유기화학실험 | Nitrobenzene(C6H5NO2)의 합성

TIP

 

 

1. 방향족 화합물인 벤젠에 질산과 진한 황산과의 혼합액을 니트로화 반응시켜 니트로벤젠을 만든다.
2. 친전자성 반응을 이해하고 벤젠을 니트로화 하는 메커니즘을 알아본다.
3. 혼산을 Benzene과 반응시켜 적절한 반응조건과 절차를 거쳐 직접 Nitrobenzene을 합성해 해 봄으로써 실험기구의 조작능력을 익힌다.

 

 

 

벤젠을 혼산으로 니트로화하면 얻어지는 염황색의 기름으로 녹는점 5.7℃, 끓는점 200.9℃, 단맛이 있는 냄새를 가지고 있지만, 증기 및 액체는 인체에 유독하여 티아노제(각기)를 일으킨다. 대부분의 유기용매와 혼합되지만 물에는 녹기 어렵다.

 

Benzene은 니트로늄이온(NO₂⁺)에 의해 친전자성 공격을 받는다. 적당한 온도에서 벤젠고리에 니트로화를 일으키기 위해서는 진한질산과 벤젠을 반응시키는 것만으로는 충분하지 않다. HNO₃와 NO₃^-의 질소는 친전자력을 가지고 있지 않기 때문에 그것은 다소 활성화 되어야만 한다. 진한 황산의 첨가가 이러한 목적으로 이용되는데 질산에 양성자가 첨가 되고 물이 떨어져 나가 강한 친전자인 니트로늄 이온을 생성한다.

 

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) 둥근바닥 3구 flask에 진한 질산 35㎖(49g)를 담고 플라스크를 찬물에 담그고 흔들면서 천천히 진한 황산 40㎖(72g)를 서서히 조금씩 가하며 냉각시키는 방법으로 전량을 완전히 가한다.

 

2) benzene 29㎖(72g)를 적하깔때기(dropping funnel)를 통하여 혼합물을 잘 저어주면서 소량씩 가한다. (이 때 온도를 60℃이상 올리지 말 것)

 

3) 이 혼합산 용액에 온도계를 담구어 혼산의 온도를 50~60℃로 유지시킨다. 온도를 유지하면서 벤젠을 한번에 3㎖씩 적가하고는 잘 흔들고 하는 방식으로 전량 29㎖(25g)을 가한다.

 

4) 플라스크 입구에 환류냉각기를 연결하고 물중탕에 반응 플라스크를 장치한다.

   

5) 위의 반응혼합물 플라스크를 물중탕 속에서 약 45분간 60℃로 가온하면서 플라스크를 잘 흔들어 준다.

 

6) 반응이 끝난 후 반응혼합물을 냉수 약 300㎖를 넣은 비커에 서서히 붓고 혼합물을 잘 저은 후 식히면 nitrobenzene은 oil 상으로 밑에 가라앉는다.

 

7) 잘 교반 시킨 후 정치(안정)시킨 다음, 혼합액의 물층(상부)을 조심하여 기울임으로 제거한다. (이 때 nitrobenzene 층이 조금이라도 따라지지 않도록 조심한다.)

 

8) 나머지 nitrobenzene액을 separatory funnel에 옮긴 후 같은 부피의 distilled water로 잘 흔들어 생성물을 세척하고 정지시키면 두 층으로 분리가 된다.

 

9) 하층의 nitrobenzene을 다시 separatory funnel에 넣고 5%의 Na₂CO₃ 수용액을 조금 가하여 nitrobenzene에 함유된 산(acid)을 중화시킨다.

    

 

10) 1구 flask에 다시 nitrobenzene을 분리 시키고 CaCl₂을 약 2g을 넣고 Cork마개로 막고 30∼40분간 정하여 두면 nitrobenzene은 거의 황색을 띈 용액이 만들어진다.

 

11) 다음 60㎖ 증류 플라스크에 넣고 공기냉각 콘댄서를 달고 증류하여 끓는점 영역 207∼211℃의 유분을 취한다.

 

12) spectrum, MMR을 이용하여 확인한다.

 

 

 

[유기화학실험]Nitrobenzene(C6H5NO2)의 합성 레포트