤젠을 모두 가한 다음 세게 흔들고 실온에서 5분간 방치한 후 얼음물로 차게 냉각한다

⑥ 반응 혼합물을 얼음 약 20g 이 든 비커에 붓고, 얼음이 모두 녹을 때까지 저어준다.

⑦ 침전을 거르고 소량의 물로 씻은 후 될 수 있는 한 소량의 알코올을 사용하여 침전을 재결정 시킨다.

⑧ 침전을 말린 후 무게를 재고 불꽃반응을 본다.

 

 

 

[유기화학실험]방향족 니트로 화합물의 합성및 확인 레포트