유기화학실험 | p-Nitrobenzoic acid 제조

TIP

 

 

1. p-nitrotoluene과 Na₂Cr₂O₇·2H₂O, 황산을 이용하여 p-nitrobenzoic acid 를 제조한다.
2. 친전자성 방향족 치환반응의 중요한 예제의 하나인 니트로화와, 방향족 화합물의 산화반응을 통한 카르복실기의 첨가반응을 이해한다.

 

 

 

니트로화

유기화합물에 한 개 또는 두게 이상의 니트로기를 도입하는 단위공정으로 정의되고, 니트로 화합물이란 일반적으로 니트로기가 탄소와 결합되어 있는 구조의 화합물을 말한다. 방향족 니트로화합물은 주로 고성능 폭약 혹은 보조장약(TNT, tetryl) 같은 것에 용도가 제한 되어 있기는 하나 환원반응에 의한 amine의 제조와 관련된 화합물(benzidine, p-aminophenol)의 제조에 대한 중간체로도 매우 유용하다.

 

니트로화 반응의 반응 경로는 광범위하게 연구되어 왔으며, nitronium ion[O=N=O]+ 은 반응성이 좋은 친전자 화학종으로 알려져 있다. 이 이온은 질산과 황산의 가역적인 상호작용에 의해 독특한 니트로화 반응 혼합물 안에서 형성된다.

 

니트로화 반응의 용이성 및 지향성은 방향족 고리에 존재하는 치환체들의 성질에 의존한다. 진한 황산 및 질산의 혼합물과 톨루엔과 같은 방향족 화합물의 반응을 통하여 방향족고리에 니트로기가 치환된다. 이 반응은 친전자체가 nitronium ion (NO₂⁺)인 치환반응의 한 예이다. 톨루엔은 뜨겁고 진한 질산과 서서히 반응하여 니트로 톨루엔을 만든다. 톨루엔을 진한 질산과 진한 황산의 혼합물과 함께 가열하면서 반응을 진행시키면 훨씬 빨리 반응이 일어난다. 양이온(NO₂⁺)은 황산과 좀더 약산인 질산과의 반응에서 얻어진다

 

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) 500㎖ 둥근바닥 플라스크에 0.065㏖(8.9g) p-nitrotoluene과 Na₂Cr₂O₇·2H₂O (0.09㏖ 27g) + H₂O 60㎖를 넣는다.

 

2) 황산 70g(38㎖)를 천천히 넣은 후 reflux 장치로 2시간 동안 가열하면서 반응시킨다.

 

3) 찬물 100∼120㎖를 넣은후 suction 장치로 침전물을 분리한다.

 

4) 필터는 물 150㎖를 두 번 사용하여 세척한다

 

5) 그 침전물을 막자사발로 가루로 만든 후 600㎖ 비이커에 넣는다.

 

6) 5% 황산을 40∼45㎖를 넣은후 steam-bath 로 따뜻하게 가열후 suction 장치로 분리 후 그 침전물을 다른 비이커에 옮긴다.

 

7) 고체는 p-nitrobenzoic acid 이다.

 

8) 탈색탄소 2∼3g을 넣고 5%-NaOH 75∼80㎖를 넣어 반응시킨 후 suction 장치로 분리 후 필터에 남은 고체에다 다시 NaOH로 다시 세척한다.

 

9) 6), 7)에서 얻은 액체에다 15% 황산 80∼90㎖를 넣어 반응시킨 후 suction 장치로 분리하고, 필터도 물로 세척후 그 고체들을 건조시켜 p-nitrobenzoic acid를 얻는다.

 

 

10) 수득량은 7∼8g 이다.

 

 

 

[유기화학실험]p-Nitrobenzoic acid 제조 레포트